《表面工程》word版

1、表面工程：經(jīng)表面與處理后，通過表面涂覆，表面改性，表面加工或幾種表面工程技術(shù)復(fù)合處理，改變固體材料表面的形態(tài)，化學(xué)成分，組織結(jié)構(gòu)，應(yīng)力狀態(tài)等，以獲得所需要各類表面性能的系統(tǒng)工程。表面技術(shù)主要途徑：1）表面覆蓋：電鍍，電鍍刷，化學(xué)鍍，涂裝，粘貼，堆焊和熔結(jié)，熱噴涂，塑料粉末涂敷，電火花涂敷，熱浸鍍，搪瓷和陶瓷涂敷，真空蒸鍍，濺射鍍，離子鍍，化學(xué)氣相沉積，分子束外延，離子束合成薄膜技術(shù)，化學(xué)轉(zhuǎn)化度，熱燙印，暫時性覆蓋處理；2）表面改性：噴丸強化，表面熱處理，化學(xué)熱處理，等離子擴散處理，高能束表面處理，粒子注入表面改性；3）表面加工技術(shù)：電鑄，包覆，拋光，蝕刻等。耐磨：指材料在一定摩擦條件下抗磨損（

2、磨料磨損，粘著磨損，疲勞腐蝕，沖蝕，氣蝕等）的能力。表面裝飾：主要包括光亮，色澤，花紋，仿照等多方面特性。表面技術(shù)在環(huán)境方面的應(yīng)用：1）凈化大氣；2）凈化水質(zhì)；3）抗菌滅菌；4）吸附雜質(zhì)；5）去除藻類污垢；6）活化功能；7）生物醫(yī)學(xué)；8）治療疾??；9)綠色能源；10）優(yōu)化環(huán)境。表面技術(shù)的分類：1）原子沉積；2）顆粒沉積；3）整體覆蓋；4）表面改性。現(xiàn)代表面技術(shù)：表面清洗；預(yù)處理，表面功能化后處理。包括表面分析技術(shù)，表面物理，表面化學(xué)。電刷度：在陽極表面裹上棉花和面絮等吸水材料，使其吸飽鍍液，然后在作為陰極的零件上往復(fù)運動，使鍍層牢固沉積在工件表面上。工件機械處理化學(xué)處理電化學(xué)精處理預(yù)鍍電鍍鍍后

3、處理?；瘜W(xué)鍍：在無外電流通過的情況下，利用還原劑將電解質(zhì)溶液中的金屬離子化學(xué)還原在呈活性催化的工件表面，沉積出與基件牢固結(jié)合的鍍覆層。涂裝：用一定的方法將圖料涂覆于工件表面而形成涂膜的全過程。粘結(jié)：用粘結(jié)劑將各種材料或制件連接成為一個牢固整體的方法。堆焊與熔結(jié)：堆焊是在金屬零件表面或邊緣熔焊上耐磨，耐蝕或特殊性能的金屬層，修復(fù)外形不合格的金屬零件及產(chǎn)品，提高使用壽命，降低生產(chǎn)成本，或者用它制造雙金屬部件。熔結(jié)與堆焊相似，但用的涂敷金屬是一些以鐵，鎳，鈷為基，含有強脫氧元素硼和硅而具有自熔性和熔點低于基本的自熔性合金，所用的工藝是真空熔敷，激光熔敷和噴涂敷等。熱噴涂：將金屬，合金，金屬陶瓷材料加

4、熱到熔融或部分熔融，以高的動能使其霧化成微粒并噴至工件表面，形成牢固的涂覆層。電火花涂敷：一種直接利用電能的高密度能量對金屬表面進(jìn)行涂敷處理的工藝，即通過電極材料與金屬部件表面間的活化放點作用，把作為火花放電極的導(dǎo)電材料熔滲與零件表面層，從而形成含電極材料的合金化圖層，提高工件表層的性能，而工件內(nèi)部組織和性能不改變。熱浸鍍：將工件浸在熔融的液態(tài)金屬中，使工件表面發(fā)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，取出后表面形成金屬鍍層。濺射鍍：將工件放入真空室，并用正離子轟擊作為陰極的靶，使靶材中的原子，分子逸出，飛至工件表面凝膜。離子鍍：將工件放入真空室，并利用氣體放電原理將部分氣體和蒸發(fā)源逸出的氣相離子電離，在離子

5、轟擊工件的同時，把蒸發(fā)物或其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件表面成膜?；瘜W(xué)氣相沉積：將工件放入密封室，加熱到一定溫度，同時通入反應(yīng)氣體，利用室內(nèi)氣相化學(xué)反應(yīng)在工件表面沉積成膜。分子束外延：超高真空條件下，精確控制蒸發(fā)源給出的中性分子束流強度按照原子層生長的方式在基片上外延成膜。離子束合成薄膜技術(shù)：1）離子束縛住沉積：將離子注入與鍍膜結(jié)合在一起；2）離子簇束：將固體加熱形成過飽和蒸汽，再經(jīng)噴管噴出形成超聲速氣體噴流，在絕熱膨脹過程中由冷卻至凝聚?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜：金屬與特定的腐蝕液接觸并在一定條件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成能保護(hù)金屬不易受水和其他腐蝕介質(zhì)影響的膜。熱燙印：把各種金屬箔在加熱加壓的條件下覆蓋于工件表面。暫時性

6、覆蓋處理：把緩蝕劑配制的緩釋材料，在工作需要防銹的情況下暫時性覆蓋于表面。噴丸強化：是在受噴材料的再結(jié)晶溫度下進(jìn)行的一種冷卻加工方法，加工過程由彈丸以很高的速度撞擊受噴工件表面?；瘜W(xué)熱處理：是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入他的表層，以改善其化學(xué)成分，組織和性能的熱處理工序。等離子擴散:指在通常大氣壓力下的特定氣氛中利用工件和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電進(jìn)行熱處理的工藝。高能束表面處理：主要利用激光，電子束和太陽光束作為能源，對材料表面進(jìn)行各種處理，顯著改善組織結(jié)構(gòu)和性能。離子注入表面改性：它是將所需的氣體或固體蒸汽在真空系統(tǒng)中電離，引出離子束后在數(shù)千電子伏至數(shù)十萬

7、電子伏加速下直接注入材料，達(dá)一定深度，從而改變材料表面的成分和結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點：注入元素不受材料固熔度的限制，適用于各種材料，工藝和質(zhì)量易控制，注入層與基體之間沒有不連續(xù)界面；缺點：注入層不深，對形狀復(fù)雜的工件注入難。微細(xì)加工：是一種加工尺寸從微米到納米量級的制造微笑尺寸元器件或薄膜圖形的先進(jìn)制造技術(shù)，主要包括：1）光子束，電子束和離子束的微細(xì)加工；2）化學(xué)氣相沉積，等離子化學(xué)氣相沉積，真空蒸發(fā)鍍膜，濺射鍍膜，離子鍍，分子束外延，熱氧化的薄膜制造；3）濕法刻蝕，濺射刻蝕，等離子刻蝕等圖形刻蝕；4）離子注入擴散等參雜技術(shù)。固體材料的界面：1）表面：一種凝聚態(tài)物質(zhì)與另外的物質(zhì)或者真空之間的過渡區(qū)域，一

8、般由一個或者幾個原子層組成（0.510nm）；2）晶界：多晶材料內(nèi)部成分，結(jié)構(gòu)相同而取向不同的晶粒之間的界面；3)相界：固體材料中成分，結(jié)構(gòu)不同的兩相之間的界面。理想表面：理論上近似地假設(shè)除了固-氣界面的幾何限制外，而系統(tǒng)不發(fā)生任何變化的表面。理論上認(rèn)為的結(jié)構(gòu)完整的二維點陣平面。清潔表面：是在特殊環(huán)境中經(jīng)過特殊處理后獲得的表面，是不存在吸附，催化反應(yīng)或雜志擴散等物理，化學(xué)反應(yīng)的表面。清潔表面結(jié)構(gòu)：清潔表面的典型結(jié)構(gòu)：1）表面弛豫：點陣常數(shù)在垂直方向發(fā)生明顯變化。包括正弛豫和負(fù)弛豫；2）表面重構(gòu)：水平方向的周期性不同與內(nèi)部原子；3）偏析：原子從內(nèi)吸出來的；4）化學(xué)吸附：外來原子吸附；5）化合物：

9、外來原子進(jìn)入表面并與之發(fā)生反應(yīng)；6）臺階：表面不是原子級的平坦。表面臺階結(jié)構(gòu)：TLK模型，T（平臺，Terrace）L（臺階，Ledge）K（扭折，Kink）模型4）迭層：由于其他原子進(jìn)入晶體表面，而出現(xiàn)體內(nèi)不存在的表面結(jié)構(gòu)層。表面組分與材料內(nèi)部不同的原因： 原子表面的自行調(diào)整，原子排列情況與材料內(nèi)部明顯不同； 依靠表面的成分偏析和表面對外來原子或分子的吸附，以及這兩者的相互作用而趨向穩(wěn)定態(tài)。臺階表面：表面不是平面，由規(guī)則或不規(guī)則的臺階組成。表面弛豫：當(dāng)晶體的三維周期性在表面處突然中斷，在表面上原子的配位情況發(fā)主了變化，并且在表面原子附近的電荷分布也有改變使表面原子所處的力場與體內(nèi)原子不同，因

10、此表面上的原子會發(fā)生相對位置的上下位移，以降低體系的能量。表面重構(gòu)：在平行基底的表面上，原子的平移對稱性與體內(nèi)顯著不同，原子位置做了較大幅度的調(diào)整。缺列型重構(gòu): 表面周期性地缺失原子列造成的超結(jié)構(gòu)；重組型重構(gòu)：并不減少表面的原子數(shù)，但卻顯著地改變表面的原子排列方式。小面化的表面主要是由平臺、臺階、曲折所組成，但是晶體中的點缺陷以及吸附的異物原子會使平臺變得凹凸不平，這是表面上最容易出現(xiàn)的最簡單缺陷。實際表面：指暴露于大氣環(huán)境中的固體表面，或經(jīng)過一定加工處理（諸如清洗、拋光、研磨、切割等）保持在常溫常壓或低真空或高溫下的表面。與清潔表面相比，實際表面有以下幾個特點：表面粗糙度貝爾比層和殘余應(yīng)力

11、表面氧化、吸附和沾污 貝爾比（Beilby）層是一種在固體材料表層510nm厚度形成的一層因晶格畸變等原因而產(chǎn)生的一種非晶態(tài)層，其成分為金屬和它的氧化物，其性能與體內(nèi)明顯不同。常見表面的特點：1）理想表面 ：是指清潔的單晶表面，或是說由前述的平臺、臺階、曲折及各種缺陷構(gòu)成的表面。2）一般表面：一般是多晶體，在空氣中易與氧發(fā)生作用生成氧化膜，而且也難免因油脂之類的物質(zhì)吸附而造成污染。3）機械加工過的表面：機械加工過的表面都有一定的顯微粗糙度，且表面的位錯密度特別高。表面能：表面所具有的內(nèi)能。包括表面原子的動能，原子間的位能和原子中原子核及電子的動能和勢能等。嚴(yán)格說表面能是指表面所具有的內(nèi)能。表面

12、張力：單位面積上的表面能，是由原子間的作用力以及原子在表面和內(nèi)部的排列狀態(tài)的差別引起的。影響固體表面自由能的因素 晶體原子間的結(jié)合能。前已述及表面的形成主要依賴于斷鍵功。出此若原子間的鍵能高，表面自由能也高。表面原子的晶面取向。晶體中越是堆集緊密的晶面其表面自由能越低。溫度。表面吸附力: 1.物理吸附力（1）色散力（2）誘導(dǎo)力（3）取向力2.化學(xué)吸附力（1）離子吸附（2）共價吸附（3）化學(xué)吸附的特點影響化學(xué)吸附力的影響因素 : (1)吸附鍵性質(zhì)會隨溫度的變化而變化(2)吸附鍵斷裂與壓力變化而變化；(3)表面不均勻性對表面鍵合力的影響(4)其它吸附物對吸附質(zhì)鍵合的影響表面吸附力的影響因素：1)吸

13、附鍵性質(zhì)會隨溫度的變化而變化：隨著溫度的增加，被吸附分子中的鍵會陸續(xù)斷裂以不同形式吸附在表面上；2)表面不均勻性對表面鍵合力的影響：如果表面有階梯和折皺等不均勻性存在，對表面化學(xué)鍵有明顯的影響。3)其它吸附物對吸附質(zhì)鍵合的影響：當(dāng)氣體被吸附在固體表面上，如果此表面上已有其它被吸附物存在或其它被吸附物被同時吸附時，對被吸附氣體化學(xué)鍵合有時會產(chǎn)生強烈的影響，這種影響可能是由于這些吸附質(zhì)的相互作用而引起的。物理吸附是吸附質(zhì)分子在吸附劑表面上的一種吸附，依靠的力是分子間的范德華力。特點：無選擇性；吸附速度較快，脫附也快；低溫發(fā)生；引力和斥力并存?；瘜W(xué)吸附的吸附質(zhì)和吸附劑之間本質(zhì)上發(fā)生了表面化學(xué)反應(yīng)，粒

14、子間有電子轉(zhuǎn)移，且以相似于化學(xué)鍵的表面健力相結(jié)合。特點：本身是化學(xué)反應(yīng)，吸附熱與化學(xué)反應(yīng)熱相似；單分子層；具有高度選擇性。因環(huán)境介質(zhì)物理一化學(xué)的影響及表面自由能減小都導(dǎo)致固體表面強度降低的現(xiàn)象，稱為萊賓杰爾效應(yīng) .萊賓杰爾效應(yīng)具有以下特點：（1）環(huán)境介質(zhì)的影響有明顯的化學(xué)特征，即并非任何液體金屬都會改變某一固體的金屬性能，只有一定的對該固體表面且有活性的液體金屬才有上述的效果。 （2）溶解和腐蝕需要大量的介質(zhì)而萊賓杰爾效應(yīng)只需少最的表面活性物質(zhì)即可。（3）表面活性熔融物質(zhì)的作用十分迅速。（4）影響可逆，即從固體表面去除活性物質(zhì)后，其表面機械性能一般可以恢復(fù)。（5）萊賓杰爾效應(yīng)，需要拉應(yīng)力和表面

15、活性物質(zhì)同時作用才能出現(xiàn)。 兩個相互接觸物體在外力作用下發(fā)生相對運動或具有相對運動的趨勢時，在接觸面之間產(chǎn)生切向的運動阻力，這一阻力稱為摩擦力，這種現(xiàn)象稱為摩擦物體相對運動時，相對運動表面的物質(zhì)不斷損失或產(chǎn)生殘余變形稱為磨損。影響固體材料耐磨性的因素 ：（1）硬度（2）晶體結(jié)構(gòu)和晶體的互溶性（3）溫度（4）環(huán)境 硬的顆粒或硬的突起物在摩擦過程中引起物體界面材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨料磨損 由于交變應(yīng)力使表面材料疲勞而產(chǎn)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移稱為疲勞磨損，有時也稱為接觸疲勞或點蝕腐蝕磨損是指在磨損過程中物體表面與周圍環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)起主要作用時的磨損現(xiàn)象磨損的理論：表層的粘著開裂機制磨損的分層理論：分層

16、理論：磨損過程主要包括次表面變形、裂紋形核及裂紋形成擴展過程。摩擦斷裂：粘著點的剪切 顯微切削 沖擊 疲勞 （4）沖擊磨損（5）疲勞磨損金屬腐蝕發(fā)生的根本原因：熱力學(xué)上的不穩(wěn)定性，即金屬及其合金較某些化合物(如氧化物、氫氧化物、鹽等)原子處于自由能較高的狀態(tài)，這種傾向在條件(動力學(xué)因素)具備時，就會發(fā)生金屬單質(zhì)向金屬化合物的轉(zhuǎn)變，即發(fā)生腐蝕。局部腐蝕包括以下10類：點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、絲狀腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、氫脆、腐蝕疲勞、沖刷腐蝕、湍流腐蝕、氣蝕。金屬或合金腐蝕時在表面生成了一層非常薄的保護(hù)膜，它阻滯了陽極反應(yīng)的進(jìn)行，這種薄膜被稱為鈍化膜。吸附理論認(rèn)為：金屬或合金表面吸附了氧，這些氧的

17、一部分被金屬中的電子偶極化，成為電偶極子，其帶正電的一端在金屬表面上。氧會優(yōu)先吸附于金屬表面活性最大的一些點上，從而降低陽極活性，阻滯陽極反應(yīng)的進(jìn)行?？刂聘g的主要途徑如下：（1）提高材料熱力學(xué)穩(wěn)定性的防蝕方法 材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性是由整個腐蝕體系決定的，因此要提高其穩(wěn)定性可以從兩個方面著手：一是材料本身采用或加入電位較正的合金元素；二是降低介質(zhì)的腐蝕性，除去有害的物質(zhì)乃至用涂層隔絕腐蝕介質(zhì)。（2）增強陽極極化的防蝕方法：主要是采用防腐蝕合金，即在金屬中加入容易鈍化的元素，使金屬易于鈍化(不銹鋼就是具有代表性的例子)，此外，也包括向腐蝕介質(zhì)中加入陽極性緩蝕劑或金屬進(jìn)行陽極保護(hù)。（3）增強陰極極化

18、的防蝕方法 這種方法主要包括陰極性緩釋劑的使用；減少和改善合金中陰極性雜質(zhì)的數(shù)量和分布；用外加電流或犧牲性陽極進(jìn)行陰極保護(hù)等。防蝕涂層的保護(hù)機理：a 屏蔽作用 b 電化學(xué)保護(hù)作用 c 緩蝕作用 表面預(yù)處理 ：表面加工前,對材料及其制品進(jìn)行的機械、化學(xué)或電化學(xué)處理,使表面呈凈化、粗化或鈍化狀態(tài),以便進(jìn)行后續(xù)表面處理的過程。目的：除去材料表面附著的油污、銹蝕產(chǎn)物、氧化物等異物,除去毛刺、毛邊，調(diào)整精整程度不適當(dāng)?shù)惹闆r,同時增加覆層與基材的結(jié)合力,提高表層質(zhì)量。工序：1) 整平 2)除油 3)除銹 4)活化 5)（電鍍/離子注入/鍍膜）機械性清理：借助機械力除去材料表面上的腐蝕產(chǎn)物、油污及其他各種雜

19、物，以獲得清潔表面的過程。特點：工藝簡單，適應(yīng)性強，清理效果好，適用于除銹（包括氧化皮和其他腐蝕物）、脫脂、除型砂、去泥土和表面粗化等。 方法：磨光、拋光、噴砂、噴丸、刷光磨光：用粘有磨料的磨光輪或磨光帶對金屬表面進(jìn)行磨削的過程 。作用：將金屬表面上的小孔、細(xì)縫、粗糙及不平坦處磨去，成為平滑光亮的表面。磨料：（1）磨料的選擇：根據(jù)工件材質(zhì)、表面原始狀態(tài)及磨光后的質(zhì)量要求，選擇磨料種類及粒度。（2）磨光速度的選擇：磨光輪（或帶）旋轉(zhuǎn)的圓周速度與磨光效果關(guān)系密切，應(yīng)根據(jù)基體的材料種類和對表面的質(zhì)量要求選擇磨光速度。噴砂目的：除銹蝕、積炭、焊渣與漆層及干燥油物；使工件表面有一定的粗糙度；除型砂、氧化

20、皮；除毛刺或其他方向性磨痕；對切削工具進(jìn)行濕噴砂，可提高使用壽命 化學(xué)除油：用堿液對皂化性油脂的皂化作用，或利用表面活性劑對非皂化性油脂的乳化作用，除去工件表面的油脂的工藝過程。皂化作用：油脂與除油液中的堿起化學(xué)反應(yīng)生成肥皂的過程叫皂化。影響化學(xué)除油效果的工藝因素(1)溫度 溫度升高， 除油速度升高。(2)攪拌溶液或翻動零件 提高除油效果。(3)方法 先熱水后冷水可除凈;直接冷水難除凈。(4)乳化劑 加快除油過程。 (5)超聲波強化除油 提高除油效率電鍍的目的：改善基體材料的外觀，賦予材料表面各種物理化學(xué)性能。電鍍的特點：工藝設(shè)備簡單，操作方便，加工成本低，操作溫度低，污染大。按使用性能，電鍍

21、層可以分為三類：防護(hù)性鍍層：如鋼鐵上的鋅鍍層；防護(hù)裝飾性鍍層：Cu+Ni+Cr， Ni+Cr功能性鍍層：硬鉻層，導(dǎo)電層，激光鍍電鍍的基本原理：在分別接入直流電源正負(fù)極的兩潔凈銅片間，以硫酸銅溶液作為介質(zhì)，就構(gòu)成了一個簡單的電鍍銅裝置。 電鍍時，在外電場作用下，陽極表面金屬離子失去電子，氧化成離子進(jìn)入溶液；而運動到陰極表面的離子則獲得電子，還原成原子，沉積在陰極表面形成鍍層。金屬電沉積過程包括以下幾個基本步驟：(1)液相傳質(zhì)步驟(2)電化學(xué)還原步驟 (3)電結(jié)晶步驟 影響電鍍層質(zhì)量的基本因素：鍍液；電鍍規(guī)范；PH值及析氫；基體金屬；預(yù)處理。金屬電沉積的反應(yīng)步驟：1)傳質(zhì)過程 ：液相傳質(zhì)。包括：電

22、遷移，對流，擴散。2)表面轉(zhuǎn)化：金屬離子在電極與界面處還原。轉(zhuǎn)化形式包括：脫去水化、配位數(shù)降低、配位形式改變。3)電化學(xué)步驟；4)相生成。電沉積合金較冶金合金的特點：、容易獲得高熔點金屬與低熔點金屬組成的合金，如Sn-Ni合金。、可以獲得熱熔相圖沒有的合金，如-銅錫合金。、容易獲得組織致密，性能優(yōu)異的非晶態(tài)合金，如Ni-P合金。 、相同合金成分下，電鍍合金與熱熔合金相比硬度高，延展性差，如Ni-P合金，Co-P合金。合金鍍層較單金屬鍍層的特點：、合金鍍層結(jié)晶更致密，鍍層更平整，光亮；、合金鍍層具有單金屬鍍層沒有的特殊物理性能，如導(dǎo)磁性、減磨性、釬焊性；、通過成分設(shè)計和工藝控制，可得到不同色調(diào)的

23、金屬鍍層，例如銀合金、彩色鍍鎳及仿金合金等。電鍍的實施方式：掛鍍：最常用的方式，見下圖。主要設(shè)備包括鍍槽、電源、掛具等。滾鍍：置于滾筒中，依靠零件自身的重量來接通陰極，在滾筒轉(zhuǎn)動的過程中實現(xiàn)。刷鍍：用于局部電鍍，通過飽吸電解液包套的陽極與作為陰極的零件表面接觸。連續(xù)電鍍：用于薄板、絲材、帶材的電鍍。電刷鍍技術(shù)的特點：（1）設(shè)備特點（2）鍍液特點：（3）工藝特點電刷鍍技術(shù)的應(yīng)用：（1）恢復(fù)磨損零件的尺寸精度和幾何精度（2）填補零件表面的劃傷溝槽、壓坑（3）補救加工超差產(chǎn)品（4）強化零件表面（5）提高零件表面導(dǎo)電性（6）提高零件的耐高溫性能（7）改善零件表面的釬焊性（8）減小零件表面的摩擦系數(shù)（9

24、）提高零件表面的防腐性（10）裝飾零件表面 復(fù)合電鍍的主要特點如下：1）擴展了復(fù)合材料品種和性能2）在同一基質(zhì)金屬的復(fù)合鍍層中，微粒的品種、大小和含量可以在較寬范圍內(nèi)調(diào)整，3）復(fù)合電鍍可以獲得普通電鍍下得不到的鍍層性能。復(fù)合鍍層的應(yīng)用：（1）裝飾防護(hù)性復(fù)合鍍層在工業(yè)上已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用。（2）功能性復(fù)合鍍層功能性復(fù)合鍍層發(fā)展活躍，前景廣闊。（3）結(jié)構(gòu)材料復(fù)合鍍層納米復(fù)合鍍：在電解質(zhì)溶液中溶液中加入一種或幾種納米尺度的不容性固體顆粒，并進(jìn)行充分的分散，使納米不容性固體顆粒均勻懸浮在溶液中，利用電沉積或化學(xué)沉積的原理，使金屬離子被還原的同時，將納米尺度的不容性固體顆粒均勻地彌散在金屬鍍層中的工藝方法。

25、納米復(fù)合鍍技術(shù)的特點（1）納米復(fù)合鍍?nèi)员Ａ粼婂?、電刷鍍、化學(xué)鍍的優(yōu)點。（2）納米復(fù)合鍍層由兩類材料組成。（3）凡能穩(wěn)定存在于鍍液中的納米不容性固體顆粒都可以成為納米復(fù)合鍍層的分散相。（4）在同一基質(zhì)金屬的納米復(fù)合鍍層中，納 米不容性固體顆粒的成分、尺寸、含量、純度等，對納米復(fù)合鍍層性能有不同程度的影響。（5）納米復(fù)合鍍技術(shù)的關(guān)鍵是制備納米復(fù)合鍍?nèi)芤?。電鍍層質(zhì)量的影響因素電鍍液：簡單鹽或者絡(luò)鹽鍍液；主鹽濃度；附加鹽；添加劑。電鍍規(guī)范和鍍液成份：電流密度；電鍍?nèi)芤簼舛?；攪拌；電流波形；電鍍?nèi)芤篜H值；添加劑。電鍍過程析氫：當(dāng)金屬在陰極析出時，往往伴隨著氫氣的析出。析氫的危害：氫脆；鼓泡；空洞和麻

26、點。電鍍的應(yīng)用（1）單金屬鍍層：鍍鋅；鍍銅；鍍鉻；鍍鎳；鍍金等。多用于傳統(tǒng)的防護(hù)、裝飾、耐磨和導(dǎo)電等目的。（2）合金鍍層，應(yīng)用較多的有：鍍銅錫合金；鍍銅鋅合金；鍍鎳鐵合金；鍍鎳鈷合金?；瘜W(xué)鍍與電鍍的區(qū)別：化學(xué)鍍無需外加電場；形狀復(fù)雜的工件可以獲得十分均勻的鍍層；鍍層致密，孔隙少，硬度高；可以適用于金屬、非金屬、半導(dǎo)體等基體的鍍敷設(shè)備和器具簡單，投資少；但是所用溶液的工藝維護(hù)、再生較麻煩，材料成本高?；瘜W(xué)鍍的工藝條件：化學(xué)鍍中還原劑的電極電位要顯著低于被鍍金屬的電極電位；鍍液要有足夠的穩(wěn)定性和使用壽命；鍍件基體表面對化學(xué)鍍反應(yīng)要有良好的催化活性活自催化活性；反應(yīng)產(chǎn)物的積累不得妨礙化學(xué)鍍的正常進(jìn)行

27、；具有易調(diào)控鍍速和鍍層質(zhì)量的手段或措施?；瘜W(xué)鍍鎳的原理：化學(xué)鍍鎳是以次亞磷酸鹽為還原劑，經(jīng)自催化電化學(xué)反應(yīng)而沉積出鎳磷合金鍍層的技術(shù)。鍍鎳過程由于是無電流通過的條件下進(jìn)行的，又稱無電解鍍鎳?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜是金屬表面與溶液界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)形成的薄膜 。特點 ：與底材結(jié)合良好，膜層薄且結(jié)晶細(xì)膩，擁有一定的孔隙?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜的用途 ：表面防護(hù)、耐磨減磨、表面裝飾、特殊物理性能膜。磷化處理是指用含有磷酸、磷酸鹽和其它化學(xué)藥品的稀溶液處理金屬，使金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橥暾摹⒕哂兄械确牢g作用的不溶性磷酸鹽層。磷化膜的特點： 生成工藝不同，磷化膜層厚度差別很大磷化膜是電的不良導(dǎo)體，可作為絕緣膜

28、在大氣中穩(wěn)定，耐蝕性比鋼的氧化膜高2-10倍磷化膜有脆性，當(dāng)金屬零件變形時容易剝落不銹鋼顯色機理:著色后的不銹鋼并非覆蓋了一層有顏色的物質(zhì)，而是無色的氧化膜對光的干涉所致。 不銹鋼表面著色方法：化學(xué)法；電化學(xué)法。堿性著色法特點 ：利用自然成長的薄膜(不必除去鈍化膜) 再生長不同厚度的氧化膜。著色液中不存在重金屬的離子，對環(huán)境的污染很小。110，100涂料的性能及特點：（1）對機體有良好的保護(hù)作用；（2）用于裝飾外觀；（3）具有特殊功能的作用；（4）涂料的選材范圍廣、工業(yè)簡單、實用性強，大部分情況下無需昂貴的涂裝設(shè)備；（5）涂料工業(yè)生產(chǎn)流程較簡單，工業(yè)設(shè)備也不復(fù)雜，在同一套設(shè)備上可生產(chǎn)多個品種的

29、涂料；（5）涂料的性能評價包括很多方面。涂料的組成：1.成膜物質(zhì)2.顏料3.助劑4.溶劑涂料的防蝕機理大致為：（1）防止涂膜外的腐蝕介質(zhì)穿透涂膜侵蝕基底；（2）依靠防銹顏料起到對腐蝕的抑制作用。粘結(jié)原理：粘結(jié)主要包括表面浸潤、粘結(jié)劑分子向被粘物工件表面移動、擴散和浸透、膠粘劑和被粘物形成物理和機械結(jié)合等。粘結(jié)有許多理論，如浸潤理論，溶解度參數(shù)理論、機械理論，吸附理論、擴散理論等。被粘物的表面處理：（1）溶劑（包括水）擦洗；（2）溶劑脫脂和蒸汽脫脂；（3）機械打磨，如摩擦、噴砂、噴丸等；（4）化學(xué)清洗和腐蝕；（5）脫脂、機械粗化和化學(xué)處理聯(lián)合使用。膠粘劑的應(yīng)用:（1）機械工業(yè)（2）電子電器工業(yè)（

30、3）汽車工業(yè)（4）航空宇航工業(yè)（5）紡織工業(yè)（6）木材工業(yè)（7）醫(yī)療衛(wèi)生業(yè)表面黏涂技術(shù)特點 :a）它適用于各種不同種類和性能的材料，如金屬、陶瓷、塑料、木材、橡膠等材料表面均可進(jìn)行黏涂；b）通過選用功能性黏涂劑可獲得各種特殊性能的黏涂層，如耐磨涂層、潤滑涂層、防腐涂層、導(dǎo)磁涂層、隔熱涂層等；c）黏涂是通過膠黏劑均勻分布于被黏涂表面，應(yīng)力分布均勻，在承受振動和反復(fù)負(fù)荷作用時，涂層具有良好的抗疲勞性能； d）工藝簡單，不會使零件產(chǎn)生受熱變質(zhì)和變形，可以用來修補有爆炸危險（如井下設(shè)備、貯油、貯氣管道）的失效零件；e）安全可靠，又無需專門設(shè)備，現(xiàn)場作業(yè)，節(jié)省工時，在不停產(chǎn)條件下就能進(jìn)行施工。表面黏涂工

31、藝通常包括以下幾個步驟：（1）初清洗（2）預(yù)加工（3）最后清洗及活化處理（4）配膠（5）黏涂涂層（6）固化（7）修整、清理或后加工黏結(jié)是借助于膠黏劑在固體表面產(chǎn)生的黏結(jié)力將不同或同種材料連接在一起的過程黏結(jié)基本條件:1)膠黏劑必須是容易流動的液態(tài)物質(zhì);2)膠黏劑對被黏結(jié)表面的潤濕;3)潤濕過程的三種類型 黏附潤濕180度 浸濕90度 鋪展?jié)櫇?0或不存在;4)固體表面的潤濕 表面張力越大，越易被一些液體潤濕.表面黏涂層一般由黏料、固化劑和具有一定特性的填料和輔助材料組成以有機高分子黏料為基的膠粘劑制備的黏涂層和有機高分子涂料制備的涂膜，成膜機理本質(zhì)上沒有區(qū)別。高分子涂層的形成過程是黏性流體通過

32、化學(xué)方法和物理方法轉(zhuǎn)變成黏彈性固體的過程。堆焊的特點:1)影響堆焊效果的主要因素是堆焊層的合金成分及組織性能。2)由于堆焊主要在于發(fā)揮堆焊層的特殊效果，一般都使用具有特殊成分和性能的焊接材料。3)堆焊層要盡量減少被基體金屬所稀釋。 堆焊的應(yīng)用: 堆焊主要用于零件的制造和修復(fù)兩個方面。造成脆化的主要原因：1）粗晶脆化 晶粒長大2）析出脆化 中間相析出3）組織脆化 馬氏體、貝氏體、粗大魏氏組織4）應(yīng)變實效脆化 局部應(yīng)變、塑性變形熱裂紋防止措施: 1、冶金因素方面:1）控制硫、磷、等有害雜質(zhì)的含量2）向焊縫中加入細(xì)化晶粒的元素2、工藝方面 :合理的焊接規(guī)范，進(jìn)行預(yù)熱緩冷選擇合理的接頭形式，采用多層焊

33、注意焊接次序冷裂紋的防治措施 :消除一切氫的來源、改善組織、盡可能降低拘束應(yīng)力熱噴涂的基本過程:1)通過熱源加熱使噴涂材料稱為液態(tài)或熔融態(tài)；2)通過氣流或焰流使液態(tài)或熔融態(tài)材料細(xì)化成熔滴；3)液態(tài)或熔融態(tài)顆粒獲得一定速度后噴涂到基體材料上形成涂層。熱噴涂原理:熱噴涂是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(xì)化并高速撞擊到基體表面形成涂層的工藝過程。熱噴涂技術(shù)的特點:優(yōu)點：可在各種基體上制備各種材質(zhì)的涂層。基體溫度低。操作靈活。涂層厚度范圍寬。缺點:熱噴涂技術(shù)的局限性主要體現(xiàn)在熱效率低，材料利用率低、浪費大和涂層與基體結(jié)合強度較低三個方面。提高涂層結(jié)合強度的措施:1

34、)采用表面活化物質(zhì)以改善液固界面的潤濕性;2)保持基材表面的清潔與活性;3)提高熔滴的飛行速度和動能;4)對基材表面進(jìn)行噴丸等粗糙化處理，增加覆層的結(jié)合強度;5)盡量延長熔滴撞擊到基材表面后液態(tài)的停留時間;6)基材表面在瞬間、微區(qū)內(nèi)的熔融，有利于提高結(jié)合強度;7)采用過渡涂層 ;8)降低殘余應(yīng)力;9)在涂層中加入稀土元素;10)優(yōu)化工藝參數(shù)熱噴焊特點有：(1)熱噴焊層組織致密，冶金缺陷很少，與基材為冶金結(jié)合，結(jié)合強度高.(2)熱噴焊材料必須與基材相匹配，噴焊材料和基材范圍比熱噴涂窄得多。 (3)熱噴焊工藝中基材變形比熱噴涂大得多。 (4)熱噴焊層的成分與噴焊材料的原始成分會有一定差別。搪瓷是將

35、玻璃質(zhì)瓷釉涂敷在金屬基材表面，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，瓷釉與金屬之間發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而牢固結(jié)合，在整體上有金屬的力學(xué)強度，表面有玻璃的耐蝕、耐熱、耐磨、易潔和裝飾等特性的一種涂層材料。燒成是將涂漿的干燥的制品，加熱至瓷釉熔融溫度，冷卻后獲得光潔平整的玻璃狀瓷面的過程。摩擦化學(xué)邊界膜主要在邊界潤滑狀態(tài)下生成，是添加劑在摩擦過程中與金屬表面發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)，在摩擦表面形成一層反應(yīng)膜。 表面形變強化的原理: 通過機械手段（滾壓、內(nèi)擠壓、和噴丸）在金屬表面產(chǎn)生壓縮變形，使表面形成形變硬化層，深度可達(dá)0.51.5mm。在此層形成兩種變化：.組織結(jié)構(gòu)上，亞晶粒極大細(xì)化，位錯密度增加，晶格畸變增大；.形成高的宏觀殘余應(yīng)

36、力，這種表面形貌和組織結(jié)構(gòu)的變化，有效的提高了金屬表面強度、耐應(yīng)力腐蝕性能和疲勞強度。表面淬火技術(shù)的原理: 采用特殊熱源將鋼鐵材料表面快速加熱到Ac3或者Ac1以上，然后使其快速冷卻并發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，形成表面強化層的工藝過程。實際上，不僅僅是鋼鐵，凡是能通過整體淬火強化的金屬材料，原則上都可以進(jìn)行表面淬火。分類：依據(jù)表面淬火的熱源不同，可將其分為：感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、激光淬火、電子束淬火、電阻加熱表面淬火、浴爐加熱表面淬火 、電解液加熱表面淬火等。表面淬火技術(shù)與常規(guī)淬火技術(shù)的區(qū)別: 、表面淬火的加熱速度快使奧氏體轉(zhuǎn)變溫度提高。、快速加熱條件下滲碳體難以充分溶解，形成的奧氏體成分

37、相當(dāng)不均勻。、快速加熱將使奧氏體晶粒顯著細(xì)化。等離子淬火原理：等離子弧表面淬火屬于一種利用高能流密度對材料進(jìn)行表面熱處理的方法，與激光淬火類似。它以等離子作為熱源對工件表面進(jìn)行加熱，使被加熱部位的溫度在很短時間內(nèi)達(dá)到相變溫度以上，然后靠工件自身冷卻和相變獲得所需組織，從而獲得良好的表面耐磨性。表面化學(xué)熱處理的基本原理：表面化學(xué)熱處理是將工件置于某種化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱、保溫和冷卻使介質(zhì)中某些元素滲入工件表層以改變工件的化學(xué)成分和組織，從而使其表面具有與心部不同性能的熱處理方法，又叫熱擴滲或熱滲渡。熱滲鍍包括四個基本過程：介質(zhì)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提供界面反應(yīng)所需反應(yīng)物；反應(yīng)物通過擴散運至金屬表面，稱

38、為外擴散；反應(yīng)物中的某些粒子被金屬表面吸附，并發(fā)生界面反應(yīng)；界面反應(yīng)產(chǎn)生的活性原子為金屬表面吸附并向縱深遷移，達(dá)到一定的深度，稱為內(nèi)擴散。 表面化學(xué)熱處理滲層的形成條件： 必須能與基體金屬形成固溶體成金屬間化合物； 滲入元素與基體金屬必須保持緊密的接觸，或者說滲入元素可以在界面被吸附； 必須保持一定的溫度，即使原子獲得足夠的擴散動力；生成活性原子的化學(xué)反應(yīng)必須滿足一定的熱力學(xué)條件。熱擴滲速度的影響因素：化學(xué)反應(yīng)速度：反應(yīng)物濃度、溫度、活化劑。擴散速度：影響擴散速率的主要因素有溫度、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、基體臺金成分、滲劑原子濃度等。離子滲碳 的特點:l）不使晶界氧化。等離子滲碳工件在真空中加熱，

39、而且工作氣中不合O2和H2O，所以不會發(fā)生晶界氧化。2）表面滲碳量容易控制。表面滲碳層深度、碳濃度和晶粒大小對工件和機械性能有重大影響，因此必須嚴(yán)格控制。采用丙烷等離子滲碳可通過氣體流量和等離子體中C3H8分壓的高精度控制來控制表面滲碳量。3）多次循環(huán)處理形成復(fù)合硬化層。與氣體滲碳相比，等離子滲碳可以迅速更換滲碳室的反應(yīng)氣，因此為達(dá)到“先滲碳后氮化”或“先氮化后滲碳”的表面硬化目標(biāo)，可以對連續(xù)的多循環(huán)處理進(jìn)行程序控制。等離子滲碳的應(yīng)用 :1）用等離子滲碳代替氣體滲碳；2）等離子高濃度滲碳；3） 難滲材料的等離于滲碳 ； 4）高熔點金屬的等離子滲碳；5）熱噴涂層的等離子滲碳 。稀土催滲技術(shù):滲劑

40、中加入稀土元素能提高氣體滲碳、離子滲氮、滲硼、滲金屬等滲速，降低滲入溫度。高能束表面改性技術(shù)是指將具有高能量密度的能量源，施加到材料表面，使之發(fā)生物理、化學(xué)變化，獲得特殊性能的方法。它具有以下特點：（1）能量作用在一定的范圍和深度，可對工件表面進(jìn)行選擇性的表面處理，能量利用率高。（2）加熱速度快，工件表面至內(nèi)部溫度梯度大，可以很快的速度自冷淬火。（3)工件變形小，生產(chǎn)效率高。激光表面淬火是將激光束照射到工件表面，使工件迅速升到鋼的臨界點以上，然后停止或移開激光束。熱量從工件表面向基體內(nèi)部快速傳導(dǎo)，表面得以急速冷卻，實現(xiàn)自冷淬火。激光淬火特點：（1）表面硬化層硬度高，耐磨性好；（2）工件變形極小

41、，特別適合于長件、薄件及精細(xì)零件的表面強化；（3）運用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)裝置，可對其它方法難以處理的工件局部表面如溝槽、孔腔的側(cè)面等進(jìn)行表面處理；（4）可僅對工件的關(guān)鍵部位作局部處理，大大節(jié)省能源；（5）實行自冷淬火，無需淬火液，無公害，勞動條件好。離子注入的原理:離子注入是把某種元素的原子電離成離子，并使其在幾十至幾百千伏的電壓下進(jìn)行加速，在獲得較高速度后射入置于真空靶室中的工件表面的一種離子束技術(shù)。在離子轟擊材料表面所引起的各種效應(yīng)中，濺射鍍膜和離子鍍利用的是低能離子的濺射和清洗、混合、增強擴散等效應(yīng)，而離子注入利用的是高能離子注入等效應(yīng)。離子注入的特點:（1）溶質(zhì)原子靠高能量撞進(jìn)金屬晶格內(nèi)，因而

42、它不受熱力學(xué)平衡條件的限制，原則上任何元素都可以注入任何基體金屬中；（2）注入是一個無熱的過程，可以在室溫或低溫下進(jìn)行，不會引起零件的受熱變形，注入是在真空中進(jìn)行的，極少發(fā)生氧化，因而可用作精密零件的最后工序；（3）注入原子在注入合金層中的分布可用理論計算得到，或用離子束背放射和核反應(yīng)分?jǐn)D等實驗測定。注入離子的濃度和深度可分別用注入積分劑量和注入電壓來控制。（4）注入原子與基體金屬之間沒有界面，因而注入層不會有剝落問題。離子注入的應(yīng)用:離子注入材料表面改性在工業(yè)上的應(yīng)用，例如，離子注入使某些刀具、模量的壽命延長數(shù)倍。注入使鈦合金人工關(guān)節(jié)的磨損速率下降到近千分之一。離子注入使航空精密軸承的抗蝕等

43、性能得到顯著改善，從而延長其使用壽命。薄膜的生長模式可以分為外延式生長和非外延式生長兩種。原子的沉積過程包含了三個過程，即氣相原子的沉積或吸附，表面擴散以及體擴散過程。薄膜生長的三種模式(1)島狀生長模式(2)層狀生長模式(3)中間生長模式影響薄膜生長的主要因素：基體溫度;鍍膜真空度;蒸發(fā)速率;基材與膜材.物理氣相沉積特點:(1)需要使用固態(tài)的或者熔化態(tài)的物質(zhì)作為沉積過程 的源物質(zhì);(2)源物質(zhì)要經(jīng)過物理過程進(jìn)入氣相；(3)需要相對較低的氣體壓力環(huán)境：(4)在氣相中及襯底表面并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 當(dāng)高能粒子(通常是由電場加速的正離子)沖擊固體表面時，固體表面的原子、分子與這些高能粒子交換動能，從

44、而由固體表面飛濺出來，這種現(xiàn)象叫做濺射。這些被濺射出來的原子帶有一定的動能，并且會沿著一定的方向射向襯底，從而實現(xiàn)在襯底上薄膜的沉積。主要的濺射方法可以根據(jù)其特征分為以下四種:直流濺射；射頻濺射；磁控濺射；反應(yīng)濺射。沉積薄膜的密度遵循以下規(guī)律：(1) 隨著落膜厚度的增加，薄膜的密度逐漸增加并且趨于一極限位。并且，這一極限值一般仍要低于理論密度。(2) 金屬薄膜的相對密度一般要高于陶瓷等化合物材料。(3) 薄膜材料中含有大量的空位和孔洞,并且還存在大量的顯微空洞。濺射法特點：優(yōu)點： 任何物質(zhì)均可以濺射，尤其高熔點、低蒸氣壓元素和化合物； 濺射鍍膜密度高，無氣孔，與基材材之間的附著性好; 濺射法受

45、到大力發(fā)展和重視的一個重要原因在于，這種方法易于保證所制備薄膜的化學(xué)成分與靶材基本一致，可用于合金薄膜的制備。缺點： 濺射設(shè)備復(fù)雜，需要真空系統(tǒng)及高壓裝置； 濺射沉積速度慢。離子鍍的特點:（1）離子鍍所制備的薄膜與襯底之間具有良好的附著力，且薄膜結(jié)構(gòu)致密；（2）離子鍍可以提高薄膜對于復(fù)雜外形表面的覆蓋能力；（3）膜層的繞射性好、沉積速度快、可鍍材料廣泛等優(yōu)點。離子轟擊基體產(chǎn)生的效果： 離子濺射清洗。 產(chǎn)生缺陷。 破壞表面晶體結(jié)構(gòu)，改變表面形貌，增加表面粗糙度。 溫度升高，轟擊粒子能量大部分變成表面熱。 氣體滲入表面使表面成分變化。離子轟擊對膜基界面的影響:物理混合；增強擴散；增加基體表面成核密

46、度。離子轟擊在膜生長中的作用:消除柱狀晶；影響膜層內(nèi)應(yīng)力；提高材料疲勞壽命。多弧離子鍍的幾個工藝問題： 弧光蒸發(fā)源主要工藝參數(shù)的選擇，主要就是源功率、放電電壓和電流； 放電過程的穩(wěn)壓措施； 避免大顆粒液滴對膜層的噴射； 對工件施加負(fù)加偏壓以提高膜的附著強度和致密度。離子束輔助沉積，也被稱為離子束增強沉積，是指在同一真空系統(tǒng)中以電子束蒸發(fā)或離子束濺射沉積薄膜的同時，用幾百電子伏特到幾萬電子伏特能量的離子束對其進(jìn)行轟擊，利用沉積原子和注入離子之間的一系列物理化學(xué)作用，來增強膜層與基體的結(jié)合，改善膜層質(zhì)量。離子束輔助沉積的優(yōu)點: 膜與基體的結(jié)合強度明顯提高、薄膜本身的致密度也得以提高； 離子束輔助沉

47、積中膜層的組分因為來自不同的組分源,所以對其化學(xué)組成可以進(jìn)行單獨調(diào)控，可用于絕大部分金屬和化合物薄膜生長； 易于合成不同類型的膜層，并可靈活控制膜層的濃度和厚度； 離子束輔助沉積過程中基體的溫度較低，因而對膜和基體的影響較小，膜的形成溫度也可以降低； 減小內(nèi)應(yīng)力，提高成核密度,； 離子束輔助沉積過程中，各種參數(shù)可以精確控制，重復(fù)件較好。離子鍍的應(yīng)用:離子鍍主要的應(yīng)用領(lǐng)域是制備鋼及其他金屬材料的硬質(zhì)涂層，比如各種工具耐磨涂層中廣泛使用的TiN、CrN等。在制備這些涂層的反應(yīng)離子鍍(RIP)中，電子蒸發(fā)形成的Ti、Cr原子束在Ar-N2等離子體的轟擊下反應(yīng)形成TiN或CrN涂層。這一技術(shù)被廣泛用來

48、制備氮化物、氧化物以及碳化物涂層。化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)或蒸汽態(tài)的物質(zhì)在氣相或氣固界面上反應(yīng)生成固態(tài)沉積物的技術(shù)。CVD是利用氣態(tài)物質(zhì)在固體表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),生成固態(tài)沉積物的工藝過程。它一般包括三個步驟: 產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì);將揮發(fā)性物質(zhì)輸運到沉積區(qū);于基體上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成固態(tài)產(chǎn)物。CVD成膜大致過程如下：1)反應(yīng)氣體到達(dá)基體表面；2)反應(yīng)氣體分子被基體表面吸附；3)在基體表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)、形核；4)生成物從基體表面脫離；5)生成物在表面擴散。晶須是一維發(fā)育的單晶體。晶須在復(fù)合材料領(lǐng)域有重要的應(yīng)用,是制備新型復(fù)合材料的重要原料。液相外延：（LPE）是使襯底與含有被沉積組分的過飽和液相相接觸并獲

49、得外延生長的一種方法。特點：簡單易行，但具有外延層一致性和平整性較低、界面成分突變性較差等缺點。 氣相外延： （VPE）所采用的方法即是各種PVD和CVD方法。利用這種方法可以生長出質(zhì)量很好的外延材料。單晶外延分為兩類.同質(zhì)外延:在同質(zhì)外延時，襯底與被沉積的薄膜屬于同一種材料,.異質(zhì)外延:異質(zhì)外延則是指襯底材料與被沉積的油膜屬于不同的材料。例如，As薄膜在GaAs討底上的外延即屬于異質(zhì)外延。氣相沉積技術(shù)的應(yīng)用: 在改善機械零件耐磨抗蝕性能方面，其用途十分廣泛。如用離子鍍、化學(xué)氣相沉積等方法制備的氮化鈦、碳化鈦、碳氮化鈦等薄膜具有很高的硬度和耐磨性。在高速鋼刀具上鍍氮化鈦膜可以說是高速鋼刀具的一

50、場革命。金剛石薄膜的應(yīng)用:(1) 金剛石的高硬度、高耐磨性使得金剛石薄膜成為極佳的工具材料。(2) 在室溫條件下，金剛石的熱導(dǎo)率是銅的五倍。同時，金剛石本身又是極好絕絕緣材料。這使得金剛石薄膜廣泛用作高功率光電元件，如半導(dǎo)體、激光器、集成電路芯片等的散熱器件材料。(3) 金剛石在從紫外到遠(yuǎn)紅外的很寬的波長范圍內(nèi)具有很高的光譜透過性能，使得金剛石薄膜成為可以在惡劣環(huán)境中使用的極好的光學(xué)窗口材料。(4) 金剛石具有極高的彈性模量，聲波在金剛石中具有極高的傳播速度，可以制成高品質(zhì)的金剛石薄膜聲學(xué)器件。(5) 金剛石還具備了一系列優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)，使金剛石薄膜成為制造能在高溫、高壓、高功率、高頻率和強輻

51、射條件下工作的電子器件的絕好材料。精細(xì)加工包括：光刻加工，LIGA加工，機械細(xì)微加工，放電微細(xì)加工，激光微細(xì)加工等。光刻加工：指在金屬表面上進(jìn)行的一種印刷方式。其原理是利用光刻膠在曝光后化學(xué)性能發(fā)生改變的性質(zhì)。光學(xué)光刻的基本工藝掩模的制造，晶片表面光刻膠的涂覆，預(yù)烘烤，曝光，顯影，后烘，刻蝕以及光刻膠的去除等。電子束光刻法：是利用聚焦后的電子束在感光膜上準(zhǔn)確的掃描出所需要的圖案地方法。電子束光刻特點：1）電子束波長短，衍射現(xiàn)象可忽略，因此分辨率高；2）能在計算機控制下不用掩模直接在硅晶片上生成特征尺寸在亞微米范圍內(nèi)的圖案；3）可用計算機進(jìn)行不同圖案的套準(zhǔn)，精度高；缺點：1）鄰近效應(yīng)降低了其分辨

52、率；2）曝光速度較慢。離子束光刻法原理：通過計算機來控制離子束使其按照設(shè)定好的方式運動，利用被加速和聚焦的離子直接在對離子敏感的光刻膠上形成圖形而無需掩模。離子束光刻法特點：優(yōu)點：1）鄰近效應(yīng)??；2）光敏性高；3）分辨率高；4）可修復(fù)光學(xué)掩模；5）直接離子刻蝕，甚至無需光刻膠。缺點：難得到穩(wěn)定的離子束。X射線光刻法優(yōu)點：1）連續(xù)光譜分布；2）方向性強，平行度高；3）亮度高；4）時間精度高；5)偏振；6）長時間的高穩(wěn)定性；7）可精確計算?？涛g：是指將基底薄膜上沒有被光刻膠覆蓋的部分化學(xué)反應(yīng)或物理轟擊作用的方式加以去除，以掩模圖案轉(zhuǎn)移到薄膜上的一種方法。其分為：濕法刻蝕，干法刻蝕。LIGA加工工藝

53、：X射線光刻-金屬電鍍-注塑成型LIGA加工特點：1）制作的圖形結(jié)構(gòu)縱橫比高；2）適用于多種材料；3）可重復(fù)制作，可大批量生產(chǎn)，成本低；4）適合制造高精度，低表面粗糙度要求的精密零件。AES具有特征能量，利用它可以進(jìn)行成分分析。其廣泛應(yīng)用于薄膜與基體的界面研究中。XPS分析是能夠得到薄膜試樣表面的化學(xué)狀態(tài)信息。2：表面工程的目的和作用：對固體材料（因為固體材料才有固定表面）來說，目的和作用：（1）（目的作用）提高材料抵御環(huán)境作用的能力；（2）（目的作用）賦予材料表面某種功能特性；（3）（目的）實施特定的表面加工來制造物件，零部件和元器件等3：為何表面工程為一邊緣學(xué)科？（1）材料組成了邊界，就材

54、料本身而言，與周圍物質(zhì)的相互作用首先發(fā)生在表面，因此任何固體材料想要與周圍環(huán)境有很好的相容性，表面時必須考慮的環(huán)節(jié)；（2）就表面工程技術(shù)本身而言，由于其“二維”操作的特殊性，與宏觀三維操作有很多相制。因此賦予了材料許多特殊性能，因此在各個學(xué)科廣泛運用。、4：影響液體表面自由能因素：（1）表面內(nèi)能（而其又取決于原子間結(jié)合力的大?。?；（2）原子自由電子（液體不適用）；（3）溫度越高，自由能越高；（4）與合金元素和雜質(zhì)有關(guān)。5：兩玻璃之間放少量的水為什么難分解：因為在張力作用下，玻璃間的空氣被基本排出，玻璃間壓強很小，外界大氣壓將其壓合不易分開，要其通過正面拉力分開必須克服分子間的作用力，而如果通過

55、剪切力則很容易使其分開（水膜厚度越薄越難分。）6：侵入液體的兩豎直平板，下述情況表現(xiàn)為斥力還是引力？（1）兩板都潤濕（引力）；（2）都不潤濕（斥力）；（3）一潤一不潤（不明顯）。7：物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別：物理吸附與化學(xué)吸附本質(zhì)區(qū)別是后者有電子轉(zhuǎn)移而前者沒有；其次，物理吸附速度較快，化學(xué)吸附的速度較慢?；瘜W(xué)吸附時表面與吸附物之間要形成化學(xué)鍵，所以是單分子層的，而物理吸附卻是多分子層的，前者容易后者難。8：影響表面媳婦的因素？兩固體表面有無吸附？為什么：影響因素：（1）溫度；吸附鍵斷裂與壓力變化關(guān)系；（3）表面不均勻性；（4）其他吸附物質(zhì)對吸附件的影響：兩固體表面若在清潔情況下，并且具有一定柔

56、韌法，質(zhì)量輕時不發(fā)生吸附，而其他情況由于雜質(zhì)的作用而不能吸附。1：氣相沉積的基本過程包括哪九個步驟？它與熱噴涂、等厚鍍相比的特點？答：過程：表面預(yù)處理金屬的蒸發(fā)粒子向金屬基體噴射基體表層吸附擴散結(jié)合后期處理；特點包括：（1）薄膜具有微不極至納米的厚度；（2）有基體支撐；（3）特殊的活性和性能；（4）特殊的形成方式。2：濺射時用的荷能粒子為什么運離子？答：因為離子易于通過電磁場進(jìn)行加速和偏轉(zhuǎn)。3：簡述磁控濺射的特點及距上的問題。答：（1）電子在電場和磁場的作用下，反復(fù)形成“跨檢式”運動，并與氣體分子碰撞，避免了對基體的強烈撞擊；（2）電子運動行程延長，提高陰極位降區(qū)德電子密度，又降低濺射氣壓，沉

57、淀速率增大。存在問題：只能濺射金屬等導(dǎo)電材料。4：CVD的主要特點和用途是什么？答：（1）材料運輸方式不同；（2）沉積溫度較高；（3）薄膜均勻仁的；（4）薄膜內(nèi)壓力低。1：磨損通常是如何分類的？早期摩擦三定律是？答：磨損主要分為四大類：（1）粘著摩損；（2）磨料磨損；（3）表面疲勞磨損；（4）腐蝕磨損。早期摩擦三定律可描述為：（1）摩擦力與作用與磨面間的法向截高截至此（2）摩擦力的大小與名義接觸面積無關(guān)；（3）靜摩擦力大于動摩擦力；（4）摩擦力的方向與滑動速度無關(guān)；（5）摩擦力方向總與接觸面間相對運動速度方向相反。2：防腐涂層的表面機理是什么？答：在表面腐蝕過程中，主要分為兩大類，主要分為兩大

58、類：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，前者主要是因為外界物質(zhì)和基體之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而腐蝕，電化學(xué)腐蝕則是由于外界物質(zhì)與基體存在電存差而引起電化學(xué)反應(yīng)的腐蝕，防腐涂層在這兩方面都起了很好的作用（1）將基體和外界隔開，避免直接接觸（2）提高表面化學(xué)電勢，或使表面電位變低。1：電鍍液的基本組成和作用？答：電鍍液由（1）主鹽；（2）導(dǎo)電鹽；（3）絡(luò)合劑；（4）緩沖劑；（5）添加劑組成。作用：（1）為陰極析火的金屬提供陽離子；（2）提高溶液導(dǎo)電率；（3）增大陰極極化，使鍍層悟?qū)蛹?xì)致，同時促進(jìn)陽極溶解，但會降低陰極電流效率；（4）使溶液在遇到酸或堿時，PH值變化幅度??；（5）改善電鍍液性能質(zhì)量。2：金屬電沉積包括哪些步驟？說明其物理意義。答：電沉積包括以下步驟：（1）金屬水化離子（或絡(luò)合離子）由溶液內(nèi)部向陰極表面?zhèn)鬟f為液相傳質(zhì)步驟；（2）金屬水化離子（或絡(luò)合離子）在陰極表面上得到電子并還原成金屬原子電化學(xué)步驟；（3）反應(yīng)物形成液相電結(jié)晶化步驟。3：與電鍍相比化學(xué)鍍有何特點答：（1）鍍層厚度均勻；（2）鍍層密度大，孔隙小，外觀良好；（3）無需電解設(shè)備；（4）可在金屬、非金屬及半導(dǎo)體材料上進(jìn)行化學(xué)鍍；（5）不變電力線分布不均勻的影響。以上為缺點，但其缺點為：（1）前用溶液差，