表面總結(jié)習(xí)題

1、表面技術(shù)概論總結(jié)復(fù)習(xí)題第二章 表面科學(xué)基本概念及理論固體表面：通常指固-氣界面或固- 液界面，一般由凝聚態(tài)物質(zhì)靠近氣體或真空的一個或幾個原子層組成。界面：一般指兩相交界處，嚴(yán)格來講固固、液液、固液、氣液、固液交界處皆為界面。晶界：結(jié)構(gòu)相同而取向不同晶體之間的界面，晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶界。相界：由結(jié)構(gòu)不同或結(jié)構(gòu)相同而點(diǎn)陣參數(shù)不同的兩塊晶體相交接而形成的界面。理想表面：是一種理論上的結(jié)構(gòu)完整的二維點(diǎn)陣平面。 清潔表面：指沒有被其它任何物質(zhì)污染，也沒有吸附任何不是表面組分的其它原子或分子的表面，是我們在預(yù)處理后中想要得到的表面。 實際表面：理想的表面是不存在的，清潔的表面是難以制備的，實際

2、的表面存在缺陷、雜質(zhì)等現(xiàn)象。 機(jī)械加工表面：在磨削、研磨、拋光等機(jī)械作用下，金屬表面能形成特殊結(jié)構(gòu)的表面層。 表面馳豫：表面的原子周期性突然破壞，表面上的原子會發(fā)生相對于正常位置的上、下位移以降低體系能量，表面上原子的這種位移稱為表面馳豫。 表面重構(gòu)：平行基底的表面上，原子的平移對稱性與體內(nèi)顯著不同，原子位置作了較大幅度的調(diào)整。表面臺階機(jī)構(gòu)：表面原子形成臺階結(jié)構(gòu)。表面粗糙度：是指加工表面上具有的較小間距的峰和谷所組成的微觀幾何形狀誤差，也稱微觀粗糙度。指在較短距離內(nèi)(2800 m)出現(xiàn)的凹凸不平(0.03-4m)。 貝爾比層：固體材料經(jīng)切削加工后，在幾個微米或者十幾個微米的表層中可能發(fā)生組織結(jié)

3、構(gòu)的劇烈變化，使得在表面約10nm的深度內(nèi)，形成晶格畸變薄層。表面吸附：指固體表面吸引氣體的一種結(jié)合，又有物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附：靠范德華力作用，物理吸附對溫度比較敏感，低溫下的單層有序結(jié)構(gòu)，吸附分子結(jié)構(gòu)無變化?；瘜W(xué)吸附：則形成化學(xué)鍵結(jié)合，存在電子轉(zhuǎn)移，結(jié)合強(qiáng)度比物理吸附大許多。固體的表面張力與自由能：處于界面上的原子除受到來自內(nèi)部自身原子的作用力外，還受到外部介質(zhì)分子(或原子）的作用力。顯然其力是不平衡的，若外部為真空更是如此。這使得表面原子偏離正常的平衡位置，從而牽動著附近的幾層原子，造成表層產(chǎn)生畸變，表面的各種缺陷更加重了這種畸變。這樣就使表層原子的能量比內(nèi)部的要高很多，體系自由能

4、降低，縮小界面張力。表面擴(kuò)散：原子或分子沿表面的二維遷移。表面缺陷：金屬表面局部物理或化學(xué)性質(zhì)不均勻的區(qū)域。表面缺陷是原子活性較高的部位，常常成為金屬腐蝕的始發(fā)處。1.解釋清潔表面的結(jié)構(gòu)？清潔表面的結(jié)構(gòu)有：馳豫、重構(gòu)、偏析、化學(xué)吸附、化合物、臺階。2.分析材料表面吸附方式的影響因素？物理吸附：靠范德華力作用，物理吸附對溫度比較敏感，低溫下的單層有序結(jié)構(gòu)，吸附分子結(jié)構(gòu)無變化?；瘜W(xué)吸附：則形成化學(xué)鍵結(jié)合，存在電子轉(zhuǎn)移，結(jié)合強(qiáng)度比物理吸附大許多。3.分析金屬鐵的表面氧化方式？化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕4.金屬材料在工業(yè)環(huán)境中被污染的實際表面是怎樣的？5.分析影響表面能的因素？無缺陷的晶體被分成兩個半無限大

5、的晶體，分割前后的原子排列、電子密度不變；表面原子能量大于內(nèi)部，既為表面能。 6.黏著固體與固體接觸時有何表面現(xiàn)象。黏著固體與固體接觸時的表面現(xiàn)象，產(chǎn)生兩個新的表面。消耗的能量稱為黏附功，表征固體與固體吸引強(qiáng)度。7.分析最常見的幾種界面類型。1）基于固相晶粒尺寸和微觀結(jié)構(gòu)差異形成的界面。 2）基于固相組織或晶體結(jié)構(gòu)差異形成的界面。 3）基于固相宏觀成分差異形成的界面第二章 有關(guān)腐蝕與磨損的基本概念及理論 材料表面失效的主要形式：1）吸附現(xiàn)象2）潤濕及黏著3）金屬表面反應(yīng)化學(xué)腐蝕：是金屬在干燥的氣體介質(zhì)中或不導(dǎo)電的液體介質(zhì)中(如酒精、石油等)發(fā)生的腐蝕，腐蝕過程中無電流產(chǎn)生。電化學(xué)腐蝕：是指金屬

6、在導(dǎo)電的液態(tài)介質(zhì)中因電化學(xué)作用導(dǎo)致的腐蝕，在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。金屬材料氧化膜的生長方式：(1)直線生長規(guī)律(2)氧化膜的拋物線生長規(guī)律(3)氧化膜的對數(shù)生長規(guī)律。金屬的電極電位：金屬材料與電解質(zhì)接觸，將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，這種金屬電極與溶液界面之間存在的電位差就叫做金屬的電極電位。金屬表面的鈍化：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)(如金屬在酸中的溶解或在空氣中的腐蝕)速度急劇降低的現(xiàn)象，就稱為鈍化。金屬表面活化過程：是鈍化的相反過程。(1)金屬表面凈化(2)增加金屬表面的化學(xué)活性區(qū)。材料的磨損：指相對運(yùn)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。材料或體系的耐磨性高低

7、：一般用摩擦系數(shù)來表征。 摩擦系數(shù)應(yīng)該屬于材料常數(shù)之一。 按照實際工作條件的差別，可以將摩擦分為四類： 即干摩擦、邊界潤滑摩擦、流體潤滑摩擦和滾動摩擦。 按照磨損機(jī)理的不同，可以將磨損分為 ：粘著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、微動磨損、沖蝕(包括氣蝕)磨損和高溫磨損七大類。粘著磨損：兩個金屬零件表面直接接觸，沒有形成完全潤滑時的磨損。磨粒磨損：兩個零件表面存在塵埃、金屬屑或積碳等堅硬的磨粒時造成的磨損。疲勞磨損：兩種材料相對運(yùn)動（滾動或滑動）時，接觸區(qū)受到循環(huán)應(yīng)力的作用。當(dāng)循環(huán)應(yīng)力超過材料解除疲勞強(qiáng)度，形成疲勞裂紋，造成表面層局部脫落。腐蝕磨損：表面材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，并

8、伴隨機(jī)械作用而引起的材料磨損現(xiàn)象，稱為腐蝕磨損。表面預(yù)處理種類：表面整平、表面清洗、磷化、鈍化、噴砂噴丸。1.解釋腐蝕原電池的原理？在電解液中的兩種電極電位不同的金屬直接接觸形成了腐蝕原電池，不一定非要導(dǎo)線連接。2.分析金屬材料腐蝕控制及防護(hù)方法。1）產(chǎn)品合理設(shè)計與正確選材2）電化學(xué)保護(hù)（陽極保護(hù)、陰極保護(hù)）3）表面覆層及表面處理（陽極性金屬覆層、陰極性金屬及非金屬涂層 ) 4）加入緩蝕劑。3.耐磨性屬于材料的固有特性嗎？與什么因素有關(guān)？耐磨性不像力學(xué)性能和物理性能那樣屬于材料的固有特性，而受到摩擦學(xué)系統(tǒng)中接觸條件等多方面因素影響，是一個系統(tǒng)性質(zhì)。材料的磨損始于表面，表面性能是決定材料耐磨性的

9、關(guān)鍵。4.分析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(jī)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5.在施用表面技術(shù)之前為何要進(jìn)行表面預(yù)處理？表面預(yù)處理就是恢復(fù)材料表面和內(nèi)部差別的過程，使表面潔凈并處于活性狀態(tài)！影響涂層性能；影響附著力，所以在施用表面技術(shù)之前要進(jìn)行表面預(yù)處理。6.表面平整、清洗、表面磷化處理、表面鈍化、噴砂有何作用？恢復(fù)材料表面和內(nèi)部差別的過程，使表面潔凈并處于活性狀態(tài)！影響涂層性能；影響附著力。7.分析表面工程技術(shù)預(yù)處理的作業(yè)環(huán)境？ 1）一般無特殊要求通風(fēng)、清潔。2）應(yīng)用于微電子工業(yè)的表面工程技術(shù)，對作業(yè)環(huán)境有特殊的要求： 工藝的精細(xì)化 、材料的

10、超純化 設(shè)備的精密化 加工環(huán)境的超凈化。是產(chǎn)品性能和質(zhì)量的重要保障之一。3）玷污引起的缺陷密度，就必須凈化空氣，潔凈加工工具和傳輸系統(tǒng)。4）實現(xiàn)低溫?zé)崽幚硪约皽p少來自加工人員的污染。第三章 電鍍電鍍：指在直流電的作用下，電解液中的金屬離子還原，并沉積到零件表面形成具有一定性能的金屬鍍層的過程。普通電鍍：主要是指常規(guī)單金屬電鍍，以區(qū)別于復(fù)合電鍍、合金電鍍、電刷鍍等。合金電鍍：在陰極上同時沉積出兩種或兩種以上金屬，形成結(jié)構(gòu)和性能符合要求的鍍層的工藝過程，能獲得單一金屬無法獲得鍍層。復(fù)合電鍍：用電鍍方法使固體微粒與金屬共沉積從而在基體上獲得基質(zhì)金屬上彌散分布微粒結(jié)構(gòu)的復(fù)合鍍層?；瘜W(xué)鍍：化學(xué)鍍鎳也稱為

11、無電鍍鎳，是一種不使用外電源，而利用還原劑使溶液中的鎳離子在基體表面還原沉積的化學(xué)處理方法。極化：電極上有電流通過時，電極電勢偏離其平衡值的現(xiàn)象。電極電位：是指以該電極為陽極，以標(biāo)準(zhǔn)氫電極為負(fù)極構(gòu)成原電池，所測得原電池的電動勢(即原電池開路時兩個電極之間的電位差)，因此又稱為標(biāo)準(zhǔn)電極電位。1.解釋電鍍工藝過程及金屬的電沉積過程？電鍍工藝過程：工件、機(jī)械處理、化學(xué)處理、電鍍、預(yù)鍍、電化學(xué)處理、鍍后處理。金屬的電沉積：在電場的作用下，金屬的電沉積發(fā)生在電極和電解質(zhì)溶液的界面上，沉積過程含有相的形成現(xiàn)象。金屬電沉積的基本原理就是關(guān)于成核和結(jié)晶生長。2.電鍍液的主要組成是什么？電鍍液的主要組成：(1)

12、主鹽：鍍液中能在陰極上沉積出所要求鍍層金屬的鹽，用于提供金屬離子。(2)導(dǎo)電鹽：能提高溶液的電導(dǎo)率，對放電金屬離子不起絡(luò)合作用的堿金屬或堿土金屬的鹽類。(3)絡(luò)合劑：在電鍍生產(chǎn)中，一般將能絡(luò)合主鹽中金屬離子的物質(zhì)。(4)緩沖劑：是指用來穩(wěn)定溶液酸堿度的物質(zhì)。3.鉻、鎳、鋅、銅鍍層的作用是什么？鉻鍍層：銀灰色金屬，在大氣中具有強(qiáng)烈純化能力，能經(jīng)久不變色，有極高的硬度和優(yōu)良的耐磨性、耐蝕性及耐熱性，化學(xué)穩(wěn)定性好。鋅鍍層：銀白色的金屬，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐堿但不耐酸，長期暴露易變色，一般作為鍍鉻的底層使用。鋅鍍層：銀白色金屬，在干燥空氣中很穩(wěn)定，能溶于酸、堿，可提供機(jī)械保護(hù)和電化學(xué)保護(hù)。銅鍍層：銅

13、是玫瑰紅色金屬，在空氣中容易氧化，失掉顏色和光澤，電極電位高，僅能做中間層，防腐、耐磨中不太常用。4.合金電鍍與熱冶金及普通電鍍（單金屬電鍍）相比有何特點(diǎn)？1）能獲得單一金屬所沒有的特殊物理性能，如導(dǎo)磁性、減摩性、釬焊性。2）合金鍍層結(jié)晶更細(xì)致，鍍層更平整、光亮。3）可以獲得非晶結(jié)構(gòu)鍍層。4）合金鍍層可具備比組成他們的單金屬層更耐磨、耐蝕，更耐高溫，并有更高硬度和強(qiáng)度，但延展性和韌性通常有所降低。5）不能從水溶液中單獨(dú)電鍍的W,Mo,Ti,V等金屬，可與鐵族元素（Fe,Co,Ni）共沉積形成合金。6）獨(dú)特外觀。通過成分設(shè)計和工藝控制，可得到不同色調(diào)的合金鍍層的裝飾效果。5.影響電鍍質(zhì)量的因素有

14、哪些？簡單分析各因素的影響作用？(1) 電鍍前處理是否良好電鍍前處理的每道工序都會直接影響到電鍍層質(zhì)量等。(2) 電鍍?nèi)芤旱谋拘噪婂円旱男再|(zhì),組成各成分的含量以及附加鹽,添加劑的含量等。(3) 基體金屬的本性電鍍層金屬與基體金屬的結(jié)合是否良好,與基體的化學(xué)性質(zhì)有密切關(guān)系。(4) 電鍍過程電流密度,溫度,送電方式,移動和攪拌等(5) 電鍍后處理電鍍后對工件的清洗,鈍化,除氫,拋光,保管方法都會繼續(xù)影響電鍍層的質(zhì)量。(6)電鍍電源一般的直流電源不能滿足越來越高的工藝要求,可使用周期換向電流等對鍍層質(zhì)量產(chǎn)生明顯改善。第四章 金屬的化學(xué)處理（化學(xué)轉(zhuǎn)化膜

15、）轉(zhuǎn)化膜形成方法：將金屬工件浸漬于處理溶液中，通過化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，使被處理金屬表面發(fā)生溶解并與處理溶液發(fā)生反應(yīng)，在金屬表面上形成一層難溶的化合物膜層。轉(zhuǎn)化膜與電鍍層、化學(xué)鍍層或有機(jī)涂層等其它表面處理層相比的區(qū)別: 轉(zhuǎn)化膜：基體金屬發(fā)生溶解、參與反應(yīng)形成的是“難溶的化合物膜層” 不改變金屬外觀。磷化膜的性質(zhì)：高溫磷化法從磷酸錳中得到的磷化膜具有較好的防護(hù)性。磷化膜一般只有配合其它處理時，防護(hù)性才大大提高，特別是作為有機(jī)涂層基底非常有利，其防護(hù)性有時大于金屬鍍層。鋁的電化學(xué)（陽極）氧化機(jī)理：人工形成陽極氧化膜是在電解池中進(jìn)行的, 鋁制件為陽極。通上直流電后，陽極析出氧氣，陰極析出氫氣。陽極上析出

16、的氧大部分與鋁作用生成了Al2O3(氧化膜)。鋁的電化學(xué)（陽極）氧化膜的生成過程：是兩個不同過程同時進(jìn)行的結(jié)果：一個是電化學(xué)過程，它產(chǎn)生氧并與鋁作用生成Al2O3，另一個是化學(xué)過程，生成的Al2O3膜被電解液溶解成為多孔層。鋁的陽極氧化膜吸附著色法：陽極氧化膜層是最理想的著色載體，主要著色方法分為自然顯色法、吸附著色法和電解著色法三類。第五章 表面涂敷技術(shù)涂裝定義：用有機(jī)涂料通過一定的方法涂覆于材料或制件表面，形成涂膜的全部工藝過程。涂料的主要功能：1)保護(hù)作用2）裝飾作用3）標(biāo)志作用4）色彩調(diào)節(jié)5）特種功能 涂料的組成 ：1）成膜物質(zhì)（天然樹脂、天然油脂、合成樹脂） 2）顏料（著色、防銹顏料

17、 ） 3）溶劑（有機(jī)物或水） 4）助劑（固化劑、催干劑）涂料種類： 1) 溶劑揮發(fā)類2) 固化干燥類涂料產(chǎn)品如何命名：涂料名由顏色或顏料名稱+成膜物質(zhì)名稱+基本名稱組成。涂裝工藝過程：涂裝預(yù)處理、涂裝、干燥固化。靜電噴涂：是用靜電噴槍使油漆霧化并帶負(fù)電荷，與接地的工件間形成高壓靜電場，靜電引力使漆霧均勻沉積在工件表面。電泳涂裝：將電泳漆用水稀釋到固體分為10-15%左右，加入電泳槽內(nèi)，將工件浸入作為電極，通以直流電時電泳漆中的樹脂和顏料移向工件，沉積在工件表面，烘干后形成均勻的漆層。粉末涂裝：以粉末形態(tài)進(jìn)行涂裝，經(jīng)熔融或交聯(lián)固化形成涂膜。熱噴涂定義：采用氣體、液體燃料或電弧、等離子弧、激光等作

18、熱源，將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并用熱源自身的動力或外加高速氣流霧化，使噴涂材料的熔滴以一定的速度噴向經(jīng)過預(yù)處理的工件表面，依靠噴涂材料的物理變化和化學(xué)反應(yīng)，形成附著牢固的表面層的加工方法。熱噴涂涂層結(jié)構(gòu)：由內(nèi)向外的涂層結(jié)構(gòu)為：基材、粒子間互相熔融區(qū)、氣孔、不完全熔融粒子、氧化膜。熱噴涂涂層結(jié)合力的特點(diǎn)：1）主要為機(jī)械結(jié)合：凸凹不平表面相互咬合2）物理結(jié)合：高速粒子撞擊，晶格范圍，范德華力3）冶金結(jié)合：涂層粒子和基體產(chǎn)生擴(kuò)散微區(qū)4）粒子間結(jié)合：機(jī)械為主、擴(kuò)散冶金也存在。熱噴涂技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)：1）各種基體材料：金屬、玻璃、陶瓷、有機(jī)材料2）噴涂材料種類廣泛：金屬

19、、合金、陶瓷、有機(jī)3）方法多樣：有十幾種之多4）噴涂工件不受限制：大面積、小工件均可5）涂層厚度可控：幾十微米到幾毫米 熱噴涂涂層材料的主要形式：1）線材：碳鋼絲、不銹鋼絲、鋁絲、鋁的合金絲等。2）粉末：金屬及合金粉末、陶瓷粉、復(fù)合材料粉末 等。 電弧噴涂技術(shù)：將兩根被噴涂的金屬絲作為自耗性電極，輸送直流或交流電，利用絲材端部產(chǎn)生的電弧作為熱源來熔化金屬，用壓縮氣流霧化熔滴并噴射在基材表面形成涂層。等離子噴涂技術(shù)：以電弧放電產(chǎn)生等離子體作為高溫?zé)嵩?，以噴涂粉末材料為主，將噴涂粉末加熱至熔化或熔融狀態(tài)，在等離子射流加速下獲得很高速度，噴射到基材表面形成涂層。等離子噴涂技術(shù)特點(diǎn)：（1）能夠噴涂多種

20、噴涂材料，尤其能噴涂熔點(diǎn)高的難熔材料，如難熔金屬、陶瓷、金屬陶瓷及其它特殊功能材料。（2）可以選擇惰性氣體做為工作介質(zhì)，減少了噴涂粒子在飛行過程中的氧化反應(yīng)。（3）涂層的結(jié)合強(qiáng)度高，氣孔率低。（4）能通過控制工藝參數(shù)制備精細(xì)涂層。超音速火焰噴涂：燃料氣體和助燃劑（O2）以一定的比例導(dǎo)入燃燒室內(nèi)混合，爆炸式燃燒，高溫燃?xì)饨?jīng)燃燒室上部燃燒頭內(nèi)的四根傾斜噴管進(jìn)入銅噴嘴，粉末由送粉氣（Ar或N2）定量沿燃燒頭內(nèi)碳化鎢中心套管送入高溫燃?xì)庵小Ｓ筛邷馗咚偃細(xì)鈳С鰢娮?，直接噴在件上。整個噴槍由循環(huán)水冷卻。超音速火焰噴涂特點(diǎn)：（1）粉粒溫度較低，氧化較輕，但只適于噴涂金屬粉末、CoWC粉末以及低熔點(diǎn)TiO2陶

21、瓷粉末。（2）粉粒運(yùn)動速度高，噴涂效率高，涂層表面粗糙度低。（3）粉粒尺寸?。?053m）、分布范圍窄，否則不能熔化。（4）涂層結(jié)合強(qiáng)度、致密度高，無分層現(xiàn)象。（5）噴涂距離可在較大范圍內(nèi)變動，而不影響噴涂質(zhì)量。（6）噪音大（120dB），需有隔音和防護(hù)裝置。爆炸噴涂：利用氧氣和乙炔氣點(diǎn)火燃燒，造成氣體膨脹而產(chǎn)生爆炸，釋放熱能和沖擊波。熱能使噴涂的粉末熔融，沖擊波使熔融粉末以約800m/s速度噴射到零件表面上形成涂層。爆炸噴涂特點(diǎn)：（1）結(jié)合強(qiáng)度高，Co-WC粉末，涂層結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)100MPa以上，而等離子噴涂30MPa?？梢試娡拷饘?、金屬陶瓷及陶瓷材料。（2）涂層致密，氣孔率很低（1%2%）

22、，表面平整；涂層表面加工后粗糙度低，工件表面溫度低。（3） 設(shè)備價格高、噪音大；由于氧化性氣氛等原因，國內(nèi)外使用還不 廣泛。堆焊：用焊接的方法把填充金屬熔敷在基材金屬表面以滿足特定性能和尺寸要求的工藝過程，即可修復(fù)又可表面處理。熔融 結(jié)晶過程。堆焊方法：1）幾乎任何一種焊接方法都能用于堆焊2）火焰堆焊3）手弧堆焊4）埋弧自動堆焊5）等離子弧堆焊6）氣體保護(hù)堆焊電火花涂敷：通過電極材料與金屬零件表面的火花放電作用，把作為火花放電電極的導(dǎo)電材料（ WC、TiC）熔滲進(jìn)金屬工件的表層，形成含電極材料的合金化的表面涂敷層。熱浸鍍（鋅、鋁）：簡稱熱鍍，是將被鍍金屬材料浸于熔點(diǎn)較低的其他液態(tài)金屬或合金中進(jìn)

23、行鍍覆的方法，形成合金層，多用于防腐蝕和抗氧化。基本理論：1.熱噴涂各種技術(shù)的特點(diǎn)比較？1）線材火焰噴涂：設(shè)備簡單，價格便宜，手持操作，調(diào)節(jié)簡單，工件表面溫度較低，2）粉末火焰噴涂：顆粒由表面向內(nèi)部融化，不存在破碎和霧化，粉末粒度決定噴涂粒度，存在不同部分融化不一致問題。2.影響熱噴涂涂層質(zhì)量的因素有哪些？簡單分析之？1）工件表面準(zhǔn)備：潔凈、粗糙、新鮮，酸洗或噴砂除氧化皮，有機(jī)溶劑或堿水除污，車削、磨削、噴砂粗糙2）預(yù)熱：提高工件與熔滴接觸溫度，有利于咬合；降低冷卻速度（應(yīng)力）；去除表面水分。3）噴涂：火焰溫度、供給速度、氣體壓力、噴涂距離、噴涂角度、噴涂移動速度。4）噴后處理：有孔結(jié)構(gòu)，蠟或

24、樹脂封口。第六章 表面改性技術(shù)表面改性技術(shù)定義:運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)改變表面、亞表面的成分、結(jié)構(gòu)和性能的處理技術(shù)。表面改性技術(shù)作用：1)掩蓋基體材料表面的缺陷；2)延長材料和構(gòu)件的使用壽命；3)節(jié)約稀、貴材料；4）節(jié)約能源；5）改善環(huán)境；6)對各種高新技術(shù)的發(fā)展具有重要作用。表面形變強(qiáng)化原理:通過機(jī)械手段(滾壓、內(nèi)擠壓和噴丸等)在金屬表面產(chǎn)生壓縮變形，使表面形成形變硬化層，此形變硬化層的深度可達(dá)0.5m1.5m。感應(yīng)加熱表面淬火技術(shù)原理: 將工件放在感應(yīng)線圈中，在高頻交流磁場的作用下，產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流，并由于集膚效應(yīng)而集中分布于工件表面，使受熱區(qū)迅速加熱到鋼的相變臨界溫度Ac3或Accm之上，然后在

25、冷卻介質(zhì)中快速冷卻，使工件表層獲得馬氏體。 感應(yīng)加熱表面淬火技術(shù)組織: 感應(yīng)加熱表面淬火獲得的表面組織是細(xì)小隱晶馬氏體，碳化物呈彌散分布。表面硬度比普通淬火的高2HRC3HRC，耐磨性提高。這是因快速加熱時在細(xì)小的奧氏體內(nèi)有大量亞結(jié)構(gòu)殘留在馬氏體中所致。感應(yīng)加熱表面淬火的性能: 感應(yīng)加熱表面淬火工件表面氧化、脫碳小，變形小，質(zhì)量穩(wěn)定。感應(yīng)加熱表面淬火加熱速度快，熱效率高，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。感應(yīng)加熱表面淬火的預(yù)先調(diào)質(zhì)處理的主要目的：一方面是為感應(yīng)加熱淬火作好組織準(zhǔn)備，同時也使工件在整個截面上具備良好的力學(xué)性能。 金屬表面化學(xué)熱處理的基本工藝過程：首先將工件置于含有滲入元素的活性介質(zhì)

26、中加熱到一定溫度，使活性介質(zhì)通過分解(包括活性組分向工件表面擴(kuò)散以及界面反應(yīng)產(chǎn)物向介質(zhì)內(nèi)部擴(kuò)散)并釋放出欲滲入元素的活性原子、活性原子被表面吸附并溶入表面、溶入表面的原子向金屬表層擴(kuò)散滲入形成一定厚度的擴(kuò)散層，從而改變表層的成分、組織和性能。化學(xué)熱處理滲層的基本組織類型：(1)形成單相固溶體。如滲碳層中的鐵素體相等。(2)形成化合物。如滲氮層中的 相(Fe2-3N)，滲硼層中Fe2B等。 (3)化學(xué)熱處理后，一般可同時存在固溶體、化合物的多相滲層。滲碳、碳氮共滲、滲氮、氮碳共滲、滲金屬的目的及其適用范圍：滲碳、滲氮、碳氮共滲等可提高材料表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，在工業(yè)中有十分廣泛的應(yīng)用。適用

27、范圍：結(jié)構(gòu)鋼滲碳，碳氮共滲比滲碳溫度低(700880 )，變形小，且由于氮的滲入提高了滲碳速度和耐磨性。滲氮工藝復(fù)雜，時間長，成本高，所以只用于耐 磨、耐蝕和精度要求高的耐磨件，如發(fā)動機(jī)汽缸、排氣閥、閥門、精密絲桿等。低溫滲氮、高溫滲氮、等離子體、離子轟擊陰極表面時發(fā)生的物理、化學(xué)現(xiàn)象、激光束表面處理的特點(diǎn)及其對材料預(yù)處理的要求激光處理的應(yīng)用舉例錠桿 GCr15 硬化區(qū)深0.94mm，峰值硬度980HV0.1,相對耐磨性提高10倍 成形刀 高速鋼 刀具耐用度提高2.53.5倍，切削速度提高78倍 氣缸套 鑄鐵 比硼缸套壽命高25，與活塞環(huán)配制壽命提高30 電子束表面處理技術(shù)的特點(diǎn)：1）加熱和冷

28、卻速度快；2）反射低，無須黑化；3）成本低功率高150KW-15KW；4）結(jié)構(gòu)簡單，磁控5)但電子束需真空操作，無氧化但成本高，有x射線6)熔化層厚度大，液相溫度低，溫度梯度小離子注入表面處理技術(shù):將被注入元素的原子利用離子注入機(jī)電離成帶正電荷的離子，經(jīng)高壓電場加速后高速轟擊工件表面，使之注入工件表面一定深度的真空處理工藝。離子注入表面處理技術(shù)特點(diǎn):1)注入及注入后溫度可控;2)可真空處理，不氧化3)表面粗糙度不改變;4)注入深度和分布可控;5)即可大范圍也可區(qū)域;6)但設(shè)備貴，復(fù)雜零件不行;7)可注入任何元素，不受固溶度的限制，互不共溶也可。1.討論離子滲氮的主要特點(diǎn)？(1)離子滲氮速度快，

29、尤其淺層滲氮更為突出。例如，滲氮層深度為0.3mm0.5mm 時，離子滲氮的時間僅為普通氣體滲氮的1/31/5;(2)熱效率高，節(jié)約能源、氣源;(3)滲氮的氮、碳、氫等氣氛可調(diào)整控制; (4)離子滲氮可使用氨氣，壓力很低，用量極少, 所以污染低，勞動條件好。(5)離子滲氮溫度可在低于400以下進(jìn)行，工件畸變小。 (6)可用于不銹鋼、粉末冶金件、鈦合金等有色金屬的滲氮。(7)由于設(shè)備較復(fù)雜，投資大，調(diào)整維修較困難，對操作人員的技術(shù)要求較高。2.討論激光束表面處理時材料表面發(fā)生的現(xiàn)象？激光照射到材料表面；激光被吸收變?yōu)闊崮?；表層材料受熱升溫；固態(tài)相變/熔化/蒸發(fā)；激光作用后冷卻。3.討論離子注入表

30、面處理產(chǎn)生的效果？1）硬度： C、N原子固溶于晶格間隙中，產(chǎn)生強(qiáng)烈的晶格畸變（固溶強(qiáng)化）；形成化合物形成彌散強(qiáng)化。2）耐磨：雜質(zhì)離子大量分布位錯線周圍，起釘扎作用；表面高硬度析出物彌散強(qiáng)化；降低摩擦系數(shù)；磨損粒子降低摩擦。3）抗疲勞：損傷缺陷阻礙位錯移動；彌散強(qiáng)化、表面壓應(yīng)力阻礙裂紋擴(kuò)展。4）抗氧化： 注入元素晶界富集，阻礙氧元素擴(kuò)散；形成致密的氧化物阻擋層，改善氧化物塑性，防止氧化膜開裂，阻止陽離子向外擴(kuò)散。5）耐腐蝕：致密氧化物，改變表面電學(xué)性能耐腐蝕。第七章 氣相沉積技術(shù)構(gòu)成微電子工業(yè)乃至信息工業(yè)的基礎(chǔ)工藝：氣相沉積技術(shù)+微細(xì)加工技術(shù)薄膜技術(shù)包含那些技術(shù)：1.薄膜材料與制備技術(shù) 2.薄膜

31、沉積過程監(jiān)測控制技術(shù) 3.薄膜檢測技術(shù)與薄膜應(yīng)用技術(shù) 物理氣相沉積技術(shù)：物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，簡稱PVD法），是利用熱蒸發(fā)、輝光放電或弧光放電等物理過程，在基材表面沉積所需涂層的技術(shù)。物理氣相沉積包含的三種技術(shù)：真空蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜、離子鍍膜。物理氣相沉積的特點(diǎn)：（1）鍍層材料廣泛，可鍍各種金屬和化合物的多層或復(fù)合層；（2）鍍層附著力強(qiáng)；工藝溫度低，鍍層純度高、組織致密。物理氣相沉積的基本過程、蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍的原理及其特點(diǎn)相互比較：化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）：利用氣態(tài)物質(zhì)在固體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)沉積物的過程。化學(xué)氣相沉積的過程可

32、以在常壓下進(jìn)行，也可以在低壓下進(jìn)行?；瘜W(xué)氣相沉積技術(shù)特點(diǎn)：（1）設(shè)備簡單，操作維護(hù)方便，靈活性強(qiáng)。（2）可在常壓或低真空狀態(tài)下工作，鍍膜的繞射性好。（3）由于沉積溫度高，涂層與基體之間結(jié)合好。（4）涂層致密而均勻，并且容易控制其純度、結(jié)構(gòu)和晶粒度。（5）沉積層通常具有柱狀晶結(jié)構(gòu)，不耐彎曲。CVD反應(yīng)過程：（1）反應(yīng)氣體向襯底表面擴(kuò)散；（2）反應(yīng)氣體分子被吸附于襯底表面；（3）在表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)、表面移動、成核及膜生長；（4）生成物從表面解吸；（5）生成物在表面擴(kuò)散。 CVD基本條件：1)沉積溫度下必須有足夠高的蒸汽壓；2）反應(yīng)生成物除所需沉積物為固態(tài)外，其余為氣態(tài)；3）沉積物本身飽和蒸汽壓足

33、夠低。1.比較PVD、CVD、PCVD特點(diǎn)及其缺點(diǎn)CVD法的工藝溫度超過了高速鋼的回火溫度，用CVD法鍍制的高速鋼工件，必須進(jìn)行鍍膜后的真空熱處理，以恢復(fù)硬度。CVD工藝對進(jìn)入反應(yīng)器工件的清潔要求比PVD工藝低一些；CVD鍍層往往比各種PVD鍍層略厚一些；CVD反應(yīng)發(fā)生在低真空的氣態(tài)環(huán)境中，具有很好的繞鍍性；所有的PVD技術(shù)由于氣壓較低，繞鍍性較差。在CVD的一個操作循環(huán)中，可以對各式各樣的工件進(jìn)行處理，而PVD就受到很大限制。CVD的反應(yīng)氣體、反應(yīng)尾氣都可能具有一定的腐蝕性，可燃性及毒性，PCVD 為在高速鋼刀具上沉積超硬膜提供了極有發(fā)展前途的新方法。 第八章 復(fù)合表面處理技術(shù)1.為何要采用

34、復(fù)合表面處理技術(shù)？單一的表面處理工藝盡管能夠改善工件的耐磨性、耐腐蝕性及疲勞強(qiáng)度；但每一種表面處理工藝均具有自身的優(yōu)點(diǎn)及一定的局限性，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的發(fā)展對零、部件的使用性能提出了越來越高的要求，應(yīng)用單一的表面處理工藝已難以滿足這些要求， 復(fù)合表面處理就是同時使用兩種或兩種以上的表面處理工藝以達(dá)到進(jìn)一步強(qiáng)化表面性能的目的，所以要要采用復(fù)合表面處理技術(shù)。2.復(fù)合表面處理技術(shù)的主要作用，舉例說明？1.改善摩擦學(xué)性能。增強(qiáng)復(fù)雜應(yīng)力條件下的摩擦學(xué)性能，從而提高材料的使用性能。2.提高防腐蝕性能 。提高材料表面的正電位，減少疏松或孔隙等，從而大幅度提高耐蝕性。3.增加表面裝飾性。材料耐磨性和耐蝕性的有機(jī)結(jié)

35、合增加材料表面層的持久性和多色澤。4.改進(jìn)施工工藝性。 用作塑料金屬化處理（表面導(dǎo)電性處理）等，增強(qiáng)表面處理層的附著性和工藝效果。第九章 表面微細(xì)加工技術(shù)表面微細(xì)加工技術(shù)定義:表面微細(xì)加工技術(shù)指那些能夠制造微小尺寸元器件或薄膜圖形的方法，微細(xì)加工的加工尺寸一般在亞毫米(常指低于100m)至納米級范圍內(nèi)，而加工的單元則從微米級、納米級到原子級(Å級)。 表面微細(xì)加工技術(shù)的三種類型: 分離型或者去除型加工，即以分解、蒸發(fā)、濺射、刻蝕、切削、破碎等方法將材料中所希望去掉的部分分離出來的加工方法；生長型加工方法，即以一種材料作為基材，在其上添加另一種材料，形成所需的形狀或者圖形的加工方法。按此定義，在前面章節(jié)所介紹的物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、離子注入、電鍍、化學(xué)鍍都屬于微細(xì)加工技術(shù)；變形加工，指材料形狀發(fā)生變化的加工，如塑性變形、流體變形等。光刻技術(shù)的基本原理:利用光致抗蝕劑(或稱光刻膠)感光后因光化學(xué)反應(yīng)而形成耐蝕性的特點(diǎn)，將掩模版上的圖形刻制到被加工表面上。光刻技術(shù)主要步驟:涂布光致抗蝕劑； 套準(zhǔn)掩模版