材料表面工程復(fù)習(xí)大綱.doc

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材料表面工程復(fù)習(xí)大綱 1、 緒論 1、 表面工程技術(shù)：是利用各種物理、化學(xué)和機(jī)械的方法，改變基材表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀況而使其具有某種特殊性能，從而滿足特定的使用要求的技術(shù)。 2、 表面工程技術(shù)是表面工程學(xué)的核心和實(shí)質(zhì)，其內(nèi)涵為：①表面涂鍍技術(shù)；②表面薄膜技術(shù)；③表面改性技術(shù)；④復(fù)合表面工程技術(shù)。 3、 零件在服役過程中，主要失效的形式為：腐蝕、磨損、疲勞、斷裂。 2、 固體表面的物理化學(xué)特征 1、 界面指兩相接觸的約幾個(gè)分子厚度的過渡區(qū)，或兩種不同相之間的交界區(qū)稱為界面。若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。表面應(yīng)是液體和固體與其飽和蒸氣之間的界面，但習(xí)慣上把液體或固體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。 2、 固體材料的界面有三種：表面、晶界和相界。 3、 實(shí)際表面？清潔表面？理想表面？ 實(shí)際表面：一是所謂“內(nèi)表面層”，它包括基體材料和加工硬化層；另一部分是所謂“外表面層”，它包括吸附層、氧化層等。 清潔表面：清潔表面是經(jīng)過特殊處理（即保證組成上的確定性）后，保持在超高真空下的表面（即保證表面不隨時(shí)間而改變）。 理想表面：是一種理論上的結(jié)構(gòu)完整的二維點(diǎn)陣平面。 4、 理想表面的前提條件：忽略了晶體內(nèi)部周期性勢(shì)場(chǎng)在晶體表面中斷的影響；忽略了表面原子的熱運(yùn)動(dòng)、熱擴(kuò)散和熱缺陷等；忽略了外界對(duì)表面的物理化學(xué)作用等。 5、 清潔表面偏離三維周期性結(jié)構(gòu)的主要特征應(yīng)該是：表面臺(tái)階、表面弛豫、表面重構(gòu)。 6、 臺(tái)階表面：臺(tái)階表面不是一個(gè)平面，它是由有規(guī)則的或不規(guī)則的臺(tái)階所組成。 7、 最常見的表面重構(gòu)有兩種類型：缺列型重構(gòu)和重組型重構(gòu)。 8、 表面粗糙度：指加工表面上具有的較小間距的波峰和波谷所組成的微觀幾何形狀誤差，也稱微觀粗糙度。表面粗糙度主要是由加工過程中刀具與工件表面間的摩擦、切削分離工件表面層材料的塑性變形、工藝系統(tǒng)的高頻振動(dòng)以及刀尖輪廓痕跡等原因形成。 9、 殘余應(yīng)力按其作用范圍分為：宏觀內(nèi)應(yīng)力和微觀內(nèi)應(yīng)力兩類。宏觀內(nèi)應(yīng)力：由于材料各部分變形不均勻而造成的宏觀范圍內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力。微觀內(nèi)應(yīng)力：物體的各晶粒或亞晶粒之間不均勻的變形而產(chǎn)生的晶?；騺喚Яｉg的內(nèi)應(yīng)力。 10、 表面偏聚：合金的表面成分一般不同于合金的整體平均成分，這種現(xiàn)象稱為表面偏聚。表面偏聚有兩種情況：一是溶質(zhì)原子在表面富集，二是表面溶質(zhì)原子減少（稱為反偏聚）。又可分為平衡偏聚和非平衡偏聚兩大類，平衡偏聚可用平衡熱力學(xué)來描述，非平衡偏聚是動(dòng)力學(xué)過程的結(jié)果。 11、 吸附：由于物理或化學(xué)的作用力場(chǎng)，某物質(zhì)分子附著或結(jié)合在兩相界面上的濃度與兩相本體濃度不同的現(xiàn)象。吸附量：達(dá)吸附平衡時(shí)，單位質(zhì)量的吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的數(shù)量（標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積）。吸附熱：在吸附過程中的熱效應(yīng)稱為吸附熱。習(xí)慣把吸附熱都取成正值。物理吸附過程的熱效應(yīng)相當(dāng)于氣體凝聚熱，很小；化學(xué)吸附過程的熱效應(yīng)相當(dāng)于化學(xué)鍵能，比較大。 12、 溶液中至少有兩個(gè)組成部分，即溶劑和溶質(zhì)，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(nèi)溶質(zhì)的濃度比體相大，稱為正吸附，反之稱為負(fù)吸附。 15、 物理吸附力在所有的吸附劑與吸附質(zhì)之間都存在，相當(dāng)于液體內(nèi)部分子間的內(nèi)聚力。其產(chǎn)生力的因素有：色散力、誘導(dǎo)力和取向力，以色散力為主。 16、 形成熱擴(kuò)滲層的基本條件： ①滲入金屬必須能與基體金屬形成固溶體或者金屬間化合物；②滲入元素與基體金屬必須有直接接觸；③被滲元素在基體金屬中要有一定的滲入速度；④對(duì)靠化學(xué)反應(yīng)提供活性原子的熱擴(kuò)滲反應(yīng)必須滿足熱力學(xué)條件：a. 產(chǎn)生活性原子；b. 反應(yīng)平衡常數(shù)>1%。 3、 表面摩擦、磨損與潤(rùn)滑 1、 機(jī)件正常運(yùn)行的磨損過程一般分為3個(gè)階段：跑合(磨合)階段、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損階段。 2、 根據(jù)不同磨損機(jī)理，分為四個(gè)主要類別：粘著磨損、磨料磨損、表面疲勞磨損和腐蝕磨損。 3、 粘著磨損：指兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面發(fā)生相互焊合，在相互運(yùn)動(dòng)過程中焊合表面產(chǎn)生撕裂而發(fā)生的磨損。其過程就是粘著點(diǎn)不斷形成又不斷被損壞并脫落的過程。其磨損表面特征是機(jī)件表面有大小不等的結(jié)疤。 4、 磨料磨損：是摩擦副的一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微凸起或在接觸面間存在硬質(zhì)粒子(從外界進(jìn)入或從表面剝落)時(shí)產(chǎn)生的磨損。主要特征是摩擦面上有擦傷或因明顯犁皺形成的溝槽。（犁溝） 5、 表面疲勞磨損：是兩接觸材料作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，交變接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用使材料表面疲勞損傷，局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝落，而使材料磨損的現(xiàn)象，故又稱表面疲勞磨損或麻點(diǎn)磨損。是齒輪、滾動(dòng)軸承等工件常見的磨損失效形式。宏觀形態(tài)特征是：接觸表面出現(xiàn)許多痘狀、貝殼狀或不規(guī)則形狀的凹坑(麻坑)。 6、 腐蝕磨損：在摩擦過程中，摩擦表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的磨損稱為腐蝕磨損。 7、 磨損常用的評(píng)定方法有：磨損量、磨損率和耐磨性。磨損量分為長(zhǎng)度磨損量、體積磨損量和質(zhì)量磨損量。體積磨損量常用。磨損量愈小，耐磨性愈高。 8、 磨損率：?jiǎn)挝粫r(shí)間的磨損量、單位摩擦距離的磨損量。 9、 凡是能減小摩擦阻力，減小磨損的物質(zhì)都可作為潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑劑分為液體潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑脂、固體潤(rùn)滑劑和氣體潤(rùn)滑劑。 4、 表面腐蝕基本理論 1、 物質(zhì)和金屬發(fā)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用引起金屬的腐蝕。 2、 ①化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。 ②電化學(xué)腐蝕：不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。本質(zhì)為氧化還原反應(yīng)，原理是原電池反應(yīng)。電化學(xué)腐蝕分為析氫腐蝕和吸氧腐蝕。 ③相互關(guān)系：往往同時(shí)發(fā)生，電化腐蝕要比化學(xué)腐蝕普遍得多。 3、 腐蝕原電池或腐蝕電池：指只能導(dǎo)致金屬材料破壞不能對(duì)外做有用功的短路原電池。工作原理與一般原電池?zé)o本質(zhì)區(qū)別，短路時(shí)電能以熱量形式散失。 4、 腐蝕電池分為大電池 (宏觀腐蝕電池) 和微電池 (微觀腐蝕電池)，大電池的腐蝕形態(tài)是局部腐蝕，腐蝕破壞主要集中在陽極區(qū)。而如果微電池的陰、陽極位置不斷變化，腐蝕形態(tài)是全面腐蝕；如果陰、陽極位置固定不變，腐蝕形態(tài)是局部腐蝕。 5、 鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較： 6、 鈍態(tài)的特征：①腐蝕速度大幅度下降。②電位強(qiáng)烈正移。③金屬鈍化以后，既使外界條件改變了，也可能在相當(dāng)程度上保持鈍態(tài)。④鈍化只是金屬表面性質(zhì)而非整體性質(zhì)的改變。 7、 某些腐蝕體系在自然腐蝕狀態(tài)不能鈍化，但通入外加陽極極化電流時(shí)能夠使金屬鈍化(電位強(qiáng)烈正移，腐蝕速度大降低)。這稱為陽極鈍化，或電化學(xué)鈍化。而金屬在介質(zhì)中依靠自身的作用實(shí)現(xiàn)的鈍化則叫做化學(xué)鈍化。陽極鈍化和化學(xué)鈍化的實(shí)質(zhì)是一樣的，兩種方法得到的結(jié)果都使溶解著的金屬表面發(fā)生了某種突變。 8、 陽極鈍化的陽極極化曲線： 7、鈍化參數(shù)：①致鈍電流密度（i致）：表示腐蝕體系鈍化的難易程度，i致愈小體系愈容易鈍化。②致鈍化電位（Ep）：陽極極化時(shí)，必須使極化電位超過Ep才能使金屬鈍化，Ep愈負(fù)，表明體系愈容易鈍化。③維鈍電流密度（i維）：i維對(duì)應(yīng)于金屬鈍化后的腐蝕速度。所以i維愈小，鈍化膜的保護(hù)性能愈好。 8、金屬的自鈍化是在沒有任何外加極化情況下而產(chǎn)生的自然鈍化。 9、解釋金屬鈍化現(xiàn)象的兩種理論：成相膜理論和吸附理論。 ①成相膜理論指的是表面上生成成相的保護(hù)性固體產(chǎn)物膜(多數(shù)為氧化物膜)，將金屬和溶液機(jī)械隔離開。由于氧化物膜溶解速度很小，因而使金屬腐蝕速度大大降低。支持成相膜理論的實(shí)驗(yàn)事實(shí)：在濃硝酸中鐵表面鈍化膜是 g-Fe2O3。鈍化膜厚度為25～30A。 ②吸附理論：金屬表面(或部分表面)上形成了氧或含氧粒子的吸附層，使金屬表面的化學(xué)結(jié)合力飽和，陽極反應(yīng)活化能增大，因而金屬溶解速度降低。即吸附理論強(qiáng)調(diào)了鈍化是金屬反應(yīng)能力降低造成的，而不是膜的機(jī)械隔離。支持吸附理論的實(shí)驗(yàn)事實(shí)：對(duì)某些體系只需通入極小的電量，就可以使金屬鈍化，這些電量甚至不足以形成單原子吸附氧層。 5、 電鍍技術(shù) 1、 電鍍：是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，以欲鍍金屬或其它惰性導(dǎo)體為陽極，通過電解作用，在基體表面上獲得結(jié)合牢固的金屬膜的表面工程技術(shù)。 2、 按鍍層的性能可將其分為三類：①防護(hù)性鍍層；②防護(hù)裝飾性鍍層：③功能性鍍層。 3、 按鍍層與基體金屬的電化學(xué)活性可將電鍍層分為陽極性鍍層和陰極性鍍層兩大類。 4、 電鍍?nèi)芤旱幕窘M成：主鹽、絡(luò)合劑、附加鹽、緩沖劑、陽極活化劑和添加劑。 5、 溫度、壓力、鍍液的組成和濃度、電極和電解槽的材料、形狀及溶劑的性質(zhì)等都對(duì)該定律無任何影響，只要是電極上通過1法拉第電量，就一定能得到1克當(dāng)量的產(chǎn)物。 6、 電鍍時(shí)，陰極上實(shí)際析出的物質(zhì)的質(zhì)量并不等于根據(jù)法拉第定律得到的計(jì)算結(jié)果，實(shí)際值總小于計(jì)算值。這是由于電鍍存在副反應(yīng)。 7、 電鍍鍍層厚度均勻與否，實(shí)質(zhì)上就是電流在陰極鍍件表面上的分布是否均勻。 8、 電鍍液分散能力和覆蓋能力不同，前者是說明金屬在陰極表面分布均勻程度的問題，它的前提是在陰極表面都有鍍層；而后者是指金屬在陰極表面的深凹處有無沉積層的問題。 9、 影響鍍層質(zhì)量的因素：①鍍液的影響，包括主鹽濃度和雜質(zhì)離子②電鍍規(guī)范的影響，包括操作溫度和陰極電流密度③析氫的影響④基體金屬的影響：如果基體金屬的電位負(fù)于鍍層金屬，若不用其它鍍層過渡，就不容易獲得結(jié)合力良好的鍍層。 10、 電鍍的實(shí)施方式多種多樣，最常見的有掛鍍、滾鍍、刷鍍和高速連續(xù)電鍍等。掛鍍主要適用于外形尺寸較大的零件；滾鍍主要適用于尺寸較小、批量較大的零件；刷鍍一般用于局部修復(fù)； 而連續(xù)電鍍則用于線材、帶材、板材的大批量生產(chǎn)。 11、 電鍍的工藝過程包括：鍍前處理（拋光或打磨、脫脂、除銹等）、電鍍、鍍后處理（鈍化和浸膜）三大步。連續(xù)電鍍有三種進(jìn)行方式：垂直浸入式、水平運(yùn)動(dòng)式和盤繞式。 12、 實(shí)現(xiàn)兩種金屬的共沉積，應(yīng)具備以下兩個(gè)基本條件：①兩種金屬中至少有一種金屬能單獨(dú)從其鹽的水溶液中沉積出來；②要使兩種金屬共沉積。它們的析出電位要十分接近或相等。 13、 兩種金屬能否共沉積與它們的標(biāo)準(zhǔn)電位、金屬離子的濃度（或活度）、陰極極化程度有關(guān)。因此，為了實(shí)現(xiàn)金屬的共沉積，一般采取以下措施：①選擇金屬離子合適的價(jià)態(tài)；②改變金屬離子的濃度；③加入適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑；④加入添加劑。 14、 根據(jù)合金鍍層的特性及其應(yīng)用范圍，合金鍍層一般被分為防護(hù)性合金鍍層、裝飾性合金鍍層和功能性合金鍍層三大類。 15、 電刷鍍?cè)砗碗婂冊(cè)砘鞠嗤?，也是一種電化學(xué)沉積過程，都使用直流電。 16、 化學(xué)鍍的關(guān)鍵在于還原劑。實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍍過程有三種方式：置換沉積、接觸沉積和還原沉積。 17、 化學(xué)鍍?cè)恚菏且粋€(gè)在催化條件下發(fā)生的氧化一還原（電化學(xué)）反應(yīng)過程。化學(xué)鍍能夠順利實(shí)施的必要條件是金屬的沉積反應(yīng)只發(fā)生在具有催化作用的工件表面。 6、 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜 1、 化學(xué)轉(zhuǎn)化膜：使金屬與特定的腐蝕液相接觸，在一定條件下發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面形成一層附著力良好的難溶的生成物膜層。 2、 鋼鐵的氧化處理——發(fā)藍(lán)或發(fā)黑：鋼鐵在含有氧化劑的溶液中進(jìn)行處理，使其表面生成一層均勻的藍(lán)黑到黑色膜層的過程。高溫化學(xué)氧化（堿性化學(xué)氧化），常溫化學(xué)氧化（酸性化學(xué)氧化）。 3、 鋼鐵的氧化處理后還需進(jìn)行皂化處理、浸油或在鉻酸鹽溶液里進(jìn)行填充處理。 4、 鋼鐵磷化：金屬在含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，使金屬表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護(hù)膜。為了提高磷化膜的防護(hù)能力，磷化后應(yīng)對(duì)磷化膜進(jìn)行填充和封閉處理。 5、 磷化處理工藝分為：高溫磷化、中溫磷化和常溫磷化。 6、 陽極氧化：將鋁或鋁合金制件浸沉于酸性電解液中，在外電流作用下作為陽極，在制件表面上形成與基體牢固結(jié)合的氧化膜層。注：陽極氧化也稱作電化學(xué)氧化。 7、 氧化膜的生長(zhǎng)過程就是其不斷生成和不斷溶解的過程。 8、 氧化膜形成后孔隙率高，吸附性強(qiáng)，易污染，因此要進(jìn)行氧化膜的封閉處理。分為①沸水和蒸氣封閉法；②水解鹽封閉法；③重鉻酸鹽封閉法；④填充封閉法。 9、 微弧氧化又稱微等離子體氧化，是通過堿性電解液與相應(yīng)電參數(shù)的組合，在鋁、鎂、鈦及其合金表面依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，生長(zhǎng)出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。在微弧氧化過程中，化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化、等離子體氧化同時(shí)存在。 10、 微弧氧化主要針對(duì)鋁、鎂、鈦等閥金屬（閥金屬是指在電解液中起到電解閥門作用的金屬）。其工藝流程：去油→水洗→微弧氧化→純水洗→封閉。 7、 表面涂覆技術(shù) 1、 熱噴涂技術(shù)是使用某種方式的熱源，使噴涂材料加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，用高壓氣流將其霧化，并以一定速度噴射到經(jīng)過預(yù)處理的零件表面，從而形成涂層的表面加工技術(shù)。 2、 熱噴涂涂層的結(jié)合機(jī)理： 涂層的結(jié)合包括涂層與基體表面的結(jié)合和涂層內(nèi)部的結(jié)合。涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度稱為結(jié)合力；涂層內(nèi)部的結(jié)合強(qiáng)度稱為內(nèi)聚力。涂層中顆粒與基體表面之間的結(jié)合以及顆粒之間的結(jié)合機(jī)理目前尚無定論，已提出幾種類型：①機(jī)械結(jié)合（拋錨效應(yīng)） ②擴(kuò)散結(jié)合 ③冶金結(jié)合 ④物理結(jié)合（范德華力）等。 3、 熱噴涂涂層特點(diǎn)：是由無數(shù)變形粒子互相交錯(cuò)呈波浪式堆疊在一起的層狀組織結(jié)構(gòu)。顆粒與顆粒之間存在一定量的空隙和孔洞。其孔隙率一般在1-15％之間。涂層中還伴有氧化物和夾雜。 4、 熱浸鍍簡(jiǎn)稱熱鍍，是將一種基體金屬浸在熔融態(tài)的另一種低熔點(diǎn)金屬中，在其表面形成一層金屬保護(hù)膜的方法。熱浸鍍層金屬一般為鋅、鋁、錫、鉛。鋼鐵是最廣泛使用的基體材料。 8、 表面改性技術(shù) 1、 表面改性：采用某種工藝手段使材料表面獲得與基體材料的組織結(jié)構(gòu)、性能不同的一種技術(shù)。 2、 常用的材料表面處理預(yù)處理種類及方法： ①基體表面平整：磨光、滾光、拋光、刷光、振動(dòng)磨光；②基體表面清潔：除油（有機(jī)溶劑除油、化學(xué)除油、電化學(xué)除油、超聲除油）、除銹、除銹除油聯(lián)合處理；③基體表面拋光處理：化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光；④基體表面噴砂與噴丸處理：噴砂、噴丸。 3、 表面形變強(qiáng)化技術(shù)的主要用途和方法： 噴丸技術(shù)，主要應(yīng)用于那些需要改善疲勞強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕能力的零件上；表面滾壓技術(shù)，表面改性層的最大深度達(dá)5mm以上，能較大幅度地改善材料表面的疲勞壽命、抗應(yīng)力腐蝕能力，只適合一些形狀簡(jiǎn)單的零件(平板類、軸類和溝槽類等）。 4、 表面熱處理：對(duì)零部件表面進(jìn)行加熱、冷卻，改變表層組織和性能，不改變其表層成分的熱處理工藝。也稱作表面淬火技術(shù)。 5、 表面淬火的原理：表面材料快速加熱到相變臨界點(diǎn)AC3（亞共析鋼）或者AC1（過共析鋼）以上而轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的奧氏體組織，心部材料仍保持在相變臨界點(diǎn)以下，保持原有組織。其后快速冷卻，達(dá)到淬火目的，獲得微細(xì)的馬氏體組織，提高零件的表面硬度和耐磨性，零件心部未發(fā)生相變。 6、 感應(yīng)加熱表面淬火表面組織是細(xì)小隱晶馬氏體，表面硬度比普通淬火硬度高，硬化層深度總小于感應(yīng)電流透入深度。 7、 化學(xué)熱處理：利用元素?cái)U(kuò)散性能，通過加熱使合金元素滲入金屬表層的熱處理工藝。 8、 金屬表面化學(xué)熱處理包括滲碳、滲氮或碳氮共滲等，改變了表層成分，其目的：①提高金屬表面的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。②提高材料疲勞強(qiáng)度。③使金屬表面具有良好的抗粘著、抗咬合的能力和降低摩擦系數(shù)，如滲硫等。④提高金屬表面的耐蝕性，如滲氮、滲鋁等。 9、 通過輝光放電獲得的等離子體，實(shí)際上是正離子、負(fù)離子、中性原子、電子等各種粒子的復(fù)合體，整體呈電中性，是與固、液、氣態(tài)不同的第四態(tài)。 10、 三束表面改性技術(shù)：是指將激光束、電子束和離子束(合稱“三束”)等具有高能量密度的能源施加到材料表面，使之發(fā)生物理、化學(xué)變化，以獲得特殊表面性能的技術(shù)。 9、 氣相沉積技術(shù) 1、 薄膜材料的特點(diǎn)：尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)。 2、 薄膜的生長(zhǎng)模式：(a)島狀生長(zhǎng)；(b)層狀生長(zhǎng)；(c)層狀-島狀生長(zhǎng)。 3、 物理氣相沉積：在真空條件下，利用各種物理方法，將鍍料氣化成原子、分子或使其離子化為離子，直接沉積到基體表面上的方法。包括三種基本方法：蒸鍍、濺射和離子鍍。 4、 化學(xué)氣相沉積：把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物、單質(zhì)氣體供給基體，借助氣相作用或在基體表面上的化學(xué)反應(yīng)在基體上制得金屬或化合物薄膜的方法。 5、 分子束外延：在清潔的超高真空環(huán)境下，使具有一定熱能的兩種或兩種以上的分子束流噴射到被加熱的襯底上，在襯底表面進(jìn)行反應(yīng)生成單晶薄膜的過程。 簡(jiǎn)答題重點(diǎn) 1、 分析金屬電鍍包括哪些基本步驟？說明其物理意義。 ①傳質(zhì)步驟：液相中的反應(yīng)粒子向陰極表面?zhèn)鬟f的步驟，有電遷移、擴(kuò)散及對(duì)流三種不同方式。②前置化學(xué)步驟：直接參加陰極電化學(xué)還原反應(yīng)的金屬離子往往不是金屬離子在電解液中的主要存在形式。在還原之前，離子在陰極附近或表面發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化，然后才能放電還原為金屬。③電荷轉(zhuǎn)移步驟：反應(yīng)粒子在陰極表面得到電子形成吸附原子或吸附離子，又稱為電化學(xué)步驟，主要發(fā)生電荷從陰極表面轉(zhuǎn)移到反應(yīng)粒子的過程，這是電沉積過程的重要步驟。④結(jié)晶步驟:吸附原子通過表面擴(kuò)散到達(dá)生長(zhǎng)點(diǎn)而進(jìn)入晶格，或吸附原子相互碰撞形成新的晶核并長(zhǎng)大成晶體。 2、 電刷鍍的原理及特點(diǎn)是什么？ 原理：直流電源的正極通過導(dǎo)線與鍍筆相聯(lián)，負(fù)極通過導(dǎo)線和工件相聯(lián)，當(dāng)電流方向由鍍筆流向工件時(shí)為正向電流，正向電流接通時(shí)發(fā)生電沉積；電流方向從工件流向鍍筆時(shí)為反向電流，反向電流接通時(shí)工件表面發(fā)生溶解。 特點(diǎn)：①設(shè)備工藝簡(jiǎn)單，操作方便，不需要大的渡槽設(shè)備。②鍍層種類多，與基體結(jié)合力強(qiáng)，力學(xué)性能好。③沉積速度快，生產(chǎn)效率高。④刷鍍液不含氰化物和劇毒藥品，操作安全污染小。⑤但存在勞動(dòng)強(qiáng)度大，消耗陽極包纏材料等缺點(diǎn)。 3、 熱浸鍍的基本過程是什么？控制步驟是什么？其實(shí)質(zhì)是什么？ 熱浸鍍基本過程： （1）介質(zhì)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以提供界面反應(yīng)所需要的反應(yīng)物 （2）反應(yīng)物通過擴(kuò)散輸運(yùn)至金屬表面，此稱為外擴(kuò)散 （3）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) （4）界面反應(yīng)產(chǎn)生的活性原子為金屬表面層吸收并向縱深遷移，達(dá)到一定的深度，此稱內(nèi)擴(kuò)散 控制步驟：預(yù)鍍件、前處理、熱浸鍍、后處理、制品 定義：熱浸鍍是將一種基體金屬浸在熔融狀態(tài)的另一種低熔點(diǎn)金屬中，在其表面形成一層金屬鍍層的方法。 4、 對(duì)比化學(xué)吸附和物理吸附的異同？ 物理吸附是指吸附劑與吸附質(zhì)之間的作用力是范德華力，特點(diǎn)是吸附力弱，易脫附，吸附速度快；化學(xué)吸附是指吸附劑與吸附質(zhì)之間的作用力是化學(xué)鍵力，特點(diǎn)是吸附質(zhì)在吸附劑表面上發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了絡(luò)合物，吸附力強(qiáng)，不易脫附，吸附速度較慢。 5、 熱噴涂涂層的形成過程中經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？ 從噴涂材料進(jìn)入熱源到形成涂層，噴涂過程一般經(jīng)歷四個(gè)階段：①噴涂材料被加熱、熔化；②熔化的噴涂材料被霧化；③熔融或軟化的微細(xì)顆粒的噴射飛行；④粒子在基體表面發(fā)生碰撞、變形、凝固和堆積。 6、 什么是化學(xué)鍍？化學(xué)鍍的基本原理是什么？有哪些特點(diǎn)？ 化學(xué)鍍也稱為無電解鍍，是一種不使用外電源、而是利用還原劑使溶液中的金屬離子在基體表面上自催化還原沉積出鍍層的化學(xué)處理方法。 特點(diǎn)：①工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，不需外加電源、輸電系統(tǒng)及輔助電極；②鍍層厚度非常均勻；③結(jié)合力一般均優(yōu)于電鍍；④可在金屬、非金屬以及有機(jī)物上沉積鍍層。 7、 感應(yīng)加熱淬火原理？什么是渦流、集膚效應(yīng)？ ①鐵制零件在高頻交變磁場(chǎng)中，鐵的內(nèi)部將產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流。電流在金屬體內(nèi)自行閉合，稱為渦流。②由于工件阻抗很小，渦流很大。此渦流能將電能變成熱能，使工件加熱。渦流在被加熱工件中的分布由表面至心部呈指數(shù)規(guī)律衰減。因此渦流主要分布在工件表面，工件內(nèi)部幾乎沒有電流通過。這種現(xiàn)象叫做表面效應(yīng)或集膚效應(yīng)。③感應(yīng)加熱就是利用集膚效應(yīng)，依靠電流熱效應(yīng)把工件表面迅速加熱到淬火溫度的。當(dāng)工件表面在感應(yīng)圈內(nèi)加熱到相變溫度時(shí)，立即噴水或浸水冷卻，實(shí)現(xiàn)表面淬火工藝。 預(yù)測(cè)論述題 1、鋁合金陽極氧化的工藝流程，其氧化膜的形成過程、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能特點(diǎn)。 工藝流程：預(yù)處理——氧化——陽極氧化的封閉 氧化膜形成過程：將鋁制件作為陽極，其他材料作為陰極置于電解池中，通上直流電，陽極析出氧氣，陰極析出氫氣，陽極上的氧氣大部分與鋁形成了氧化鋁（包括電化學(xué)和化學(xué)過程），具體過程如下： 電化學(xué)過程：H2O→[O]+2H++2e，2Al+3[O]→Al2O3 化學(xué)過程：2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2，Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：蜂窩狀結(jié)構(gòu) 性能特點(diǎn)：①膜的厚度在不同電解液中厚度極限不一樣；②孔隙度與金屬表面的光滑度有關(guān)，表面越光滑，孔隙度越小；③硬度較高以及有好的耐磨性；④結(jié)合力很強(qiáng)；⑤柔韌性在不同溫度階段不一樣；⑥耐蝕性可以通過增加膜厚的、降低電流密度和降低陽極氧化溫度及減低酸濃度等來改善；⑦陽極氧化膜的耐熱性很好。 2、對(duì)比分析熱噴涂、堆焊在基本工作原理、結(jié)合強(qiáng)度、稀釋率、主要應(yīng)用等方面的不同。 ①工作原理： 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加熱細(xì)化并高速撞擊到基體表面形成涂層的工藝過程；而堆焊是在零件表面熔敷上一層耐磨、耐蝕、耐熱等具有特殊性能合金的技術(shù)。 ②結(jié)合強(qiáng)度方面： 熱噴涂涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度較差；堆焊結(jié)合強(qiáng)度較高。 ③稀釋率方面： 熱噴涂稀釋率較低；堆焊的稀釋率比熱噴焊大得多。 ④應(yīng)用方面： 熱噴涂主要用于a、噴涂耐腐蝕涂層；b、噴涂耐磨涂層；c、噴涂耐高溫涂層；d、噴涂功能涂層；e、噴涂成型；堆焊可用于零件修復(fù)或制造特殊表面性能的新零件。