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《表面技术概论》总结复习题第二章表面科学基本概念及理论固体表面：通常指固---气界面或固---液界面，一般由凝聚态物质靠近气体或真空的一个或几个原子层组成。界面：一般指两相交界处，严格来讲固固、液液、固液、气液、固液交界处皆为界面。晶界：结构相同而取向不同晶体之间的界面，晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界。相界：由结构不同或结构相同而点阵参数不同的两块晶体相交接而形成的界面。理想表面：是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。清洁表面：指没有被其它任何物质污染，也没有吸附任何不是表面组分的其它原子或分子的表面，是我们在预处理后中想要得到的表面。实际表面：理想的表面是不存在的，清洁的表面是难以制备的，实际的表面存在缺陷、杂质等现象。机械加工表面：在磨削、研磨、抛光等机械作用下，金属表面能形成特殊结构的表面层。表面驰豫：表面的原子周期性突然破坏，表面上的原子会发生相对于正常位置的上、下位移以降低体系能量，表面上原子的这种位移称为表面驰豫。表面重构：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。表面台阶机构：表面原子形成台阶结构。表面粗糙度：是指加工表面上具有的较小间距的峰和谷所组成的微观几何形状误差，也称微观粗糙度。指在较短距离内(2～800μm)出现的凹凸不平(0.03-4μm)。贝尔比层：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，形成晶格畸变薄层。表面吸附：指固体表面吸引气体的一种结合，又有物理吸附和化学吸附。物理吸附：靠范德华力作用，物理吸附对温度比较敏感，低温下的单层有序结构，吸附分子结构无变化。化学吸附：则形成化学键结合，存在电子转移，结合强度比物理吸附大许多。固体的表面张力与自由能：处于界面上的原子除受到来自内部自身原子的作用力外，还受到外部介质分子(或原子）的作用力。显然其力是不平衡的，若外部为真空更是如此。这使得表面原子偏离正常的平衡位置，从而牵动着附近的几层原子，造成表层产生畸变，表面的各种缺陷更加重了这种畸变。这样就使表层原子的能量比内部的要高很多，体系自由能降低，缩小界面张力。表面扩散：原子或分子沿表面的二维迁移。表面缺陷：金属表面局部物理或化学性质不均匀的区域。表面缺陷是原子活性较高的部位，常常成为金属腐蚀的始发处。1.解释清洁表面的结构？清洁表面的结构有：驰豫、重构、偏析、化学吸附、化合物、台阶。2.分析材料表面吸附方式的影响因素？物理吸附：靠范德华力作用，物理吸附对温度比较敏感，低温下的单层有序结构，吸附分子结构无变化。化学吸附：则形成化学键结合，存在电子转移，结合强度比物理吸附大许多。3.分析金属铁的表面氧化方式？化学腐蚀和电化学腐蚀4.金属材料在工业环境中被污染的实际表面是怎样的？5.分析影响表面能的因素？无缺陷的晶体被分成两个半无限大的晶体，分割前后的原子排列、电子密度不变；表面原子能量大于内部，既为表面能。6.黏着固体与固体接触时有何表面现象。黏着固体与固体接触时的表面现象，产生两个新的表面。消耗的能量称为黏附功，表征固体与固体吸引强度。7.分析最常见的几种界面类型。1）基于固相晶粒尺寸和微观结构差异形成的界面。2）基于固相组织或晶体结构差异形成的界面。3）基于固相宏观成分差异形成的界面第二章有关腐蚀与磨损的基本概念及理论材料表面失效的主要形式：1）吸附现象2）润湿及黏着3）金属表面反应化学腐蚀：是金属在干燥的气体介质中或不导电的液体介质中(如酒精、石油等)发生的腐蚀，腐蚀过程中无电流产生。电化学腐蚀：是指金属在导电的液态介质中因电化学作用导致的腐蚀，在腐蚀过程中有电流产生。金属材料氧化膜的生长方式：(1)直线生长规律(2)氧化膜的抛物线生长规律(3)氧化膜的对数生长规律。金属的电极电位：金属材料与电解质接触，将发生电化学反应，这种金属电极与溶液界面之间存在的电位差就叫做金属的电极电位。金属表面的钝化：金属表面状态的改变引起金属表面活性的突然变化，使表面反应(如金属在酸中的溶解或在空气中的腐蚀)速度急剧降低的现象，就称为钝化。金属表面活化过程：是钝化的相反过程。(1)金属表面净化(2)增加金属表面的化学活性区。材料的磨损：指相对运动的物质摩擦过程中不断产生损失或残余变形的现象。材料或体系的耐磨性高低：一般用摩擦系数来表征。摩擦系数μ应该属于材料常数之一。按照实际工作条件的差别，可以将摩擦分为四类：即干摩擦、边界润滑摩擦、流体润滑摩擦和滚动摩擦。按照磨损机理的不同，可以将磨损分为：粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损、冲蚀(包括气蚀)磨损和高温磨损七大类。粘着磨损：两个金属零件表面直接接触，没有形成完全润滑时的磨损。磨粒磨损：两个零件表面存在尘埃、金属屑或积碳等坚硬的磨粒时造成的磨损。疲劳磨损：两种材料相对运动（滚动或滑动）时，接触区受到循环应力的作用。当循环应力超过材料解除疲劳强度，形成疲劳裂纹，造成表面层局部脱落。腐蚀磨损：表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，并伴随机械作用而引起的材料磨损现象，称为腐蚀磨损。表面预处理种类：表面整平、表面清洗、磷化、钝化、喷砂喷丸。1.解释腐蚀原电池的原理？在电解液中的两种电极电位不同的金属直接接触形成了腐蚀原电池，不一定非要导线连接。2.分析金属材料腐蚀控制及防护方法。1）产品合理设计与正确选材2）电化学保护（阳极保护、阴极保护）3）表面覆层及表面处理（阳极性金属覆层、阴极性金属及非金属涂层)4）加入缓蚀剂。3.耐磨性属于材料的固有特性吗？与什么因素有关？耐磨性不像力学性能和物理性能那样属于材料的固有特性，而受到摩擦学系统中接触条件等多方面因素影响，是一个系统性质。材料的磨损始于表面，表面性能是决定材料耐磨性的关键。4.分析提高零件耐磨性的途径。1）工程结构的合理设计2）零件磨损机理预测、分析和耐磨材料的选择3）材料表面耐磨与减摩处理5.在施用表面技术之前为何要进行表面预处理？表面预处理就是恢复材料表面和内部差别的过程，使表面洁净并处于活性状态！影响涂层性能；影响附着力，所以在施用表面技术之前要进行表面预处理。6.表面平整、清洗、表面磷化处理、表面钝化、喷砂有何作用？恢复材料表面和内部差别的过程，使表面洁净并处于活性状态！影响涂层性能；影响附着力。7.分析表面工程技术预处理的作业环境？1）一般无特殊要求→通风、清洁。2）应用于微电子工业的表面工程技术，对作业环境有特殊的要求：①工艺的精细化、②材料的超纯化③设备的精密化④加工环境的超净化。是产品性能和质量的重要保障之一。3）玷污引起的缺陷密度，就必须净化空气，洁净加工工具和传输系统。4）实现低温热处理以及减少来自加工人员的污染。第三章电镀电镀：指在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成具有一定性能的金属镀层的过程。普通电镀：主要是指常规单金属电镀，以区别于复合电镀、合金电镀、电刷镀等。合金电镀：在阴极上同时沉积出两种或两种以上金属，形成结构和性能符合要求的镀层的工艺过程，能获得单一金属无法获得镀层。复合电镀：用电镀方法使固体微粒与金属共沉积从而在基体上获得基质金属上弥散分布微粒结构的复合镀层。化学镀：化学镀镍也称为无电镀镍，是一种不使用外电源，而利用还原剂使溶液中的镍离子在基体表面还原沉积的化学处理方法。极化：电极上有电流通过时，电极电势偏离其平衡值的现象。电极电位：是指以该电极为阳极，以标准氢电极为负极构成原电池，所测得原电池的电动势(即原电池开路时两个电极之间的电位差)，因此又称为标准电极电位。1.解释电镀工艺过程及金属的电沉积过程？电镀工艺过程：工件、机械处理、化学处理、电镀、预镀、电化学处理、镀后处理。金属的电沉积：在电场的作用下，金属的电沉积发生在电极和电解质溶液的界面上，沉积过程含有相的形成现象。金属电沉积的基本原理就是关于成核和结晶生长。2.电镀液的主要组成是什么？电镀液的主要组成：(1)主盐：镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，用于提供金属离子。(2)导电盐：能提高溶液的电导率，对放电金属离子不起络合作用的碱金属或碱土金属的盐类。(3)络合剂：在电镀生产中，一般将能络合主盐中金属离子的物质。(4)缓冲剂：是指用来稳定溶液酸碱度的物质。3.铬、镍、锌、铜镀层的作用是什么？铬镀层：银灰色金属，在大气中具有强烈纯化能力，能经久不变色，有极高的硬度和优良的耐磨性、耐蚀性及耐热性，化学稳定性好。锌镀层：银白色的金属，有良好的化学稳定性，耐碱但不耐酸，长期暴露易变色，一般作为镀铬的底层使用。锌镀层：银白色金属，在干燥空气中很稳定，能溶于酸、碱，可提供机械保护和电化学保护。铜镀层：铜是玫瑰红色金属，在空气中容易氧化，失掉颜色和光泽，电极电位高，仅能做中间层，防腐、耐磨中不太常用。4.合金电镀与热冶金及普通电镀（单金属电镀）相比有何特点？1）能获得单一金属所没有的特殊物理性能，如导磁性、减摩性、钎焊性。2）合金镀层结晶更细致，镀层更平整、光亮。3）可以获得非晶结构镀层。4）合金镀层可具备比组成他们的单金属层更耐磨、耐蚀，更耐高温，并有更高硬度和强度，但延展性和韧性通常有所降低。5）不能从水溶液中单独电镀的W,Mo,Ti,V等金属，可与铁族元素（Fe,Co,Ni）共沉积形成合金。6）独特外观。通过成分设计和工艺控制，可得到不同色调的合金镀层的装饰效果。5.影响电镀质量的因素有哪些？简单分析各因素的影响作用？(1)电镀前处理是否良好电镀前处理的每道工序都会直接影响到电镀层质量等。(2)电镀溶液的本性电镀液的性质,组成各成分的含量以及附加盐,添加剂的含量等。(3)基体金属的本性电镀层金属与基体金属的结合是否良好,与基体的化学性质有密切关系。(4)电镀过程电流密度,温度,送电方式,移动和搅拌等(5)电镀后处理电镀后对工件的清洗,钝化,除氢,抛光,保管方法都会继续影响电镀层的质量。(6)电镀电源一般的直流电源不能满足越来越高的工艺要求,可使用周期换向电流等对镀层质量产生明显改善。第四章金属的化学处理（化学转化膜）转化膜形成方法：将金属工件浸渍于处理溶液中，通过化学或电化学反应，使被处理金属表面发生溶解并与处理溶液发生反应，在金属表面上形成一层难溶的化合物膜层。转化膜与电镀层、化学镀层或有机涂层等其它表面处理层相比的区别:转化膜：①基体金属发生溶解、参与反应②形成的是“难溶的化合物膜层”③不改变金属外观。磷化膜的性质：高温磷化法从磷酸锰中得到的磷化膜具有较好的防护性。磷化膜一般只有配合其它处理时，防护性才大大提高，特别是作为有机涂层基底非常有利，其防护性有时大于金属镀层。铝的电化学（阳极）氧化机理：人工形成阳极氧化膜是在电解池中进行的,铝制件为阳极。通上直流电后，阳极析出氧气，阴极析出氢气。阳极上析出的氧大部分与铝作用生成了Al2O3(氧化膜)。铝的电化学（阳极）氧化膜的生成过程：是两个不同过程同时进行的结果：一个是电化学过程，它产生氧并与铝作用生成Al2O3，另一个是化学过程，生成的Al2O3膜被电解液溶解成为多孔层。铝的阳极氧化膜吸附着色法：阳极氧化膜层是最理想的着色载体，主要着色方法分为自然显色法、吸附着色法和电解着色法三类。第五章表面涂敷技术涂装定义：用有机涂料通过一定的方法涂覆于材料或制件表面，形成涂膜的全部工艺过程。涂料的主要功能：1)保护作用2）装饰作用3）标志作用4）色彩调节5）特种功能涂料的组成：1）成膜物质（天然树脂、天然油脂、合成树脂）2）颜料（着色、防锈颜料）3）溶剂（有机物或水）4）助剂（固化剂、催干剂）涂料种类：1)溶剂挥发类2)固化干燥类涂料产品如何命名：涂料名由颜色或颜料名称+成膜物质名称+基本名称组成。涂装工艺过程：涂装预处理、涂装、干燥固化。静电喷涂：是用静电喷枪使油漆雾化并带负电荷，与接地的工件间形成高压静电场，静电引力使漆雾均匀沉积在工件表面。电泳涂装：将电泳漆用水稀释到固体分为10-15%左右，加入电泳槽内，将工件浸入作为电极，通以直流电时电泳漆中的树脂和颜料移向工件，沉积在工件表面，烘干后形成均匀的漆层。粉末涂装：以粉末形