材料表面技术

《材料表面技术》复习纲要

常见问题

1. 机械磨光和机械抛光作用有何不同?

●磨光会消耗被磨材料，抛光不会消耗被抛材料。

●磨光是除去宏观缺陷，抛光只是提高表面光洁度，微观缺陷。

●抛光的光亮度比磨光更高更亮。

2. 总结除油（有机溶剂除油、化学除油、水基清洗剂除油、电解除油）的基本配方和特点，为什么电解除油速度比化学除油快？

●有机溶剂除油：

配方：有机烃类，有机氯化烃类

特点：有机溶剂适应性宽，无论动物性，植物性，矿物油都可以溶解。

除油速度快。

除油难以彻底，故多用于油污严重的工件。

●化学除油：

配方：碱性溶液加乳化剂

特点：设备简单，操作容易，成本低，无毒也不会燃，但需要加热。

●水基清洗剂：

配方：表面活性剂的水溶液

特点：与化学除油相比，减少了加热的能源消耗，与溶剂除油相比避免了燃料消耗。无毒，无刺激性气味，改善劳动条件。

●电解除油：

配方：氢氧化钠，碳酸钠等

特点：电解除油速度比化学除油快得多，除油彻底。

答：电解除油主要通过镀件表面电解产生的氢气，氧气剥离作用，再加上除油剂的辅助效果达到除油效果。而化学除油主要依靠除油剂除油。

3. 工件进行镀前预处理的作用是什么？有哪些镀前

预处理工序，在生产过程中应该怎样使用？预处理工艺流程的一般原则。电镀的一般预处理工艺流程。

1.为了后期的镀层工艺更加顺利和良好的进行。

2.整平（磨光，抛光等），除油（电解，化学等），浸蚀（浸在酸中），表整（表面调整，表面活化（酸，浸蚀）等）

3.强浸蚀前应先除油。

工件表面矿物油，磨光膏等过多时，应先有机溶剂除油，再利用化学或电解补充除油。应重视水洗。

酸洗液的不同浓度，温度，种类对钢铁件有不同的浸蚀作用。

弱浸蚀前最好先进行一次电化学除油。

表整永远是最后一道工序。

绝不能把酸性物质带入氰化电镀液中，会产生氢氰酸（剧毒）。

4.

4. 如何能使镀层金属离子发生还原反应，沉积出金属？

要使电极反应成为还原反应，必须使其发生阴极极化，向工件通入阴极电流，只有当阴极电位EC

5. 如何使组成合金的两种或两种以上的金属在阴极电位下共同析出？为什么标准电位相差较大的金属离子的合金电镀不能完全采用调整金属离子浓度的方法进行？

1.要使各组分金属共同析出，阴极电位必须降低到各组分金属的析出电位以下。（两种金属析出电位相近）

2.如果相差太大，析出电位较正的金属将优先沉积，甚至完全排斥析出电位较负金属的沉积。

6. 在浓差极化控制下电镀，镀层质量往往不能符合要求。为什么？为什么金属离子的还原反应的过电位大

才能形成结晶细致的镀层？

1. 浓差极化是是由于溶液中的物质扩散速度小于电化学反应速度而造成的极化。若扩散速度很慢，则扩散到电极表面的反应粒子立即发生反应，从而使电极表面附近反应粒子浓度为零，这时浓差极化叫做完全浓差极化，这时电极上的电流密度出现最大值，叫做极限电流密度。

只有在高电流密度下浓差极化才占据主导地位。这时整个电极过程的速度被浓差极化控制着，使得阴极附近金属离子严重缺乏，造成氢气析出，导致阴极附近PH值上升，产生一些金属氢氧化物或碱式盐，他们以胶体的状态吸附在电极表面上，并夹杂在镀层中，形成空洞、麻点、疏松、烧焦等。

2.这是因为细小的晶粒只有在比平衡电位负的电位下才是稳定的。过电位的绝对值愈大，晶核愈容易形成，晶核尺寸愈小，愈有利于形成大量细小晶粒。

7. 电解液的分散能力、覆盖能力和整平能力的测试方法。分析影响电解液分散能力的因素？

1.分散能力：Haring槽实验法，弯曲阴极法。

覆盖能力：内孔法，凹穴法，直角阴极法。

整平能力：旋转圆盘电极法，旋转铜丝电镀法。

2.电化学因素，主要包括电解液的导电性，阴极反应的极化性能，电镀工艺参数等。几何因素，包括阴极和阳极的形状及其排布，镀槽形状，尺寸，相对位置等。

8. 阴极极化性能对镀层质量的影响，怎样测量极化曲线？增大阴极极化的途径有哪些？

1.

2.测量阴极极化曲线可以用恒电流法，也可以用恒电位法。测出阴极极化电流密度和与之对 2

应的阴极极化电流的数值，在Ei坐标系或Elgi坐标系中将其关系表示出来，就得到阴极极化曲线。

3.提高阴极电流密度。

络合剂和添加剂的使用。

9. 单盐电解液和络盐电解液的各自特性、优缺点及适用范围。为什么络盐电解液电流效率比单盐电解液低？

1.单盐：成分简单，成本较低。

阴极电流效率很高。

废水处理简单。

可以利用较大的阴极电流密度。

络盐：

阴极极化性能强，而且主要表现为电化学极化，所以镀层结晶细致，镀液分散能力好。

2.由于阴极还原反应的平衡电位降低，副反应速度比较大，故电流效率比单盐电解液低。

10. 附加盐、添加剂等在电解液中的作用。

附加盐：

增加溶液的导电性。

提高阴极极化作用。

扩大阴极电流密度范围。

促进阳极溶解。

防止金属盐水解。

缓冲作用。

添加剂：

11. 镀层外观、厚度、结合力、内应力、耐蚀性、孔隙率、硬度、脆性等性能的检测方法。

外观：目力观察，是否有针孔，麻点，起瘤﹑起皮﹑起泡﹑脱落﹑阴阳面﹑斑点﹑烧焦﹑暗

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影﹑树枝状和海绵状江沉积层以及应当镀覆而没有镀覆的部位等缺陷。

厚度：电镀层厚度的测量方法有破坏检测法与非破坏检测法两大类。其中破坏检测法有点滴法液流法﹑溶解法﹑电量法和金相显微法等;非破坏检测法有磁性法﹑光切显微镜法等。结合力：(一)弯曲试验;(二)锉刀试验;(三)划痕试验;(四)热震试验

内应力：幻灯投影法﹑电阻应变仪法﹑螺旋收缩仪法﹑X射线衍射法等多种。

耐蚀性：腐蚀试验可根据实际工况条件对镀层样品进行浸泡试验，然后根据表面状态与失重进行评定。

孔隙率：1.贴滤纸法：将浸有测试溶液的润湿纸贴于经预处理的被测试闰上，滤纸上的试液渗入孔隙中与中间镀层或基体金属作用，生成具有物征颜色的斑点在滤纸上显示。然后以滤纸上有色斑色的多少来评定镀层孔隙率。

2.涂膏法：将含有相应试液的膏状物涂覆于被测试样上，通过泥膏中的试液渗入镀层孔隙与基体金属或中间镀层作用，生成具有特征颜色的斑点，要据此斑点来评定镀层的孔隙率。

3.浸渍法：将试样浸于相应试液中，通过试液渗入镀层孔隙与基体金属或中间镀层作用，在镀层表面产生有色斑点，然后检查镀层表面有色斑点多少来评定镀层的孔隙率。本法适用于检验钢铁﹑铜或铜合金和铝合金基体表面的阴极性镀层的孔隙率。

硬度：一般用显微硬度法。即采用显微硬度计上特制的金刚石压头，在一定静负荷的作用下，压入试样的镀层表面或剖面，获得相应正方角锥体压痕。然后用硬度上测微目镜将压痕放大一定倍率，测量其对压痕对角线长度。

脆性：镀层脆性的测试，一般通过试样在外力作用下使之变形，直至镀层产生裂纹，然后以镀层产生裂纹时的变形程度或挠度值大小，作为评定镀层脆性的依据。测定镀层脆性的方法有杯突法﹑静压挠曲法等。

12. 什么是Hull槽？Hull 槽的特点有那些？

1.hull槽是一种简单又快速的小型电镀实验装置。

2.Hull槽的最大特点是：阴极上各部位到阳极的距离不相同，而且是逐渐变化的。这就造成了阴极上各部位的电流密度不相等，同样是逐渐变化的。

13. 哪些电镀工艺会造成渗氢？总结逸出有害气体的镀槽？设计电镀工艺条件时升高温度的有利影响有那些？

1.电解抛光，化学抛光（电化学抛光），电解除油，强浸蚀，弱浸蚀，化学除油。

2.氰化物镀铜（有毒氰化物），铬酐溶液镀铬（铬雾），锌酸盐镀锌（碱雾）

3.电镀液在温度不断升高的过程中,化学离子的活性就会越活跃,意味着反应速度越快。

14. 阐述电镀的基本过程，电镀方式有哪些，怎样选择？

1.(磨光→抛光)→上挂→脱脂除油→水洗→(电解抛光或化学抛光)→酸洗活化→(预镀)→电镀→水洗→(后处理)→水洗→干燥→下挂→检验包装

2.电镀分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式，主要与待镀件的尺寸和批量有关。

挂镀适用于一般尺寸的制品,如汽车的保险杠,自行车的车把等。滚镀适用于小件，如紧固件、垫圈、销子等。连续镀适用于成批生产的线材和带材。刷镀适用于局部镀或修复。

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18. 双层镍镀层对钢铁基体的保护作用比单层镍大得多，为什么？

答：在双层镍镀层中，含硫高的光亮镍层的电位比含硫低的半光亮镍层的电位负，因此在组成腐蚀电池时，外层作为阳极，能对下层的半光亮镍层起阴极保护作用，使腐蚀电池由终深变为横向发展。所以双层镍镀层对钢铁基体的保护作用比单层镍大得多。

20. 为什么松孔铬镀层耐磨性很好？松孔处理的方法是什么？

1.因为松孔镀层具有一定密度和深度的网状沟纹，能贮存润滑油，因此耐磨损性能很高。

2.方法是阳极浸蚀。

21. 什么是复合电镀？简述复合电镀中固体微粒与金属离子共沉积的过程。

1.使固体微粒与金属离子在阴极工件上共沉积，形成固体微粒均匀弥散分布于镀层机质金属中的复合镀层，叫做复合电镀。

2.悬浮于镀液中的微粒由镀液深处向阴极表面附近传输。

微粒黏附在电极表面。

微粒被阴极上析出的基质金属嵌入。

22. 简述机械镀的含义和特点。

1.机械镀是一种在常温常压下利用物理、化学吸附沉积和机械碰撞使金属粉在工件表面形成镀层的工艺。

2.﹙1﹚镀后无氢脆和退火软化现象

﹙2﹚工业过程可实现清洁生产

﹙3﹚生产成本低生产效益高

﹙4﹚镀层厚度可根据需要控制加料

23. 化学镀的条件是什么？化学镀镍原理是什么？

1.镀液中还原剂的还原电位要显著低于沉积金属的电位。

镀液不产生自发分解。

调节溶液的pH值、温度时，可以控制金属的还原速率，从而调节镀覆盖率。

被还原析出的金属也具有催化活性，这样氧化还原沉积过程才能持续进行。

溶液有足够的使用寿命。

2.化学镀镍是利用镍盐溶液在强还原剂的作用下，通过自催化反应使镍离子还原成金属镍并附着在材料表面上的方法。

25. 塑料化学镀之前为何要进行活化处理? 如何进行？

1.塑料表面活化是为了提高塑料制品的表面性能，是对塑料制品表面生成一些极性基或加以粗化，以使涂料更易润湿和吸附于制件表面。

2.塑料表面活化处理的方法有很多种，比如化学品氧化法、火焰氧化法、溶剂蒸气浸蚀法和电晕放电氧化法等。

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26. 铝及铝合金的阳极化如何进行? 氧化膜的结构如何？硬质氧化膜与普通氧化膜的性能特征和主要用途。

1.铝及铝合金的阳极化是将铝制品浸在电解液（硫酸溶液等）中，作为阳极通电进行电解，使铝表面生成需要厚度的氧化物膜。

2.氧化膜结构其孔体都是六角形结构，内层密膜层厚度0.01-0.0 5μm，外层孔膜层厚度达250μm。

3.硬质氧化膜硬度高耐磨，耐热，耐腐蚀。

27. 铝阳极化转化膜的分类的工艺特点。

28. 什么是钢铁的化学氧化？经化学氧化处理后表面生成膜的组成和厚度如何？

1.钢铁的化学氧化是将钢铁制件浸在含有氧化剂的碱性溶液中进行处理，使其表面形成一层保护性氧化膜的过程。

2.氧化膜主要是由磁性氧化铁(Fe3O4)组成，膜厚一般为0.5-1.5μm，最厚可达2.5μm。

29. 什么是磷化膜的后处理？氧化膜的后处理的作用，包括哪些方式？

1.为了提高磷化膜的防护性能，在磷化之后应对磷化膜进行填充和封闭处理。

2.为了提高磷化膜的防护性能

3.防锈磷化（涂油涂脂），冷加工润滑型磷化（皂化后处理），涂装打底磷化（铬酸盐封闭）

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30. 有哪几种磷化方法？磷化膜有哪些应用？磷化处理的优点是什么？

1.常用的磷化方式有四种：浸渍、喷淋、喷浸和涂刷。

2.用作涂漆的底层，用作冷变形加工时的润滑层，用作一般变压器、电机转子等的硅钢片绝缘处理。

3.在形状复杂的钢制件的内表面，以及难以用电化学方法获得防护层的零件表面上，可以用磷化处理法得到防护层。磷化处理的设备简单，操作方便，成本低，生产效率高。

31. 钢铁的转化型磷化机理、假转化型磷化机理分别是什么？

转化型磷化：使用碱金属的磷酸二氢盐溶液，并加入适量的加速剂和其他添加剂，钢铁表面上形成由基体金属自身转化生成的磷酸盐和氧化物组成的表面膜。

假转化型磷化：使用含游离磷酸和加速剂的重金属磷酸二氢盐溶液，钢铁表面得到由重金属的磷酸一氢盐或正磷酸盐组成的膜。

32．什么是热喷涂? 热喷涂方法的种类有哪些?

1.热喷涂是一项极其重要的工程材料表面覆盖技术。

2.火焰喷涂，电弧喷涂，等离子喷涂，超音速喷涂，爆炸喷涂。

33. 等离子喷涂技术主要优点有哪些? 进行等离子喷涂时，一般采用哪两种方法来防止材料的氧化？

1.温度高，当使用惰性气体时，能防止在喷涂中材料的氧化，等离子喷涂速度比普通火焰喷涂高，因此被喷涂的粉末质点能获得较高的速度。

2.一是在进化过的真空惰性气氛室内进行喷涂，二是使用特别设计的保护性喷嘴，以挡住周围空气，保护等离子喷射的火焰。