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表面工程复习资料一．名词解释（3X6=18）热渗镀：用加热扩散的方法把一种或几种元素渗入基体金属的表面，形成一扩散合金层，这种方法叫渗镀。所形成的镀层叫做渗镀层（简称渗层）或扩散渗镀层。热喷涂：将金属、合金、金属陶瓷材料加热到熔融或部分熔融，以高的动能使其雾化成微粒并喷至工件表面，形成牢固的涂覆层。转化膜：对金属进行化学或电化学处理所形成的含有该金属化合物的表面膜层。化学转化膜：化学转化膜的实质是金属处在特定条件下人为控制的腐蚀产物，即金属与特定的腐蚀液接触并在一定条件下发生化学反应，形成能保护金属不易受水和其他腐蚀介质影响的膜层。电化学氧化：在一定电解液中以金属制件为阳极，经电解，于制件表面形成一层具有防护性、装饰性或其它功能氧化膜的过程。深镀能力：镀液在特定条件下凹槽或深孔处沉积金属的能力。表面弛豫：表面上的原子会发生相对于正常位置的上、下位移（压缩或膨胀）以降低体系能量的现象称为表面驰豫。拜尔贝层：固体材料经切削加工后，在几个微米或者十几个微米的表层中可能发生组织结构的剧烈变化，使得在表面约10nm的深度内，形成一种非晶态薄层--拜尔贝（Beilby）层。缓冲剂：能够使溶液PH值在一定范围内维持基本恒定的物质。络合剂：能与金属离子或含有金属离子的化合物结合而形成络合物的物质。分散能力：在特定条件下，镀液使镀件表面镀层分布更加均匀的能力。亦称均镀能力。阴极性镀层：电极电位的代数值比基体金属大的金属镀层（仅有机械保护作用，没有电化学保护作用）。阳极性镀层：电极电位的代数值比基体金属小的金属镀层（机械保护、电化学保护作用）。二．简答题（5X10=50）1.表面工程技术的内涵：①.表面技术的基础和应用理论；②.表面处理技术，它又包括表面覆盖技术、表面改性技术和复合表面技术三部分；③.表面加工技术；④.表面分析和测试技术；⑤.表面工程技术设计2.前处理：包括清洁表面，除锈、除油、激活等；除锈：机械法：利用机械的方法使表面达到平整的同时除去表面的锈层，如喷砂、研磨、滚光、擦光。化学法：利用酸或碱溶液对金属制品进行强浸蚀处理，使表面的锈层通过化学作用和浸蚀过程中所产生的氢气泡的机械剥离作用而被除去。电化学法：在酸或碱中对金属制品进行阴极或阳极处理以除去锈层。除油：(1).有机物除油：1）.浸洗法：将工件浸泡在有机溶剂中并加以搅拌，油脂被溶解并带走不溶解的污物，各种溶剂均可使用2）.喷洗法：将有机溶剂喷淋于工件的表面上，油脂不断被溶解，反复喷淋直到油污全部洗净为止，除易挥发的溶剂外其他溶剂均可应用，但需要在密闭的容器内操作。蒸汽洗法：在密闭容器底部装入有机溶剂，工件悬挂在有机溶剂上面，将有机溶剂加热，溶液蒸汽在工件表面冷凝成液体并溶解油脂，连同油污一起滴落入溶剂槽中，除去工件表面上的油污。联合处理法：工件若采用浸洗——蒸汽洗法联合处理或浸洗——喷洗——蒸汽洗法联合处理，效果更好(2).化学除油：利用碱溶液对皂化油脂的皂化作用和表面活性物质对非皂化油脂的乳化作用来除去工件表面上的各种油污的。所以，除油液中一般含有碱性物质和表面活性物质。常用的有：氢氧化钠：具有很强的皂化作用但对金属有一定的氧化和腐蚀作用，碳酸钠：皂化作用弱，但对油脂层具有缓慢润湿和分散作用，且对金属无腐蚀作用。磷酸三钠：弱碱性，有一定的皂化能力和缓冲PH值的作用，而且也是一种良好的乳化剂，但对环境有污染水玻璃：弱碱性，有较强的乳化能力和一定的皂化能力乳化剂：OP-10、6501、6503洗净剂、三乙醇胺油酸皂(3).电化学除油：在碱性电解液中，金属工件受直流电的作用发生极化作用，使金属-溶液界面张力降低，溶液易于润湿并渗入油膜下的工件表面。同时，析出大量的氢或氧对油膜猛烈地撞击和撕裂，对溶液产生强烈搅拌，加强油膜表面溶液的更新，油膜被分散成细小油珠，脱离工件表面而进入溶液中形成乳浊液。电化学除油分为阳极和阴极除油，(4).超声波除油3.钢铁的化学氧化：将钢铁制件在空气中加热或浸入氧化性的溶液中，使之于表面形成通常为蓝（黑）色的薄氧化膜的过程。4.渗镀层形成的条件：①渗入元素与基体金属必须能形成固溶体或金属间化合物。②渗入元素与基体金属必须保持直接的紧密接触。③保持一定的温度，即保证一定的渗镀速度。④生成活性原子的化学反应必须满足热力学条件。5.热喷涂的分类方法：按照加热喷涂的材料的热源种类来分：按此可分为：①火焰类，包括火焰喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂；②电弧类，包括电弧喷涂和等离子喷涂；③电热法，包括电爆喷涂、感应加热喷涂和电容放电喷涂；④激光类，激光喷涂。6.磷化处理分类：①.按磷化膜种类分：可把磷化分为锌系、锌钙系、锌锰系、锰系、铁系、非晶相铁系六大类。②.按磷化膜质量分类：可分为重量级、次重量级、轻量级、次轻量级四种。表面处理的三个阶段。③.按磷化处理温度分类：高温磷化（90－98℃温度下处理10－30min）；中温磷化（在50－70℃温度下处理10－15min）；常（低）温磷化（在自然室温条件下的磷化，正常为10－35℃下的磷化）。④.按磷化处理工艺分类：主要有浸渍法、喷淋法和涂刷法7.表面处理的三个阶段：前处理：包括除油、浸蚀，磨光、抛光、滚光、喷砂、局部保护、装挂、加辅助电极等。中间处理：是赋予零件各种预期性能的主要阶段，是表面处理的核心，表面处理质量的好坏主要取决于这一阶段的处理。后处理：是对膜层和镀层的辅助处理。8.铬酸盐处理的目的：①.提高金属或金属镀层的抗腐蚀性能。②．避免金属表面受到手触污染。③．提高金属同漆层或其他有机涂料的粘附能力。④．获得带色的装饰外观。9.复合电镀：通过金属电沉积的方法，将一种或数种不溶性的固体颗粒，均匀地夹杂到金属镀层中所形成的特殊镀层就是复合镀层。这种制备复合镀层的方法，称之为复合电镀。10.电镀镍，电镀锌：11.镀锌、镀镍液的分类：镀锌液的分类：镀锌电解液可分为碱性和弱酸性两大类，国内外常用的有无氰锌酸盐镀锌、氰化物镀锌、铵盐镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀锌等。就国内而言，无氰锌酸盐镀锌仍是主流。近年来由于镀锌添加剂的性能的改进提高，氯化物镀锌和低氰光亮镀锌发展较快，而铵盐镀锌在继续下降。镀镍液的分类：镀镍液的类型主要有硫酸盐型、氯化物型、氨基磺酸盐型、柠檬酸盐型、氟硼酸盐型等。其中以硫酸盐型（低氯化物）即称之谓Watts（瓦特）镀镍液在工业上的应用最为普遍。瓦特镀镍液中硫酸镍是镍离子的主要来源，氯化镍一是帮助阳极溶解，二是提高溶液的导电率，硼酸在镀液中起缓冲作用，稳定溶液的PH值。三．判断对错题（1X10=10）四．大题（6+7+9=22）㈠.塑料电镀：1.工艺流程：去应力——脱脂——粗化——中和、还原、浸酸——敏化——活化——还原或解胶——化学镀——电镀①．去应力塑件注射后均存在应力，可用冰醋酸浸泡塑件测定内应力，在25℃下，将塑料件浸入冰醋酸中0.5-2min。如果发“白”，说明该处有应力；应力越大，发“白”现象越严重，需消除应力，否则工件在化学镀铜后易产生起泡、龟裂等缺陷。消除内应力的方法：将塑料件在50℃下恒温16h，使其内部分子重新排列以减少或消除应力。采用水和丙酮的混合液(4∶1)作整面剂，在18-25℃下浸渍5-10min，既可除应力，又能脱脂，还可使塑料粒子变成球形状态，能提高镀层的结合力。②．脱脂为了保证粗化时对溶液的均匀接触，需要将塑件上的油脂通过有机溶剂除油或化学除油方式去除掉。化学去油液配方：无水碳酸钠20-30g/L;磷酸三钠40-50g/L；洗净剂40-50g/L；T40-50℃；t20-30min。③．粗化一般通过采用高铬酸溶液将塑件表面粗化，使塑件表面由憎水变为亲水，增加表面与镀层间的结合力。化学粗化液配方：硫酸1000ml；铬酐180-200g/L；水400ml；t30min；T55-60℃。粗化时工件必须全部浸泡在溶液中，并不断搅拌，以保证粗化均匀。粗化时溶液中的Cr6＋被还原成Cr3＋，当溶液颜色变为绿色(Cr3＋＞15g)时，不能再使用，需更换新液。④．中和、还原、浸酸去除塑料表面强酸、强氧化物及杂质，用于活化前增加塑料表面的亲和力⑤．敏化将粗化后的塑件放入含有敏化剂的溶液中浸渍，使表面吸附一层容易氧化的物质，以便在活化时被“氧化”，在表面形成“活化层”或“催化层”。敏化质量对塑件电镀效果是关键因素。一般在塑件表面吸附还原性的两价锡离子，为活化作准备工作。敏化液的配方：氯化亚锡10-14g/L；盐酸40ml/L；锡条1根；T室温；t3-5min。由于氯化亚锡在中性水溶液中易水解，因此在配制时把氯化亚锡直接溶解在盐酸中，待氯化亚锡完全溶解后，再加水稀释到所需体积，如溶液出现白色混浊，需过滤才能使用。为了防止敏化液中二价锡被氧化而失去还原能力，配好的敏化液应放一些金属锡粒。⑥．活化活化液中进行活化的目的是在塑件表面产生有催化活性的贵金属薄层，如Ag等材质。活化液配方：硝酸银1.5-2g/L；氨水滴至溶液透明；T室温；t3-5min。⑦．还原或解胶活化清洗后要还原处理，提高表面活性，加快沉积，同时去除残留在表面的活化液，防止带入化学镀液中引起分解。还原液配方：甲醛(36-38％）1份；水9份；T室温；t5-30s。⑧．化学镀在塑件电镀前要形成导电性良好的金属镀层，镀层均匀，连续性好，保证电流可以形成回路，保证电镀进行。如化学镀铜。⑨．电镀一般采用铜、镍、铬三种金属多层电镀在塑件表面，形成表面装饰层。㈡.热渗镀（渗铝、渗锌）：1.定义：用加热扩散的方法把一种或几种元素渗入基体金属的表面，形成一扩散合金层，这种方法叫渗镀。所形成的镀层叫做渗镀层（简称渗层）或扩散渗镀层。2.渗层形成条件：①渗入元素与基体金属必须能形成固溶体或金属间化合物②渗入元素与基体金属必须保持直接的紧密接触。③保持一定的温度，即保证一定的渗镀速度。④生成活性原子的化学反应必须满足热力学条件。3.热渗镀铝：⑴目的：当钢中含铝量高于8％时，其表面能形成致密的铝氧化膜，具有良好的抗氧化性和抗蚀性。但钢中含这样高的铝时就会变脆。采用渗铝的方法既可保持钢件心部的韧性，又可提高表面的抗氧化性和抗蚀性。现在，渗铝主要用来提高钢铁，镍基和钴基高温合金的抗氧化性能，还能提高在含硫与含氧化性介质中的耐蚀性，在冶金，石油，化工，飞机，船舶，汽车等方面得到的广泛的应用。⑵热渗铝的工艺方法：固体粉末渗铝：将工件埋在粉末状的渗铝剂中，然后加热到900～1050℃保温数小时即可。渗铝剂一般由三部分组成：①铝粉或铝铁合金粉（提供铝原子的原料);②氧化铝粉(稀释填充剂，防止金属粘结的作用);③氯化铵（活化剂）。热浸渗铝（热镀铝和液体渗铝）：热浸渗铝就是把预处理过的工件浸入熔融的铝浴中，经保温一定时间取出，使其表面渗入一层铝。这种方法主要用于镀铝钢板、钢管、钢丝及某些钢铁制品的生产，以提高这些制品的耐蚀性及耐热性。热浸渗铝层的形成和组织特征：渗层基本可分为两层：最外层为富铝层，成分基本上同铝液；次层是Al、Fe合金层，主要是金属化合物Fe2Al5相，还有少量的FeAl3相，Fe2Al5相呈舌状伸入钢中。影响合金层厚度的因素：①铝液温度越高，合金层生长越快。②浸渗时间越长，合金层愈厚。③铝液及钢中的一些合金元素，也会影响镀层的性能。4.热渗镀锌：热镀锌层的形成要经历如下过程：①铁基表面被锌液溶解形成铁锌合金相层；②合金层中的锌原子进一步向基体扩散，形成锌铁固溶体；③合金层表面包络着一薄锌层。①.干法热镀锌：将预处理后表面清洁的钢材首先放在单独的溶剂槽内进行溶剂处理，烘干，然后将带有干燥溶剂层的钢材浸入到熔融Zn液中进行热镀，这时，在熔融Zn和钢基体表面之间发生浸润，溶解，化学反应和扩散过程，并在钢基体表面形成合金层。溶剂处理的目的是去除工件表面上残存的铁盐，将预处理后新生成的绣层溶解，活化钢材表面，降低熔融金属表面张力，提高锌液的浸润能力，增加镀层的结合力。干法热镀锌镀液中加入一定量的Al（0.1～0.2％），可使最初的镀层表面发亮，同时也减少了锌锅表面锌的氧化，还可改善镀层质量。②.氧化还原法热镀锌：先使钢材通过炉温为440～460℃的氧化