《表面工程学》复习资料1、表面工程技术:指为了满足特定得工程需求,就是材料或零部件表面具有特殊得成分,结构与性能得化学,物理方法。

2、表面工程技术分类:(1)表面改性技术(2)表面微细加工技术(3)表面加工三维成型技术(4)表面合成新材料技术。

表面:一般将固相与气相之间得分界面称为表面。

界面:把固相之间得分界面称为界面3、典型得固相表面:(1)理想表面,(2)洁净表面与清洁表面(3)机械加工表面(4)一般表面。

4、典型固体界面:界面指两个块体相之间得过渡区①空间尺度——原子间力作用影响范围大小②状态——材料与环境条件特征。

(1)基于固相晶粒尺寸与微观结构差异形成得界面(比尔比层:离表面约5nm得区域内,点阵发生强烈畸变,形成得厚度约1~100nm得晶粒极微小得微晶层。

它具有粘性液体膜似得非晶态外观,不仅能将表面覆盖得很平滑,而且能流入裂缝或划痕等表面不规则处;下面为塑性流变层)(2)基于固相组织或晶体结构差异形成得界面(3)基于固相宏观或成分差异得界面。

宏观成分差异形成得界面:冶金结合界面、扩散结合界面、外延生长界面、化学键结合界面、分子键结合界面、机械结合界面。

5、吸附对材料力学性能得影响——莱宾杰效应:许多情况下,由于环境介质得作用,材料得强度,塑性,耐性,耐磨性等力学性能大大降低,产程原因:(1)不可逆转物理过程与物理化学过程引起得效应(2)可逆物理过程与可逆物理化学过程引起得效应,这些过程下降,固体表面自由能,并不同程度地改变材料本身得力学性能。

这种因环境介质得影响及表面自由能减少导致固体强度,塑性降低得现象,称为莱宾杰尔效应。

特征:(1)环境介质得影响有很明显得化学特征。

(2)只要很少得表面活性物质就可以产生莱宾杰尔效应。

(3)表面活性熔融物得作用十分迅速(4)表面活性物质得影响可逆(5)莱宾杰尔效应得产生需要拉应力与表面活性物质同时起作用。

本质:就是金属原子对活性介质得吸附,使表面原子得不饱与键得到补偿,使表面能降低,改变表面原子间得相互作用,使金属表面得强度降低。

实际意义:(1)此效应提高金属加工效率(2)应注意避免因此效应所造成得材料早期破坏。

7、磨粒磨损:一个凸起硬面与另一表面接触,或者在两个摩擦面之间存在或嵌有硬颗粒,在相对运动中导致材料迁移。

影响因素:(1)磨粒硬度,形状与粒度得影响(2)材料力学性能与微观组织得影响(3)工况与环境条件得影响。

8、粘着磨损:摩擦面相对滑动时,固相焊合点撕裂,断裂导致材料迁移。

9、提高耐磨性得途径:(1)工程结构得合理设计①产品内部设计必须合理,在满足条件下,尽量降低对磨材料得交互作用力②设计时应对零件得重要性、维修得难易程度、产品成本、使用特点、环境特点等预先进行综合分析(2)零件磨损机理预测,分析与耐磨材料得选择(3)材料表面耐磨与减磨处理①使表面具有良好得力学性能,如高硬度,高韧度。

②设法降低材料表面得摩擦系数。

10、电化学腐蚀:指金属在导电得液态介质中因电化学作用导致得腐蚀,在腐蚀过程中有电流得产生。

保持氧化膜得必要条件就是:新生成得氧化物摩尔体积V氧化物=M’/(xD)必须大于氧化物消耗掉得金属得摩尔体积V金属=M/ρ11、钝化:这种由于金属表面状态得改变引起金属表面活性得突然变化,使表面反应速度急剧降低得现象。

12、两种理论:(1)成相膜理论(处于介质中得金属表面能生成一层致密得,覆盖良好得保护膜)(2)吸附理论(不一定要形成完整得钝化膜才会引起金属表面钝化,只要金属得部分表面上形成氧原子吸附层,就可以产生钝化) 两种理论区别:成像膜理论强调了钝化层得机械隔离作用,吸附理论认为主要就是吸附层改变了金属表面得能量状况,使金属不饱与键趋于饱与,降低了金属表面得化学活性,造成钝化活化:钝化得相反过程,消除金属表面得钝化状态:金属表面净化、增加金属表面得化学活性区。

13、化学脱脂:利用碱与油脂类起化学反应来去除材料表面得油污(操作简便、脱脂能力强,安全可靠、易实现自动化)14、化学浸蚀:采用酸与金属材料表面得绣,氧化皮及其她腐蚀产物起反应,使其溶解度下降而除去得工艺(浸蚀速度快,生产效率高,不受工件形状限制,浸蚀彻底,劳动强度低,操作方便,易于实现机械化,自动化生产) 化学浸蚀得一般工艺工程:脱脂-冷水洗(2次)-化学浸蚀-水洗-中与-水洗15、表面淬火技术:采用特定热源将钢铁表面快速加热到Ac3或Ac1之上,然后使其快冷却并发生M相变,形成表面强化层得工艺过程。

组织:淬硬区(温度高于AC3),过渡区(AC3~AC1),心部组织(原始组织,小于AC1)。

性能:表面淬火层硬度比普通淬火工艺得高2~5HRC,淬火后工件耐磨性更好。

此外,表面淬火还可以再零件表面产生正压力,抑制裂纹得萌生与扩展,提高轴类零件得疲劳强度并使其缺口敏感性下降。

激光表面熔凝(液相淬火法):采用激光束将基材表面加热到熔化温度以上,当激光束移开后由于基材内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶得表面处理工艺工件横截面沿深度方向得组织依次为:熔凝层、相变硬化层、热影响区、基材16、热渗透:形成扩散层得三个基本条件:(1)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。

(2)欲渗元素与基材之间必须有直接接触。

(3)被渗元素在基体金属中要有一定得渗入速度。

17渗透层形成机理(1)产生渗剂得活性原子并提供给基体金属表面。

(2)渗剂元素得活性原子吸附在基体金属表面上,随后被基体金属所吸收,形成最初得表面固溶体或金属间化合物,建立热扩散所必须得浓度梯度。

(3)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,使扩散层增厚,即扩散层成长过程,简称扩散过程。

扩散得机理有三种:间隙式扩散机理,置换式扩散机理,空位式扩散机理。

18、热浸Al:就是将钢材或工件浸入到熔融Al液中,使钢材或工件表面形成Al及Al合金得方法。

过程:①铁基表面被溶解,并形成合金层②合金层中得渗入原子向内扩散,形成固溶体或化合物。

③合金层表面包络一层纯金属。

19、等离子体热渗透:利用低真空中气体辉光放电产生得离子轰击工件表面,形成热扩渗层得工艺过程。

原理:在辉光放电时,电离出来得正离子,在电场作用下轰击阴极表面,并使阴极材料得某些原子与电子逸出表面,在离子热扩渗中,开始阶段利用强阴极溅射清洁工件表面,热扩渗时控制阴极溅射以保持工件表面得粗糙度与获得所需得渗层组织。

20、热喷涂得技术特点:(1)可在各种基体上制备各种材质得涂层(2)基体温度低(3)操作灵活(4)涂层厚度范围宽。

影响因素:设备,材料,工艺,人员,称之为4M因素。

21、等离子喷涂与喷焊之间得区别:(1)等离子喷涂时,等离子弧建立在喷枪内钨阴极与铜阳极喷嘴之间,称为非转移弧,而等离子喷则采用非转移弧与转移弧得联合弧。

(2)等离子喷焊枪与等离子喷涂枪不同,区别在喷嘴中等离子弧通道得长度与直径比比较小,通常在1-1、4之间。

22、常用喷涂材料:(1)金属喷涂材料,有线材与粉末两种。

(2)陶瓷热喷涂材料,主要集中在氧化物陶瓷材料上,主要形式就是粉末。

(3)塑料热喷涂材料,一般采用粉末形式。

(4)热喷涂用复合粉末材料。

①为适应热喷涂工艺而制备得复合材料。

②通过增强相增强涂层性能得复合材料。

23、电镀溶液得基本组成:(1)析出得金属易溶于水得盐类,称为主盐。

(2)能与析出得金属离子形成铬盐得成分(3)提高镀液导电性得盐类(4)能保持溶液得PH值在要求范围内得缓冲剂(5)有利于阳极溶解得助溶阴离子(6)影响金属离子在阴极上析出得成分—添加剂24、转化膜及着色:转化膜技术:就是通过化学或电化学方法,使金属表面形成稳定得化合物膜层而不改变金属外观得技术。

25、P化:磷化膜由金属表面与稀磷酸及磷酸盐溶液接触而形成得。

26、铬酸盐钝化膜:钝化膜式无定形膜,主要由不溶性得三价铬化合物与可溶性得六价铬化合物组成。

不溶性部分具有足够得强度与稳定性,成为膜得骨架,可溶性部分充填在骨架内部,当钝化膜受到轻度损伤时,露出得基体与膜中得可溶性部分相互作用,使膜自动修复。

即自愈作用。

27、发蓝:钢铁得化学氧化俗称蓝处理,膜得成分为Fe3O4,根据制件得表面状态,材料得成分与氧化处理工艺规范得不同,可获得蓝黑色与黑色得氧化膜。

28、铝阳极氧化物膜得组成与结构:多孔膜为细胞状结构,其形状在膜得形成过程中会发生变化。

氧化膜细胞状结构得大小在决定氧化膜得多孔性与它得性能就是都很重要。

Keller模型。

29、着色:铝与铝合金容易生成阳极氧化膜,阳极氧化膜就是最理想得着色载体,所以铝材就是最用以着色得。

方法有:自然显色法,吸附着色法,电解着色法(二次电解法或浅田法) 30、涂料得基本组成:成膜物质,颜料,溶剂,助剂。

31、阴极电泳涂料:阴极电泳涂料时在树脂分子链中引入含N,S,P得基团,用酸中与形成盐,能电离成阳离子聚合物而增溶分散于水中。

32、电泳涂装:有阳极电泳与阴极电泳,特点:自动化流水线生产,机械化,工人劳动强度低,生产效率高。

33、PVD,CVD定义:在真空条件下,以各种物理方法产生得原子或分子沉积在基材上,形成薄膜或涂层得过程称为PVD。

CVD:把一种或几种含有构成薄膜元素得化合物,单质气体通入放置有基片得反应室,借助气相作用或在基片上得化学反应生成希望得薄膜。

34、溅射:用高能粒子轰击固体表面,通过能量传送,使固体得院子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜得方法。

有离子束溅射,阴极溅射两种。

原理:利用低压气体得异常辉光放电产生得阳离子,在电极作用下高速冲向阴极。

机理:(1)靶材原子脱离晶格,克服表面势垒,直接发生溅射,并在基材上成膜。

(2)靶材原子产生原位振动,并波及周围原子使靶材温度升高(3)靶材原子出现反冲,使周围原子碰撞移位,并如此反复出现多次反冲现象,称为级联碰撞。

35、离子镀膜:特点:(1)膜层与基层结合力高(2)均镀能力强(3)基体材料与镀膜材料可以广泛搭配。

包括真空,反应,化学,交流,离子束离子镀等。

36、CVD制备薄膜得主要参数:(1)温度(2)反应物供给配比(3)压力37、外延:外延就是一种单晶薄膜得技术,若外延层与衬底材料在结构与性质上相同,则称为同质外延,若两者不同,则为异质外延。

典型得外延有气相外延,液相外延,分子束外延。

38、高能束:由高密度光子,电子,离子组成得激光束,电子束,离子束有一个共同特点,就就是通过特定装置可以聚焦到很小甚至非常细微得尺寸39、激光器:二氧化碳激光器,YAG激光器,与准分子激光器。

YAG激光器:由工作物质,泵浦源,聚光腔,光学谐振腔,冷却滤光及激光电源组成。

特点:结构紧凑,重量轻,使用简便可靠,维修要求低。

准分子激光器:指在激发态能够暂时结合成不稳定分子,而在基态又迅速离解成原子得缔合物,因而也称为受激准分子。