《表面工程学》习题题目练习总结

1，摩擦磨损与腐蚀

摩擦：相互接触的物体相对运动时产生的阻力，称为摩擦。

按实际工作的条件的差别，可以将摩擦分为四类，即干摩擦，边界润滑摩擦，流体润滑摩擦和滚动摩擦。

磨损：指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。

按照磨损机理的不同，可将磨损分为粘着磨损，磨粒磨损，疲劳磨损，腐蚀磨损，微动磨损，冲蚀磨损和高温磨损。最基本的是粘着磨损，磨粒磨损，疲劳磨损和腐蚀磨损。

腐蚀：就是材料与环境介质作用而硬气的恶化变质或破坏。

按照材料腐蚀原理的不同，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属在干燥的气体介质中或不导电的液体介质中发生的腐蚀，腐蚀过程无电流产生。电化学腐蚀是指金属在导电的液态介质中因电化学作用导致的腐蚀，在腐蚀过程中有电流产生。

金属腐蚀的主要形式有三种，即局部腐蚀，全面腐蚀和机械力作用下的腐蚀。

局部腐蚀主要分为：点蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，电偶腐蚀。

2，热扩渗

形成热扩渗的基本条件有三个：1，渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属件化合物。2，欲渗元素与基材之间必须有直接接触。3，被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度。

渗层形成机理：1，产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面。2，渗剂元素的活性原子吸附在基体金属表面上随后被基体金属所吸收，形成最初的表面固溶体或金属间化合物，建立热扩渗所必须的浓度梯度。3，渗剂元素原子向基体金属内部扩散，基体金属原子也同时向渗层中扩散，使扩散层增厚，即扩散层成长过程，简称扩散过程。

3，热喷涂

热喷涂是采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化，然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。

涂层形成的大致过程是：涂层材料经加热熔化和加速撞击基体冷却凝固形成涂层

涂层材料的喷涂速度主要由焰流速度决定，同时也与材料的粒径有关。调整喷嘴与工件的距离到最佳位置非常重要。

热喷涂工艺流程包括基体表面预处理，热喷涂，后处理，精加工等过程。

涂层的结合质量直接与基体表面的清洁度和粗糙度有关。

粗化表面可使涂层与基体之间，涂层颗粒之间的结合得到强化，原因是：1，提供表面压应力；2，提供涂层颗粒互锁的结构；3，增大结合面积；4，净化表面。

火焰喷涂是对线材火焰喷涂和粉末火焰喷涂的统称。

喷焊的基本特点：1，热喷焊层组织致密，冶金缺陷很少，与基材结合强度高。2，热喷焊材料必须与基材相匹配，喷焊材料和基材范围比热喷涂窄的多3，热喷焊工艺中基材的变形比热喷涂大的多4，热喷焊层的成分与喷焊材料的原始成分会有一定差别。

基材的熔点应高于喷焊材料的熔点，否则容易导致基材塌陷或者工件损坏。

热喷涂属机械结合，喷焊属冶金结合。

喷焊工艺过程主要按焊前预处理，喷焊以及后处理三步进行。

常用的热喷焊材料自熔合金粉末可用作喷涂材料，而粉末火焰喷涂材料不能用作喷焊粉末。

4 电镀

电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。

按镀层的性能可将其分为三类：1，防护性镀层2，防护装饰性镀层3，功能性镀层

电镀层必须满足三个基本条件：1，与基体金属结合牢固，附着力好；2，镀层完整，结晶细致，孔隙小；3，镀层厚度分布均匀。

与电镀相比，化学镀的优点是不需要外加直流电源，不存在电力线分布不均匀的影响，因而无论工作的几何形状多复杂，各部位镀层的厚度都是均匀的；只要经过适当的预处理，它可以在金属，非金属，半导体材料上直接镀覆；得到的镀层致密，孔隙少，硬度高，因而具有极好的化学和物理性能。

5涂装

将有机涂料涂覆于物体表面并干燥成膜的过程称之为涂装。

一般涂料主要是由成膜物质，颜料，溶剂，助剂四部分组成。

6 气相沉积技术

真空蒸发镀膜：把待镀膜的基体或工件置于高真空室内，通过加热使蒸发材料气化，以原子，分子或原子团离开熔体表面，凝聚在具有一定温度的基片或工作表面，并凝聚成薄膜的过程称为真空蒸发镀膜，简称蒸镀。

实际的蒸镀过程包括如下步骤：基材表面清洁镀膜材料蒸发真空室内形成饱和蒸汽蒸汽在基材表面凝聚，沉积成膜。

真空蒸镀中采用的蒸发热源主要有电阻加热源，电子束加热源，高频感应加热源，激光加热源等。

溅射镀膜：用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递，使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法称为溅射镀膜。

溅射镀膜有两种方式：一种称为离子束溅射，指在真空室中，利用离子束轰击靶表面，使溅射出的粒子在基片表面成膜。另一种称为阴极溅射，利用低压气体放电现象，使处于等离子状态下的离子轰击靶表面，并使溅射出的粒子堆积在基片上。

溅射方法：二极溅射、三极（包括四极）溅射、磁控溅射、对向靶溅射、离子束溅射等。二极溅射镀膜不适于制造10μm以上的膜厚；塑料和不允许热变形的精密零件无法采用。磁控溅射镀膜；有效的克服了阴极溅射速率低和电子使基片升温的致命弱点。

离子镀膜的特点：1，膜层与基材结合力高2，均镀能力强3，基体材料与镀膜材料可以广泛搭配。

镀料的气化方式有电阻加热，电子束加热，等离子电子束加热，高频感应加热等

7，离子注入技术

激光束具有单色性，高相干性，高方向性和高光强四大特征。

激光熔覆技术即采用激光束在选定工作表面熔覆一层特殊性能的材料，以改善其表面性能的工艺。

激光熔覆技术具有如下优点：1，熔覆层稀释率低，且可以精确控制，覆层的成分与性能主要取决与熔覆材料自身的成分和性能。2，激光束的能量密度高，作用时间短，基材热影响区及热变形均可降低到最小程度。3，激光熔覆层组织致密，微观缺陷少，结合强度高，性能更优。4，激光熔覆层的尺寸大小和位置可以精确控制。5，激光熔覆对环境无污染，无辐射，低噪声，劳动条件得到较大程度的改善。

离子注入技术的主要特点如下：1，靶材与注入或者添加的元素不受限制。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。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。6，直接离子注入不改变工件尺寸。

离子注入后基材表面性质变化主要表现在硬度与强度升高，耐磨性与抗疲劳强度增加。

离子注入的强化机理：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。

电刷镀

中、高碳钢的电刷镀工艺：

1. 电净，电净液，8—15伏，正接，相对运动速度9—18m/min。水冲。

2. 活化，2号活化液，反接，8—15伏，至表面出现均匀碳黑。水冲。

3. 活化，3号活化液，反接，15—25伏，至表面出现均匀的银灰色。水冲。

4. 镀打底层，特殊镍，先无电擦拭3—5秒，再接通电源，正接，镀厚约0.001

—0.002mm, 8—15V，9—18m/min。

5. 镀工作层。正接，8—15V，9—18m/min。镀至要求厚度。

所谓正接是指工件与专用直流电源的负极相连，镀笔上的阳极与正极相连。

1．热渗镀的基本过程是什么？

2．渗层形成的基本条件是什么？

3．何谓TD处理？TD法所得渗镀层有何特点？

4．画出气体放电的伏安特性示意图，并进行说明。

5．离子氮化的机理是什么？

1．镀层如何分类？怎样选择使用？

2．金属电镀包括哪些基本步骤？

3．电镀的基本原理？

4．复合镀有哪些性能特点？

5．电刷镀的原理及特点是什么？

6．什么叫化学镀？实现化学镀过程有什么方式。

7．与电镀相比，化学镀有何特点？

TD处理：在高温下将钢铁材料放入硼砂熔盐浴中一定时间后，可在材料表面形成几微米到数十微米的碳化物层，这种工艺称为TD法。

TD法所得覆层特点：覆层硬度极高，在600℃以下有较高的硬度；摩擦系数较

低，耐磨性好；抗剥离性、抗氧化性及耐蚀性好。

离子氮化的原理：将工件放入离子渗氮炉内，抽真空至1.33Pa左右后通入少量的含氮气体如氨，至炉压升到70Pa左右时接通电源，在阴极

（工件）与阳极间加上直流高压，使炉内气体放电。放电过

程中氮和氢离子在高压电场的作用下，冲向阴极表面，产生

大量的热把工件加热到所需的温度，同时氮离子或氮原子被

工件吸附，并迅速向内扩散，形成渗氮层。保温一段时间，

渗氮层达到要求厚度后，断电、停气、降温。

影响离子渗氮的主要因素有：温度；时间；气体成分；炉气气压。

渗氮层的组织结构不同，则韧性及耐磨性不同。