黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训 化工专业化工类作业

9.水与油不互溶，为何加入洗衣粉后即生成乳状液?乳化剂具有很强的亲水疏水性能，对互不相溶的液体具有很强的吸附性，它能够吸附在两相互不相溶的液液的表面，并在其上富集，促使溶液形成乳状液，并增强其乳状性能的稳定性，对于本题水和油是互不相溶的两相液体，而洗衣粉是它们的乳化剂，这就将使得水油吸附在洗衣粉的表面上，并在其上富集，这就促使水和油形成乳状液。洗衣粉的主要成分是十二烷基苯磺酸钠，是一种表面活性剂。表面活性剂既有亲水基团，也有亲油基团。加入表面活性剂，亲油基插入油性介质，亲水基插入水性介质，可以降低水油界面的表面张力，使油水能够分散开来，而形成稳定的乳状液10.两块平板玻璃在干燥时，叠放在一起很容易分开。若此间放些水，再叠放在一起，使之分开却很费劲．这是什么原因?当弯曲液面时表面张力的合力不为零,其方向总是指向曲率中心.由于表面张力的作用,使弯曲液面的两侧存在着压力差ΔP,该压力差就叫弯曲表面下的附加压力.该附加压的方向总是指向曲率中心,导致曲率中心这一侧的总压力比平表面时大，当两块玻璃中间加水后，液体会在拉玻璃的同时产生表面张力，拉力的方向指向玻璃离开的反方向，这就使得要用比干燥时的玻璃更大的力。11.改变水溶液对固体表面润湿状况有效办法是什么简要说明其原理。改变接触角（湿润角）的大小，根据湿润方程和能量判据公试可以把润湿方程代入到能量判据公式中，整理得能量判据接触角判据Wa=γL/G+γS/G-γS/L=γL/G(cosθ+1)≥0θ≤180oWi=γS/G-γS/L=γL/Gcosθ≥0θ≤90oS=γS/G-γS/L-γL/G=γL/G(cosθ-1)≥0θ=0o或不存在由上看出，原则上只要测定了液体的表面张力σL/G和接触角θ，就可以判断三种润湿情况。习惯上，θ=0或不存在，叫完全润湿铺展θ=180o完全不润湿附着0≤θ≤90润湿浸渍90≤θ≤180不润湿可附着12．以八区域模型介绍金属经过机械加工后所形成的表面层基本结构表面层的8区域模型区域I是由金属材料表面极性的有机粒子（这些粒子大多是油脂、润滑剂和汗渍等）吸附层构成。区域II是由金属材料表面吸附的水吸附层构成(通常源于水气的吸附)。区域III是由金属材料表面的气体吸附层而构成。(氮、硫和磷蒸气等)。区域I至III可能相互混合和包含，有时无明显的区分。区域IV是体相金属材料在表面的氧化物层。其厚度与体相材料的化学性质及氧在氧化层的扩散速率有关。这一区域可以对体相材料提供保护。区域V是金属材料表面机械加工后表面形成的Beilby层，即非晶层。这一层的厚度一般在0.1到1µm之间。区域VI构成了材料的永久变形区，这一区域的特征为典型的纤维状组织结构或择优取向。其厚度一般在一毫米以内。区域VII构成了材料的永久变形区，但是不包括择优取向区。这一区域形成的是缘于表面层相对体相的滑动或由于孪晶造成，这一区域的厚度与变形时间有关，时间越长，厚度会越大一些，但是一般不超过零点几毫米。区域VIII包括弹性变形区和拉应力区域。.一般而言残余力在区域VI到VIII范围内。它们的起源符号和数值与外界的作用力与环境条件相关。在区域VIII和部分的区域VII范围内，一般形成的残余应力是拉压力，而在区域VI形成的残余应用一般为压应力。在材料使用过程中，区域I至III的性质对于摩擦过程具有较大的影响，而区域V至VIII的性质对于磨损的影响很大13．简述表面层和涂层形成残余应力类型按照残余应力平衡范围的不同，通常可将其分为三种：（A）第一类称宏观残余应力，它是由工件不同部分的宏观变形不均匀性引起的，故其应力平衡范围包括整个工件。例如，将金属棒施以弯曲载荷，则上边受拉而伸长，下边受到压缩；变形超过弹性极限产生了塑性变形时，则外力去除后被伸长的一边就存在压应力，短边为张应力。这类残余应力所对应的畸变能不大，仅占总储存能的0.1％左右。（B）第二类称微观残余应力，它是由晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性产生的。其作用范围与晶粒尺寸相当，即在晶粒或亚晶粒之间保持平衡。这种内应力有时可达到很大的数值，甚至可能造成显微裂纹并导致工件破坏。（C）第三类称点阵畸变或亚微残余应力。其作用范围是几十至几百纳米，它是由于工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷（如空位、间隙原子、位错等）引起的。变形金属中储存能的绝大部分（80％~90％）用于形成点阵畸变。这部分能量提高了变形晶体的能量，使之处于热力学不稳定状态，故它有一种使变形金属重新恢复到自由焓最低的稳定结构状态的自发趋势，并导致塑性变形金属在加热时的回复及再结晶过程。14．简述扩散机制及影响因素。扩散的机理固体中的原子之间的跃迁实质上是一种原子活化过程，它主要包括以下三个过程。①平衡位置原子的振动:在固体中，原子、分子或离子排列的紧密程度较高，它们被晶体势场束缚在一个极小的区间内，在其平衡位置的附近振动，具有均方根的振幅，振幅的数值决定于温度和晶体的特征。②原子在格位上的迁移:振动着的原子相互交换着能量，偶尔某个原子或分子可能获得高于平均值的能量，因而有可能脱离其格点位置而跃迁到相邻的空位上去。③原子在新平衡位置的振动:在新格位上，跃迁的原子又被势能陷阱束缚住，进而又开始在新平衡位置中振动。直到再发生下一次的跃迁。在实际晶体中，由于存在着各种各样的缺陷，故扩散可以很容易地通过点缺陷，沿着位错、晶粒间界、微晶的表面而进行。通常情况下，扩散机理可分为三种：(1)间隙扩散机理:处于间隙位置的质点从一间隙位移入另一邻近间隙位，必然引起质点周围晶格的变形。①直接间隙扩散②间接直线间隙扩散③间接非直线间隙扩散。图2-9间隙扩散机理从图2-9三个示意图的比较可看出，直接间隙扩散（a）的晶格变形较小，而间接间隙扩散(b)、（c）的晶格变形较大。间接间隙扩散的晶格变形虽然较大。但是还有很多晶体中的扩散，属下这种间接间隙扩散机理。例如：AgCl晶体中Ag+；具有萤石结构的UO2+x晶体中的O2-的扩散。(2)空位扩散机理:是指以空位为媒介而进行的扩散。空位周围相邻的原子跃入空位，该原子原来占有的格位就变成了空位，这个新空位周围的原子再跃入这个空位。以此类推，就构成了空位在晶格中无规则运动；而原子则沿着与空位运动相反的方向也作无规则运动，从而发生了原子的扩散。无论金属体系或离子化合物体系，空位扩散是固体材料中质点扩散的主要机理。在一般情况下，离子晶体可由离子半径不同的阴、阳离子构成晶格，而较大离子的扩散是空位扩散机理。空位扩散机理相比于间隙扩散机理来说，间隙扩散机理引起的晶格变形大。因此，间隙原子相对晶体格位上原子尺寸越小、间隙扩散机理越容易发生，反之间隙原子越大、间隙扩散机理越难发生。图2-10环形扩散机理(3)环形扩散机理;是指在密堆积的晶格中，两个相邻的原子同时相互直接地调换位置。即处于对等位置上的两个原子同时跃迁而互换位置，由此而发生位移，如图（d）所示。环形扩散机理发生的几率很低，因为这将引起晶格的变形，且需要很高的活化能。虽然环形扩散需要很高的活化能，但是，如果有三个或更多个原子同时发生环形的互换位置，则活化能就会变低，因而有可能是环形扩散机制。例如，在CaO-Al2O3-SiO2三元系统熔体中，氧离子扩散近似于环形扩散机理。间隙扩散、空位扩散、环形扩散机理都是通过点缺陷而进行的体扩散。但是，有时晶体位错、晶粒间界和表面上都是结构组分活动剧烈的地方。例如，在微晶体中或位错密度大的试样中，在低温下晶粒间界和表面上的扩散是主要的。这时处于界面上的原子和杂质原子，沿晶面运动，发生吸着或化学吸附，扩散现象都是很显著的。另一方面，由于靠近晶粒间界和相界面处的结构比内部的结构要松弛些，这里的原子扩散活化能也要小一些，大约相当于固体的气化热。固体内的扩散是指以晶体内部的空位或间隙原子等点缺陷作为媒介的原子运动，原子的这种运动叫做体扩散或内扩散。在实际中，扩散除了点缺陷以外，还有以其他缺陷为媒介的扩散途径。由于这些扩散与体扩散不同，通常情况下，它们的扩散速度较快，所以称之为短程扩散。短程扩散主要包括以下三种：1、表面扩散(Ds)、2、晶界扩散(Dg)、3、位错扩散(Dd)扩散影响因素(1)晶体组成的复杂性：在大多数实际固体材料中，往往具有多种化学成分。因而，在一般情况下，整个扩散并不局限于某一种原子或离子的迁移，而可能是集体迁移行为。自扩散（系数）：一种原子或离子通过由该种原子或离子所构成的晶体中的扩散。互扩散（系数）：两种或两种以上的原子或离子同时参与的扩散。(2)化学键的影响:对于不同的固体材料来说，其构成晶体的化学键性质不同，因而扩散系数也就不同。在金属键、离子键或共价键材料中，空位扩散机理始终是晶粒内部质点迁移的主导方式；另一方面，由于空位扩散活化能由空位形成能△Hf和原子迁移能△HM构成，故激活能常随材料熔点升高而增加。但当间隙原子比格点原子小得多或晶格结构比较开放时，间隙机理将占优势。(3)结构缺陷的影响：晶界会对离子扩散的选择性具有增强作用，例如在Fe2O3、Co2O3、SrTiO3材料中晶界或位错有增强O2–离子的扩散作用；而在BeO、UO2、Cu2O和(ZrCa)O2等材料中则不会出现此种效应。晶界对离子扩散的选择性增强作用，主要是与晶界区域内电荷的分布密切相关。除晶界以外，晶粒内部存在的各种位错也往往是原子容易移动的途径。例如，晶体结构中的位错密度越高，位错对原子（或离子）扩散的贡献越大。(4)温度对扩散的影响:温度对扩散的影响可通过下面的公式得到说明：由上式可知，扩散活化能Q值越大，说明温度对扩散系数的影响越敏感。温度和热过程对扩散影响的另一种方式是可以通过改变物质RTQDD/exp0结构来完成的。在急冷的玻璃中，扩散系数一般高于充分退火的同组分玻璃中的扩散系数。两者可相差一个数量级或更多。这可能与玻璃中网络结构的疏密程度有关。(5)杂质对扩散的影响:杂质对扩散的影响是改善扩散的主要途径。一般而言，高价阳离子的引入可造成晶格中出现阳离子空位并产生晶格畸变，从而使阳离子扩散系数增大；另一方面，当杂质含量增加，非本征扩散与本征扩散的温度转折点升高，表明在较高温度时，杂质扩散仍超过本征扩散。若所引入的杂质与扩散介质形成化合物，或发生淀析，则将导致扩散活化能升高，使扩散速率下降。15．分析材料疲劳强度的影响因素疲劳强度的影响因素(1)屈服强度材料的屈服强度和疲劳极限之间有一定的关系，一般来说，材料的屈服强度越高，疲劳强度也越高。对同一材料来说，细晶粒组织比粗细晶粒组织具有更高的屈服强度。(2)表面层状态最大应力多发生在材料的表层，所以的表面层性质对疲劳强度的影响很大。材料表面粗糙度愈小，应力集中愈小，疲劳强度也愈高。在同一粗糙度的情况下，不同的钢种和加工方法其疲劳极限降低程度也不同，如冷卷弹簧降低程度就比热卷弹簧小。对材料表面进行磨削、强压、抛丸和滚压等。都可以提高弹簧的疲劳强度。(3)尺寸效应材料的尺寸愈大，由于各种冷加工和热加工工艺所造成的缺陷可能性愈高，产生表面缺陷的可能性也越大，这些原因都会导致疲劳性能下降。(4)缺陷缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元素的偏析等等。存在于表面的夹杂物是应力集中源，会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹。采用真空冶炼、真空浇注等措施，可以大大改善这一问题。(5)腐蚀介质在腐蚀介质中工作时，由于表面产生点蚀或表面晶界被腐蚀而成为疲劳源，在变应力作用下就会逐步扩展而导致断裂。为了保证其疲劳强度，可采用抗腐蚀性能高的材料，或者表面加保护层，如镀层、氧化、喷塑、涂漆等。(6)温度碳钢的疲劳强度从室温到120℃时下降，从120℃到350℃又上升，温度高于350℃以后又下降，在高温时没有疲劳极限。16．简述固体表面典型的磨损机制及表面层性质对磨擦磨损的影响磨损机制按照表面破坏机理特征，磨损可以分为磨料磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等。前三种是磨损的基本类型，后两种只在某些特定条件下才会发生。1）磨料磨损：物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬金属）相互摩擦引起表面材料损失的现象称为磨料磨损。磨料磨损机理