表面工程学复习习题集文档格式.docx

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将有机涂料涂覆于物体表面并干燥成膜的的表面工程技术称之为涂装技术。

1理想表面：

是一种理论的结构完整的二维点阵平面。

2表面重构：

在平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不同，原子位置作了较大幅度的调整，这种表面结构称为重构（或再构）。

3离子镀膜：

它是将工件放入真空室，并利用气体放电原理将部分气体和蒸发源逸出的气相粒子电离，在离子轰击的同时，把蒸发物或其反应产物沉积在工件表面成膜。

4化学镀：

是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基体表面，形成镀层的一种表面加工方法。

5电解着色：

是把经阳极氧化的铝及其合金放入含金属盐的电解液中进行电解，通过电化学反应，使进入氧化膜微孔中的重金属离子还原为金属原子6清洁表面：

是指不存在任何污染的化学纯表面，即不存在吸附，催化反应或杂质扩散等一系列物理、化学效应的表面。

7表面弛豫：

表面上原子的这种位移（压缩或膨胀）称为表面弛豫。

8溅射镀膜：

将工件放入真空室，并用正离子轰击作为阴极的靶（镀膜材料），使靶材中的原子、分子逸出，飞至工件表面凝聚成膜。

9电镀：

是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。

10化学转化膜：

通过化学或电化学手段，使金属表面形成稳定的化合物膜层的方法，这种经过化学处理生成的膜层称之为化学转化膜。

11吸附（固体与液体的作用之一）：

吸附是固体表面吸引气体与之结合，以降低固体表面能的作用。

12自扩散：

在一个单组分的基底上同种原子的表面扩散称为自扩散13简单盐镀液：

14磷酸盐膜：

是金属在磷酸盐溶液中形成的膜，其成膜过程称为磷化。

15冶金结合：

将喷涂层再加热重熔，涂层与基体互熔并扩散称冶金结合16吸收（固体与液体的作用之一）：

吸引是固体的表面和内部都容纳气体，使整个固体的能量发生变化。

17多相扩散：

在表面上其它种吸附原子的扩散称为多相扩散18氧化物膜：

是金属在含有氧化剂的溶液中形成的膜，其成膜过程叫氧化19镀硬铬：

在各种基体材料上镀较厚的铬层，镀层厚度一般在20um以上20扩散结合：

当薄膜和衬底材料具有可溶性或部分可溶性时，若给界面层的原子1至10ev能量，则可促使原子通过薄膜与衬底界面进行互相扩散，形成薄膜与衬底间的扩散结合。

（1）相界面：

（4）界面：

（7）标准电极电位：

二、填空题：

（1）表面工程技术的内涵包括：

（表面改性技术）、（表面涂镀技术）、（表面合金化和渗杂技术）、（表面微细加工技术）、（表面加工三维成型技术）、（表面合成新材料技术）。

表面工程技术的特点和意义：

（）、（）、（）、（）、（）。

按照表面工程技术的特点可以将其分为（表面改性）、（表面加工）、（表面加工三维成型）和（表面合成新材料）等几大类。

（2）实际上，原子的扩散途径除了最基本的体扩散过程外，还有（表面）扩散、（晶界）扩散、和（位错）扩散，后三种扩散都比第一种扩散快，又称短路扩散。

在扩散传质中，固体表面的原子的活动能力最高，其次为（晶界）原子，再次为位错原子，体内原子活动能力最低。

（3）严格意义上表面能应是指材料表面的（内能）它包括（原子的动能）、（原子的势能）以及原子中原子核和电子的动能和势能。

表面张力和表面自由能是从不同角度反映了物质表面分子受力不平衡的特性。

（4）润湿角为0和180时，相应地称为（完全）润湿和（完全不）润湿。

（5）固体表面吸附可分为（物理吸附）和（化学吸附）两类。

（7）按腐蚀形态可把腐蚀分为（局部腐蚀）和（全面腐蚀）两大类。

（8）关于钝化的机理目前主要有（成相膜理论）和（吸附理论）两种。

（9）溶液中至少有两个组成部分，即，溶剂和溶质，它们都可能被固体吸附，但被吸附的程度不同，如果吸附层内溶质的浓度比体相大，称为（正）吸附，反之称为（反）吸附。

（10）按磨损的机理的不同，可以将磨损分为（）、（）、（）、（）、（）、（）和（）七大类。

最基本的是、（粘着磨损）（磨粒磨损）、（疲劳磨损）和（腐蚀磨损）。

（12）按腐蚀机理可把腐蚀分为（化学腐蚀）和（电化学腐蚀）两大类。

（13）激光淬火的不足之处在于单道淬火的激光区域宽度有限，通过多道搭接，实现大面积淬火，容易产生（回火软带）。

因此多采用螺旋扫描避免之。

为了提高钢铁对激光束的吸收率，应该对钢铁工件进行表面（黑化）处理。

（14）喷丸强化技术，是利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件表面，使表层材料在再结晶温度下产生（弹塑性变形），并呈现较大的残余应力，从而提高工件（表面强度）、（疲劳强度）和（抗应力腐蚀能力）的表面工程技术。

（15）通过辉光放电获得的（等离子体），实际上是正离子、负离子、分子、中性原子、电子、光子等各种粒子的复合体。

是与固、液、气态不同的第四态。

（16）热喷涂涂层间主要依靠（机械结合），结合强度较低，而且存在孔隙。

采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的（冶金结合），消除孔隙，这就是热喷焊技术。

（17）等离子喷涂采用（等离子火焰）作为热源对喷涂材料进行加热的。

（18）喷焊过程包括预热、喷粉和重熔。

预热目的是（使工件表面湿气蒸发，产生一定的热膨胀，减少焊层应力，提高喷粉沉积效率。

）（19）对工件进行焊前（预热）和焊后（缓冷）以及采用堆焊底层的方法可以减少堆焊层内应力。

（20）不同溶液和工艺参数下得到的镀层，性能和用途也不同。

按镀层的性能可将其分为（）、（）和（）三类。

（21）电镀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（欲镀金属或其他惰性导体）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工程技术。

（22）转化膜按其形成机理可分为（化学转换膜）和（电化学转换膜），按其成分，有（氧化膜）、（磷酸盐膜）、（铬酸盐膜）和（草酸盐膜）；

按用途可分为功能性膜、防护性、装饰性膜；

（23）电化学氧化指在电解质溶液中，在直流电的作用下，以（惰性导体材料）为阴极，以（工件）为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的氧化膜的表面工程技术。

（24）铝和铝合金是最容易着色的金属，其主要着色方法以下三类。

A（自然显色）B（吸附着色）C（电解显色）（25）将有机涂料涂覆于物体表面并干燥成膜的过程称之为（涂装技术）。

一般涂料主要是由成膜物质、（颜料）、（溶剂）、（助剂）四部分组成。

（26）成膜物质分为两大类，其中一类称为非转化型成膜物质，它们在涂装成膜过程中组成结构不发生变化，即成膜物质与涂膜的组成相同。

另一类成膜物质称为转化型成膜物质，它们在成膜过程中组成结构发生变化，形成与其原来组成结构完全不同的涂膜。

（27）气相沉积可分为（物理气相沉积）和（化学气相沉积）两大类。

三、判断题：

对的打，错的打。

（1）固体表面吸附可分为：

物理吸附和化学吸附两类。

（）

（2）表面能高的固体比表面能低的固体更容易被液体所润湿。

（）（3）一种摩擦方式里通常包含几种磨损机理。

（）（4）化学腐蚀依照表面反应速度及氧化膜的致密程度的不同，金属氧化的动力学过程有三种典型的情况。

提高材料抗氧化能力的重要途径就是改变材料的表面成分，使其氧化动力学曲线呈对数变化。

（）（5）腐蚀电位值越负的金属越容易腐蚀。

（）（6）腐蚀原电池中小阴极、大阳极相对于大阴极小阳极更为有害。

（）（7）腐蚀速率是指金属在单位时间t、单位面积S上所损失的重量，腐蚀速率也可采用单位时间的腐蚀深度来表示，腐蚀速率也还可以用腐蚀电流密度ic表示。

（）（8）金属作为阳极腐蚀时，失去电子越多，流出的电量越大，金属溶解就越多，腐蚀程度也就越大。

（）（9）表面淬火比一般淬火的表面硬度高其原因是因为表面淬火的零件含碳量高。

（）（10）电阻加热表面淬火技术是在工件中通以低压大电流，利用工件表面或紧靠工件表面的周围介质中形成高电阻而产生的热效应将工件表面快速加热到相变温度以上并淬火的工艺方法.（）（11）使气体由良绝缘体变成导体的现象成为气体放电。

气体中带电粒子的存在和一定电场强度的存在是气体放电的必要条件。

（）（12）辉光放电时阴阳极间的电位降落均匀，发光强弱也一样。

（）（13）在阴极材料、气体介质、两极间距离固定的条件下，阴极辉光区的大小取决于炉内气压的大小。

气压越高，辉光层越薄，亮度越集中。

（）（14）阴极溅射过程中被溅射的粒子离开表面后呈中性原子状态而不是离子。

（）（15）喷焊枪与普通焊枪的主要区别在于喷焊枪上装有粉末输送机构。

（）（16）堆焊的目的不是为了起连接作用，而是为了发挥堆焊层的优良性能。

（）（17）等离子喷焊与等离子喷涂的区别是喷焊工件不带电，为非转移弧；

喷涂采用非转移弧和转移弧的联合弧，先引燃非转移弧，再借助等离子体导电通道，建立转移弧。

（）（18）连续电镀主要用于薄板、金属丝和带的电镀。

（）（19）铝和铝合金的主要着色方法分为自然显色法、吸附着色法和电解着色法，其中自然显色法生成的膜耐蚀性、耐候性、耐磨性都高于电解着色和吸附着色氧化膜。

（）（20）现代涂料成膜物质分为转化型成膜物质和非转化型成膜物质，对转化型成膜物质来说它们在涂料成膜过程中组成结构不发生变化。

（）（21）表面自由能在数值上等于表面张力与表面积的乘积。

（）（22）当润视角90o时，为不润湿。

越大，润湿性越小，液体越不易铺展开，易收缩为球状。

（）四、选择题：

（1）以下说法不正确的是（D）。

A固体对液体吸附作用时，若吸附层内溶质的浓度比本体相大为正吸附，反之为负吸附；

B在稀溶液中，可以将溶剂对吸附的影响忽略不计，将溶质的吸附简单地当作气体的物理吸附一样处理。

C固体之间同样有吸附，粘附功表示了粘附程度的大小，它不只与两种固体物质的表面张力有关，还与两物质形成新的界面时的界面张力有关；

D粘附功与内聚力是同一个概念。

E两个不同物质间的粘附功往往超过其中较弱一物质的内聚力。

（2）关于莱宾杰尔效应的说法不正确的是（C）A任何固体都存在这种效应。

B需要拉应力和表面活性物质同时作用才能出现。

C需大量的表面活性物质才可起作用。

D去除表面活性物质，表面机械性能一般可以恢复。

E利用莱宾杰尔效应是因环境介质的影响及表面能减少导致固体强度、塑性降低的现象，利用这种效应可以提高金属加工的效率，如钢铁在磨床上的磨削加工添加剂溶液就是。

（3）关于润湿现象的说法不正确的是（C）A当润湿角=0或180时称为完全润湿和完全不润湿。

B润湿角的大小与界面张力有关.C固、液、气三相的稳定接触时，s-g和s-l相差越小，角就越小，故而润湿性越好。

D粗糙表面的铺展系数远大于光滑表面，在光滑表面不能自发铺展的液体在粗糙表面上有可能自发铺展。

（4）关于脱脂工艺说法不正确的是：

（C）A脱脂工艺包括化学脱脂、有机溶剂脱脂、水剂脱脂、电化学脱脂，其中水剂清洗是以水溶液（碱溶液除外）作为清洗液去除待处理表面油污的清洗方法，如，乳化液、表面活性剂溶液、清洗剂或金属清洗剂等。

B有机溶剂易燃易爆，有一定毒性，挥发性强，材料消耗多，生产成本高，所以逐渐被水剂清洗缩取代。

C化学脱脂是利用酸与油脂起化学反应来去除材料表面的油污的。

其操作简便、脱脂能力强、安全可靠，易实现自动化。

D电化学脱脂液的组成大体上与化学脱脂液相同，只是某些成分含量一般要低一些，在脱脂时将零件挂在阴极或阳极上，由于电极的极化作用，使油和零件界面的表面张力降低，在电解时，电极上析出的氢气泡或氧气泡对油膜具有强烈的撕裂作用，使油膜变为细小的油珠，气泡上升时的机械搅拌作用又可进一步强化脱脂过程。

因此电化学脱脂比一般的化学脱脂效果好，速度快。

（5）关于抛光的说法不正确的是：

（C）A表面抛光处理除了机械抛光外，还可以用化学抛光和电化学抛光来处理，使得零件表面得以平整，产生光泽效果。

B化学抛光就是把零件放在合适的化学介质中，利用化学介质对金属表面的尖峰区域溶解速度比凹谷区域溶解速度快得多的特点，实现材料表面的抛光。

C电化学抛光是把工件作为阴极，浸于特定的抛光介质中并通以交流电进行电解，零件表面凸起的波峰部分电流密度较小，溶解较快，而凹入的波谷部分由于受到钝化膜或添加剂的保护而溶解很少或不溶解，因此零件表面得以整平，产生光泽效果。

D化学抛光适合复杂形状和各种各种尺寸的零件，生产效率高，介质使用寿命低，抛光质量不如电化学抛光。

但电化学抛光成本高，效率低。

（6）关于表面淬火和强化技术说法正确的是：

（D）A表面淬火的基本原理是采用特定的将钢铁材料表面快速加热到Ac1（对亚共析钢）或者Ac3（对过共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。

B依靠材料自身组织与结构转变来进行表面改性的工艺主要有表面渗碳、表面淬火、表面形变强化技术等。

C激光淬火技术所使用的能量密度更高，加热速度更快，需要淬火介质，工件变形大，加热轨迹易于控制，易于实现自动化。

D激光表面处理状态包括表面组织准备，如通过调质处理等手段使钢铁材料表面具有较细的表面组织，以保证激光淬火时组织与性能的均匀、稳定。

还需要进行表面“黑化处理”提高钢铁表面对激光束的吸收率。

（7）关于热扩渗说法不正确的是：

（B）A形成热扩渗层的首要条件是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。

其次欲渗元素与基材之间必须有直接接触，被渗元素在金属中要有一定的扩散速度。

对于靠化学反应提供活性原子的热扩渗工艺而言还须该反应满足热力学条件。

B对热力学条件应该包括在一定热扩渗温度下，通过改变反应物浓度或者添加催化剂，或通过提高扩渗温度能够使产生活性原子的反应进行；

反应的平衡常数至少应该不超过1%。

C二元合金的渗层一般不会出现两相共存区，反应扩散形成的渗层总由浓度呈阶梯式跳跃分布、相互毗邻的单相区的组织所构成。

D气体放电伏安特性曲线中异常辉光放电区是进行离子热扩渗的实际应用区。

只有在这一区域阴极表面才能全部被辉光覆盖，才能均匀加热工件，也只有在这一区域才能改变两极间电位降落和阴极表面电流密度，即离子热扩渗的工艺参数。

（8）关于热喷涂工艺说法不正确的是：

（B）A喷涂完成后，在涂层内部存在残余张应力，其大小与涂层厚度成正比。

薄涂层一般比厚涂层更加经久耐用。

B热喷涂技术中涂层与基材的结合机理主要为机械结合或称“抛锚作用”，此外涂层与基体表面发生局部扩散和焊合形成冶金结合，因此其结合强度很高。

C热喷涂工艺的表面预处理可以直接决定涂层与基体的结合质量。

除了必要的清除基体表面污垢外还要进行粗化处理。

D热喷涂涂层的多孔隙是热喷涂涂层的固有缺陷，所以热喷涂的后处理包括封孔处理和致密化处理。

（9）关于电镀的实施方式说法正确的是：

（A）A挂镀主要用于外形尺寸较大的零件，滚镀主要用于尺寸较小、批量较大的零件，刷镀主要用于局部修复，而连续镀则用于线材、带材及板材的大批量生产。

B挂镀依靠自身重量来接通阴极，与滚镀相比最大优点是节省劳动率，提高生产效率，设备维修费用小且占地面积小。

C刷镀不需要电镀槽，具有设备简单，工艺灵便，沉积速度快，镀层与基材结合力好，镀后不需要后处理。

D连续电镀时，金属丝或带在镀槽中连续通过，电镀时间较短，但电镀液不允许使用较高的电流密度。

（10）关于合金共沉积的说法不正确的是（C）A在一个镀槽中，同时沉积含有两种或两种以上金属元素镀层称为合金电镀。

B共沉积应具备的两个基本条件就是：

两种金属中至少有一种金属能单独从其盐的水溶液中沉积出来，其次是它们的析出电位要十分接近或相等。

C电位越负的金属越优先沉积，甚至排斥电位较正的金属的析出。

D析出电位高的金属在镀层中所占的比例超过它在镀液中所占的比例就为正常共沉积。

五、简答题：

1.表面工程技术的内涵应包涵哪些方面?

（5分）答：

表面改性技术。

表面加工技术。

表面合成技术表面加工三维合成技术。

上述几个要点的组合或综合。

（2）表面工程技术的目的和作用是什么？

答：

表面工程技术的主要目的就在于通过表面处理使材料表面按人们希望的性能进行改质。

具体可概括为:

在不改变基体材料的成分,不削弱基体材料的强度（或削弱基体材料强度又不影响其使用）的条件下,通过某些物理手段（包括机械手段）或化学手段赋予材料表面特殊的性能,从而满足工程上对材料所提出的要求。

表面技术的作用就是改善或赋予表面各种性能，从而提高材料的使用性能。

一般来说，用表面工程技术可以改变的主要表面性能有：

一般机械性能、可加工性、抗磨性、保护性、热特性、电特性、电磁性、光特性、装饰性等。

（3）你认为哪种表面工程技术分类法较为合理？

我们认为表面工程技术具有强的工艺性，因此按工艺特点大致分类，可以把工程技术的特点比较清晰地体现出来，材料表面工程技术按工艺特点可分为：

电镀，化学镀，热渗镀，热喷涂，堆焊，化学转化膜，涂装，表面彩色，气相沉积，“三束”改性，表面热处理，形变强化，衬里等，2.为什么会造成表面原子的重组？

晶体表面是原子排列面，有一侧无固体原子键合，形成了附加的表面能。

从热力学来看，表面附近的原子排列总是趋于能量最低的稳定状态。

达到这个稳定态的方式有两种：

一是自行调整，原子排列情况与材料内部明显不同；

二是依靠表面的成分偏析和表面对外来原子或分子的吸附以及这两者的相互作用而趋向稳定态，因而使表面组分与材料内部不同。

（2）物理吸附与化学吸附的区别是什么？

物理吸附：

任何气体在其临界温度以下，都会在其和固体表面之间的范德华力作用下，被固体吸附。

但两者之间没有电子转移；

化学吸附：

气体和固体之间发生了电子的转移，二者产生了化学键力，其作用力和化合物中原子之间形成化学键的力相似，较范德华力大的多。

但并不是任何气体在任何表面上都可以发生化学吸附。

（3）试简要说明来宾杰尔效应有哪些显著特征。

（6分）答：

来宾杰尔效应有以下特征：

1.环境介质的影响具有很明显的化学特征，2.只要少量的表面活性物质就可以产生来宾杰尔效应。

3.表面活性熔融物的作用十分迅速。

4.表面活性物质的影响是可逆的，5.需要拉应力和表面活性物质同时作用才能出现。

6.任何固体都存在这种效应。

（4）提高零件的耐磨性的途径有哪些？

（5分）1.合理设计工程结构；

2.对零件磨损机理进行预测、分析和选择正确适当的耐磨材料；

3.对材料表面进行耐磨与减摩处理。

（5）控制腐蚀的途径有哪些？

（5分）答：

控制腐蚀的主要途经是：

提高材料热力学稳定性；

增强阳极极化；

增强阴极极化；

防蚀涂层保护。

具体措施有：

正确选材：

钝化：

缓蚀剂：

阴极保护：

涂料：

金属镀层：

非金属衬里：

控制腐蚀环境：

3.简述表面脱脂的方法有哪些？

（6分）答：

化学脱脂、有机溶剂脱脂、水剂脱脂、电化学脱脂。

4.简要说明表面淬火的基本原理。

（10分）答：

表面淬火技术采用特定热源将钢铁材料表面快速加热的Ac3（对亚共析钢）或者Ac1（对过共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。

（2）简要说明的感应加热表面淬火的基本原理。

表面淬火技术是指采用特定热源将钢铁材料表面快速加热的Ac3（对亚共析钢）或者Ac1（对过共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。

而感应加热表面淬火的基本原理就是利用感应线圈5.渗层形成的基本条件是什么？

由于渗层是基体金属原子和渗入元素原子相互扩散而形成的合金层，所以渗层形成条件是：

渗入元素与基体金属必须能形成固溶体或金属间化合物渗入元素与基体金属必须保持直接的紧密接触。

保持一定的温度，即保证一定的渗镀速度。

生成活性原子的化学反应必须满足热力学条件。

（2）简要说明渗层形成的机理。

（三个基本过程）（10分）答：

渗层形成的三个基本过程如下：

产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面。

反应物中的某些粒子被金属表面吸附，吸收，并发生界面反应，形成最初的表面固溶体或金属间化合物，建立热扩渗所必需的浓度梯度；

界面反应产生的活性原被金属表面层吸收并向纵深迁移，达到一定深度，此为扩散过程。

（3）形成热扩渗层（热渗镀）的基本过程是什么？

何谓渗镀的控制步骤？

一般来说，渗层形成的基本过程包括：

产生渗剂金属的活性原子并供给基体金属表面。

渗剂金属的活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属吸收。

吸收过程包括活性原子溶入基体金属中，形成表面固溶体层或金属间化合物层，即最初的渗层。

随着渗剂金属原子的继续吸附和吸收，已溶入的渗剂金属原子在渗镀的高温下向基体金属内部扩散，同时，基体金属原子也向渗层里面扩散，从而使渗层增厚，即渗层成长过程。

在渗镀的三个基本过程中，最值得注意的是进行最慢的那个步骤，或者说控制步骤，它决定了热渗镀的速度。

实践证明：

热渗镀过程的速度经常是由第一个步骤的速度或第三个步骤的速度所决定。

一般来说，在渗镀的最初阶段是由第一个步骤；

当渗层具有一定厚度后，渗镀速度就改由第三个步骤，（4）形成热扩渗层（热渗镀）的基本过程是什么？

形成热扩渗层的条件是什么？

形成热扩渗层的条件：

首要条件是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。

6.试述热喷涂粒子与基体表面的结合机理或者简述热喷涂涂层的结合机理？

涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内部的结合。

机械结合。

冶金-化学结合。

物理结合。

（1）热喷涂涂层组织的基本特点是什么？

喷涂层的形成过程决定了涂层的结构。

喷涂层是由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构。

涂层中颗粒与颗粒之间不可避免地存在一部分孔隙或空洞，涂层中伴有氧化物等夹杂。

由于涂层是层状结构，是一层一层堆积而成，所以涂层的性能具有方向性，垂