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文檔簡介
1、“材料表面工程”復(fù)習題一、名詞解釋表面工程技術(shù):為滿足特定的工程需求,使材料或零部件表面具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)和性能(或功能)的化學(xué)、物理方法與工藝。表面能:嚴格意義上指材料表面的內(nèi)能,包括原子的動能、原子間的勢能以及原子中原子核和電子的動能和勢能等。潔凈表面:材料表層原子結(jié)構(gòu)的周期性不同于體內(nèi),但其化學(xué)成分仍與體內(nèi)相同的表面。清潔表面:一般指零件經(jīng)過清洗(脫脂、浸蝕等)以后的表面。區(qū)別:潔凈表面允許有吸附物,但其覆蓋的幾率應(yīng)該非常低。潔凈表面只有用特殊的方法才能得到。清潔表面易于實現(xiàn),只要經(jīng)過常規(guī)的清洗過程即可。潔凈表面的“清潔程度”比清潔表面高。吸附作用:物體表面上的原子或分子力場不飽和,有
2、吸引周圍其它物質(zhì)(主要是氣體、液體)分子的能力。磨損:相對運動的物質(zhì)摩擦過程中不斷產(chǎn)生損失或殘余變形的現(xiàn)象。腐蝕:材料與環(huán)境介質(zhì)作用而引起的惡化變質(zhì)或破壞。極化:腐蝕電池工作時,陰、陽極之間有電流通過,使陰、陽極之間的電位差(實際電極電位)比初始電位差要小得多的現(xiàn)象。鈍化:由于金屬表面狀態(tài)的改變引起金屬表面活性的突然變化,使表面反應(yīng)速度急劇降低的現(xiàn)象。(陽極反應(yīng)受阻的現(xiàn)象)表面淬火:用特定熱源將鋼鐵材料表面快速加熱到 Ac3(對亞共析鋼)或者 Ac1(對過共析鋼)之上(奧氏體化),然后使其快速冷卻并發(fā)生馬氏體相變,形成表面強化層的工藝過程。噴丸強化:利用高速噴射的細小彈丸在室溫下撞擊受噴工件的
3、表面,使表層材料在再結(jié)晶溫度之下產(chǎn)生彈、塑性變形,并呈現(xiàn)較大的殘余壓應(yīng)力,從而提高工件表面強度、疲勞強度和抗應(yīng)力腐蝕能力的表面工程技術(shù)。 (噴丸強化技術(shù))熱擴滲:將工件放在特殊介質(zhì)中加熱,使介質(zhì)中某一種或幾種元素滲入工件表面,形成合金層(或摻雜層)的工藝。(化學(xué)熱處理技術(shù))熱噴涂:采用各種熱源使涂層材料加熱熔化或半熔化,然后用高速氣體使涂層材料分散細化并高速撞擊到基體表面形成涂層的工藝過程。熱噴焊:采用熱源使涂層材料在基體表面重新熔化或部分熔化,實現(xiàn)涂層與基體之間、涂層內(nèi)顆粒之間的冶金結(jié)合,消除孔隙的表面處理技術(shù)。(噴焊)堆焊:在零件表面熔敷上一層耐磨、耐蝕、耐熱等具有特殊性能合金層的技術(shù)。電
4、鍍:在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中,在直流電的作用下,以被鍍基體金屬為陰極,以欲鍍金屬或其它惰性導(dǎo)體為陽極,通過電解作用,在基體表面上獲得結(jié)合牢固的金屬膜的表面工程技術(shù)?;瘜W(xué)鍍:在無外加電流的狀態(tài)下,借助合適的還原劑,使鍍液中的金屬離子還原成金屬,并沉積到零件表面的一種鍍覆方法。復(fù)合電鍍:在電鍍或化學(xué)鍍?nèi)芤褐屑尤敕侨苄缘墓腆w微粒,并使其與主體金屬共沉積在基體表面,或把長纖維埋入或卷纏于基體表面后沉積金屬,形成一層金屬基的表面復(fù)合材料的過程。(彌散鍍、分散鍍)轉(zhuǎn)化膜技術(shù):通過化學(xué)或電化學(xué)方法,使金屬表面形成穩(wěn)定的化合物膜層而不改變其金屬外觀(形狀及幾何尺寸)的一類技術(shù)。真空蒸發(fā)鍍膜:在真空室內(nèi),加熱
5、蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料,使其原子或分子從表面氣化逸出,形成蒸氣流,入射到固體(基片/基板/襯底、工件)表面,凝結(jié)形成固態(tài)薄膜的方法。濺射鍍膜:用高能粒子轟擊固體表面,通過能量傳遞,使固體的原子或分子逸出表面并沉積在基片或工件表面形成薄膜的方法。離子鍍膜:在真空條件下,靠直流電場引起放電,陽極兼作蒸發(fā)源,基片放在陰極上,在氣體離子和蒸發(fā)物質(zhì)的轟擊下,將蒸發(fā)物質(zhì)或其反應(yīng)物鍍在基片上。二、簡答題1、表面工程技術(shù)的內(nèi)涵(分類);表面改性技術(shù)、表面合成材料技術(shù)、表面加工技術(shù)、表面加工三維合成技術(shù)2、表面工程技術(shù)的特點與意義;表面工程技術(shù)具有一般整體材料加工技術(shù)不具備的優(yōu)點。1)主要作用在基材表面,
6、對遠離表面的基材內(nèi)部組織與性能影響不大。因此,可以制備表面性能與基材性能相差很大的復(fù)合材料。2)采用表面涂(鍍)、表面合金化技術(shù)取代整體合金化,使普通、廉價的材料表面具有特殊的性能,不僅可以節(jié)約大量貴重金屬,而且可以大幅度提高零部件的耐磨性和耐蝕性,提高勞動生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本。3)可以兼有裝飾和防護功能,有力推動了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。4)表面薄膜技術(shù)和表面微細加工技術(shù)具有微細加工功能,是制作大規(guī)模集成電路、光導(dǎo)纖維和集成光路、太陽能薄膜電池等元器件的基礎(chǔ)技術(shù)。5)二維的表面處理技術(shù)已發(fā)展成為三維零件制造技術(shù)(生長型制造法),不僅大幅度降低了零部件的制造成本,亦使設(shè)計與生產(chǎn)速度成倍提高。6)表面工
7、程技術(shù)已成為制備新材料的重要方法,可以在材料表面制備整體合金化難以做到的特殊性能合金等。3、表面工程技術(shù)中結(jié)合界面的類型及其結(jié)合強度的特點;1)冶金結(jié)合界面 特點:結(jié)合強度很高,可以承受較大的外力或載荷,不易在服役過程中發(fā)生剝落。2)擴散結(jié)合界面 特點:覆層與基材之間的成分梯度變化,并形成了原子級別的混合或合金化。3)外延生長界面 特點:理論上應(yīng)有較好的結(jié)合強度。具體取決于所形成的單晶層與襯底的結(jié)合鍵類型,如分子鍵、共價鍵、離子鍵或金屬鍵等。4)化學(xué)鍵結(jié)合界面 特點:結(jié)合強度較高,界面的韌性較差,表面發(fā)生粘連、氧化、腐蝕等化學(xué)作用也會產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)合界面。5)分子鍵結(jié)合界面 特點:覆層與基材(或
8、襯底)之間未發(fā)生擴散或化學(xué)作用。結(jié)合強度較低。6)機械結(jié)合界面 特點:結(jié)合強度不高,但可起輔助作用。4、固體表面的吸咐的種類及特點;固體表面的吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩類。5、寫出 Young 方程并說明“潤濕”與“不潤濕”;Young 方程: Young 方程反映了潤濕角的大小與三相界面張力之間的定量關(guān)系:5、表面粗糙度的兩種常用表達方式;6、最常見的磨損種類;如何通過表面技術(shù)提高耐磨性?磨損分為七類:粘著磨損磨粒磨損最基本的疲勞磨損腐蝕磨損微動磨損沖蝕(包括氣蝕)磨損高溫磨損提高零件耐磨性的途徑:1)工程結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計2)零件磨損機理預(yù)測、分析和耐磨材料的選擇3)材料表面耐磨與減摩處理
9、7、 腐蝕按材料腐蝕原理可分為哪兩類?化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕8、 金屬腐蝕的主要形式;金屬材料腐蝕控制及防護方法;金屬腐蝕的主要形式:局部腐蝕、全面腐蝕和在機械力作用下的腐蝕。金屬材料腐蝕控制及防護方法:1產(chǎn)品合理設(shè)計與正確選材 2電化學(xué)保護 3表面覆層及表面處理 4加入緩蝕劑9、表面預(yù)處理的作用及主要工序;作用:清除材料表面雜質(zhì),露出材料(金屬)本色使并使其處于活化狀態(tài),獲得“清潔表面”甚至“潔凈表面”,以提高表面覆層的質(zhì)量以及覆層與基材的結(jié)合強度。表面預(yù)處理工序主要包括脫脂、除銹和獲取一定程度粗糙度的表面等幾部分。10、形成熱擴滲層的基本條件;1)滲入元素必須能夠與基體金屬形成固溶體或金屬間
10、化合物。2)欲滲元素與基材之間必須有直接接觸。3)被滲元素在基體金屬中要有一定的滲入速度。4)(對靠化學(xué)反應(yīng)提供活性原子的熱擴滲工藝)該反應(yīng)必須滿足熱力學(xué)條件。(產(chǎn)生活性原子;反應(yīng)平衡常數(shù)1%。)11、熱擴滲層的形成機理;1) 產(chǎn)生滲劑元素的活性原子并提供給基體金屬表面。活性原子的提供方式:熱激活能法、化學(xué)反應(yīng)法(常用方法)。2)滲劑元素的活性原子吸附在基體金屬表面上,隨后被基體金屬所吸收,形成最初的表面固溶體或金屬間化合物,建立熱擴滲所必須的濃度梯度。3)滲劑元素原子向基體金屬內(nèi)部擴散,基體金屬原子也同時向滲層中擴散,使擴滲層增厚,即擴滲層成長過程(簡稱擴散過程)。擴散的機理:間隙式擴散、置換式擴散和空位式擴散機理。
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