表面工程复习题答案

一、名词解释

表面工程技术：为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能(或功能)的化学、物理方法与工艺。

表面能：严格意义上指材料表面的内能，包括原子的动能、原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能等。洁净表面：材料表层原子结构的周期性不同于体内，但其化学成分仍与体内相同的表面。

清洁表面：一般指零件经过清洗(脱脂、浸蚀等)以后的表面。

区别：洁净表面允许有吸附物，但其覆盖的几率应该非常低。洁净表面只有用特殊的方法才能得到。清洁表面易于实现，只要经过常规的清洗过程即可。洁净表面的“清洁程度”比清洁表面高。

吸附作用：物体表面上的原子或分子力场不饱和，有吸引周围其它物质(主要是气体、液体)分子的能力。

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。

腐蚀：材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。

极化：腐蚀电池工作时，阴、阳极之间有电流通过，使阴、阳极之间的电位差(实际电极电位)比初始电位差要小得多的现象。

钝化：由于金属表面状态的改变引起金属表面活性的突然变化，使表面反应速度急剧降低的现象。(阳极反应受阻的现象)

表面淬火：用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3(对亚共析钢)或者Ac1(对过共析钢)之上(奥氏体化)，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。

喷丸强化：利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度之下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。(喷丸强化技术)

热喷涂：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。

电镀：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。

化学镀：在无外加电流的状态下，借助合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法。

复合电镀：在电镀或化学镀溶液中加入非溶性的固体微粒，并使其与主体金属共沉积在基体表面，或把长纤维埋入或卷缠于基体表面后沉积金属，形成一层金属基的表面复合材料的过程。(弥散镀、分散镀)

电铸:电铸是利用金属的电解沉积原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法。

转化膜技术：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(形状及几何尺寸)的一类技术。

金属着色:金属着色是采用化学或电化学方法赋予金属表面不同的颜色并保持金属光泽的工艺。

真空蒸发镀膜：在真空室内，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体（基片/基板/衬底、工件）表面，凝结形成固态薄膜的方法。

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。

表面微细加工技术:表面微细加工技术指那些能够制造微小尺寸元器件或薄膜图形的方法，微细加工的加工尺寸一般在亚毫米(常指低于100μm)至纳米级范围内，而加工的单元则从微米级、纳米级到原子级（Å级）。

光刻:利用照相复制与化学腐蚀相结合的技术，在工件表面制取精密、微细和复杂薄层图形的化学加工方法。

化学气相沉积：化合物、单质气体通入放有基片反应室，借助气相作用或在基片上的化学反应生成薄膜的技术。

物理气相沉积：在真空条件下，通过各种物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的过程。

合金电镀：在一种溶液中，两种或两种以上的金属离子在阴极上共沉积，形成均匀细致镀层的过程。

激光淬火：是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程。

火焰加热表面淬火:将高温火焰或燃烧着的炙热气体喷向工件表面，使其迅速加热到淬火温度，然后在一定淬火介质中冷却。

二、填空

1.表面薄膜与涂层技术中基材与涂层材料间通常可形成（冶金结合）、（扩散结合）、（外延生长）、（化学键结合）、（分子间结合）、（机械结合）界面。

2.当（θ<900）时，称为润湿；当（θ=00）时，称为完全润湿；当（θ>900）时，称为不润湿；当（θ=1800）时，称为完全不润湿。

3.流体润滑的摩擦系数要（小）于边界润滑的摩擦系数，边界润滑的摩擦系数要小于（干）摩擦的摩擦系数。

4. 固体润滑是利用（剪切力）低的固体材料来减少（接触表面）间摩擦磨损的，常见的固体润滑材料有（石墨）、（FeS ）和（MoS2）。

5. 不需要外加其它材料，主要依靠材料自身（组织）和（结构）转变来进行表面改性的工艺主要有（表面形变强化技术）、（表面淬火）和（退火）技术。

6.激光淬火与电子束淬火比较，（激光）淬火获得广泛应用，在淬火前表面要经过（黑化）处理。电子束淬火必须在（真空）环境下应用。

7.热喷涂工艺主要包括（火焰）喷涂、（等离子）喷涂和（电弧）喷涂。其中（电弧喷涂）只能用于导电的线材，（等离子喷涂）特别适合喷涂（高）熔点的材料。

8.热喷涂技术可应用于喷涂（耐腐蚀）涂层、（热障）涂层和耐（磨）涂层。

9. 热喷涂涂层和基材间为（机械结合）界面；[热喷焊、堆焊涂层与基材间为（冶金结合）界面。其中（热喷焊）和（堆焊）方法的涂层厚度较大，通常用于（修复）零件。]

10. 铝的阳极氧化膜的生长是两个过程的综合反映：一是阳极上的铝进行（氧化）反应生成（Al2O3），另一个过程是氧化膜不断（被电解溶解）。

11.阳极氧化的铝合金的主要着色方法有（自然显色）法、（吸附）着色法和（电解）着色法，其发色体在氧化膜的部位依次为（多孔层的夹壁中）、（氧化膜孔隙的上部）和（多孔层的底部）。

12.真空蒸镀薄膜的形成机理有（核生长）型、（单层生长）型和（混合生长）型。

13.常用的溅射镀膜方法有（直流）溅射、（射频）溅射和（磁控）溅射，其中（直流）溅射只能沉积金属膜，（射频）溅射能够沉积介质膜。

14.表面清理中常用的清理工艺过程为：脱脂→水洗→（化学侵蚀）→水洗→（中和）→水洗。

15.刷镀也称为（电刷镀、涂镀、局部镀、选择性电镀（任选其一）），其基本原理与电镀（完全相同），设备包括（直流）电源、（镀笔）和阳极包套。

16.金属表面产生极化的机理总共有三种，即（电化学）极化、（浓差）极化和（电阻）极化，其中（电阻）极化与电极表面生成具有保护作用的（氧化）膜、（钝化）膜或不溶性的腐蚀产物有关。

17.铝、锌等金属覆层对钢铁材料属于（阳）极性金属涂层，可以对基体金属起到（机械保护和电化学）保护作用，而镍、铬、铜等金属覆层则属于（阴）极性金属涂层，对基体金属的仅起到（机械）保护作用。

18.激光淬火层的宽度主要由( 光斑直径D )决定，淬硬层深度由（激光功率P ）、（光斑直径D ）和（扫描速度v）共同决定。

19.激光熔凝处理特别适合于（灰口）铸铁和（球磨）铸铁的表面强化，原因是表面形成（白口）铸铁，显微硬度高达（1000~1100）HV, 耐磨性非常优越。

20.化学镀有三种方式：（置换）沉积、（接触）沉积和（还原）沉积，一般意义上的化学镀主要指（还原）沉积。

21.溅射镀膜时的本底真空度约为（10-3）Pa, 分子束外延镀膜的本底真空度约为（10-8）Pa。

三、简答题

1、表面工程技术的内涵(分类)；

表面改性技术、表面合成材料技术、表面加工技术、表面加工三维合成技术

2、表面工程技术的特点与意义；

表面工程技术具有一般整体材料加工技术不具备的优点。

1）主要作用在基材表面，对远离表面的基材内部组织与性能影响不大。因此，可以制备表面性能与基材性能相差很大的复合材料。

2）采用表面涂(镀)、表面合金化技术取代整体合金化，使普通、廉价的材料表面具有特殊的性能，不仅可以节约大量贵重金属，而且可以大幅度提高零部件的耐磨性和耐蚀性，提高劳动生产率，降低生产成本。

3）可以兼有装饰和防护功能，有力推动了产品的更新换代。

4）表面薄膜技术和表面微细加工技术具有微细加工功能，是制作大规模集成电路、光导纤维和集成光路、太阳能薄膜电池等元器件的基础技术。

5）二维的表面处理技术已发展成为三维零件制造技术（生长型制造法），不仅大幅度降低了零部件的制造成本，亦使设计与生产速度成倍提高。

6）表面工程技术已成为制备新材料的重要方法，可以在材料表面制备整体合金化难以做到的特殊性能合金等。

3、表面工程技术中结合界面的类型及其结合强度的特点；