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洁净表面: 大块晶体的三维周期结构与真空间的过渡区,它包括所有不具有晶体内特征的原子层,为1个~几个原子层,厚度0.5~2nm
污染表面: 指被任何其它东西所污染, 或吸附其它原子、 分子的材料表面。
理想表面: 当一块无限大的无缺陷的晶体被分成两个半无限大的晶体时, 如果在分割面附近区域中的原子排列、 电子的密度分布都和分割前一样, 而且晶体在分割时没有原子进入或跑出分割面, 这个分割面就是理想表面
冶金结合: 覆层与基体之间经过熔融过程实现结合
扩散结合: 覆层与基材之间经过原子扩散结合
磨粒磨损: 指由于硬颗粒或硬突起物使材料迁移而造成的磨损
粘着磨损: 指当接触表面作相对运动时,由于固相微凸体的焊合作用使材料从一个表面转移到另一个表面造成的磨损
表面疲劳磨损: 指由于在表面上重复滚动或滑动时所产生的循环交变应力引起疲劳而使材料脱落的磨损
冲击磨损: 两固体表面间重复冲击作用下材料损伤和脱落的磨损形式
磨光: 是普通的利用砂粒、 刃口将M机械性切割下来的过程, 主要目的是去除金属零件表面的毛刺/砂眼/氧化皮/锈迹/沟纹等,使其具有一定的平整度和粗糙度
抛光: 是机械、 化学、 电化学结合过程, 主要目的是消除M零件表面的微观不平,使其具有镜面外观
电化学抛光: 指将工件作为阳极,浸于特定的抛光介质中并通以直流电进行抛光
化学抛光: 将工件浸于合适的的溶液中进行抛光.
干法热镀锌: 预处理干燥溶剂处理浸锌清洗
氧化还原法: 氧化/还原浸锌喷吹/冷却钝化处理涂油
气体碳氮共渗: 指在780～880℃同时渗入C/N原子,以渗碳为主的工艺
氮碳共渗: 指在520～580℃同时渗入C/N原子,以渗氮为主的工艺
QPQ工艺: 盐浴氮碳共渗＋氧化盐浴冷却＋抛光＋氧化盐浴
T.D工艺: 经过将钢铁材料置于硼砂熔盐浴中进行渗M(铬/钒/铌)的工艺
机械结合: 表面凸凹不平, 互相嵌合
扩散结合: 高温下发生原子扩散, 接合面上形成固溶体或金属间化合物
爆炸喷涂: 将一定比例的氧和乙炔送入枪内,后将氮气与粉末混合输入, 由火花塞点火,使混合气体燃烧爆炸,粉末被加热和加速,由枪口喷射到基体表面形成涂层的技术
超音速喷涂: 氧和乙炔(或煤油/丙稀/氢气)在燃烧室燃烧后被压缩/加速,喷向工件基体表面形成涂层的技术( 实质是火焰喷涂+超音速)
电镀: 指利用电化学的方法在零件表面沉积一薄层M或合金的技术
化学镀: 在无外加电流时含有欲镀M离子的溶液在还原剂的作用下使M离子还原成M而沉积在制品表面的方法。
镀液的分散能力: 镀液使镀件表面获得均匀镀层的能力
深镀能力: 电镀时对复杂镀件整个表面被覆盖的程度, 亦称覆盖能力
溅射镀: 指用高能粒子轰击靶表面,使撞击出的原子或分子沉积在基材表面形成薄膜
离子镀: 离子镀就是在镀膜的同时, 采用带能离子轰击基片表面和膜层的镀膜技术。
同质外延: 是指在单晶基体上成长出位向相同的同类单晶体
异质外延: 是指在单晶基体上成长出具有共格或半共格联系的异类单晶体
PVD: 在真空条件下, 以各种物理方法产生和原子或分子沉积在基材上, 形成薄膜或涂层
CVD: 利用含有薄膜元素的一种或几张气相化合物、 单质气体, 在衬底表面上令其进行化学反应, 生成固体薄膜的方法
磷化: 金属表面与稀磷酸以及磷酸盐溶液接触而形成磷化膜的过程
发蓝: 钢铁的化学氧化俗称发蓝处理
阳极氧化: 金属或合金的电化学氧化
微弧氧化: 经过电解液与相应电参数的组合, 在铝、 镁、 钛及其合金表面靠弧光放点的高温高压的环境中, 生长出陶瓷膜层
激光熔覆: 经过在基材表面添加熔覆材料, 并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法, 在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层
激光合金化: 激光表面会自化, 是激光束与材料表面互相作用, 使材料表面发生物理冶金和化学变化, 达到表面强化的方法
激光淬火: 激光淬火是利用激光将材料表面加热到相变电以上, 随着材料自身冷却, 奥氏体转变为马氏体, 从而使材料表面硬化的淬火技术
激光表面熔凝: 利用高能激光束加热材料, 使其表面薄层快速熔化和凝固的过程 二、 问答题
1、 表面工程技术目的与分类? 重点发展方向?
答: 目的: 1: 提高材料抵御环境作用能力2: 赋予材料表面某种功能特性3: 实施特定的表面加工来制造构件、 零部件和元器件等
分类: 1: 表面改性( 表面组织转化、 表面涂镀、 表面合金化) 2: 表面加工( 表面微细加工、 表面三维成型加工、 表面合成新材料)
发展方向: 离子技术、 激光技术、 复合技术
2、 表面净化的主要方法
答: 离子溅射法、 真空退火法、 表面预处理
3、 常见固体界面
答: 1: 固相晶粒尺寸和微观结构差异形成的界面; 2: 固相组织或晶体结构差异形成的界面; 3: 固相宏观差异形成的界面
4、 物理吸附与化学吸附
答: 物理吸附: 由范德华力所引起的,吸附力弱,无选择性,不需要吸附活化能,在低温下即可发生,吸附层的结构与吸附分子基本相同; 化学吸附: 由化学键力所引起的,吸附力强,具有选择性,需要吸附活化能,在较高温度下发生,吸附层的结构为新的化合态。
5、 莱宾杰尔效应及其特征
答: 定义: 因环境介质影响及表面自由能减少导致固体强度、 塑性降低的现象
特征: ①只要少量表面活性物质即可产生效应;②具有选择性特征;③作用很迅速;④影响是可逆的;⑤需要拉应力和表面活性物质同时起作用
6.磨粒磨损的主要类型及特征。
答: ①低应力磨粒磨损特征: 材料表面上出现短的沟槽
②高应力磨粒磨损特征: 表面上发生深擦伤,出现塑性变形,由于粒子压入引起的磨损
③犁沟磨损特征: 由于重复冲击从材料表面上凿出较大的颗粒切削
④抛光磨损特征: 这种磨损使表面逐渐剥落,最后零件尺寸减薄以致报废表面无明显擦伤/断裂或塑性变形一般在粒子粒度<3μm的硬粒子作用下发生
7.磨粒磨损过程的影响因素
答: 1)磨粒特性①磨粒硬度的影响②磨粒形状和粒度( 磨损率: 尖锐型>多角形>圆形; 当磨粒在某一临界尺寸以下时,材料的体积磨损率随磨粒尺寸增加而增加当磨粒超过这一临界尺寸时,材料磨损率增幅显着降低)
2)材料力学性能与微观组织材料的耐磨性能主要取决于其硬度,特别是磨损后的表面硬度。
同等硬度:奥氏体/贝氏体的耐磨性>珠光体和马氏体钢中夹杂物和内部缺陷使表面容易产生剥落/开裂而降低耐磨性
3)工况和环境条件主要指工作速度/载荷/磨损距离/磨粒冲击角/以及环境湿度/温度和腐蚀介质等条件对磨损过程的影响
8.粘着磨损的主要类型及影响因素
答: 类型: ①微动磨损②撕脱磨损③咬死④擦伤
影响因素: ①润滑条件或环境a) 良好的润滑条件是降低粘着磨损的重要保障
b)金属摩擦副在真空中的粘着磨损远大于普通大气环境的磨损
②硬度纯金属和加工硬化率低的单相合金组成的摩擦副易发生粘着
③晶体结构和晶体互溶性a)摩擦系数方面:密排六方<面心立方<体心立方
b)周期表中相距较远的元素不易互溶,也不易粘着
④温度
9.实现固体润滑的方法
答: ①固体粉末R②固体R覆膜③自R复合材料
10.提高零件耐磨性的途径
答: 1)设计方面经过合理设计降低对磨材料的交互作用力,降低摩擦力或摩擦系数
a)加防护层b)置换或转移原理c)提高表面硬度d)降低表面应力
2)选材方面a)钢结硬质合金b)司太立合金c)高锰钢3)表面耐磨和减摩处理
10.除油的主要方法
答: 1、 碱性化学除油(化学脱脂)2、 电化学除油3、 有机溶剂除油4、 水剂除油脂
11.钢铁酸洗采用硫酸和盐酸有何区别?
答: 没找到百度: 盐酸腐蚀性比硫酸强, 各氧化皮能较快溶解, 对金属基体侵蚀减弱
12、 以45钢为例说明表面淬火的组织与性能特点
答: 组织——T高于Ac3,淬火获得MAC1和AC3之间,C获得M＋F
T低于AC1,保留原始组织P+F
性能特点: 1: 表面C层的硬度比普通C工艺的高2~3HRC; 2: 表面C层的耐磨性也比普通C的高; 3: 表面C层的疲劳强度明显高于普通C。
13、 表面淬火与整体淬火的区别?
答: 表面C时零件的加热速度和冷却速度都很快①高的加热速度使AC3和ACm大幅提高,而对AC1提高有限; ②快速加热时,A不均匀化程度增加
加热速度越快, 奥氏体晶粒越细、 硬度越高。
快速加热淬火后的回火温度一般应比普通回火温度略低
14、 激光表面淬火的特点
答: 加热速度快;不需要C介质;工件变形小;易于自动化.1、 淬硬层组织细化, 硬度比常规淬火高15％～20％, 耐磨性提高1～10倍。2、 能精确控制硬化层深度, 工件变形小, 表面无氧化脱碳3、 只要激光能照射到的部位都可实现表面硬化处理。4、 加热速度快、 自动化程度、 生产效率高。5、 需对工件表面预处理, 以增加工件吸收激光的能力。6、 设备较贵。
15、 表面形变强化的原理及对材料表面性能的影响
答: 原理: 经过塑性变形产生加工硬化,并产生很大的残余应力, 从而提高工件表面强度/疲劳强度和抗应力腐蚀能力
影响: a)硬度动能越大,则变形层深度越大,喷丸后零件的表面硬度也越大
b)粗糙度零件表面痕迹不同于切削加工表面,没有方向性,有利于提高零件疲劳强度
c)疲劳寿命与抗腐蚀能力( 提高疲劳强度提高抗应力腐蚀能力)
16、 渗层形成的基本条件及形成过程
答: 形成条件: ①渗入元素必须与基体金属形成固溶体或金属间化合物; ②欲渗元素与基体金属之间必须直接接触; ③欲渗元素在基体金属内要有一定的渗入速度,不然没有工业价值;
④提供渗入元素活性原子的化学反应必须满足热力学条件
形成过程: ①产生渗入元素(渗剂)活性原子并提供给金属表面; ②活性原子在金属表面吸附并被表面吸收; ③活性原子在金属内部的扩散
17、 描述低碳钢渗碳后缓冷和快冷后从表层到心部的组织特征
答: 缓冷: P+Fe3C||PF+P快冷: M+Fe3C||MF+P
18、 38CrMoAl钢气体氮化后的组织及性能特点
答: 550摄氏度保温由表及里组织: ε-γ-α
冷却至室温组织: ε+γ’-γ’-α+γ‘-心部性能特点: 具有高的表面硬度(950~1200HV)和耐磨性;并可在500℃以下长期保持高的疲劳强度和抗咬合性能氮化T低(480～570℃),且渗层直接获得高硬度,不需要C,工件变形小
19、 钢铁表面热镀锌的镀层结构及影响渗层质量的因素
答: 镀层结构: 由表及里为近似纯Zn层+铁锌化物层+Zn在Fe中的固溶体
影响因素: a)锌液T:高的浸锌T(>465℃)使渗层塑性降低,锌锅寿命缩短; 低的T(<440℃),锌液的粘度增加,浸锌层厚度及不均匀性↑。b)浸渍时间: 一般浸渍时间增加4倍,合金层重量增加1倍。c)抽出速度: 过快使工件带出的锌液过多,附着在工件表面,使其凸凹不平。过慢使工件表面的纯锌层太薄,渗层几乎全为铁锌合金,塑性很低
20、 热渗铝层的主要性能特点及应用
答: 性能: 抗氧化性: 渗铝后钢的使用温度可提高200℃, 渗铝层要有高的抗氧化性
耐蚀性: 是当前提高钢耐硫化物腐蚀最有效的手段之一应用: 主要是提高机件的耐热、 耐蚀性能。
21、 离子渗氮与普通氮化相比有何特点?
答: ①渗速比较快,可在较低的T下进行; ②可经过电参数/渗剂气体成分和压力的调节来控制所获组织; ③氮化处理材料范围加宽.如易形成钝化膜的不锈钢可实现氮化; ④减少环境污染,无需清洗生产效率高;易实现工艺过程计算机控制
22、 T.D法渗层的性能
答: ①高硬度②高耐磨性③高的抗氧化性及耐蚀性④抗热粘结性⑤韧性
23、 热喷涂涂层的微观结构及涂层结合方式
答: 结构: 大量扁平颗粒＋部分未熔球形颗粒＋夹杂(黑色细长物)＋孔隙(黑色)组成
结合方式: 机械结合( 表面凸凹不平, 互相嵌合)
扩散结合( 高温下发生原子扩散, 接合面上形成固溶体或金属间化合物)
物理结合( 界面两侧原子见距离达到原子晶格常数范围, 涂层与基体间形成范德华力)
冶金结合( 基体的某些区域达到熔点)
24、 提高热喷涂涂层结合力的工艺措施
答: 1、 喷涂粒子尺寸控制; ( 到达基体时为液态) ; 2、 粒子发行速度足够大, 是碰撞产生足够的动能; 3、 基体表面洁净并有一定的粗糙度; 4、 尽量提高碰撞时的的接触温度和高温停留时间; 5、 防止扁平粒子与基体表面产生残余应力
25、 热喷涂工艺对涂层材料的基本要求
答: 1.涂层材料必须满足设计要求2.涂层材料具有良好的物理性能
3.涂层材料具有良好的稳定性4.涂层材料应满足工艺及设备的要求
5.涂层材料应是无剧毒性和无产生爆炸的可能性
26、 自熔性合金喷涂材料的性能特点
答: 熔点低脱氧和造渣性能好润湿性、 流动性好涂层耐磨性好
27、 喷涂与喷焊的主要区别
答: 工件受热情况不同; ( 重熔温度可达1000℃, 变形、 退火)
与基体结合状态不同; ( 几十MPa提高到400MPa左右)
所用粉末材料不同; ( 喷焊需自熔性粉末)
喷涂层结构不同; ( 喷焊层致密无孔隙)
承载能力不同; ( 喷焊层能承受冲击载荷和较高接触应力, 可适于线接触场合,
而喷涂层只适合面接触)
28、 激光熔覆的工艺及性能特点
答: 定义: 指用J束在选定工作表面熔覆一层特殊性能的材料以改进表面性能的工艺
性能特点: ①熔覆层稀释率低,且能够精确控制
②基材的热影响区及热变形均可降低到最小程度
③J覆层组织细密,微观缺陷少,结合强度高,性能好
④覆层的尺寸大小和位置能够精确控制
⑤对环境无污染/无辐射/低噪声,改进了劳动条件
29、 热喷涂涂层质量评定的主要指标
答: 涂层厚度孔隙率结合强度涂层显微结构
30、 电镀的基本原理与过程
答: 原理: 是在外加直流电流的作用下,溶液中的M离子在阴极表面得到电子而被还原为M并沉积于其表面的过程
过程: 液相传质、 电化学还原( 前置转换+电荷转移步骤) 、 电结晶
31、 电镀液的基本组成及性能评价参数?
答: 组成: 主盐+阳极助溶剂+缓冲剂
性能评价参数: 电流效率( 电镀时阴极实际析出的M量与理论析出量之比)
分散能力( 镀液使镀件表面获得均匀镀层的能力)
整平能力( 微观上, 镀液使镀层轮廓光滑的能力)
深镀能力( 电镀时对复杂镀件整个表面被覆盖的程度, 亦称覆盖能力)
32、 合金电镀的原理及其特点
答: 原理: 指在同一镀槽中,同时沉积出含有两种或两种以上金属的镀层
是在外加直流电流的作用下,溶液中的两种或两种以上M离子在阴极表面得到电子而被还原为M并沉积于其表面的过程
特点: (1)可制取高熔点金属和低熔点金属组成的合金;
(2)可制取平衡相图没有的、 与冶炼合金明显不同的物相;
(3)可获得近年来人们广泛关注的非晶态合金, 如Ni-P合金
(4)单独从水溶液中不能析出的金属, 如磨损、 Mo、 Ti等能够合金形式析出
(5)合金电镀中还出现电位较负的金属先析出的特异现象。如: Zn-Fe、 Zn-Ni
33、 与电镀相比化学镀有何特点?
答: 特点: ①适用的基体更广泛,除M外,可用于非金属和半导体
②不用加直流电源,无论制品形状多复杂,均可获得厚度均匀的镀层
③镀层致密,孔隙少/硬度高
34、 P对化学镀镍层结构及性能的影响? 化学镀镍层的应用
答: 结构的影响: P<4.5％时, Ni-P结构与Ni相似, 晶态( Ni的过饱和固溶体)
P＝5～6％时, 仍为晶态, 晶粒更细小, 完整性稍差;
P＝7～8％时, 晶态→非晶态过度阶段( 微晶结构) ;
P>9％时, 非晶态
性能的影响: 低P(2-5%): 硬度高, 耐磨, 孔隙率稍高;
中P(6-9%): 硬度高于高P, 孔隙率低于低P, 外观光亮
高P(>10%): 优良的耐蚀性; 热处理后硬度高
应用: ①模具工业中应用( 保证硬度和耐磨性, 且有固体润滑的效果)
②石化工业中的应用
③汽车工业中的应用( 耐磨性镀层、 塑胶制品电镀前处理)
35、 复合镀的基本方法? 化学镀与电镀镍基复合材料镀层的工艺比较
答: 定义: 在电镀或化学镀溶液中加入非水溶性固体微粒,并使其与主体M一起沉积在基材上的镀覆工艺方法: ①弥散沉积法:使微粒弥散悬浮在镀液中与M离子一起共沉积
②沉积共析法:让大或重的粒子先沉积于基材表面,然后经过析出的M填补粒子间隙.比较: 1.为获得一定量的复合微粒, 化学镀镀液中微粒含量为低浓度, 而电镀则要求高浓度; ( 化学镀的复合率高) ; 2.电镀时添加表面活性剂可提高复合量, 而化学镀添加表面活性剂对复合率无影响; 3.对形状复杂的零件, 化学镀可获得均匀的镀层, 而电镀时, 厚度和复合率都与电流密度有关, 会造成复合率的不均匀性; 4.镀层的基体成分不同: 化学镀为Ni-P或Ni-表面, 而电镀为N
36、 离子镀的基本原理及特点
答: 原理: 借助于一种惰性气体的辉光放电使金属或合金的蒸汽离子化, 离子经电场加速而沉积在带负电荷的基体上。特点: ①结合力高②均镀能力强③能够获得合金或化合物,基体材料和镀膜材料能够广泛搭配④沉积速度快且无公害
37、 离子镀Al取代电镀Cr的可行性分析
答:
类型特征
电镀
离子镀Al
硬度/HV
外观
厚度/um
速度
污染
基体温度
可镀层范围
特征用途
结合强度
成本
设备投资
批量性生产
镀Cr小于800
白光洁
6---10
慢
有污染
几十度
纯金属及合金各20种左右
抗蚀、 耐磨、 装饰、 润滑镀层
机械结合不牢固
低
低( 几万元)
适合
镀AlN大于1500
白光洁
3---12
快
无污染
300---500度
各种复合涂层
能做金属及各种复合镀层
价键结合, 牢固
低
高( 几十万元)
适合( 做好夹具设计)
38、 CVD常见的化学反应类型? 设计制备梯度膜Ti/TiN的反应式
答: ( 1) 热分解或高温分解反应( 2) 还原反应( 3) 氧化反应
( 4) 水解反应( 5) 沉积难熔的碳化物或氮化物
( 6) 合成、 综合反应, 生成半导体薄膜 ( 7) 基体直接参与反应
39、 与普通CVD相比, PCVD有何特点?
答: ①沉积T低;可在不耐高温的材料上实现沉积; ②膜与基材结合力高,成膜速度快;
③可制膜层材料范围广
40、 PVD和CVD两种工艺的对比
答: ( 1) 工艺温度高低是CVD和PVD之间的主要区别。( CVD的温度高)
( 2) 结合强度( CVD的更好些) ( 3) 绕镀性( CVD的更好些) ( 4) 薄膜厚度( CVD镀层往往厚度在7.5μm左右, PVD镀层厚度一般在2～5μm。) ( 5) CVD存在副产物的污染
( 6) 成本: ( 采用PVD要比CVD代价高)
41、 磷化膜的形成机理
答: 钢铁件浸入磷化液, 钢铁工件是钢铁合金, 在磷酸作用下, Fe和FeC3形成无数原电池, 在阳极区, 铁开始熔解为Fe2+, 同时放出电子。在钢铁工件表面附近的溶液中Fe2+不断增加, 当Fe2+与HPO42-, PO43-浓度大于磷酸盐的溶度积时, 产生沉淀, 在工件表面形成磷化膜。
42、 Al表面着色的主要方法
答: 1电解着色法( 电镀。铝件作阳极, 铁作阴极, 用碳酸氢钠作电解液进行电解) 2化学着色法3自然着色法4粉末喷涂着色法。
43、 阳极氧化和微弧氧化后结构与性能的差异?
答: 阳极氧化后的铝或其合金, 提高了其硬度和耐磨性, 良好的耐热性, 优良的绝缘性, 增强了抗腐蚀性能。微弧氧化处理后的铝基表面陶瓷膜层具有硬度高( HV>1200) , 耐蚀性强( CASS盐雾试验>480h) , 绝缘性好( 膜阻>100MΩ) , 膜层与基底金属结合力强, 并具有很好的耐磨和耐热冲击等性能。
44、 激光淬火层的组织及影响淬硬层性能的主要因素
答: 原始组织为细片状珠光体、 回火马氏体或奥氏体的工件, 激光淬火后得到的硬化层较深; 而原始组织为球状珠光体的工件只能得到较浅的硬化层; 原始组织为淬火太的基材激光淬火以后硬度最高, 硬化层也最深。
45、 激光熔覆的特点及与激光合金化的比较
答: 激光合金化特点: 以基体为溶剂合金化元素为溶质形成合金层。
激光熔覆特点: 同其它表面强化技术相比: 冷却速度快; 热输入和畸变较小, 涂层稀释率低, 与基体呈冶金结合; 能进行选区熔覆, 材料消耗少, 具有卓越的性能价格比; 光束瞄准能够使难以接近的区域熔覆。