表面工程学

简答题

一、最常见的三种物理气相沉积技术是什么？比较其基本特点（从可镀膜层种类、成膜速率、成膜粒子来源、综合力学方面）

1真空蒸发镀膜

（1）蒸发材料可以是金属、合金和化合物。

（2）在高真空环境中蒸发，可以防止膜的氧化和污染，得到洁净、致密、符合预定要求的薄膜。

（3）设备简单可靠，价格便宜、工艺容易掌握，可进行大规模生产。

2溅射镀膜

（1）溅射出的粒子能量约为35eV，比蒸镀大，溅射出的薄膜对基片具有较强的附着力，成膜较致密。

（2）实现大面积靶材的溅射沉积，沉积面积大，更均匀

（3）高熔点、合金和化合物材料成膜

（4）除磁控溅射外，一般沉积速度较慢，价格较高，但工艺重复性好，易工业自动化

3离子镀膜

（1）膜层与基材结合力高

（2）均镀能力高

（3）基体材料与镀膜材料可以广泛搭配，基材可以是合金、陶瓷、玻璃、塑料等，镀膜材料可以是金属和各类陶瓷材料

二、简述化学除油与电化学除油的基本原理和特点

化学脱脂是利用碱与油脂起化学反应来去除材料表面的油污。化学脱脂操作简单、脱脂能力强、安全可靠、易实现自动化。

电化学脱脂，在脱脂时，将零件挂在阴极或阳极上，由于电极的极化作用，使油和零件界面的表面张力降低，在电解时，电极上析出的氢气泡或氧气泡对油膜具有强烈的撕扯作用，使油膜变为细小的油珠。，气泡上升时的机械搅拌作用又可进一步强化脱脂过程。因此，电化学脱脂比一般的化学脱脂效果好、速度快。

三、合金电沉积的基本条件及其可以采取的措施

基本条件（1）两种金属中至少有一种金属能单独从其盐的水溶液中沉积出来

（2）要使两种金属共沉积，它们的析出电位要十分接近或相等

措施（1）选择金属粒子合适的价态（2）改变金属离子的浓度

（3）加入适当的络合剂（4）加入添加剂

四、简述离子注入技术的主要特点及其强化机理

特点（1）靶材与注入或者添加剂的元素不受限制

（2）注入过程不受温度限制

（3）注入和添加到靶材中的原子不受靶材固溶度的限制，不受扩散系数和化学结合力的影响

（4）可以精确控制掺杂数量、掺杂深度与位置

（5）离子注入过程横向扩散可以忽略，深度均匀，大面积均匀性好，掺杂杂志纯度高（6）直接离子注入不改变工件尺寸

强化机理（1）固溶强化效应（2）晶粒细化效应

（3）晶格损伤效应（4）弥散强化效应

（5）晶格变换效应（6）压应力效应

五、简述光刻加工的基本原理和一般步骤

基本原理：利用光致抗蚀剂感光后因光化学反应而形成耐蚀性的特点，将掩模版上的图形刻

制到被加工表面上

步骤：（1）涂布光致抗蚀剂（涂胶）（2）套准掩模版并曝光（曝光）

（3）用显影液溶解未感光的光致抗蚀剂层（显影）

（4）用腐蚀液溶解掉无光致抗蚀剂保护的二氧化硅层（腐蚀）

（5）去除已感光的光致抗蚀剂层（去胶）

六、简述化学抛光与电化学抛光的基本原理与特点

化学抛光：把零件放在合适的化学介质中，利用化学介质对金属表面的尖峰区域溶解速度比凹谷区域溶解速度快的多的特点，实现材料表面的抛光。适合复杂形状和各种尺寸的零件，生产效率高，但是介质使用寿命比较短，抛光质量不如电化学抛光。

电化学抛光：将工件作为阳极，浸于特定的抛光介质中并通以直流电进行电解，零件表面凸起的波峰部分电流密度较大，溶解较快，而凹入的波谷部分由于受到钝化膜或添加剂的保护而溶解很少或不溶解；因此，零件表面得以整平，产生光泽效果。但电化学抛光的成本较高而效率较低，故常常只用于机械抛光后精饰工艺

七、什么是表面转化处理？形成的转化膜的主要性质和用途是什么？常用的转化处理技术有哪些?

表面转化处理：转化膜技术是通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观的一类技术。

性质和用途（1）用于防护和装饰（2）提高涂膜与基体的结合力

（3）耐磨减摩（4）适用于冷成形加工

（5）电绝缘性

转化处理技术：磷化钝化氧化

1、将固相和气相之间的分界面称为表面，把固相之间的分界面称为界面，不同凝固相之间的分界面称为相界面，同一相中晶粒之间的分界面称为晶界，晶粒尺寸小到微米级以下的晶粒称为微晶

2、尽管材料表面原子结构的周期性不同于体内，但如果其化学成分仍与体内相同，这种表面就称为洁净表面

清洁表面一般指零件经过清洗（脱脂、侵蚀等）以后的表面

表面特征：

驰豫：表面附近的点阵常数在垂直方向上较晶体内部发生明确的变化

重构：表面原子在水平方向的周期性不同于体内的晶面

台阶化：实际晶体的外表面由许多密排面的台阶构成

偏析：化学组分在表面区的变化

波纹度：在一段较长距离内出现一个峰和谷的周期

粗糙度：在较短距离内出现的凹凸不平

3、吸附、润湿

4、磨损：相对运动的物质摩擦过程中不断产生损失或残余变形的现象

摩擦：干摩擦、边界润滑摩擦、流体润滑摩擦、滚动摩擦

磨损：磨粒磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损、高温磨损（P19）5、提高零件耐磨性的途径

（1）工程结构的合理设计

（2）零件磨损机理预测、分析和耐磨材料的选择

（3）材料表面耐磨与减摩处理

6、腐蚀（P29）极化、钝化、活化（P33）各种腐蚀的特征（P37）

7、金属材料腐蚀控制及防护方法（P38）

（1）产品合理设计与正确选材

（2）电化学保护

（3）表面覆层及表面处理

（4）加入缓蚀剂

8、表面预处理工艺：（P40）

（1）机械性清理（2）脱脂

a机械磨光和抛光 a化学脱脂

b滚光和刷光 b水剂脱脂

c喷砂或喷丸 c有机溶剂脱脂

d电化学脱脂

（3）化学侵蚀、抛光和电化学抛光（4）脱脂—侵蚀综合处理

a化学侵蚀

b电化学抛光

c化学抛光

（5）其他表面预处理工艺

a局部保护工艺

b 塑料与混凝土表面预处理工艺

9、表面淬火的原理和特点相比普通淬火：（P49）

原理：采用特定的热源将钢铁材料表面快速的加热到Ac3（对亚共析钢）或者Ac1（对过亚共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程，就成为表