现代表面技术复习重点(必考)

现代表面技术

钱苗根，姚寿山，张少宗编著

第一章表面技术概论

1．表面技术的主要提高路径：施加各种覆盖层（电镀，化学镀，涂装，粘结，堆焊，熔结，热喷涂，塑料粉末涂覆，热浸镀，真空蒸镀，溅射镀，离子镀，化学气相沉积，分子束外延，离子束合成薄膜技术等）和表面改性技术（喷丸强化，表面热处理，化学热处理，等离子扩渗处理，激光表面处理，电子束表面处理，高密度太阳能表面处理，离子注入表面改性等）。

第二章表面科学的某些基本概念和理论

1．固体材料的界面有三种：表面（固体材料与气体或液体的分界面）；晶界，或亚晶界（多晶材料内部成分、结构相同而取向不同晶粒或亚晶之间的界面）；相界（固体材料中成分、结构不同的两相之间的界面）

2．表面的两种对象：清洁表面（是指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附、催化反应或杂质扩散等一系列物理、化学效应的表面）、实际表面（暴露在未加控制的大气环境中的固体表面，或者经过一定加工处理保持在常温和常压下的表面）。

3．清洁表面在几个原子层范围内的偏离三维周期性结构的主要特征有：表面弛豫、表面重构和表面台阶结构。

4．实际表面的一些重要情况：①表面粗糙度，是指加工表面上具有较小间距的峰和谷所组成的微观几何形状特征；②贝尔比层和残余应力，具有较高的耐磨性和耐蚀性；③表面氧化和吸附、沾污，吸附有物理和化学吸附。

第三章电镀和化学镀

1．电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。

2．电镀液的组成及作用：主盐，提供金属离子；络合剂，形成络合物，提高阳极开始钝化电流密度；附加盐，提高电镀液的导电性；缓冲剂，稳定溶液酸碱度的物质；阳极活化剂，提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状态而能正常的溶解；添加剂，显著改善镀层的物质。

3．电镀溶液的分散能力是指电镀液中所具有的使金属镀层厚度均匀分布的能力，也称均镀能力；镀液的分散能力越好，在不同阴极部位所沉积出的金属层厚度就越均匀。

4．电镀液的覆盖能力，亦称深镀能力，是指电镀液所具有的使镀件深凹处沉积上金属镀层的能力。分散能力和覆盖能力不同，前者说明金属在阴极表面均匀分布程度的问题，它的前提是在阴极表面都有镀层；后者是指金属在阴极表面深凹处有无沉积层的问题。5．极化，是指有电流通过电极时，电极电位偏离平衡电极电位的现象；产生极化作用的原因主要是电化学极化和浓差极化。

6．金属的电沉积过程：液相传质，镀液中的水化金属离子或络离子从溶液内部向阴极界面迁移到达另一侧；电化学反应，阴极上得到电子生成金属原子；电结晶，金属原子在金属表面扩散到达结晶生长点，以金属原子态排列在晶格内，形成镀层。电镀的三个步骤同时进行，但速度不同，速度最慢的一个被称为整体过程的控制性环节。

7．电镀合金，在阴极上同时沉积出两种或两种以上金属，形成结构和性能符合要求的镀层的工艺过程。电镀合金的两个条件：①两种金属中至少有一种金属能从其盐类的水溶液中沉积出来；②两种金属的析出电位要十分接近。

8．合金共沉积的类型：正则共沉积（扩散控制）、非正则共沉积（阴极电位控制）、平衡共沉积（化学平衡镀液）、异常共沉积（电位较负金属优先沉积）、诱导共沉积（铁诱导）。9．电刷镀优缺点：优点①设备简单，携带方便，不需要镀槽设备②工艺简单，操作方便，

适合不解体机件的现场维修和野外抢修③镀层种类多，与基体材料的结合力强，力学性能好，能保证满足各种维修性能的要求④沉积速度快，但必须采取高电流密度操作。

缺点：劳动强度大，消耗镀液多，消耗阳极包缠材料。

10．化学镀是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基体表面，形成镀层的一种表面加工方法。

第四章金属的化学处理

1．金属的化学处理是指通过化学或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物膜层的方法。经过化学处理生成的膜层称之为化学转化膜。化学成膜的机理是金属与特定的腐蚀液接触而在一定条件下发生化学反应，由于浓差极化作用和阴极极化作用等，使金属表面生成一层附着力良好的，能使金属不易受水和其他腐蚀介质影响的化合物膜。

2．钢铁的化学氧化是指钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程，也称钢铁的发蓝或发黑。根据处理温度的高低，可分为高温化学氧化和常温化学氧化。

3．高温化学氧化得到的是以磁性氧化铁（四氧化三铁）为主的氧化膜，一般只有0.5—1.5μm，对尺寸精度基本无影响，因此在精密仪器、光学仪器、武器及机器制造业得到应用。4．铝及铝合金的化学氧化：可作为有机涂层的底层，但其耐磨性和耐蚀性均不如阳极氧化膜好。优点：设备简单，操作方便，生产效率高，不消耗电能，成本低，该方法适用于不适合阳极氧化的铝制品的表面处理。

5．阳极氧化是指在适当的电解液中，以金属作为阳极，在外加电流作用下，使其表面生成氧化膜的方法。

6．铝及其合金的阳极氧化膜形成机理：电解液为中等溶解能力的酸性溶液，铅作为阴极仅仅起到点作用。铝及其合金进行阳极氧化时，在阳极发生的反应：

H2O-2e→O+2H+

2Al+3O→Al2O3

阴极发生反应：2H++2e→H2↑

同时酸对铝和生成的氧化膜进行化学溶解，反应如下

2Al+6H+→2Al3++3H2↑；Al2O3+6H+→2Al3++3H2O

氧化膜的生成与溶解同时进行，氧化初期，膜的生长速度大于溶解速度，膜的厚度不断增加；随着厚度增加，其电阻增大，结果使膜的生长速度减缓，一直到与膜的溶解速度相等时，膜的厚度才为一定值。

7．把金属放入含有锰，铁，锌的磷酸盐溶液中进行化学处理，使金属表面生成一层难溶于水的磷酸盐保护膜的方法，叫做金属的磷酸盐处理，简称磷化。磷化膜层为微孔结构，与基体结合牢固，具有良好的吸附性、润滑性、耐蚀性、不粘附熔融金属性及较高的电绝缘性。主要用作涂料的底层、金属冷加工时的润滑层、金属表面保护层及用作电机硅钢片的绝缘处理，压铸模具的防粘处理。

第五章表面涂敷技术

1．涂料主要由成膜物质，颜料，溶剂和助剂四部分组成。成膜物质一般是天然树脂，天然油脂和合成树脂，在涂料组成中能形成涂膜的主要物质，是决定涂料性能的主要因素。

颜料能使涂膜呈现颜色和遮盖力，还可增强涂膜的耐老化和耐磨性以及增强膜的防蚀，防污等能力。溶剂，使涂料保持溶解状态，可使涂膜具有均衡的挥发速度，以使膜平整和光泽，还可消除膜的针孔，刷痕等缺陷。助剂，虽然在涂料中用量小，但对储存、施工及涂膜的物理性质有明显的作用。C04-2

2．胶黏剂可粘接各种材料，特别适合于粘结弹性模量与厚度相差较大，不宜采用其他方法