表面工程复习题答案

表面工程技术：表面工程技术是赋予材料或零部件表面以特殊成分、结构和性能的化学、物理方法与工艺。表面改性技术：即能提高零部件够表面的耐磨性、耐腐蚀性、抗高温氧性能或装饰零部件表面，或者使材料表面具有各种特殊功能的有关工程技术。表面涂镀技术：利用外加涂层或镀层的性能使基材表面优化且基材不参与或很少参与涂层反应的技术洁净表面：表层原子结构的周期性不同于体内，但其化学成分与体内相同，这种表面就称为洁净表面莱宾杰尔效应：因环境介质的影响及表面自由能减少导致固体强度、塑性降低的现象，称为莱宾杰尔效应间或伴有化学作用而产生的不断损耗现象磨损：磨损是摩擦接触表面的材料在相对运动中由于机械作用，腐蚀预处理：材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏表面淬火：采用特定的热源将钢材表面快速的加热到Ac3或者Ac1之上，然后使其快速冷却并发生马氏体转变，形成表面强化的工艺过程火焰加热：将高温火焰或燃烧着的炽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，就称为热扩渗技术，或化学热处理技术热喷涂：热喷涂是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：利用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基材之间、涂层内颗粒之间的冶金结合并消除孔隙的表面处理技术堆焊：堆焊是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电镀：电镀是指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技术化学镀：指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。又称为无电解镀、无电源电镀等转化膜技术：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）的一类技术称为转化膜技术涂装技术：将涂料通过一定的方法涂覆于物体表面，经干燥或固化，形成均匀薄膜的工艺过程。气相沉积：气相沉积技术是利用气相中发生的物理、化学过程，在工件表面形成功能性或装饰性的金属、非金属或化合物涂层的过程物理气相沉积：在真空下，以各种物理方法产生原子或分子沉积在基材上，形成薄膜的过程化学气相沉积：把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基片的反应室，借助气相作用或在基片上的化学反应生成所希望的薄膜的过程真空蒸发镀膜：在真空条件下，用蒸发器加热蒸发物使之汽化，蒸发粒子流直接射向基片并在基片上沉积形成固态薄膜的过程二、简答题1.表面改性术分为哪几大类？(1)表面组织转化技术(2)表面涂镀技术(3)表面合金化和掺杂技术2.基于固相宏观成分差异形成的界面有哪些？（1）冶金结合界面（2）扩散结合界面（3）外延生长界面（4）化学键结合界面（5）分子键结合界面（6）机械结合表面3.简述莱宾杰尔效应的机理。是金属表面对活性介质的吸附，使表面原子的不饱和键得到补偿，使表面能降低，改变了表面原子之间的相互作用，使金属的表面强度降低。4.简述表面预处理的作用及主要工序。作用：1，保证和提高涂层的防护性能。2，增强涂层对物体表面的附着力。3，创造合适的表面粗糙度。4，增强涂层与底材的配套性和相容性主要工序：脱脂、除锈和获取一定程度粗糙的表面1.机械性清理（1）机械抛光和磨光（2）滚光和刷光（3）喷砂或喷丸2.脱脂（1）化学脱脂（2）有机溶剂脱脂（3）水剂脱脂（4）电化学脱脂3.化学浸蚀、抛光和电化学抛光（1）化学浸蚀（2）电化学抛光（3）化学抛光4.脱脂5.其他表面预处理工艺（1）局部保护工艺（2）塑料于混凝土表面预处理工艺5.简述喷丸强化技术与滚压强化技术的原理。喷丸强化技术原理：工件表面吸收高速运动弹丸的动能后产生塑性流变和加工硬化，同时使工件表面保留残余压应力滚压强化技术的原理：与喷丸原理形同6.激光淬火基本原理。利用能量密度高的激光束使受热区迅速加热到钢的相变临界温度Ac3或Accm之上，然后在冷却介质中快速冷却，使工件表层获得马氏体。7.热扩渗层的形成机理；⑴产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面。⑵渗剂元素的活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属所吸收，形成最初的表面固溶体或金属间化合物，建立热扩渗所必须的浓度梯度；⑶渗剂元素原子向基体金属内部扩散，基体金属原子也同时向渗层中扩散，使渗层增厚。8.液体热扩渗的分类。液体热扩渗根据工艺特点可分为盐浴法、热浸法、熔烧法三种。9.热喷涂工艺方法主要有哪几种？为什么说热喷涂涂层与基体的结合强度较差？热喷涂工艺方法主要：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速火焰喷涂机械结合为主的结合机理决定了热喷涂涂层的结合强度比较低，只相当于其母体材料的5％～30%。最高也只能达到70MPa。10.简述火焰喷涂、电弧喷涂和等离子喷涂的基本特点。火焰喷涂的基本特点：设备投资少，无电力要求，操作容易，沉积效率高等。(优点)涂层氧含量较高，孔隙较多，焰流温度较低，涂层种类较少，涂层结合强度偏低，涂层质量不高。(缺点)电弧喷涂的基本特点：涂层密度(70%～90%)及结合强度(10～40MPa)较高，喷涂速度和沉积效率(50kg/h)高，运行费用较低。(优点)只能用于具有导电性能的金属线材。(缺点)等离子喷涂的基本特点：1温度高2可控性好3稳定性好11.电镀层必须满足的三个条件是什么？1)基体金属结合牢固，附着力好；2)镀层完整，结晶细致，孔隙少；3)镀层厚度分布均匀12.常见的电镀方式有哪些？1单金属电镀2合金电镀3化学镀4复合镀技术5非金属电镀13.化学镀与电镀的区别是什么？化学镀中，金属离子依靠由还原剂提供的电子而还原成金属；而电镀中，金属离子依靠外加电场的作用，在阴极上得到电子而还原成金属14.转化膜的主要用途是什么？(1)用于防护和装饰(2)提高涂膜与基体的结合力(3)耐磨减摩(4)适用于冷成形加工(5)电绝缘性15.简述铬酸盐膜形成机理。铬酸盐膜的形成是通过金属-溶液界面上的化学反应，其中关键反应是金属与六价铬之间的氧化还原。16.简述铝阳极氧化膜形成机理●铝：阳极，析氧。Al2O3●其他金属：阴极，析氢。17.涂装目的有哪些？保护、装饰、标志和特种功能。18.涂料的组成有哪些？主要是成膜物质、颜料、溶剂、助剂四部分19.高能束指什么？由高密度光子、电子组成的激光束、电子束、离子束通过特定装置可以聚焦到很小甚至非常微细的尺寸，形成极高能量密度的粒子束。三、论述题1.论述粘着磨损的机制。机械加工过的表面存在一定的粗糙度，即在金属表面随机分布着大小不同的微凸体。当润滑膜不能完全覆盖这些微凸体时，接触将在微凸体之间发生，而不会像理想光滑表面那样形成圆形、椭圆形或其他形状的接触面积，这样就会导致接触应力产生调幅分布，即：一个较大范围的应力场，变成很多分散的微观应力场，每一个应力峰对应一个微凸体的接触点。由于实际接触面积远小于名义接触面，每一个微凸体上将承受更大的载荷。2.磨损通常是如何分类的？从表面工程技术的角度考虑，从哪些方面着手可以提高零件的耐磨性？并举例说明可采用的表面工程技术方法。磨损按照摩擦方式机理可分为黏着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损提高零件的耐磨性：1工程结构的合理设计2零件磨损机理预测、分析和耐磨材料的选择3材料表面耐磨与减磨处理例如表面淬火、涂覆和合金化3.金属材料腐蚀的原理有哪些？金属材料腐蚀控制及防护方法有哪些？从表面工程技术的角度考虑，举例说明可采用哪些表面工程技术来提高钢铁零件的耐腐蚀性。金属材料腐蚀的原理:1.化学腐蚀2电化学腐蚀3物理溶解腐蚀金属材料腐蚀控制及防护方法：1产品合理设计与正确选材2电化学保护3表面覆层及表面处理4加入缓冲剂例如电化学渡、涂覆等4．什么是热扩渗？论述形成渗层的基本条件。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，就称为热扩渗技术，或化学热处理技术。形成渗层的基本条件：⑴渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物。(原子直径，结构，电负性等必须满足要求。)⑵欲渗元素与基材之间必须有直接接触。⑶被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度。（加热）⑷(对靠化学反应提供活性原子的热扩渗工艺)该反应必须满足热力学条件。（①产生活性原子；②反应平衡常数1%。）5．什么是气体渗碳？论述影响气体渗碳工艺的主要因素。在增碳的活性气氛中，将低碳钢或低碳合金钢加热到高温（一般为900ºC～950ºC），使活性碳原子进入钢的表面，以获得高碳渗层的工艺方法称为气体渗碳。影响气体渗碳工艺的主要因素：⑴温度和时间⑵渗碳气氛⑶钢的化学成分6．什么是气体氮碳共渗和碳氮共渗？氮碳共渗与渗氮相比有何特点？在含有氮、碳元素气体中，在520℃~580℃温度下氮、碳共渗以渗氮为主，称之为气体氮碳共渗。在780℃~930℃碳、氮共渗以渗碳为主，因此称之为碳氮共渗。与渗氮相比而其它性能与渗氮相似。7．论述热喷涂的工艺流程，其涂层结构特点是什么？工艺流程：基体表面预处理、热喷涂、后处理、精加工等涂层结构特点：涂层是由无数变形粒子互相交错堆叠在一起，形成一层堆积而成的层状结构。8．论述电镀的工艺过程，影响镀层质量的因素有哪些？电镀工艺过程一般包括电镀前预处理、电镀及镀后处理三个阶段。影响镀层质量的因素1.镀液的影响2.电镀规范的影响3.析氢的影响4.基体金属的影响9．论述铝合金阳极氧化的工艺流程，其氧化膜的形成过程、结构特点及性能特点。铝合金阳极氧化的工艺流程：1.预处理2.氧化3.阳极氧化膜的封闭氧化膜的形成过程：通电后数秒钟内，在铝表面形成连续、无孔的氧化铝膜（阻挡层，其硬度比多孔层高），电压急剧上升；随电压上升和溶解作用增大，膜层局部被溶解或被击穿，产生了孔穴，氧化膜的电阻下降，电压随之下降，使反应继续进行；电压趋于平稳，阻挡层厚度不再变化；随着时间延长，形成孔隙及孔壁，氧化膜变成导电的多孔层结构（膜层孔穴的底部向金属内部移动）；当膜的化学溶解速率等于膜的生成速率时，膜层便达到一定的极限厚度而不再增加结构特点：氧化膜多孔，活性高，吸附性很强(着色)，容易被污染或被腐蚀介质侵入，氧化后的膜层必须要通过封孔才能达到最好的耐蚀效果性能特点：1.膜的厚度与时间非直线关系；存在极限厚度。2.孔隙度与溶液性质、操作条件、基体表面粗糙度等有关。膜的孔隙度对于耐腐蚀性、耐磨性以及对于膜上着色和封孔的难易程度都有很大影响。3.结合力氧化膜的结合力是非常强的，但沿着垂直于表面的方向易于横断破裂，即当弯曲时膜成平行线破裂。4.硬度和耐磨性阳极氧化膜非常硬，使铝件的耐磨性大幅度提高。5.柔韧性膜的脆性直接随厚度增加而增加；除非剧烈变形，不会显著影响膜的保护性能。6．耐蚀性阳极氧化膜对制件具有防护性能。制件的耐蚀性及力学性能都可大幅度提高。