材料表面技术复习
《材料表面技术》复习纲要
常见问题
1. 机械磨光和机械抛光作用有何不同?
1.磨光会消耗被磨材料，抛光不会消耗被抛材料。
2.磨光是除去宏观缺陷，抛光只是提高表面光洁度，微观缺陷。
3.抛光的光亮度比磨光更高更亮。
2.总结除油（有机溶剂除油、化学除油、水基清洗剂除油、电解除油）的基本配方和特点，为什么电解除油速度比化学除油快？
有机溶剂除油：
配方：有机烃类，有机氯化烃类
特点：有机溶剂适应性宽，无论动物性，植物性，矿物油都可以溶解。
除油速度快。
除油难以彻底，故多用于油污严重的工件。
化学除油：
配方：碱性溶液加乳化剂
特点：设备简单，操作容易，成本低，无毒也不会燃，但需要加热。
水基清洗剂：
配方：表面活性剂的水溶液
特点：与化学除油相比，减少了加热的能源消耗，与溶剂除油相比避免了燃料消耗。
无毒，无刺激性气味，改善劳动条件。
电解除油：
配方：氢氧化钠，碳酸钠等
特点：电解除油速度比化学除油快得多，除油彻底。
答：电解除油主要通过镀件表面电解产生的氢气，氧气剥离作用，再加上除油剂的辅助效果达到除油效果。而化学除油主要依靠除油剂除油。
3.工件进行镀前预处理的作用是什么？有哪些镀前预处理工序，在生产过程中应该怎样使用？预处理工艺流程的一般原则。电镀的一般预处理工艺流程。
1.为了后期的镀层工艺更加顺利和良好的进行。
2.整平（磨光，抛光等），除油（电解，化学等），浸蚀（浸在酸中），表整（表面调整，表面活化（酸，浸蚀）等）
3.强浸蚀前应先除油。
工件表面矿物油，磨光膏等过多时，应先有机溶剂除油，再利用化学或电解补充除油。
应重视水洗。
酸洗液的不同浓度，温度，种类对钢铁件有不同的浸蚀作用。
弱浸蚀前最好先进行一次电化学除油。
表整永远是最后一道工序。
绝不能把酸性物质带入氰化电镀液中，会产生氢氰酸（剧毒）。
4.
4.如何能使镀层金属离子发生还原反应，沉积出金属？
要使电极反应成为还原反应，必须使其发生阴极极化，向工件通入阴极电流，只有当阴极电位E C 5.如何使组成合金的两种或两种以上的金属在阴极电位下共同析出？为什么标准电位相差较大的金属离子的合金电镀不能完全采用调整金属离子浓度的方法进行？ 1.要使各组分金属共同析出，阴极电位必须降低到各组分金属的析出电位以下。（两种金属析出电位相近） 2.如果相差太大，析出电位较正的金属将优先沉积，甚至完全排斥析出电位较负金属的沉积。 6.在浓差极化控制下电镀，镀层质量往往不能符合要求。为什么？为什么金属离子的还原反应的过电位大才能形成结晶细致的镀层？ 1. 浓差极化是是由于溶液中的物质扩散速度小于电化学反应速度而造成的极化。若扩散速度很慢，则扩散到电极表面的反应粒子立即发生反应，从而使电极表面附近反应粒子浓度为零，这时浓差极化叫做完全浓差极化，这时电极上的电流密度出现最大值，叫做极限电流密度。 只有在高电流密度下浓差极化才占据主导地位。这时整个电极过程的速度被浓差极化控制着，使得阴极附近金属离子严重缺乏，造成氢气析出，导致阴极附近PH值上升，产生一些金属氢氧化物或碱式盐，他们以胶体的状态吸附在电极表面上，并夹杂在镀层中，形成空洞、麻点、疏松、烧焦等。 2.这是因为细小的晶粒只有在比平衡电位负的电位下才是稳定的。过电位的绝对值愈大，晶核愈容易形成，晶核尺寸愈小，愈有利于形成大量细小晶粒。 7.电解液的分散能力、覆盖能力和整平能力的测试方法。分析影响电解液分散能力的因素？ 1.分散能力：Haring槽实验法，弯曲阴极法。 覆盖能力：内孔法，凹穴法，直角阴极法。 整平能力：旋转圆盘电极法，旋转铜丝电镀法。 2.电化学因素，主要包括电解液的导电性，阴极反应的极化性能，电镀工艺参数等。 几何因素，包括阴极和阳极的形状及其排布，镀槽形状，尺寸，相对位置等。 8.阴极极化性能对镀层质量的影响，怎样测量极化曲线？增大阴极极化的途径有哪些？ 1. 2.测量阴极极化曲线可以用恒电流法，也可以用恒电位法。测出阴极极化电流密度和与之对 应的阴极极化电流的数值，在Ei坐标系或Elgi坐标系中将其关系表示出来，就得到阴极极化曲线。 3.提高阴极电流密度。 络合剂和添加剂的使用。 9.单盐电解液和络盐电解液的各自特性、优缺点及适用范围。为什么络盐电解液电流效率比单盐电解液低？ 1.单盐：成分简单，成本较低。 阴极电流效率很高。 废水处理简单。 可以利用较大的阴极电流密度。 络盐： 阴极极化性能强，而且主要表现为电化学极化，所以镀层结晶细致，镀液分散能力好。 2.由于阴极还原反应的平衡电位降低，副反应速度比较大，故电流效率比单盐电解液低。 10. 附加盐、添加剂等在电解液中的作用。 附加盐： 增加溶液的导电性。 提高阴极极化作用。 扩大阴极电流密度范围。 促进阳极溶解。 防止金属盐水解。 缓冲作用。 添加剂： 11. 镀层外观、厚度、结合力、内应力、耐蚀性、孔隙率、硬度、脆性等性能的检测方法。 外观：目力观察，是否有针孔，麻点，起瘤﹑起皮﹑起泡﹑脱落﹑阴阳面﹑斑点﹑烧焦﹑暗 影﹑树枝状和海绵状江沉积层以及应当镀覆而没有镀覆的部位等缺陷。 厚度：电镀层厚度的测量方法有破坏检测法与非破坏检测法两大类。其中破坏检测法有点滴法液流法﹑溶解法﹑电量法和金相显微法等;非破坏检测法有磁性法﹑光切显微镜法等。 结合力：(一)弯曲试验;(二)锉刀试验;(三)划痕试验;(四)热震试验 内应力：幻灯投影法﹑电阻应变仪法﹑螺旋收缩仪法﹑X射线衍射法等多种。 耐蚀性：腐蚀试验可根据实际工况条件对镀层样品进行浸泡试验，然后根据表面状态与失重进行评定。 孔隙率：1.贴滤纸法：将浸有测试溶液的润湿纸贴于经预处理的被测试闰上，滤纸上的试液渗入孔隙中与中间镀层或基体金属作用，生成具有物征颜色的斑点在滤纸上显示。然后以滤纸上有色斑色的多少来评定镀层孔隙率。 2.涂膏法：将含有相应试液的膏状物涂覆于被测试样上，通过泥膏中的试液渗入镀层孔隙与基体金属或中间镀层作用，生成具有特征颜色的斑点，要据此斑点来评定镀层的孔隙率。 3.浸渍法：将试样浸于相应试液中，通过试液渗入镀层孔隙与基体金属或中间镀层作用，在镀层表面产生有色斑点，然后检查镀层表面有色斑点多少来评定镀层的孔隙率。本法适用于检验钢铁﹑铜或铜合金和铝合金基体表面的阴极性镀层的孔隙率。 硬度：一般用显微硬度法。即采用显微硬度计上特制的金刚石压头，在一定静负荷的作用下，压入试样的镀层表面或剖面，获得相应正方角锥体压痕。然后用硬度上测微目镜将压痕放大一定倍率，测量其对压痕对角线长度。 脆性：镀层脆性的测试，一般通过试样在外力作用下使之变形，直至镀层产生裂纹，然后以镀层产生裂纹时的变形程度或挠度值大小，作为评定镀层脆性的依据。测定镀层脆性的方法有杯突法﹑静压挠曲法等。 12. 什么是Hull槽？Hull 槽的特点有那些？ 1.hull槽是一种简单又快速的小型电镀实验装置。 2.Hull槽的最大特点是：阴极上各部位到阳极的距离不相同，而且是逐渐变化的。这就造成了阴极上各部位的电流密度不相等，同样是逐渐变化的。 13.哪些电镀工艺会造成渗氢？总结逸出有害气体的镀槽？设计电镀工艺条件时升高温度的有利影响有那些？ 1.电解抛光，化学抛光（电化学抛光），电解除油，强浸蚀，弱浸蚀，化学除油。 2.氰化物镀铜（有毒氰化物），铬酐溶液镀铬（铬雾），锌酸盐镀锌（碱雾） 3.电镀液在温度不断升高的过程中,化学离子的活性就会越活跃,意味着反应速度越快。 14.阐述电镀的基本过程，电镀方式有哪些，怎样选择？ 1.(磨光→抛光)→上挂→脱脂除油→水洗→(电解抛光或化学抛光)→酸洗活化→(预镀)→电镀→水洗→(后处理)→水洗→干燥→下挂→检验包装 2.电镀分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式，主要与待镀件的尺寸和批量有关。 挂镀适用于一般尺寸的制品,如汽车的保险杠,自行车的车把等。滚镀适用于小件，如紧固件、垫圈、销子等。连续镀适用于成批生产的线材和带材。刷镀适用于局部镀或修复。 18. 双层镍镀层对钢铁基体的保护作用比单层镍大得多，为什么？ 答：在双层镍镀层中，含硫高的光亮镍层的电位比含硫低的半光亮镍层的电位负，因此在组成腐蚀电池时，外层作为阳极，能对下层的半光亮镍层起阴极保护作用，使腐蚀电池由终深变为横向发展。所以双层镍镀层对钢铁基体的保护作用比单层镍大得多。 20. 为什么松孔铬镀层耐磨性很好？松孔处理的方法是什么？ 1.因为松孔镀层具有一定密度和深度的网状沟纹，能贮存润滑油，因此耐磨损性能很高。 2.方法是阳极浸蚀。 21. 什么是复合电镀？简述复合电镀中固体微粒与金属离子共沉积的过程。 1.使固体微粒与金属离子在阴极工件上共沉积，形成固体微粒均匀弥散分布于镀层机质金属中的复合镀层，叫做复合电镀。 2.悬浮于镀液中的微粒由镀液深处向阴极表面附近传输。 微粒黏附在电极表面。 微粒被阴极上析出的基质金属嵌入。 22.简述机械镀的含义和特点。 1.机械镀是一种在常温常压下利用物理、化学吸附沉积和机械碰撞使金属粉在工件表面形成镀层的工艺。 2.﹙1﹚镀后无氢脆和退火软化现象 ﹙2﹚工业过程可实现清洁生产 ﹙3﹚生产成本低生产效益高 ﹙4﹚镀层厚度可根据需要控制加料 23.化学镀的条件是什么？化学镀镍原理是什么？ 1.镀液中还原剂的还原电位要显著低于沉积金属的电位。 镀液不产生自发分解。 调节溶液的pH值、温度时，可以控制金属的还原速率，从而调节镀覆盖率。 被还原析出的金属也具有催化活性，这样氧化还原沉积过程才能持续进行。 溶液有足够的使用寿命。 2.化学镀镍是利用镍盐溶液在强还原剂的作用下，通过自催化反应使镍离子还原成金属镍并附着在材料表面上的方法。 25. 塑料化学镀之前为何要进行活化处理? 如何进行？ 1.塑料表面活化是为了提高塑料制品的表面性能，是对塑料制品表面生成一些极性基或加以粗化，以使涂料更易润湿和吸附于制件表面。 2.塑料表面活化处理的方法有很多种，比如化学品氧化法、火焰氧化法、溶剂蒸气浸蚀法和电晕放电氧化法等。 26.铝及铝合金的阳极化如何进行? 氧化膜的结构如何？硬质氧化膜与普通氧化膜的性能特征和主要用途。 1.铝及铝合金的阳极化是将铝制品浸在电解液（硫酸溶液等）中，作为阳极通电进行电解，使铝表面生成需要厚度的氧化物膜。 2.氧化膜结构其孔体都是六角形结构，内层密膜层厚度0.01-0.05μm，外层孔膜层厚度达250μm。 3.硬质氧化膜硬度高耐磨，耐热，耐腐蚀。 27.铝阳极化转化膜的分类的工艺特点。 28. 什么是钢铁的化学氧化？经化学氧化处理后表面生成膜的组成和厚度如何？ 1.钢铁的化学氧化是将钢铁制件浸在含有氧化剂的碱性溶液中进行处理，使其表面形成一层保护性氧化膜的过程。 2.氧化膜主要是由磁性氧化铁(Fe3O4)组成，膜厚一般为0.5-1.5μm，最厚可达2.5μm。 29.什么是磷化膜的后处理？氧化膜的后处理的作用，包括哪些方式？ 1.为了提高磷化膜的防护性能，在磷化之后应对磷化膜进行填充和封闭处理。 2.为了提高磷化膜的防护性能 3.防锈磷化（涂油涂脂），冷加工润滑型磷化（皂化后处理），涂装打底磷化（铬酸盐封闭） 30.有哪几种磷化方法？磷化膜有哪些应用？磷化处理的优点是什么？ 1.常用的磷化方式有四种：浸渍、喷淋、喷浸和涂刷。 2.用作涂漆的底层，用作冷变形加工时的润滑层，用作一般变压器、电机转子等的硅钢片绝缘处理。 3.在形状复杂的钢制件的内表面，以及难以用电化学方法获得防护层的零件表面上，可以用磷化处理法得到防护层。磷化处理的设备简单，操作方便，成本低，生产效率高。 31. 钢铁的转化型磷化机理、假转化型磷化机理分别是什么？ 转化型磷化：使用碱金属的磷酸二氢盐溶液，并加入适量的加速剂和其他添加剂，钢铁表面上形成由基体金属自身转化生成的磷酸盐和氧化物组成的表面膜。 假转化型磷化：使用含游离磷酸和加速剂的重金属磷酸二氢盐溶液，钢铁表面得到由重金属的磷酸一氢盐或正磷酸盐组成的膜。 32．什么是热喷涂? 热喷涂方法的种类有哪些? 1.热喷涂是一项极其重要的工程材料表面覆盖技术。 2.火焰喷涂，电弧喷涂，等离子喷涂，超音速喷涂，爆炸喷涂。 33.等离子喷涂技术主要优点有哪些? 进行等离子喷涂时，一般采用哪两种方法来防止材料的氧化？ 1.温度高，当使用惰性气体时，能防止在喷涂中材料的氧化，等离子喷涂速度比普通火焰喷涂高，因此被喷涂的粉末质点能获得较高的速度。 2.一是在进化过的真空惰性气氛室内进行喷涂，二是使用特别设计的保护性喷嘴，以挡住周围空气，保护等离子喷射的火焰。 机械加工中常用材料与表面处理 本人虽是机械专业本科毕业，但是对于机械原理和机械设计的基本知识仅仅是知道点，而机械加工的很多基本知识连知道点都不敢说。其主要原因还是自己上课时没有好好学习，加之在学校的时候用得少，就造成一无所知了。直到工作后，才陆陆续续的画了一些的图纸，但是碰到加工方面的问题总是使自己很窘迫，因为没搞清楚或不知道而做出来废品给企业和社会造成的损失和浪费就更加惭愧了。因此查找了一些互联网上的资料，结合自己少许的经验，归纳了一些常用的机械加工中常用材料和表面处理的基本知识。一是更进一步了解这些知识点的同时加深印象；二是今后方便查看（书本早已卖掉换钱了）；三来如有需要者看到了，或者帮到了他们，就甚是欣慰了。 1.材料 材料大类上可以分为金属材料和非金属材料，金属材料一般都是合金，分类和命名也是根据合金中某种成分的含量进行划分的；非金属材料多为塑料，做结构时相对金属用得少，但是某些特殊的地方用起来优点很多。 1.1 钢和铸铁 钢和铸铁可以说都是铁碳合金，以含碳量2.11%为分界。钢又分为碳素钢和合金钢（为了获得某些特殊性能而加入一些合金元素），下面的表是一个关于钢的大概分类 表格1 钢 钢（含碳量 <2.11%） 名称与牌号用途说明 碳素钢（碳钢）：含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金含碳量越高，钢的硬度越大，韧性越小碳素结构钢：Q195， Q215，Q235，Q255， Q275，Q345。这些牌号 表示屈服强度 Q235、Q255可用于螺栓、螺 母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结 构件； Q275用于强度较高转轴、心轴、 齿轮等； Q345用于船舶、桥梁、车辆、大 型钢结构。 Q235（以前叫A3钢） 属工程用钢，主要用作结 构件，如角钢，槽钢、工 字钢和钢板等，高压输电 线路的杆塔很多都是 Q235镀锌的，而埃菲尔 铁塔是锻铁组成的。 优质碳素结构钢：08、 10、20、35、40、45、 50。这些牌号的表示含碳 量（万分之几） 08钢，含碳量低，塑性好，主要 用于制造冷冲压零件； 10、20钢，常用于制造冲压件和 焊接件； 35、40、45、50钢属中碳钢，经 热处理后可获得良好的综合力学 性能，主要用制造齿轮、套筒、 轴类零件等。 45钢属机械用钢，塑性 较高，强度低，易加工， 一般都是表面处理提高强 度硬度后用作机械零件 材料表面工程技术期中测试题 姓名： 一、名词解释 1.溅射镀膜： 2.分子束外延： 3.激光合金化技术： 4.物理气相沉积： 5.真空蒸镀： 6.热喷涂工艺： 7.气相沉积： 8.合金电镀： 9.腐蚀：10.电镀：11.堆焊：12.化学转化膜：13.表面工程技术： 14.磨损：15.极化：16.钝化：17.表面淬火：18.喷丸强化：19.热扩渗：20.热喷涂：21.热喷焊：22.电镀：23.化学镀： 二、填空题 1.钢件渗碳后，表面为（）钢，心部仍保持（）状态。再通过（）及（）工艺，可使渗碳件具有表面硬度高，耐磨损，心部硬度低，塑性和韧性好的特点。 2.感应加热表面淬火的原理是利用感应电流的（），（）和（）。 3. （）、（）和（）是衡量气体渗碳件是否合格的三大主要性能指标，它们基本决定了渗碳件的综合力学性能。 4.热喷涂时，熔滴撞击基材后扩展成（），撞击时的高能量有助于熔滴的扩展，但会因为（）和（）而停止扩展，并凝固成一种（）结构。 5.热扩渗时，渗剂元素原子扩散的机理主要有（）、（）和（）三种。 6.腐蚀按材料腐蚀原理分为（）和（）两种。 7.热喷涂时，当熔滴撞击基体并快速冷却凝固时，颗粒内部会产生（），而在基体表面产生（）。喷涂完成后，涂层内部残余应力大小与 （）成正比。 8.磨损分为（）、（）、（）、（）微动磨损、冲蚀（包括气蚀）磨损高温磨损。 9.离子镀膜是（）与（）相结合的一种镀膜工艺。 10.常用的热喷涂工艺方法有（）、（）和（）。 三、简答题 1．表面淬火技术与常规淬火技术有何区别？ 2．简述复合镀的原理和需要满足的基本条件？ 3．最基本的金属腐蚀的主要形式和金属材料腐蚀控制及防护方法？4．简述热喷涂涂层的形成过程。 5.简述离子镀膜的特点？ 7．简述CVD的沉积条件？ 8．简述等离子体热扩渗与普通气体热扩渗技术相比都有哪些基本特点？ 9.简述离子镀膜的特点？ 10.简述形成热扩渗层的基本条件？ 11.简述热扩渗层的形成机理？ 12.简述化学镀的原理与特点. 四、论述题 1.试述常用的热喷涂工艺方法及其基本特点? 2.试述热喷涂涂层结合的三种机理? 3.试述表面淬火和化学热处理的概念及区别？ 4.试述什么是堆焊？堆焊层有哪些特点？ 5.试述堆焊与一般焊接的区别及特性？ 6.试述物理与化学气相沉积原理，特点及分类? 7.试述几种典型表面淬火工艺及特点？ 代号 工艺规范 HB HRC Z 840~860℃ 空冷≤229—组织均匀化消除应力 T215820~840℃ 水冷200~230—T235550~630℃ 回火220~250—T265820~840℃ 水冷—T265530~570℃ 回火—C42820~840℃ 水冷—C42 350~400℃ 回火—C48820~840℃ 水冷—C48240~280℃ 回火—G42860~900℃高频、水冷—G42340~370℃ 回火—G48860~900℃高频、水冷—G48220~250℃ 回火—G54860~900℃高频水冷—G54100~200℃ 回火—H48860~900℃高频水冷—H48250~300℃ 回火—Y62 950~980℃ 油冷——H62160~180℃ 回火——Y58950~980℃ 油冷——H58200~270℃ 回火—— Th 850~870℃ 保温—Th 720~750℃ 等温炉冷—C48 1030~1050℃ 油冷——C48570~590℃ 回火——Y62980~1030℃ 油冷——H62160~180℃ 回火——Y58980~1030℃ 油冷——H58200~270℃ 回火—— Th 700~790℃ 保温—Th 680~700℃等温炉冷—冷处理在淬火后 1小时内冷却到70℃——提高硬度(HRC+1)稳定尺寸C56 840~860℃ 油冷 — 常 用 金 属 材 料 热 处 理 提高硬度和耐磨性 表面耐磨,芯部韧性好,变形小 表面耐磨，芯部韧性好 降低硬度，细化组织 57~59细化组织，降低硬度热处理目的 钢号 54~59 CrWMn 207~255 Cr12CrMoV 207~255 46~5161~6346~5157~5946~5161~6346~5152~5740~45提高性能，改善组织 45 热 处 理 硬 度250~280 40~45 Cr12 现代表面科学技术作业 —热喷涂表面处理技术 学号： 姓名： 日期： 任课老师： 摘要：本文重点介绍了热喷涂技术的作用原理、工艺特点、分类。总结了热喷涂技术的应用状况。探讨了新工艺在热喷涂技术中的应用前景。 关键词：热喷涂；表面处理技术；新工艺 1 前言 近30多年来人们对传统表面技术进行了一系列改进、复合和创新, 使大量的现代表面技术涌现出来,在各个工业部门、农业、生物、医药以及日常生活中有着广泛而重要的应用。 表面技术的应用所包含的内容十分广泛,可以用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰等, 也可以是光、电、磁、声、热、化学、生物等方面的应用。表面技术所涉及的基体材料不仅是金属材料,也包括无机非金属材料、有机高分子材料及复合材料。表面技术的种类很多,把这些技术恰当地应用于构件、零部件、元器件以及各种材料,可以获得巨大的效益。 现代高新技术的飞速发展对提高金属材料的性能、延长仪器设备中零部件的使用寿命提出了越来越高的要求。而这两个方面的要求又面临高性能结构材料成本逐年上升的问题。近年来，表面工程的快速发展，尤其是热喷涂技术获得了巨大的进展，为解决上述提供了一种新的方法。热喷涂是一种通过专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上，形成一种特制薄层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的表面工程技术[1-2]。 由于热喷涂技术可以喷涂各种金属及合金、陶瓷、塑料及非金属等大多数固态工程材料，所以能制成具备各种性能的功能涂层，并且施工灵活，适应性强，应用面广，经济效益突出，尤其对提高产品质量、延长产品寿命、改进产品结构、节约能源、节约贵重金属材料、提高工效、降低成本等方面都有重要作用。随着工业和科技的发展，人们对热喷涂技术提出了越来越高的要求，在已有的热喷涂工艺不断得到改进的同时，一些新的工艺也应运而生。目前，包括航空、航天、原子能设备、电子等尖端技术在内的很多领域内[3]热喷涂技术都得到了广泛的应用，并取得了良好的经济效益。 2 热喷涂工艺的原理 热喷涂技术是通过某种热源将某些材料加热至熔融或半熔融状态，然后喷射到涂敷的基体表面，形成一层性能优于原来基体的涂层，从而使原工件具有更加优异的表面性能，或者是使工件获得一种或几种原来基体材料不具备的表面性能膜状组织[4]。喷涂层的形成包括喷涂材料的加热熔化阶段、熔滴的雾化阶段、粒子的飞行阶段和粒子的喷涂阶段。涂层与基体的结合一般认为有机械结合、扩散结合、物理结合和冶金结合。在使用放热型喷涂材料或采用高温热源喷涂时，熔融态的喷涂材料粒子会与熔化态的基体发生焊接现象，形成微区的冶金结合，提高涂层与基体的结合强度。喷涂层内的粒子之间的结合以机械结合为主，而扩散结合、物理结合、冶金结合等也共同起作用。 3 热喷涂工艺的特点 自1910年瑞士肖普（Schoop）博士发明了一种火焰喷涂装置（即热喷涂）以来，热喷 WORD格式 A AAS原子吸收光谱法 AES原子发射光谱法 AFS原子荧光光谱法 ASV阳极溶出伏安法 ATR衰减全反射法 AUES俄歇电子能谱法 C CEP毛细管电泳法 CGC毛细管气相色谱法 CIMS化学电离质谱法 CIP毛细管等速电泳法 CLC毛细管液相色谱法 CSFC毛细管超临界流体色谱法 CSFE毛细管超临界流体萃取法 CSV阴极溶出伏安法 CZEP毛细管区带电泳法 D DDTA导数差热分析法 DIA注入量焓测定法 DPASV差示脉冲阳极溶出伏安法 DPCSV差示脉冲阴极溶出伏安法 DPP差示脉冲极谱法 DPSV差示脉冲溶出伏安法 DPVA差示脉冲伏安法 DSC差示扫描量热法 DTA差热分析法 DTG差热重量分析法 E EAAS电热或石墨炉原子吸收光谱法 ETA酶免疫测定法 EIMS电子碰撞质谱法 ELISA酶标记免疫吸附测定法 EMAP电子显微放射自显影法 EMIT酶发大免疫测定法 EPMA电子探针X射线微量分析法 ESCA化学分析用电子能谱学法 ESP萃取分光光度法 F FAAS火焰原子吸收光谱法 FABMS快速原子轰击质谱法 FAES火焰原子发射光谱法 FDMS场解析质谱法 FIA流动注射分析法 WORD格式 FIMS场电离质谱法 FNAA快中心活化分析法 FT-IR傅里叶变换红外光谱法 FT-NMR傅里叶变换核磁共振谱法 FT-MS傅里叶变换质谱法 GC气相色谱法 GC-IR气相色谱-红外光谱法 GC-MS气相色谱-质谱法 GD-AAS辉光放电原子吸收光谱法 GD-AES辉光放电原子发射光谱法 GD-MS辉光放电质谱法 GFC凝胶过滤色谱法 GLC气相色谱法 GLC-MS气相色谱-质谱法 H HAAS氢化物发生原子吸收光谱法 HAES氢化物发生原子发射光谱法 HPLC高效液相色谱法 HPTLC高效薄层色谱法 I IBSCA离子束光谱化学分析法 IC离子色谱法 ICP电感耦合等离子体 ICP-AAS电感耦合等离子体原子吸收光谱法 ICP-AES电感耦合等离子体原子发射光谱法 ICP-MS电感耦合等离子体质谱法 IDA同位素稀释分析法 IDMS同位素稀释质谱法 IEC离子交换色谱法 INAA仪器中子活化分析法 IPC离子对色谱法 IR红外光谱法 ISE离子选择电极法 ISFET离子选择场效应晶体管 L LAMMA激光微探针质谱分析法 LC液相色谱法 LC-MS液相色谱-质谱法 M MECC胶束动电毛细管色谱法 MEKC胶束动电色谱法 MIP-AAS微波感应等离子体原子吸收光谱法 MIP-AES微波感应等离子体原子发射光谱法 MS质谱法 材料表面工程技术练习题（答案） 一、解释名词 1.喷丸强化技术: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、疲劳强度和抗压力腐蚀能力的表面工程技术。 2.干法热浸渗:先将经常规方法脱脂除锈清洗后的清洁工件或钢材进行溶剂处理，干燥后再将工件浸入欲渗金属溶液中，保温数分钟后抽出，水冷。 3.粘结底层:某些材料能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上，而且这类涂层表面粗糙度适中，对随后喷涂的其它涂层有良好的粘结作用。 4.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。(在真空室中，利用荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面沉积的过程。) 5.分子束外延:在超高真空环境中，将薄膜诸组分元素的分子束流，直接喷到温度适宜的衬底表面上，在合适的条件下就能沉积出所需要的外延层。 6.激光合金化技术:激光合金化就是利用激光束将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，从而使基体表层具有特定的合金成分的技术。换言之，它是一种利用激光改变金属或合金表面化学成分的技术。 7.物理气相沉积:在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其粒子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法。 8.真空蒸镀:在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。 9.热喷涂工艺:热喷涂是用专用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。 10.气相沉积:气相沉积技术也是一种在基体上形成一层功能膜的技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。 气相沉积技术一般可分为两大类:物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)。 11.合金电镀:在一个镀槽中，同时沉积含有两种或两种以上金属元素镀层称为合金电镀。 12.腐蚀:材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。 13.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。 14.堆焊:在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。 15.离子镀膜: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。 16.化学转化膜: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。 17.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。 18.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。 材料的表面处理 第一节概述 材料的种类很多，它们的组成、结构、性质及表面状态更是千差万别。由于不同产品对于其表面处理的效果和功能的要求不同，因此，材料表面处理所涉及的技术问题、工艺问题等也是十分广泛的，并与多种学科相关。本章仅从工业设计的特点出发，介绍几种表面处理工艺。 一、表面处理的功效 造型材料的种类很多，其中金属材料、木质材料和塑料则是最为常用的基本设计材料。从工业设计的特点出发，金属材料的强度高，加工性能较好，其加工表面具有金属光泽，表面较平滑；木材质轻，较易加工，其表面具有天然的木质纹理；塑料的来源丰富，品种很多，成型较方便，且价廉，质轻，透明性和着色性较好，是一种新颖的优良材料。这些材料，以及用它们制造成的产品，若不给以一定的表面处理，则在各种使用环境下，材料或制件的表面会受到空气、水分、日光、盐雾、霉菌和其他腐蚀性介质等的侵蚀，由于腐蚀、腐朽和老化作用，会引起材料或制件失光、变色、粉化及开裂等，从而出现破坏的后果。表面处理的功效就在于一方面保护产品，即保护材质本身赋予产品表面的光泽、色彩和肌理等而呈现出的外观美，并提高产品的耐用性，确保产品的安全性，由此有效地利用了材料资源；另一方面是根据设计的意图，给产品表面附加上更丰富的色彩、光泽和肌理等变化，使产品表面更有节奏感。此外，随着表面处理技术的发展，还可实现提高材料表面的硬度，并可赋予材料表面导电、憎水和润滑等特殊功效。 二、表面处理和加饰 从工业设计出发，表面处理的目的首先是美化产品的外观，也即按产品设计的要求调整其表面的色彩、亮度和肌理等。因此，材料本身具有的外观不符合设计要求时，必须采用适当的表面处理方法进行调整，以达到满足产品设计的要求。 三、表面加工 使金属材料加工成平滑、光亮、美观和具有凹凸模样的表面状态的过程称为表面加工，也即使金属材料表面恢复其本身具有的色泽、亮度和表面肌理特征而进行的处理，表面加工作为电镀和涂装的前处理也是重要的。 1．切削 切削是利用刀具对金属表面层进行加工的方法与铸造、锻造、压力加工等相比较，虽有切屑产生和材料废弃，但一般可迅速加工出高精度表面的产品。 2．研磨 机械加工常见表面处理的种类基本原理和用途 表面处理工艺:静电喷涂、烤漆、镀锌、镀铬、镀镍、镀钛、镀金、镀银、铝阳极、浸渗、喷油、喷砂、DLC处理、铁氟龙处理、染黑、冷电镀 静电喷涂：静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法。静电喷涂设备由喷枪、喷杯以及静电喷涂高压电源等组成。 静电喷涂的作用 1、一次涂装可以得到较厚的涂层，例如涂覆100～300μm的涂层，用一般普通的溶剂涂料，约需涂覆4～6次，而用粉末涂料则一次就可以达到该厚度。涂层的耐腐性能很好。 2、粉末涂料不含溶剂，无三废公害，改善了劳动卫生条件。 3、采用粉末静电喷涂等新工艺，效率高，适用于自动流水线涂装，粉末利用率高，可回收使用。 4、除热固性的环氧、聚酯、丙烯酸外，尚有大量的热塑性耐脂可作为粉末涂料，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、氟化聚醚、尼龙、聚碳酸脂以及各类含氟树脂等。 粉末涂料开始用于防护和电气缘方面，随着科技的发展，目前已广泛使用于汽车工业、电气绝缘、耐腐蚀化学泵、阀门、汽缸、管道、屋外钢制构件、钢制家具、铸件等表面的涂装。我国自六十年代开始粉末涂装的实验研究，并在生产上得到应用。发展到目前已广泛得到使用。 烤漆：在基材上打上底漆、面漆，每上一遍漆，都送入无尘衡温烤房，烘烤。 镀锌：是指在金属、合金或者其它材料的表面镀一层锌以起美观、防锈等作用的表面处理技术。颜色有很多种，一般常见的有蓝白色、银白色等。 镀铬：在金属制品表面镀上一层致密的氧化铬薄膜，可以使得金属制品更加坚固耐用。镀铬有两种的，一种是装饰铬，一种是硬铬。镀硬铬一般采用比较多的是常在高温条件下使用的机械，如：模具等，镀装饰铬顾名思义，主要目的就是为了表面光亮、外形美观、防锈等等。 红外汲取光谱 1 波长（λ）相邻两个波峰或波谷之间的直线距离，单位为米（m）、厘米（cm）、微米（μm）、纳米（nm）。这些单位之间的换算关系为1m＝102cm＝106μm＝109nm。 2频率（v）单位时刻内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数目，即单位时刻内电磁场振动的次数称为频率，单位为赫兹（Hz，即s-1），频率和波长的关系为 3 波数（σ）每厘米长度内所含的波长的数目，它是波长的倒数，即σ＝1 / λ ,波数单位常用cm-1来表示。 4传播速度:辐射传播速度υ等于频率v乘以波长λ，即υ＝v λ。在真空中辐射传播速度与频率无关，并达到最大数值，用c 表示，c值准确测定为2.99792×1010cm/s 5周期T:相邻两个波峰或波谷通过空间某固定点所需要的时刻间隔，单位为秒（s）。 红外光谱法的特点: （1）特征性高。就像人的指纹一样，每一种化合物都有自己的特征红外光谱，因此把红外光谱分析形象的称为物质分子的“指纹”分析。（2）应用范围广。从气体、液体到固体，从无机化合物到有机化合物，从高分子到低分子都可用红外光谱法进行分析。（3）用样量少，分析速度快，不破坏样品。 简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度相应于红外光谱图上一个基频汲取峰。每个原子在空间都有三个自由度，假如分子由n个原子组成，其运动自由度就有3n 个，这3n个运动自由度中，包括3个分子整体平动自由度，3个分子整体转动自由度，剩下的是分子的振动自由度。关于非线性分子振动自由度为3n－6，但关于线性分子，其振动自由度是3n－5。例如水分子是非线性分子，其振动自由度=3×3－6=3. 红外汲取光谱（Infrared absorption spectroscopy, IR）又称为分子振动—转动光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照耀时，分子汲取了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些汲取区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲线，就得到红外光谱。 红外光谱在化学领域中的应用大体上可分为两个方面：一是用于分子结构的基础研究，应用红外光谱能够测定分子的键长、键角，以此推断出分子的立体构型；依照所得的力常数能够明白化学键的强弱；由简正频率来计算热力学函数。二是用于化学组成的分析，红外光谱最广泛的应用在于对物质的化学组成进行分析，用红外光谱法能够依照光谱中汲取峰的位置和形状来推断未知物 《材料表面工程基础》课后习题目录及答案 1.材料表面工程技术为什么能得到社会的重视获得迅速发展? 2.表面工程技术的目的和作用是什么? 3.为什么说表面工程是一个多学科的边缘学科? 4.为什么会造成表面原子的重组？ 5.什么是实际表面？什么是清洁表面？什么是理想表面？ 6.常用的材料表面处理预处理种类及方法有哪些？ 7.热喷涂技术有什么特点？ 8.热喷涂涂层的结构特点是什么？其形成过程中经历了哪几个阶段？ 9.简单分析热喷涂涂层的结合机理？ 10.热喷涂只要有哪几种喷涂工艺？各有什么特点？ 11.热喷涂材料有哪几大类？热喷涂技术在新型材料开发方面可以做什么工作？ 12.镀层如何分类？怎样选择使用？ 13.金属电镀包括哪些基本步骤？说明其物理意义。 14.电镀的基本原理？ 15.共沉积合金的相特点有几种类型？ 16.电刷镀的原理及特点是什么？ 17.什么叫化学镀？实现化学镀过程有什么方式。 18.与电镀相比，化学镀有何特点？ 19.热浸镀的基本过程是什么？控制步骤是什么？其实质是什么？ 20.形成热浸镀层应满足什么条件？ 21.简述钢材热镀铝时扩散层的形成过程。 22.热镀铝的优缺点怎样？ 23.表面淬火与常规淬火的区别：临界温度上移、奥氏体成分不均匀、晶粒细化、硬度高、耐磨性好、抗疲劳强度高。 24.表面淬火层组成：淬硬区、过渡区和心部区。 25.硬化层厚度的测定：金相法和硬度法。 26.喷丸强化技术原理、特点、应用围。 27.感应加热淬火原理、涡流、集肤效应。 28.工件感应加热淬火的工艺流程。 29.各种表面淬火的特点和应用围。 30.什么是表面工程？表面工程技术的作用是什么？ 31.金属离子电沉积的热力学条件是什么？金属离子从水溶液中沉积的可能性取决于什么？ 32.什么是热喷涂技术？试简述热喷涂的特点。 33.热喷涂的涂层结构特点是什么？其涂层与基体的结合机理是什么？一般的等离子喷涂层不可能形成太厚的涂层，为什么？而HVOF技术则可以获得10余毫米厚的超厚涂层，又是为什么？ 34.化学镀的基本原理是什么？有哪些特点？ 35.材料表面工程技术是我校材料科学的学科优势之一？你对于我校材料表面技术的发展有什么想法和建议？ 36.材料表面耐腐蚀的技术有哪些？我国规定煤矿系统的井筒井架、电力塔架、广播发射塔等必须要进行钢结构长效防腐处理。一般的寿命要求30～50年。请 金属件常用表面处理方法 自行车常用的表面处理方式分类 1.涂装，包含电泳涂装、静电涂装、手工涂装、静电粉末涂装及流化床粉末涂装等； 2.电镀，常用的有普通镀锌（台资企业叫UCP，有蓝锌与白锌）、彩色镀锌、镀铬（又叫CP，有亮面与雾面之分）； 3. 化学镀，主要用于塑料件，先在工件表面化学镀一层铜或镍，然后再进行后续的电镀，最后一层大多为镀铬； 4. 阳极氧化、电解着色或染色，主要是针对有色金属之铝合金，以及现在新兴起的镁合金，处理后表面形成一层致密的氧化膜，可以是金属本色，也可以染成不同的颜色，由于具有坚硬耐磨，耐腐蚀性优良的特点，一般外边不在涂装油漆或粉末； 5. 抛光、磨花、拉丝，也是针对铝合金的一种处理方式，通过机械（手工或震动抛光）或化学的（三酸或两酸化学抛光或电化学抛光）处理方式，使得铝合金表面微观变得平整，达到不同级别的平滑光亮效果，然后喷透明漆，或继续在抛光的工件表面磨花或拉丝等处理后改变外观效果再进行涂装； 6. 防锈磷化与发黑处理，不具有装饰性，目的就是为了提高工件的防锈性能，主要用在花鼓、轴承的处理； 7. 达克罗处理，又叫达克锈处理或锌铬膜，即片状锌基铬盐防护涂层，是国际上金属表面处理的一种高新技术，一种防锈性能很好的涂装方式，达克罗不用电沉积方法而将工件直接浸入达克罗处理液中，或用刷涂、静电喷涂法使处理液粘附于工件表面，然后经烧结而成的含锌、铝及铬元素的无机转化膜。主要用在小零件的防锈处理上，如螺丝螺帽等，也可应用在链条、支撑、泥除脚、车首竖杆、货架、停车架 ED电著处理意思金属表面电着色 一般来说,电镀的成膜物质是金属,电泳的成膜物质是树脂. 非金属(如塑料)可以电泳,但要求先电镀,再电泳,因为塑料的耐温较低,对电泳漆的选择就要多注意了 BED电泳, -----电泳的成膜物质是树脂 材料表面工程教案 李远睿编写 重庆大学材料科学与工程学院 2005年4月 前言Foreword 金属材料表面工程学科是涉及范围较广的学科。总的目的是：在保证材料整体强度水平不降低的基础上设法应用不同的现代技术手段赋予材料表面各种所需要的性能。本课程在介绍了金属表面的有关基础知识后，结合国内外最新的资料和信息及老师的科研实践，分别讲解：表面准备、表面冷塑性变性强化、表面覆层强化，高能量密度表面强化与改性、表面淬火强化，化学热处理表面强化及表面特殊涂覆处理和表面复合处理技术等内容。由于在热处理工艺学中学习了表面淬火强化和化学热处理等方面的内容，则在本课程中不再详细讨论了。 一综述： 1．金属材料表面工程学的地位。 金属材料，特别是钢铁材料，目前仍旧是机械,设备和工程构件的主要材料。国内机械行业曾对114 个大型企业耗用材料的统计资料表明：钢铁材料占93.13%；有色金属占1.85%；非金属材料占5.2%。目前存在的主要问题是：材料消耗多、利用率低、质量欠稳定、制成的零部件或工程结构失效较早等。 2．机械零件失效的主要形式： a 塑性变形。原因是材料强度不足或过载使用； b 断裂。有韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂三种类型； c 磨损。按磨损机理分为磨料磨损、冲蚀磨损、粘着磨损和疲劳磨损四类，各类磨损又可以细分为更具体的一些形式。 d 腐蚀。在环境及周围介质作用下，对金属材料及零件的腐蚀。 在以上四种失效形式中，磨损、疲劳和腐蚀占80%以上。由现代理化手段分析后证实：失效通常是从材料的表面开始的，而且往往是因其表面性能不高所致。故研究金属材料的表面及其相应的强化方法有十分重要的意义。 二表面强化技术的分类及概况。 1．分类。通常按表面强化技术的性质分类，可以分为： a化学热处理表面强化；b表面淬火强化；c表面覆层（化成处理覆层、覆衬、CVP、PVD薄膜和热浸渗）强化及装饰；d表面冷塑性变形强化；e表面复合强化；f表面高能量密度改性与强化。 2．各类表面强化的概况。 a 化学热处理表面强化。即用渗入原子在材料表层内扩散而形成人工内污染层，以改变表层的化学成分为先决条件，再进行不同处理后赋与表面和内部不同的组织，从而具有不同性能的表面强化方法。例如：钢的渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、热浸渗和渗金属等等。 b 表面淬火。不改变材料的化学成分，只是因表层相变而产生的强化方法称为表面淬火。例如：高频、中频和表面感应加热淬火、火焰加热表面淬火、电子束、激光（Laser）束加热表面淬火等。 c 表面冷塑性变形强化。在金属材料的再结晶温度之下，使其表层发生冷塑性变形后达到表层加工硬化，弥补其表面轻微脱碳和细小缺陷并形成表层残余压应力的强化方法称为表面冷塑性变形强化。其显著作用就是提高金属材料及其制品的高周疲劳寿命，且材料本身强度愈高，其表面强化效果愈显著。表面冷塑性变形强化的方法有：表面滚压、内孔挤压和表层喷丸强化。其中，喷丸强化用得最普遍。 d 表面覆层强化及装饰。使金属表面获得特殊的覆盖层，以提高其耐磨、耐蚀、抗疲劳及装饰等目的工艺方法都称为表面覆层强化及装饰。它分为：表面镀膜，化成处理和表面覆衬。表面镀膜主要有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和分子外延技术等；化成处理主要有：化学镀、电镀、发蓝、发黑、磷化和铝的阳极氧化等；表面覆层主要为热喷涂、热堆焊覆层（衬）和用玻璃和地沥清等覆衬于其表面，以达到耐热、耐蚀、防滑、修复尺寸和防腐等目的。 e高能量密度表面强化。以极高密度的能量作用于金属表面使其发生物理、化学变化，达到强化或表面改性的目的称为高能量密度表面强化。特点是：方法简单、时间短、变形小、高效率等，但设备复杂，造价高。采用：电子束、激光束、太阳能和高频冲击表面感应加热等。能量密度：以电子束和激光束提供的能量密度最高，可达到： “材料表面工程”复习题 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) 热扩渗：将工件放在特殊介质中加热，使介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层(或掺杂层)的工艺。(化学热处理技术) 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。 热喷焊：采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合，消除孔隙的表面处理技术。(喷焊) 堆焊：在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。 现代表面工程与技术 Modern Surface Engineering and Technology 什么是表面工程？ 表面工程是将材料的表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各种表面技术，使材料的表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。 第一章表面技术概论 表面技术是直接与各种表面现象或过程相关的，能为人类造福或被人们利用的技术----宽广的技术领域。 一、使用表面技术的目的 1、提高材料抵御环境作用能力。 2、赋予材料表面功能特性。 3、实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件。 途径： 表面涂覆：各种涂层技术（电镀、化学镀、热渗镀、热喷涂、堆焊、化学转化膜、涂装、气相沉积、包箔、贴片）。 表面改性：喷丸强化、表面热处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理。 二、表面技术的分类 1、按作用原理 (1)原子沉积 电镀、化学镀、物理、化学气相沉积 (2)颗粒沉积 热喷涂、搪瓷涂敷 (3)整体覆盖 包箔、贴片 (4)表面改性 2、按使用方法 (1)电化学法 电镀、电化学氧化（阳极氧化） (2)化学法 化学转化膜、化学镀 (3)真空法 物理、化学气相沉积、离子注入 (4)热加工法 热浸镀、热喷涂、化学热处理、堆焊 (5)其它方法 涂装、机械镀、激光表面处理 三、表面技术的应用 1、广泛性和重要性 (1)广泛性 内容广 基材广 种类多 遍及各行业，用于构件、零部件、元器件，效益巨大 (2)重要性 ?改善耐腐蚀、磨损、氧化、疲劳断裂、辐照损伤 ?提高产品长期运行可靠性、稳定性 ?满足特殊要求（必不可少或唯一途径） ?生产各种新材料、新器件（在制备临界温度超导膜、金刚石膜、纳米多层膜、纳米粉末、纳米晶体材料、多孔硅中起关键作用；又是许多光学、微电子、磁性、化学、生物等功能器件研究和生产的基础） 2、在结构材料及构件和零部件上的应用 表面技术作用：防护、耐磨、强化、修复、装饰 3、在功能材料和元器件上的应用 制造装备中具独特功能的核心部件。 表面技术可制备或改进一系列功能材料及元器件 物理特性： ?光学 反射镜材料，防眩零件 ?热学 散热材料，耐热涂层，吸热材料 ?电学 表面导电玻璃，绝缘涂层 ?磁学 磁记录介质，电磁屏蔽材料，磁泡材料 化学特性： 分离膜材料 4、在人类适应、保护和优化环境方面的应用 (1)净化大气 原料、燃料→CO2、NO2、SO2 措施：回收、分解 方法：制备触媒载体（钯炭、铂炭、钌炭、铑炭） (2)净化水质 制备膜材料，处理污水、化学提纯、水质软化、海水淡化 (3)抗菌灭菌 TiO2（粉状、粒状、薄膜状）可将污染物分解 ?当光照射半导体化合物时，并非任何波长的光都能被吸收和产生激发作用，只有能量E满足式(1)的光量子才能发挥作用。 ?光子波长 h-普朗克常数，4.138×10-15 eV·s； c-真空中光速，2.998×1017 nm/s 锐钛型TiO2的Eg = 3.2eV ?在TiO2粒子表面上，有还原作用；产生氧化作用。 在界面处的还原作用： 常规加工手段的介绍（冷加工） ●车床：加工圆柱形、圆环、圆洞（精度较高） ●铣床：对工件的边、槽、不规则孔加工（精度高、价格偏贵） ●钻床：钻孔、攻丝（被钻孔外圆与工件边缘距离不能小于1mm） ●剪床：矩形板料剪切（精度低<±0.5mm>、方便） ●冲床：依照模具快速加工（适合数量较大的金属板件加工，但需要开模具、 被加工的金属板不能太厚，危险） ●线切割：武侠小说中的“盘龙丝”或《龙门飞甲》中范晓萱所使用的天蚕丝 就可以理解为线切割，机加工中起切割作用的是钼丝（精度很高、能切出各种形状，但价格贵） ●刨床：大型工件的局部或整个面磨平、开槽（它很多功能用铣床或磨床都能 代替的，适于中型或大型零件的加工） ●磨床：跟刨床有相似之处，边、面磨平（可以磨得很光滑，表面光洁度要求 高的加工手段；但很多情况下都可以用砂轮代替它……不多见，有点危险）●镗床：掏一个圆洞或加工曲面（有点贵） ●电火花：比如说你需要打一个很小很深的孔或窄缝（能加工硬度很大的金属， 要求工件导电，所以只能加工金属……火灾制造者） 机械加工常用材料介绍 机械加工中，用得最多的金属是铜铁铝这三类；用得最多的非金属是玻纤板、聚四氟乙烯。 铜类： ?黄铜——除铜以外主要以锌为添加元素，牌号从H96到H59，最常见最好 买的是H65、H62、H59这三种牌号；H是“黄”的汉语拼音首字母，后面的数字表示铜所占的百分比，数字越大，材料越软、延展性越好、在车床铣床上加工时，常常会有“粘刀”现象。 ?青铜——首先记住铍青铜和磷青铜，他们的弹性非常好！弹簧、点接触导电 元件首选他们……可能铍青铜要比磷青铜好买一些；另外常见的还有锡青铜、铅青铜、铝青铜，三者都比较适合铸造件，铝青铜的强度耐磨耐腐蚀最好。 ?紫铜——也叫红铜，就是纯铜。T1、T2、T3、T4四个牌号，T1的含铜量 是99.95%，延展性好、导电特性好，当然也很软（车床加工有点考手艺）…… 一般导电部分或屏蔽部分用这个材料。 铁类： ?不锈钢——这个不解释……地球人都知道。在一定范围内，镁的含量越高， 越不容易生锈； ?镔铁——就是那种很薄、亮白色、有冰片一样的东西（80后童年时常见的 路边小店中公用电话的保护壳），弯折后用铆钉固定，加工起来比较方便快捷，如果没处理边沿的话，锋利的它很容易将人划伤。 ?冷轧铁——就是咱们平时生活中常说的铁，机械加工中用得最多的铁，若你 在图纸中标注以“铁”为材料，一般默认就是这种，不进行电镀等表面处理的话，容易生锈；在一些没有特殊要求的地方，用这种材料比起铜便宜得多。 ?4J36——俗称殷钢或可阀，在中国能买到的温度膨胀系数最小的金属材料就 是它！ 铝类： ?硬铝（Ly12）——硬度、机械强度都比较适中，拿来做仪器仪表的底板、面 材料表面工程技术-考试复习资料． 1.表面工程:从材料表面的实际应用出发，科学设计工艺方法，严格监控工艺过程，实际检验施工质量，并对全过程进行记录和总结，改进其中的不足，不断提高技术水平，丰富理论内涵，开发新的用途和应用领域。采用表面技术，在零部件或工件表面涂覆一层或多层表面层而形成的技术，主要包 2.括电镀和化学镀、热喷涂、化学转化膜、热浸镀、涂料涂装、气相沉积、堆焊与熔结、 搪瓷和陶瓷涂覆、粘涂、溶胶-凝胶等。表面现象有关的一些表面技术: 1）表面湿润和反湿润技术. 2）表面催化技术3.3）膜技术4）表面化学技术 4. 表面5.在几个原子范围内的清洁表面其偏离三维周期性结构的主要特征是表面松弛、重构和表面台阶结构。从微观水平看，即使宏观看来非常光滑平整的表面实际上也是凹凸不平的，即表面6. 是粗糙的。吸附、吸收和化学反应是固体与气体发生作用的三种表现。7. 晶体表面缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类. 8.表面平整一般采用磨光、滚光、抛光及刷光和振动磨光。9.磨光是借助粘有磨料的特制磨光轮(或带)的旋转，以磨削金属零件表面的过程。 滚光是将成批零件与磨削介质一起在滚筒中作低速旋转，靠零件和磨料的相对运动进行光饰处理的过程。 抛光是用抛光轮和抛光膏或抛光液对零件表面进一步轻微磨削以降低粗糙度，也可用于镀后的精加工。 刷光是把刷光轮装在抛光机上，用刷光轮上的金属丝(钢丝、黄铜丝等)刷，同时用水或含某种盐类，表面活性剂的水溶液连续冲洗去除零件表面锈斑、毛刺、氧化皮及其他杂物，还可用于装饰目的进行丝纹刷光和缎面刷光等。 振动磨光是将零件与大量磨料和适量抛磨液置入容器中，在容器振动过程中使零件表面平整光洁。基体表面清洁的目的是：10. 打基础；)如电镀、热喷涂等(作为前序处理工艺的一部分，为下一涂装或其他表面加工． 作为一项单独表面处理技术，可提高工件寿命或恢复工件原状态或节能需要(锅炉清除水垢，提高热效率)； 消除工件(设备)隐患，提高安全性(如传热设备局部过热可通过清洗来解决)，消毒、灭菌，除放射性污染，有利于人体健康。 表面清洗主要包括除油和除锈。 喷砂是用机械或净化的压缩空气，将砂流强烈地喷向金属制品表面，利用磨料强11.力的撞击作用，打掉其上的污垢物，达到清理或修饰目的的过程。喷砂的主要用途有： 材料表面工程(材料化学专业) 目的和要求 材料表面工程是一门新的边缘学科, 它不但涉及到诸如表面物理学、表面化学、金属学、陶瓷学、高分子学、传热学、传质学等多个学科的理论, 而且其本身也溶入了诸多学科的新技术. 本课程首先概要介绍表面物理化学和表面强度等材料表面工程基础理论知识, 然后就表面工程中10个大类表面技术的原理、工艺特点和应用领域进行重点介绍, 最后简要介绍材料表面工程中常用的一些分析和测试方法和技术. 本课程作为材料系高年级学生一门专业选修课, 目的在于给学生一个向导的作用, 让学生掌握整个材料表面工程的基本知识, 为学生将来从事这方面的工作或研究奠定一个较为扎实的基础, 课程以介绍各个相关表面工程技术的基本原理和研究方法为主, 也兼顾介绍一些生产工艺和发展方向等. 基本内容及学时分配 第一章绪论 (2学时) 1.1材料表面工程技术的意义、目的和作用 1.2材料表面工程技术的发展与分类 第二章表面物理化学基础 (4学时) 2.1 表面能与表面张力 2.2 固体表面结构 2.3 固体表面的润湿和吸附理论 2.4 Kelvin公式及其应用 2.5 表面原子的扩散 第三章表面强度 (2学时) 3.1 表面活性介质对力学性能的影响 3.2 表面膜层的应力 3.3 表面抗磨强度 3.4 表面抗腐蚀强度 3.5 疲劳载荷下的表面强度 第四章热渗镀 (2学时) 4.1 热渗镀原理 4.2 热浸镀 4.3 离子氮化 4.4 离子渗碳 第五章热喷涂 (2学时) 5.1 热喷涂原理 5.2 火焰喷涂 5.3 等离子喷涂 5.4 热喷涂涂层的特性和设计第六章堆焊 (2学时) 6.1 堆焊原理 6.2 电弧堆焊 6.3 等离子堆焊 第七章电镀 (2学时) 7.1 电沉积的基本原理 7.2 影响电镀层质量的基本因素7.3 合金镀 7.4 复合镀 7.5 电刷镀 第八章化学镀 (2学时) 8.1 化学镀基本原理 8.2 化学镀镍 8.3 化学镀铜 《材料表面工程基础》课后习题目录及答案1 1.材料表面工程技术为什么能得到社会的重视获得迅速发展? 2.表面工程技术的目的和作用是什么? 3.为什么说表面工程是一个多学科的边缘学科? 4.为什么会造成表面原子的重组？ 5.什么是实际表面？什么是清洁表面？什么是理想表面？ 6.常用的材料表面处理预处理种类及方法有哪些？ 7.热喷涂技术有什么特点？ 8.热喷涂涂层的结构特点是什么？其形成过程中经历了哪几个阶段？ 9.简单分析热喷涂涂层的结合机理？ 10.热喷涂只要有哪几种喷涂工艺？各有什么特点？ 11.热喷涂材料有哪几大类？热喷涂技术在新型材料开发方面可以做什么工作？ 12.镀层如何分类？怎样选择使用？ 13.金属电镀包括哪些基本步骤？说明其物理意义。 14.电镀的基本原理？ 15.共沉积合金的相特点有几种类型？ 16.电刷镀的原理及特点是什么？ 17.什么叫化学镀？实现化学镀过程有什么方式。 18.与电镀相比，化学镀有何特点？ 19.热浸镀的基本过程是什么？控制步骤是什么？其实质是什么？ 20.形成热浸镀层应满足什么条件？ 21.简述钢材热镀铝时扩散层的形成过程。 22.热镀铝的优缺点怎样？ 23.表面淬火与常规淬火的区别：临界温度上移、奥氏体成分不均匀、晶粒细化、硬度高、耐磨性好、抗疲劳强度高。 24.表面淬火层组成：淬硬区、过渡区和心部区。 25.硬化层厚度的测定：金相法和硬度法。 26.喷丸强化技术原理、特点、应用范围。 27.感应加热淬火原理、涡流、集肤效应。 28.工件感应加热淬火的工艺流程。 29.各种表面淬火的特点和应用范围。 《表面技术概论》习题 30.什么是表面工程？表面工程技术的作用是什么？ 31.金属离子电沉积的热力学条件是什么？金属离子从水溶液中沉积的可能性取决于什么？ 32.什么是热喷涂技术？试简述热喷涂的特点。 33.热喷涂的涂层结构特点是什么？其涂层与基体的结合机理是什么？一般的等离子喷涂层不可能形成太厚的涂层，为什么？而HVOF技术则可以获得10余毫米厚的超厚涂层，又是为什么？ 34.化学镀的基本原理是什么？有哪些特点？ 35.材料表面工程技术是我校材料科学的学科优势之一？你对于我校材料表面技术的发展有什么想法和建议？ 1 ■■■■■■■■■■■■■■■524宿舍整理■■■■■■■■■■■■勿删■■■■■■■■■■■■机械加工常用材料与表面处理资料
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