1、.習題集一一、名詞解釋：（1）表面工程技術：表面工程技術是指為了滿足特定的工程需求，使材料或零件表面具有特殊的成分、結構和性能（或功能）的化學、物理方法與工藝。（2）潔凈表面：盡管材料表層原子結構的周期性不同于體內，但如果其化學成分與體內相同，這種表面就稱為潔凈表面，它允許有吸附物，但其覆蓋率應該非常低。（3）離子滲氮：是指利用輝光放電現象，將含氮氣體介質電離后滲入工件表面從而獲得表面滲氮層的工藝。（3）離子滲鍍：利用低真空輝光放電產生的離子轟擊工件表面，形成熱擴滲層的工藝。（4）熱噴涂：熱噴涂是用專用設備把某種固體材料熔化并使其霧化,加速噴射到機件表面,形成一特制薄層,以提高機件耐蝕、耐磨、

2、耐高溫等性能的一種工藝方法。（2）疲勞磨損：在滾動接觸過程中，由于交變接觸應力的作用而產生表面接觸疲勞，使材料表面出現麻點或脫落的現象。（2）磨粒磨損：由外界硬質顆粒或硬表面的微峰在摩擦副對偶表面相對運動過程中引起表面擦傷與表面材料脫落的現象，稱為磨粒磨損。（5）金屬腐蝕：金屬材料與環境介質作用而引起的惡化變質或破壞，按腐蝕原理的不同可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。（3）化學腐蝕：是金屬在干燥的氣體介質中或不導電的液體介質中發生的材料與介質作用引起的惡化變質或破壞即為化學腐蝕，化學腐蝕過程并無電流產生。（5）電化學腐蝕：是指金屬在導電的液態介質中因電化學作用導致的腐蝕，在腐蝕過程中有電流的產生（1

3、）表面淬火技術：采用特定熱源將鋼鐵材料表面快速加熱到Ac3(亞共析)或Ac1 (過共析)之上,然后快冷,使之發生馬氏體相變,形成表面強化層的工藝過程.（4）熱擴滲： 將工件放在特殊介質中加熱，使介質中某種或幾種元素滲入工件表面，形成合金層或滲雜層的工藝，就稱為熱擴滲技術。（8）電鍍：指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，在直流電的作用下，以被鍍基體金屬為陰極，以欲鍍金屬或其他惰性導體為陽極，通過電解作用，在基體表面上獲得結合牢固的金屬膜的表面工程技術。（6）化學鍍：又稱無電鍍，即在無外電流通過的情況下，利用還原劑將電解質溶液中的金屬離子化學還原在呈活性催化的工件表面，沉積出與基體牢固結合的鍍覆層。（3

4、）發藍處理：（4）涂裝技術：將有機涂料涂覆于物體表面并干燥成膜的的表面工程技術稱之為涂裝技術。1理想表面：是一種理論的結構完整的二維點陣平面。2表面重構：在平行基底的表面上，原子的平移對稱性與體內顯著不同，原子位置作了較大幅度的調整，這種表面結構稱為重構（或再構）。3離子鍍膜：它是將工件放入真空室，并利用氣體放電原理將部分氣體和蒸發源逸出的氣相粒子電離，在離子轟擊的同時，把蒸發物或其反應產物沉積在工件表面成膜。4化學鍍：是指在沒有外電流通過的情況下，利用化學方法使溶液中的金屬離子還原為金屬并沉積在基體表面，形成鍍層的一種表面加工方法。 5電解著色：是把經陽極氧化的鋁及其合金放入含金屬鹽的電解液

5、中進行電解，通過電化學反應，使進入氧化膜微孔中的重金屬離子還原為金屬原子6清潔表面：是指不存在任何污染的化學純表面，即不存在吸附，催化反應或雜質擴散等一系列物理、化學效應的表面。7表面弛豫：表面上原子的這種位移（壓縮或膨脹）稱為表面弛豫。 8濺射鍍膜：將工件放入真空室，并用正離子轟擊作為陰極的靶（鍍膜材料），使靶材中的原子、分子逸出，飛至工件表面凝聚成膜。 9電鍍：是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，以被鍍基體金屬為陰極，通過電解作用，使鍍液中欲鍍金屬的陽離子在基體金屬表面沉積出來，形成鍍層的一種表面加工方法。10化學轉化膜：通過化學或電化學手段，使金屬表面形成穩定的化合物膜層的方法，這種經過化學

6、處理生成的膜層稱之為化學轉化膜。11吸附（固體與液體的作用之一）：吸附是固體表面吸引氣體與之結合，以降低固體表面能的作用。12自擴散：在一個單組分的基底上同種原子的表面擴散稱為自擴散 13簡單鹽鍍液：14磷酸鹽膜：是金屬在磷酸鹽溶液中形成的膜，其成膜過程稱為磷化。15冶金結合：將噴涂層再加熱重熔，涂層與基體互熔并擴散稱冶金結合 16吸收（固體與液體的作用之一）：吸引是固體的表面和內部都容納氣體，使整個固體的能量發生變化。 17多相擴散：在表面上其它種吸附原子的擴散稱為多相擴散18氧化物膜：是金屬在含有氧化劑的溶液中形成的膜，其成膜過程叫氧化 19鍍硬鉻：在各種基體材料上鍍較厚的鉻層，鍍層厚度一

7、般在20um以上20擴散結合：當薄膜和襯底材料具有可溶性或部分可溶性時，若給界面層的原子1至10ev能量，則可促使原子通過薄膜與襯底界面進行互相擴散，形成薄膜與襯底間的擴散結合。（1）相界面：（4）界面：（7）標準電極電位：二、填空題：（1）表面工程技術的內涵包括：(表面改性技術)、(表面涂鍍技術)、(表面合金化和滲雜技術)、(表面微細加工技術)、(表面加工三維成型技術)、(表面合成新材料技術)。表面工程技術的特點和意義：( )、( )、( )、( )、( )。按照表面工程技術的特點可以將其分為（表面改性）、（表面加工）、（表面加工三維成型）和（表面合成新材料）等幾大類。（2）實際上，原子的擴

8、散途徑除了最基本的體擴散過程外，還有（表面）擴散、（晶界）擴散、和（位錯）擴散，后三種擴散都比第一種擴散快，又稱短路擴散。在擴散傳質中，固體表面的原子的活動能力最高，其次為（晶界）原子，再次為位錯原子，體內原子活動能力最低。（3） 嚴格意義上表面能應是指材料表面的（內能）它包括（原子的動能）、（原子的勢能）以及原子中原子核和電子的動能和勢能。表面張力和表面自由能是從不同角度反映了物質表面分子受力不平衡的特性。（4） 潤濕角 為0°和180°時，相應地稱為（ 完全 ）潤濕和（ 完全不 ）潤濕。（5）固體表面吸附可分為（物理吸附）和（化學吸附）兩類。（7）按腐蝕形態可

9、把腐蝕分為（局部腐蝕）和（全面腐蝕）兩大類。（8）關于鈍化的機理目前主要有（成相膜理論）和（吸附理論）兩種。（9）溶液中至少有兩個組成部分，即，溶劑和溶質，它們都可能被固體吸附，但被吸附的程度不同，如果吸附層內溶質的濃度比體相大，稱為（ 正 ）吸附，反之稱為（ 反 ）吸附。（10）按磨損的機理的不同，可以將磨損分為（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）和（ ）七大類。最基本的是、（粘著磨損）（磨粒磨損）、（疲勞磨損）和（腐蝕磨損）。（12）按腐蝕機理可把腐蝕分為（化學腐蝕）和（電化學腐蝕）兩大類。（13）激光淬火的不足之處在于單道淬火的激光區域寬度有限，通過多道搭接，實現大面積淬火，容

10、易產生（回火軟帶）。因此多采用螺旋掃描避免之。為了提高鋼鐵對激光束的吸收率，應該對鋼鐵工件進行表面（黑化）處理。（14）噴丸強化技術，是利用高速噴射的細小彈丸在室溫下撞擊受噴工件表面，使表層材料在再結晶溫度下產生（彈塑性變形），并呈現較大的殘余應力，從而提高工件（表面強度）、（疲勞強度）和（抗應力腐蝕能力）的表面工程技術。（15）通過輝光放電獲得的（等離子體），實際上是正離子、負離子、分子、中性原子、電子、光子等各種粒子的復合體。是與固、液、氣態不同的第四態。（16）熱噴涂涂層間主要依靠（機械結合），結合強度較低，而且存在孔隙。采用熱源使涂層材料在基體表面重新熔化或部分熔化，實現涂層與基體之間

11、、涂層內顆粒之間的（冶金結合），消除孔隙，這就是熱噴焊技術。（17）等離子噴涂采用（等離子火焰）作為熱源對噴涂材料進行加熱的。（18）噴焊過程包括預熱、噴粉和重熔。預熱目的是（使工件表面濕氣蒸發，產生一定的熱膨脹，減少焊層應力，提高噴粉沉積效率。）（19）對工件進行焊前（預熱）和焊后（緩冷）以及采用堆焊底層的方法可以減少堆焊層內應力。（20）不同溶液和工藝參數下得到的鍍層，性能和用途也不同。按鍍層的性能可將其分為（ ）、（ ）和（ ）三類。（21）電鍍指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，在直流電的作用下，以（被鍍基體金屬）為陰極，以（欲鍍金屬或其他惰性導體）為陽極，通過電解作用，在基體表面上獲得結合

12、牢固的金屬膜的表面工程技術。（22）轉化膜按其形成機理可分為（化學轉換膜）和（電化學轉換膜），按其成分，有（氧化膜）、（磷酸鹽膜）、（鉻酸鹽膜）和（草酸鹽膜）；按用途可分為功能性膜、防護性、裝飾性膜；（23）電化學氧化指在電解質溶液中，在直流電的作用下，以（ 惰性導體材料 ）為陰極，以（ 工件 ）為陽極，通過電解作用，在基體表面上獲得結合牢固的氧化膜的表面工程技術。（24）鋁和鋁合金是最容易著色的金屬，其主要著色方法以下三類。 A（ 自然顯色 ） B（ 吸附著色 ） C（ 電解顯色 ）（25）將有機涂料涂覆于物體表面并干燥成膜的過程稱之為（ 涂裝技術 ）。一般涂料主要是由成膜物質、（ 顏料 ）

13、、（ 溶劑 ）、（ 助劑 ）四部分組成。（26）成膜物質分為兩大類，其中一類稱為非轉化型成膜物質，它們在涂裝成膜過程中組成結構不發生變化，即成膜物質與涂膜的組成相同。另一類成膜物質稱為轉化型成膜物質，它們在成膜過程中組成結構發生變化，形成與其原來組成結構完全不同的涂膜。（27）氣相沉積可分為（ 物理氣相沉積 ）和（ 化學氣相沉積 ）兩大類。三、判斷題：對的打，錯的打×。（1）固體表面吸附可分為：物理吸附和化學吸附兩類。 （ ）（2）表面能高的固體比表面能低的固體更容易被液體所潤濕。 （ ）（3）一種摩擦方式里通常包含幾種磨損機理。 （ ）（4）化學腐蝕依照表面反應速度及氧化膜的致密程

14、度的不同，金屬氧化的動力學過程有三種典型的情況。提高材料抗氧化能力的重要途徑就是改變材料的表面成分，使其氧化動力學曲線呈對數變化。 （ ）（5）腐蝕電位值越負的金屬越容易腐蝕。 （ ）（6）腐蝕原電池中小陰極、大陽極相對于大陰極小陽極更為有害。 （×）（7）腐蝕速率是指金屬在單位時間t、單位面積S上所損失的重量，腐蝕速率也可采用單位時間的腐蝕深度來表示，腐蝕速率也還可以用腐蝕電流密度ic表示。 （）（8）金屬作為陽極腐蝕時，失去電子越多，流出的電量越大，金屬溶解就越多，腐蝕程度也就越大。（）（9）表面淬火比一般淬火的表面硬度高其原因是因為表面淬火的零件含碳量高。 （×）（1

15、0）電阻加熱表面淬火技術是在工件中通以低壓大電流，利用工件表面或緊靠工件表面的周圍介質中形成高電阻而產生的熱效應將工件表面快速加熱到相變溫度以上并淬火的工藝方法.()（11）使氣體由良絕緣體變成導體的現象成為氣體放電。氣體中帶電粒子的存在和一定電場強度的存在是氣體放電的必要條件。 （）（12）輝光放電時陰陽極間的電位降落均勻，發光強弱也一樣。 （×）（13）在陰極材料、氣體介質、兩極間距離固定的條件下，陰極輝光區的大小取決于爐內氣壓的大小。氣壓越高，輝光層越薄，亮度越集中。 （）（14）陰極濺射過程中被濺射的粒子離開表面后呈中性原子狀態而不是離子。 （ ）（15）噴焊槍與普通焊槍的主

16、要區別在于噴焊槍上裝有粉末輸送機構。 （ ）（16）堆焊的目的不是為了起連接作用，而是為了發揮堆焊層的優良性能。 （ ）（17）等離子噴焊與等離子噴涂的區別是噴焊工件不帶電，為非轉移弧；噴涂采用非轉移弧和轉移弧的聯合弧，先引燃非轉移弧，再借助等離子體導電通道，建立轉移弧。 （ × ）（18）連續電鍍主要用于薄板、金屬絲和帶的電鍍。 （）（19）鋁和鋁合金的主要著色方法分為自然顯色法、吸附著色法和電解著色法，其中自然顯色法生成的膜耐蝕性、耐候性、耐磨性都高于電解著色和吸附著色氧化膜。 （）（20）現代涂料成膜物質分為轉化型成膜物質和非轉化型成膜物質，對轉化型成膜物質來說它們在涂料成膜過

17、程中組成結構不發生變化。 （ ）（21）表面自由能在數值上等于表面張力與表面積的乘積。 （ ）（22）當潤視角>90o 時，為不潤濕。越大，潤濕性越小，液體越不易鋪展開，易收縮為球狀。（ ）四、選擇題：（1）以下說法不正確的是（D）。A固體對液體吸附作用時，若吸附層內溶質的濃度比本體相大為正吸附，反之為負吸附；B在稀溶液中，可以將溶劑對吸附的影響忽略不計，將溶質的吸附簡單地當作氣體的物理吸附一樣處理。C固體之間同樣有吸附，粘附功表示了粘附程度的大小，它不只與兩種固體物質的表面張力有關，還與兩物質形成新的界面時的界面張力有關；D粘附功與內聚力是同一個概念。E兩個不同物質間的粘附功往往超過其

18、中較弱一物質的內聚力。（2）關于萊賓杰爾效應的說法不正確的是（C）A任何固體都存在這種效應。B需要拉應力和表面活性物質同時作用才能出現。C需大量的表面活性物質才可起作用。D去除表面活性物質，表面機械性能一般可以恢復。E利用萊賓杰爾效應是因環境介質的影響及表面能減少導致固體強度、塑性降低的現象，利用這種效應可以提高金屬加工的效率，如鋼鐵在磨床上的磨削加工添加劑溶液就是。（3）關于潤濕現象的說法不正確的是（C）A 當潤濕角=0°或180°時稱為完全潤濕和完全不潤濕。B 潤濕角的大小與界面張力有關.C 固、液、氣三相的穩定接觸時，s-g和s-l相差越小，角就越小，故而潤濕性越好。

19、D 粗糙表面的鋪展系數遠大于光滑表面，在光滑表面不能自發鋪展的液體在粗糙表面上有可能自發鋪展。（4）關于脫脂工藝說法不正確的是：( C )A脫脂工藝包括化學脫脂、有機溶劑脫脂、水劑脫脂、電化學脫脂，其中水劑清洗是以水溶液（堿溶液除外）作為清洗液去除待處理表面油污的清洗方法，如，乳化液、表面活性劑溶液、清洗劑或金屬清洗劑等。B有機溶劑易燃易爆，有一定毒性，揮發性強，材料消耗多，生產成本高，所以逐漸被水劑清洗縮取代。C化學脫脂是利用酸與油脂起化學反應來去除材料表面的油污的。其操作簡便、脫脂能力強、安全可靠，易實現自動化。D電化學脫脂液的組成大體上與化學脫脂液相同，只是某些成分含量一般要低一些，在脫

20、脂時將零件掛在陰極或陽極上，由于電極的極化作用，使油和零件界面的表面張力降低，在電解時，電極上析出的氫氣泡或氧氣泡對油膜具有強烈的撕裂作用，使油膜變為細小的油珠，氣泡上升時的機械攪拌作用又可進一步強化脫脂過程。因此電化學脫脂比一般的化學脫脂效果好，速度快。（5）關于拋光的說法不正確的是：( C )A表面拋光處理除了機械拋光外，還可以用化學拋光和電化學拋光來處理，使得零件表面得以平整，產生光澤效果。B化學拋光就是把零件放在合適的化學介質中，利用化學介質對金屬表面的尖峰區域溶解速度比凹谷區域溶解速度快得多的特點，實現材料表面的拋光。C電化學拋光是把工件作為陰極，浸于特定的拋光介質中并通以交流電進行

21、電解，零件表面凸起的波峰部分電流密度較小，溶解較快，而凹入的波谷部分由于受到鈍化膜或添加劑的保護而溶解很少或不溶解，因此零件表面得以整平，產生光澤效果。D化學拋光適合復雜形狀和各種各種尺寸的零件，生產效率高，介質使用壽命低，拋光質量不如電化學拋光。但電化學拋光成本高，效率低。（6）關于表面淬火和強化技術說法正確的是：（ D ）A表面淬火的基本原理是采用特定的將鋼鐵材料表面快速加熱到Ac1（對亞共析鋼）或者Ac3（對過共析鋼）之上，然后使其快速冷卻并發生馬氏體相變，形成表面強化層的工藝過程。B依靠材料自身組織與結構轉變來進行表面改性的工藝主要有表面滲碳、表面淬火、表面形變強化技術等。C激光淬火技

22、術所使用的能量密度更高，加熱速度更快，需要淬火介質，工件變形大，加熱軌跡易于控制，易于實現自動化。D激光表面處理狀態包括表面組織準備，如通過調質處理等手段使鋼鐵材料表面具有較細的表面組織，以保證激光淬火時組織與性能的均勻、穩定。還需要進行表面“黑化處理”提高鋼鐵表面對激光束的吸收率。（7）關于熱擴滲說法不正確的是：（ B ）A形成熱擴滲層的首要條件是滲入元素必須能夠與基體金屬形成固溶體或金屬間化合物。其次欲滲元素與基材之間必須有直接接觸，被滲元素在金屬中要有一定的擴散速度。對于靠化學反應提供活性原子的熱擴滲工藝而言還須該反應滿足熱力學條件。B對熱力學條件應該包括在一定熱擴滲溫度下，通過改變反應

23、物濃度或者添加催化劑，或通過提高擴滲溫度能夠使產生活性原子的反應進行；反應的平衡常數至少應該不超過1%。C二元合金的滲層一般不會出現兩相共存區，反應擴散形成的滲層總由濃度呈階梯式跳躍分布、相互毗鄰的單相區的組織所構成。D氣體放電伏安特性曲線中異常輝光放電區是進行離子熱擴滲的實際應用區。只有在這一區域陰極表面才能全部被輝光覆蓋，才能均勻加熱工件，也只有在這一區域才能改變兩極間電位降落和陰極表面電流密度，即離子熱擴滲的工藝參數。（8）關于熱噴涂工藝說法不正確的是：（ B ）A噴涂完成后，在涂層內部存在殘余張應力，其大小與涂層厚度成正比。薄涂層一般比厚涂層更加經久耐用。B熱噴涂技術中涂層與基材的結合

24、機理主要為機械結合或稱“拋錨作用”，此外涂層與基體表面發生局部擴散和焊合形成冶金結合，因此其結合強度很高。C熱噴涂工藝的表面預處理可以直接決定涂層與基體的結合質量。除了必要的清除基體表面污垢外還要進行粗化處理。D熱噴涂涂層的多孔隙是熱噴涂涂層的固有缺陷，所以熱噴涂的后處理包括封孔處理和致密化處理。（9）關于電鍍的實施方式說法正確的是：（A）A 掛鍍主要用于外形尺寸較大的零件，滾鍍主要用于尺寸較小、批量較大的零件，刷鍍主要用于局部修復，而連續鍍則用于線材、帶材及板材的大批量生產。B 掛鍍依靠自身重量來接通陰極，與滾鍍相比最大優點是節省勞動率，提高生產效率，設備維修費用小且占地面積小。C 刷鍍不需

25、要電鍍槽，具有設備簡單，工藝靈便，沉積速度快，鍍層與基材結合力好，鍍后不需要后處理。D 連續電鍍時，金屬絲或帶在鍍槽中連續通過，電鍍時間較短，但電鍍液不允許使用較高的電流密度。（10）關于合金共沉積的說法不正確的是（C）A在一個鍍槽中，同時沉積含有兩種或兩種以上金屬元素鍍層稱為合金電鍍。B共沉積應具備的兩個基本條件就是：兩種金屬中至少有一種金屬能單獨從其鹽的水溶液中沉積出來，其次是它們的析出電位要十分接近或相等。C電位越負的金屬越優先沉積，甚至排斥電位較正的金屬的析出。D析出電位高的金屬在鍍層中所占的比例超過它在鍍液中所占的比例就為正常共沉積。五、簡答題：1.表面工程技術的內涵應包涵哪些方面?

26、（5分）答：表面改性技術。表面加工技術。表面合成技術表面加工三維合成技術。上述幾個要點的組合或綜合。（2）表面工程技術的目的和作用是什么？答：表面工程技術的主要目的就在于通過表面處理使材料表面按人們希望的性能進行改質。具體可概括為:在不改變基體材料的成分,不削弱基體材料的強度(或削弱基體材料強度又不影響其使用)的條件下,通過某些物理手段(包括機械手段)或化學手段賦予材料表面特殊的性能,從而滿足工程 上對材料所提出的要求。表面技術的作用就是改善或賦予表面各種性能，從而提高材料的使用性能。一般來說，用表面工程技術可以改變的主要表面性能有：一般機械性能、可加工性、抗磨性、保護性、熱特性、電特性、電磁

27、性、光特性、裝飾性等。（3）你認為哪種表面工程技術分類法較為合理？答：我們認為表面工程技術具有強的工藝性，因此按工藝特點大致分類，可以把工程技術的特點比較清晰地體現出來，材料表面工程技術按工藝特點可分為：<1>電鍍，<2>化學鍍，<3>熱滲鍍，<4>熱噴涂，<5>堆焊，<6>化學轉化膜，<7>涂裝，<8>表面彩色，<9>氣相沉積，<10>“三束”改性，<11>表面熱處理，<12>形變強化，<13>襯里等，2.為什么會造成表面原子的重組？答：

28、晶體表面是原子排列面，有一側無固體原子鍵合，形成了附加的表面能。從熱力學來看，表面附近的原子排列總是趨于能量最低的穩定狀態。達到這個穩定態的方式有兩種：一是自行調整，原子排列情況與材料內部明顯不同；二是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定態，因而使表面組分與材料內部不同。（2）物理吸附與化學吸附的區別是什么？答：物理吸附：任何氣體在其臨界溫度以下，都會在其和固體表面之間的范德華力作用下，被固體吸附。但兩者之間沒有電子轉移；化學吸附：氣體和固體之間發生了電子的轉移，二者產生了化學鍵力，其作用力和化合物中原子之間形成化學鍵的力相似，較范德華力大的多。 但并不

29、是任何氣體在任何表面上都可以發生化學吸附。（3）試簡要說明來賓杰爾效應有哪些顯著特征。 (6分)答：來賓杰爾效應有以下特征：1. 環境介質的影響具有很明顯的化學特征，2.只要少量的表面活性物質就可以產生來賓杰爾效應。3.表面活性熔融物的作用十分迅速。4.表面活性物質的影響是可逆的，5.需要拉應力和表面活性物質同時作用才能出現。6.任何固體都存在這種效應。（4）提高零件的耐磨性的途徑有哪些？(5分)1.合理設計工程結構；2.對零件磨損機理進行預測、分析和選擇正確適當的耐磨材料；3.對材料表面進行耐磨與減摩處理。（5）控制腐蝕的途徑有哪些？（5分）答：控制腐蝕的主要途經是：提高材料熱力學穩定性；增

30、強陽極極化；增強陰極極化；防蝕涂層保護。具體措施有：<1>正確選材：<2>鈍化：<3>緩蝕劑：<4>陰極保護：<5>涂料：<6>金屬鍍層：<7>非金屬襯里：<8>控制腐蝕環境：3.簡述表面脫脂的方法有哪些？（6分）答：化學脫脂、有機溶劑脫脂、水劑脫脂、電化學脫脂。4.簡要說明表面淬火的基本原理。（10分）答：表面淬火技術采用特定熱源將鋼鐵材料表面快速加熱的AC3(對亞共析鋼)或者AC1（對過共析鋼）之上，然后使其快速冷卻并發生馬氏體相變，形成表面強化層的工藝過程。（2）簡要說明的感應加熱表面淬火的基

31、本原理。 (6分)答：表面淬火技術是指采用特定熱源將鋼鐵材料表面快速加熱的Ac3(對亞共析鋼)或者Ac1（對過共析鋼）之上，然后使其快速冷卻并發生馬氏體相變，形成表面強化層的工藝過程。而感應加熱表面淬火的基本原理就是利用感應線圈5.滲層形成的基本條件是什么？答：由于滲層是基體金屬原子和滲入元素原子相互擴散而形成的合金層，所以滲層形成條件是：滲入元素與基體金屬必須能形成固溶體或金屬間化合物滲入元素與基體金屬必須保持直接的緊密接觸。保持一定的溫度，即保證一定的滲鍍速度。生成活性原子的化學反應必須滿足熱力學條件。（2）簡要說明滲層形成的機理。（三個基本過程）（10分）答：滲層形成的三個基本過程如下：

32、產生滲劑元素的活性原子并提供給基體金屬表面。反應物中的某些粒子被金屬表面吸附，吸收，并發生界面反應，形成最初的表面固溶體或金屬間化合物，建立熱擴滲所必需的濃度梯度；界面反應產生的活性原被金屬表面層吸收并向縱深遷移，達到一定深度，此為擴散過程。（3）形成熱擴滲層（熱滲鍍）的基本過程是什么？何謂滲鍍的控制步驟？ (10分)答：一般來說，滲層形成的基本過程包括：產生滲劑金屬的活性原子并供給基體金屬表面。滲劑金屬的活性原子吸附在基體金屬表面上，隨后被基體金屬吸收。吸收過程包括活性原子溶入基體金屬中，形成表面固溶體層或金屬間化合物層，即最初的滲層。隨著滲劑金屬原子的繼續吸附和吸收，已溶入的滲劑金屬原子在

33、滲鍍的高溫下向基體金屬內部擴散，同時，基體金屬原子也向滲層里面擴散，從而使滲層增厚，即滲層成長過程。在滲鍍的三個基本過程中，最值得注意的是進行最慢的那個步驟，或者說控制步驟，它決定了熱滲鍍的速度。實踐證明：熱滲鍍過程的速度經常是由第一個步驟的速度或第三個步驟的速度所決定。一般來說，在滲鍍的最初階段是由第一個步驟；當滲層具有一定厚度后，滲鍍速度就改由第三個步驟，（4）形成熱擴滲層（熱滲鍍）的基本過程是什么？形成熱擴滲層的條件是什么？答：滲層形成的三個基本過程如下：產生滲劑元素的活性原子并提供給基體金屬表面。反應物中的某些粒子被金屬表面吸附，吸收，并發生界面反應，形成最初的表面固溶體或金屬間化合物

34、，建立熱擴滲所必需的濃度梯度；界面反應產生的活性原被金屬表面層吸收并向縱深遷移，達到一定深度，此為擴散過程。形成熱擴滲層的條件：首要條件是滲入元素必須能夠與基體金屬形成固溶體或金屬間化合物。其次欲滲元素與基材之間必須有直接接觸，被滲元素在金屬中要有一定的擴散速度。對于靠化學反應提供活性原子的熱擴滲工藝而言還須該反應滿足熱力學條件。6.試述熱噴涂粒子與基體表面的結合機理或者簡述熱噴涂涂層的結合機理？答：涂層的結合包括涂層與基體表面的結合和涂層內部的結合。機械結合。冶金-化學結合。物理結合。（1）熱噴涂涂層組織的基本特點是什么？（6分）答：噴涂層的形成過程決定了涂層的結構。噴涂層是由無數變形粒子互

35、相交錯呈波浪式堆疊在一起的層狀組織結構。涂層中顆粒與顆粒之間不可避免地存在一部分孔隙或空洞，涂層中伴有氧化物等夾雜。由于涂層是層狀結構，是一層一層堆積而成，所以涂層的性能具有方向性，垂直和平行涂層方向上的性能是不一致的。涂層經過適當處理后，結構會發生變化。如涂層經重熔處理，可消除涂層中氧化物夾雜和孔隙，層狀結構變成均質結構，與基體表面的結合狀態也發生變化。（3）合金共沉積的基本條件是什么？可采用什么途徑來實現？答：合金共沉積的基本條件是：<1>兩種金屬中至少有一種金屬能從其鹽的水溶液中沉積出來。<2>共沉積的兩種金屬的沉積電位必須十分接近。方法：<1>改變鍍

36、液中金屬離子的濃度：<2>采用適當的絡合劑： <3>采用適合的添加劑：（4）試述電鍍與化學鍍的區別 (8分)答：化學鍍：又稱無電鍍，是利用合適的還原劑使溶液中的金屬離子有選擇地在經催化劑活化的表面上還原析出成金屬鍍層的一種化學處理方法。即在無外電流通過的情況下，利用還原劑將電解質溶液中的金屬離子化學還原在呈活性催化的工件表面，沉積出與基體牢固結合的鍍覆層。工件可以是金屬，也可以是非金屬。鍍覆層主要是金屬和合金，最常用的是鎳和銅。在化學鍍中，溶液內的金屬離子不是依靠外接電源提供而是由溶液中還原劑提供所需的電子而還原成相應的金屬。與電鍍比較，化學鍍具有如下優點：不需要外加直

37、流電源設備。鍍層致密，孔隙少。不存在電力線分布不均勻的影響，對幾何形狀復雜的鍍件，也能獲得厚度均勻的鍍層；可在金屬、非金屬、半導體等各種不同基材上鍍覆。化學鍍與電鍍相比，所用的溶液穩定性較差，且溶液的維護、調整和再生都比較麻煩，材料成本費較高。由于采用的還原劑種類不同，使化學鍍所得的鍍層性能有顯著的差異（5）與電鍍相比，試說明化學鍍的原理及特點。（8分）（6）說明非金屬電鍍工藝流程。（7分)8.轉化膜形成的基本方式？答：一種是在處理液中不含重金屬離子，而使金屬表面的金屬與陰離子反應生成轉化膜；另一種是在處理液與底材金屬之間雖然也發生了某種程度的溶解現象，但主要還是依靠處理液本身含有的重金屬離子

38、的成膜作用。（2）試簡要說明磷化處理有哪些應用？(6分)答：磷化處理的應用有以下幾個方面：1. 用于防護處理，2. 提高涂膜與基體的結合力，3.耐磨減摩作用，4.減小加工變形抗力延長模具壽命。5.磷化膜具有電絕緣性，（3）說明鋁合金電解著色的工藝過程（包括預處理和終處理）。 (13分)答：鋁合金電解著色的工藝過程如下：預處理：脫脂>堿蝕>酸洗出光>硫酸直流陽極氧化處理。表面著色:即金屬鹽交流電解著色處理：在經過陽極氧化過的工件上通以交流電，金屬離子在強的還原和弱的氧化交替作用下被還原析出。膜中沉積的金屬膠態粒子對光的反射、吸收、衍射和散射的結果使得工件表面呈現不同色彩。交流電

39、解著色后還必須對微孔進行封孔處理。9.試說明等離子熱擴滲與等離子噴涂及等離子鍍三種表面處理工藝的區別。（15分）1、談談表面覆蓋層的種類及表面技術的作用。答：表面覆蓋層的種類：電鍍，化學鍍，熱浸鍍，熱噴涂，真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍,涂裝，堆焊和化學氣相沉積等。表面技術的應用：1、可以減緩和消除材料和構件表面的變化和損傷2、普通的廉價的材料經表面處理后課獲得具有特殊功能的表面。3、可用于節約能源、降低成本、改善環境4、在發展新技術和學術研究中起著不可忽視的作用。2、什么是絡合劑？電鍍液中絡合劑有何作用？絡合劑：能絡合主鹽中的金屬離子形成絡合物的物質。作用：1細化鍍層晶粒，2有較強的陰極極化作用

40、3絡合劑的游離量影響電鍍效果。4影響鍍層的沉積速度3、對比電鍍，談談化學鍍的優缺點。化學鍍優點： 不需電源設備 在金屬和非金屬上都能進行鍍覆 可在形狀復雜的零件表面獲得鍍層均勻的鍍層（因為不存在電流分布的問題） 與電鍍相比鍍層性能好，對環境污染小。鍍后零件的硬度和抗磨損力大大提高，且鍍層分布均勻，不存在電鍍特有的邊角效應問題。 與電鍍層相比，化學鍍層的孔隙率低，密度高，抗腐蝕能力強，并有理想的性價比缺點： 在一些領域仍不能完全取代電鍍，技術的真正成熟尚有一段時間。化學鍍的缺點是溶液穩定性差，使用溫度高，壽命短。4、什么是鋁及鋁合金的陽極氧化？談談鋁及鋁合金陽極氧化膜在工業上有何應用？答：陽極氧

41、化是指在適當的電解液中，以金屬作為陽極，在外加電流作用下，使其表面生成氧化膜的方法。應用：（1）、多孔材料：（2）、耐磨材料：（3）、耐蝕材料：（4）、電絕緣材料：（5）、絕熱材料：6、說說薄膜的定義和特征。定義：按照一定的需要，利用特殊的制備技術，在基體表面上形成厚度為亞微米至微米級的膜層。特征：表層呈不連續性,高低不平,薄膜內部有空位、位錯等缺陷，并且有雜質的混入。用各種工藝方法，控制一定的工藝參數，可以得到不同結構的薄膜。7、熱噴涂有那些特點？1適用范圍廣。2工藝靈活。 3噴涂層的厚度可調范圍大。 4工件受熱程度可以控制。8、對比物理氣相沉積（PVD），化學氣相沉積（CVD）薄膜的內應力

42、低，為什么？物理氣相沉淀法是在真空條件下，利用各種物理方法，將鍍料氣化成原子、分子，或離子化為離子，直接沉淀到基體表面的方法。薄膜生長方式一般為島狀生長，即首先在基體上形核，核繼續長大成為島，當島在基底上不斷長大時，島會相互聯系起來，島之間會產生相互作用，因此產生的內應力大。化學氣相沉淀法是把含有構成薄膜元素的一種或幾種化合物、單質氣體供給基體，借助氣象作用或在基體表面上的化學反應生成要求的薄膜。薄膜生長方式主要是層狀生長，生長過程中相互作用小，因此產生的內應力小。9、談談表面技術的分類。 按照作用原理，表面技術可以分為以下四種基本類型：（1）原子沉積。（2）顆粒沉積。（3）整體覆蓋。（4）表

43、面改性。10、什么是電鍍液中的主鹽？它的多少對電鍍效果有何影響？主鹽是指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。若其他條件（溫度、電流密度）不變，隨著主鹽濃度的增大，結晶核心形成的速度就降低，因而鍍層的組織也較粗。相反，若主鹽濃度過低，導致無法結晶，形成不了鍍層。12、什么是鋼的發藍或發黑？寫出其化學反應式。鋼鐵的化學氧化是指鋼鐵在含有氧化劑的溶液中進行處理，使其表面生成一層均勻的藍黑到黑色膜層的過程，也稱鋼鐵的發藍或發黑。根據處理溫度的高低，鋼鐵的化學氧化分為高溫化學氧化和常溫化學氧化。13、談談鉻酸鹽膜的形成過程。（1）金屬表面被氧化并以離子的形式轉入溶液，與此同時有氫

44、氣析出；（2）所析出的氫促使一定數量的六價還原成三價鉻，并由于金屬-溶液界面處的pH值升高使三價鉻以膠態的氫氧化形式沉淀。（3）氫氧化鉻膠體自溶液中吸附和結合一定數量的六價鉻，在金屬界面構成具有某種組成的鉻酸鹽膜。15、什么是蒸發鍍膜？談談蒸發鍍膜的基本過程。答：蒸發鍍膜是將工件放入真空室，并用一定的方法加熱，使鍍膜材料（簡稱膜料）蒸發或升華，飛至工件表面凝聚成膜。基本過程：鍍前準備抽真空離子轟擊烘烤預熱蒸發取件鍍后處理檢測成品。16、什么是化學氣相沉積（CVD）？寫出三個化學反應類型及相應的反應方程式（每個反應寫出一個方程式）。答：化學氣相沉積是借助空間氣相化學反應在基材表面上沉積固態薄膜的

45、工藝技術。方程式：（1）熱分解：金屬化合物SiH4=Si + 2H2(2)氫還原 ：金屬鹵化物 SiCl4 +2H2 =Si+4HCl(3)金屬還原：它是金屬鹵化物與單質金屬發生還原反應 BeCl2 +Zn=Be+ZnCl2習題集二第二章 固體材料的表面特點3.固體表面對固體表面有無吸附性？為什么？答：固體和固體表面之間同樣有吸附作用，但兩個固體表面必須非常靠近，靠近到表面力作用的范圍內（即原子間距范圍內）才行。表明其粘附程度的大小用粘附功WAB來表示WAB=A+B-AB固體對固體的吸附也有它的特點：<1>兩個不同物質間的粘附功往往超過其中較弱一物質的內聚力。<2>表面

46、的污染會使粘附功大大減小，而這種污染往往是非常迅速的。<3>固體的吸附作用只有當固體斷面很小，并且很清潔時才能表現出來。4表面預處理工藝中的一種機械性清理是指借助機械力除去材料表面上的腐蝕產物、油污及其它各種雜物，以獲得清潔表面的過程，適用于除銹、脫脂、除型砂、去泥土和表面粗化。第三章 金屬腐蝕和磨損基礎1.畫出金屬的典型的陽極極化曲線，它有幾個代表性的區域？答：可鈍化金屬的典型的陽極極化曲線如圖所示，在圖中開始階段（AB段），腐蝕速率隨氧化能力（電位）的增大逐漸增大，該區稱為溶化區；當電位達到一定值（致鈍電位ECP）時，腐蝕速率急劇下降，此區（BC段）中金屬表面處于不穩定狀態；電

47、位升高超過鈍化電位EF時，金屬處于鈍化狀態，此時陽極溶解電流IP很小，稱為維鈍電流，腐蝕速度很小，此區間（CD段）為鈍化區間；電位再升高大于過鈍化電位ETR時，陽極電流密度又隨著電位的增加而增加.在過鈍化區間，金屬電極上又發生了新的電極反應。3.磨損通常是如何分類的？答：<1>粘著磨損：<2>磨粒磨損：<3>疲勞磨損：<4>腐蝕磨損：<5>微動磨損：<6>沖蝕磨損：<7>氣蝕磨損：4.摩擦斷裂的機制有哪些？答：摩擦斷裂一般情況下有四種機制：<1>粘著點的剪切；<2>顯微切削；<3&

48、gt;沖擊；<4>疲勞。5.抗磨材料的選擇原則是什么？答：選擇材料前要首先查清影響產品壽命的基本因素和磨損過程是否始終以同樣的磨損機理進行等情況，然后進行選材。確定材料在使用方面是否存在限制；確定負荷限制：確定溫度范圍：確定PV極限值（P：平均接觸應力， V：滑動速度)；確定工件工作循環特性；確定容許的磨損失效形式和機械表面的損傷程度；通過臺架和樣機試驗確定選材。第四章 特種電鍍和化學鍍1.金屬電鍍的過程？答：將直流電流的正負極分別用導線連接到渡槽的陰、陽極上，當直流電通過兩電極及兩極間含金屬離子的電解液時，電鍍液中的陰、陽離子由于受到電場作用，發生有規則的移動，陰離子移向陽極，陽

49、離子移向陰極，即發生了“電遷移”，除電遷移外，離子的移動還可以通過對流和擴散遷移。當陰，陽離子到達陽，陰極表面時，就會發生氧化還原反應：此時，金屬離子在陰極上還原沉積成鍍層，而陽極氧化將金屬轉移為離子。以上就是電鍍過程及反應。2.從能量觀點分析金屬離子的放電位置？答：金屬離子在陰極沉積能得到均勻的鍍層，但從微觀上看，離子在表面上放電的幾率是不同的。在晶體平面上放電的活化能最低，棱邊、扭結點及空穴的活化能較高，所以，金屬離子直接在生長點放電并入晶格中去的幾率是比較小的，而是首先在平面上放電形成吸附原子，然后再獲取較小的能量經過擴散移動到結點，邊棱，臺階或其它不規則的部位，并在這些地方進入金屬的晶

50、格。當這些生長結點沿著晶面擴展時，就生成了由微觀臺階連接的單原子生長層，并一直生長到它們遇到吸附雜質集合成群以形成多層的生長階梯和宏觀臺階為止。微觀臺階可能是原先的螺位錯的露頭處或其它缺陷處，也可能由雜質造成的二維晶核所形成。4.復合電鍍有哪些性能特點？答：與熔滲法，熱擠壓法，粉末冶金法相比，復合電鍍具有明顯的優越性：<1>不需要高溫即可獲得復合鍍層： <2>操作簡單，成本低：<3>同一基質金屬可以方便地鑲嵌一種或數種性質各異的固體顆粒，同一種固體顆粒也可以方便地鑲嵌到不同的基質金屬中。<4>可用廉價的基體材料鍍上復合鍍層，代替由貴重原材料制造的

51、零部件.5.電刷鍍的原理及特點是什么？答：電刷鍍也是一種金屬電沉積過程，基本原理與電鍍相同。但與常規電鍍相比，它又具有以下特點：設備簡單，攜帶方便，不需要大的渡槽設備。工藝簡單，操作方便，凡鍍筆能觸及到的地方均可電鍍，特別適用于不解體機件的現場維修和野外搶修。鍍層種類多，與基體材料的結合力強，力學性能好，能保證滿足各種維修性能的要求。沉積速度快，生產效率高，但必須采用高電流密度進行操作。刷鍍液不含氰化物和劇毒藥品，故操作安全，對環境污染小。但電刷鍍也存在勞動強度大，消耗陽極包纏材料等缺點。6.與電鍍相比，化學鍍有何特點？答：化學鍍在表面處理技術中占有重要的地位。化學鍍是利用合適的還原劑使溶液中

52、的金屬離子有選擇地在經催化劑活化的表面上還原析出成金屬鍍層的一種化學處理方法。在化學鍍中，溶液內的金屬離子不是依靠外接電源提供而是由溶液中還原劑提供所需的電子而還原成相應的金屬。與電鍍比較，化學鍍具有如下優點：不需要外加直流電源設備。鍍層致密，孔隙少。不存在電力線分布不均勻的影響，對幾何形狀復雜的鍍件，也能獲得厚度均勻的鍍層；可在金屬、非金屬、半導體等各種不同基材上鍍覆。化學鍍與電鍍相比，所用的溶液穩定性較差，且溶液維護、調整和再生都比較麻煩，材料成本費較高。化學鍍工藝在電子工業中有重要的地位。由于采用的還原劑種類不同，使化學鍍所得的鍍層性能有顯著的差異，因此，在選定鍍液配方時，要慎重考慮鍍液

53、的經濟性及所得鍍層的特性。第五章 熱噴涂技術1.什么是熱噴涂工藝，其技術特點是什么？答：熱噴涂是用專用設備把某種固體材料熔化并使其霧化,加速噴射到機件表面,形成一特制薄層,以提高機件耐蝕、耐磨、耐高溫等性能的一種工藝方法。與其它表面處理技術比較，熱噴涂技術具有下述一些突出的特點：取材范圍廣可用于各種基體:可使機體保持較低溫度,基材變形小：工效高:被噴涂物件的大小一般不受限制：涂層厚度容易控制：可賦予普通材料以特殊的表面性能:成本低,9結合力低,孔隙率較高,均勻性差等缺點，3.等離子噴涂的基本原理是什么？其設備主要構成及功用？答：進行等粒子噴涂時，首先在陰極和陽極（噴嘴）之間產生一直流電弧，該電

54、弧把導入的工作氣體加熱電離成高溫等離子體，并從噴嘴噴出，形成等離子焰，等離子焰的溫度很高，其中心溫度可達30000K，噴嘴出口的溫度可達1500020000K。焰流速度在噴嘴出口處可達10002000M/S，但迅衰減。粉末由送粉氣送入火焰中被熔化，并由焰流加速得到高于150M/S的速度，噴射到基體材料上形成膜。等離子噴涂設備主要包括：噴槍：電源：送粉器：熱交換器：供氣系統：控制框：4.超音速火焰噴涂的基本原理是什么？有何特點？答：燃料氣體(氫氣,丙烷,丙烯或乙炔甲烷-丙烷混合氣體等)與助燃劑（O2）以一定的比例導入燃燒室內混合，爆炸式燃燒，因燃燒產生的高溫氣體以高速通過膨脹管獲得超音速。同時通

55、入送粉氣（AR或N2），定量沿燃燒頭內碳化鎢中心套管送入高溫燃氣中，一同射出噴涂于工件上形成涂層。超音速噴涂法具有如下的特點：粉粒溫度較低,氧比較輕(這主要是由于粉末顆粒在高溫中停留時間短,在空氣中暴露時間短的緣故，所以涂層中含氧化物量較低,化學成分和相的組成具有較強的穩定性)，但只適于噴涂金屬粉末、CO-WC粉末以及低熔點TIO2陶瓷粉末；粉粒運動速度高。粉粒尺寸小（1053>M）、分布范圍窄，否則不能熔化。涂層結合強度、致密度高，無分層現象。涂層表面粗糙度低。噴涂距離可在較大范圍內變動，而不影響噴涂質量。可得到比爆炸噴涂更厚的涂層，殘余應力也得到改善。噴涂效率高，操作方便。噪音大（大于120DB），需有隔音和防護裝置。6.熱噴涂工藝選用的基本原則是什么？答：熱噴涂工藝選用的基本原則是：若涂層結合力要求不是很高，采用的噴涂材料的熔點不超過250O，可采用設備簡單、成本低的火焰噴涂。對涂層性能要求較高的某些比較貴重的機件，應采用等離子噴涂。因為等離子噴涂材料熔點不受限制，熱源具有非氧化性，涂層結合強度高，孔隙率低(可低于1)。工程量大的金屬噴涂施工最好采用電弧噴涂。要求高結合力、低孔隙度的金屬或合金涂層可采用近幾年國外研制的氣體火焰超音速噴