表面工程学各章要点
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名词解释:1、表面工程学:为满足特定的工程要求,使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能的化学、物理方法与工艺。
2、理想表面:是一种想象的平面,在无限晶体中插进一个平面,将其分为两部分后所形成的平面,并认为半无限晶体中的原子位置和电子密度都和原来的无线晶体一样。
3、洁净表面:虽然材料表层原子结构的周期性不同于体内,但其化学成分仍与体内相同。
4、清洁表面:一般指零件经过清洗(脱脂、浸蚀等)以后的表面。
5、TLK模型:基本思想是在温度相当于0K时,表面原子结构呈静态。
表面原子层可以认为是理想的平面,其中的原子作完整二维周期性排列,且不存在缺陷和杂质。
当温度从0K升到T时,由于原子的热运动,晶体表面将产生低晶面指数的平台、一定密度的单分子或原子高度的台阶、单分子或原子尺度的扭折以及表面吸附的单原子及表面空位等。
6、固体表面的吸附包括物理吸附和化学吸附。
吸附是固体表面最重要的性质之一。
7、莱宾杰尔效应:因环境介质的影响及表面自由能减少导致固体强度、塑性降低的现象。
8、润湿:液体在固体表面铺展的现象。
9、脱脂的方法:化学脱脂、有机溶剂脱脂、水剂脱脂、电化学脱脂。
10、表面淬火技术:采用特定的热源将钢铁材料表面快速加热到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变化,形成表面强化层的工艺过程。
11、受控喷丸:是利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面,使表层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形,并呈现较大的残余压应力,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。
12、热扩渗:将工件放在特殊介质中加热,使介质中某一种或几种元素渗入工件表面,形成合金层(或掺杂层)的工艺。
13、电镀:是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。
14、化学镀:在无外加电流的状态下,借助合适的还原剂,使镀液中的金属离子还原成金属,并沉积到零件表面的一种镀覆方法。
《飞机维修表面工程学》课程辅导提纲军区空军自考办第一章航空装备零部件失效分析概述一、内容提要:(一)、航空装备零部件失效的类型1. 航空装备或系统的失效类型分为:运动或动力故障型:空中停车、失速、乏力、失控等失效结果模式型:撞坏、坠毁、爆炸、起伏、泄露等2. 航空装备零部件失效类型分为:为了便于诊断和处理失效事件,可按以下三个方面:1、按失效机理模式的失效类型见《航空维修表面工程学》P1表1-1(下同)2、按产品质量控制状态的失效类型P2表1-2。
3、按因果关系划分的失效类型P2表1-3。
3. 航空装备零部件失效的基本影响因素无论是航空装备或其零部件,影响其失效的基本因素总可以归结为设计制造过程因素(原始因素)和运转维修过程因素(工况使用因素)两大方面。
主要有:设计因素、制造(工艺)因素、装配调试因素、材质因素、运转维修因素。
(二)、航空装备零部件失效分析的基本内容与基本思路1失效分析的对象与作用:对象:针对一个航空机械系统、一台航空机械设备中零部件的失效。
目的:提高军事、经济和社会效益。
作用:1、可反馈到设计与制造部门。
以便能提高今后的质量。
2、是修复与强化的依据。
3、提供事故仲裁、案件侦破。
失效保险等的技术依据。
4、有助于防止事故重复发生。
2. 失效分析的基本思路及步骤通常,对于某一失效或故障的本质影响因素较为简单的情况,可以通过具体失效模式的分析,由现象到本质,顺藤摸瓜,不难抓住要害。
复杂的情形应根据定位工程的方法找出根源。
思路: g σ ( 广义应力)>〔g σ〕(许用应力) (可能发生失效)航空装备零部件失效分析的一般过程与步骤:1、失效分析对象现场调查。
现场调查的一般内容有:P62、现场初步分析。
3、检测试验,查清失效原因4、提出结论与报告二、基本要求理解航空装备零部件失效的类型。
了解失效分析的基本内容和影响失效的基本因素。
了解失效分析的基本思路及步骤。
重点内容:理解航空装备零部件失效的类型。
表面工程学复习名词解释表面能:材料表面的内能,包括原子的动能,原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能。
表面扩散:是指原子、离子、分子以及原子团在固体表面沿表面方向的运动。
当固体表面存在化学势梯度场,扩散物质的浓度变化或样品表面的形貌变化时,就会发生表面扩散。
洁净表面:尽管材料表面原子结构的周期性不同于体内,但其化学成分仍与体内相同的表面。
清洁表面:一般之零件经过清洗(脱脂、侵蚀)以后的表面。
滚光:将零件放入盛有磨料和化学溶液的滚筒中,借滚筒的旋转使零件与磨料、零件与零件表面相互摩擦,以达到清理零件表面的过程。
电化学抛光:电解抛光是以被抛工件为阳极,不溶性金属为阴极,两极同时浸入到电解槽中,通以直流电而产生有选择性的阳极溶解,从而达到工件表面光亮度增大的效果。
表面淬火:采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到AC3或AC1之上,然后使其快速冷却,形成表面强化层的工艺过程。
表面形变强化:在金属的表面形变过程中当外力超过屈服强度后,要塑性变形继续进行必须不断增加外力,从而在真实的应力-应变曲线上表现为应力不断上升。
等离子体热扩渗: 利用低真空中气体辉光放电产生的离子轰击工件表面,形成热扩渗层的工艺过程。
液体热扩渗:将工件浸渍在熔融的液体中,使表面渗入一种或几种元素的热扩渗工艺方法。
化学镀::在无外加电流的状态下,借助合适的还原剂,使镀液中的金属离子还原成金属,并沉积到零件表面的一种镀覆方法。
复合镀:在电镀或化学镀溶液中加入非溶性的固体微粒,并使其与主体金属共沉积在基体表面,或把长纤维迈入或卷缠于基体表面后沉积金属,形成一层金属基的表面复合材料的过程。
合金镀:在一种溶液中,两种或两种以上金属离子在阴极上共沉积,形成均匀细致镀层的过程。
堆焊:在零件表面熔覆一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金属的技术。
热喷焊:采用热源使涂层料在机基体表面重新融化或部分熔化,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。
《表面工程学》课程教学大纲课程代码:050241025课程英文名称:Surface engineering课程总学时:40 讲课:40 实验:0 上机:0适用专业:金属材料工程大纲编写(修订)时间:2017.11一、大纲使用说明(一)课程的地位及教学目标1.课程地位:表面工程学是必修、专业学位课。
2.教学目标:通过本课程的学习使学生了解现代表面技术基本知识。
掌握有关材料表面的基本概念和某些重要理论,对现代表面技术的形成、分类、涵义和内容有一定深度的了解。
通过一些典型的表面技术来掌握其主要设备、技术路线、工艺实施、分析检验和具体应用等,从而使学生对现代表面技术的形成、现状和发展有基本的了解。
积极培养学生理论联系实际以及开拓创新的能力,为学习其它有关专业课程和将来从事生产技术工作奠定必要的理论基础。
(二)知识、能力及技能方面的基本要求1.知识方面的基本要求:掌握表面工程学的定义和内涵、表面工程技术的特点与意义、表面工程技术的分类。
掌握典型固体表面与界面;掌握金属腐蚀原理和防护技术,材料磨损原理及其耐磨性。
掌握表面工程技术的预处理工艺。
掌握表面淬火技术的原理与特点;掌握感应加热淬火技术、火焰加热表面淬火技术、激光淬火、电阻加热表面淬火技术、表面形变强化技术的原理。
掌握热扩渗技术的基本原理;掌握热扩渗工艺的分类、等离子体热扩渗。
掌握电镀、化学镀的基本原理与工艺;掌握常用单金属电镀、合金电镀、复合镀技术。
掌握磷化、铬酸盐钝化膜;掌握转化膜的基本特性及用途、化学氧化、草酸盐钝化、电化学氧化、着色技术。
掌握涂料的基本组成及其作用、涂料成膜机理、涂装材料;掌握涂装工艺。
掌握物理气相沉积方法中蒸发镀、溅射镀和离子镀的原理及特点;掌握各类化学气相沉积方法的原理及特点,分子束外延制膜方法。
了解常用工业激光器及激光加工系统,掌握激光表面改性技术;掌握离子束表面改性技术、电子束表面改性技术的特点及应用。
掌握常用微细加工技术、纳米工艺、生物芯片技术。
表面工程葵花宝典第一章:表面工程技术概论考点1:表面工程的概念:从材料的表面特性出发,利用表面改性技术、涂镀层技术和薄膜技术,使材料表面获得原来没有的新性能的系统工程。
考点2:润湿:固体表面与液体接触时原来的固相-气相界面消失,形成新的固相-液相界面的现象。
润湿是液体与固体表面接触时产生的一种表面现象,液体对固体表面的润湿程度可以用液滴在固体表面的散开程度来说明考点3:表面技术按作用原理分类:原子沉积、颗粒沉积、整体覆盖、表面改性。
第二章:材料表面工程技术基本理论考点4:在几个原子范围内的清洁表面其偏离三维周期性结构的主要特征是表面弛豫、表面重构和表面台阶结构、表面偏析、化合物、化学吸附考点5: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,也称微观粗糙度考点6:吸附、吸收和化学反应是固体与气体发生作用的三种表现考点7:按几何特征,晶体表面缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类考点8:表面平整一般采用磨光、滚光、抛光及刷光和振动磨光(1)磨光是借助粘有磨料的特制磨光轮(或带)的旋转,以磨削金属零件表面的过程(2)滚光是将成批零件与磨削介质一起在滚筒中作低速旋转,靠零件和磨料的相对运动进行光饰处理的过程(3)抛光是用抛光轮和抛光膏或抛光液对零件表面进一步轻微磨削以降低粗糙度,也可用于镀后的精加工(4)刷光是把刷光轮装在抛光机上,用刷光轮上的金属丝(钢丝、黄铜丝等)刷,同时用水或含某种盐类,表面活性剂的水溶液连续冲洗去除零件表面锈斑、毛刺、氧化皮及其他杂物(5)振动磨光是将零件与大量磨料和适量抛磨液置入容器中,在容器振动过程中使零件表面平整光洁考点9:基体表面清洁的目的是:(1)作为前序处理工艺的一部分,为下一涂装或其他表面加工(如电镀、热喷涂等)打基础(2)作为一项单独表面处理技术,可提高工件寿命或恢复工件原状态或节能需要(锅炉清除水垢,提高热效率);(3)消除工件(设备)隐患,提高安全性(如传热设备局部过热可通过清洗来解决),消毒、灭菌,除放射性污染,有利于人体健康考点10:喷砂是用机械或净化的压缩空气,将砂流强烈地喷向金属制品表面,利用磨料强力的撞击作用,打掉其上的污垢物,达到清理或修饰目的的过程考点11:喷丸的原理和设备与喷砂相似,只是采用的磨料不同。
第五章热渗镀第一节概述及方法定义: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。
热渗镀材料的选择范围很宽,渗入不同元素可得到不同组织和性能的表面(如耐蚀,耐磨,耐氧化等)。
热渗镀的特点:镀层的形成主要依靠加热扩散的作用,所得镀层(渗层)与基体金属之间是靠形成合金来结合的,即形成冶金结合,因而结合非常牢固,镀层不宜脱落。
热渗镀方法很多,以与工件相接触的介质来分:有固渗、液渗和气渗,它们都属于直接渗镀方法;也可以联用其他涂层方法,可分为:电泳渗、膏剂渗、喷镀渗、电镀渗、化学镀渗和真空渗等。
一、固渗法(一)粉末包渗法粉末包渗法是固渗中最普通的方法,也是历史最为悠久的渗镀法,至今国内外仍以此法的应用为最多。
这种方法很简单,就是把工件埋入装有欲渗金属粉末、防粘结粉末和活性剂的混合物(粉末渗剂)的容器中,然后密封容器高温加热即可。
图5-1 粉末包渗示意图在粉末包渗法中,一般都要在粉末中加入防粘结剂(如Al2O3)和活化剂,这主要是为了避免烧结使得表面难以清理。
活化剂一般为卤化物,如NH4Cl,NH4Br等。
我们以NH4Cl为例来看看其原理:设A表示二价基体金属,b-欲渗二价金属,则在加热时容器中会发生下列反应:NH4Cl ---> NH3 +HCl2NH3 ---> N2 +3H22HCl + B ---> BCl2 + H2卤化物分解生成的N2和H2会排除容器内的空气,造成还原气氛,HCl和B反应生成BCl2。
随着加热的进行,BCl2气化,与基体金属A反应,生成活性原子[B] BCl2 + A ---> ACl2 + [B]活性金属原子[B]随后扩散进入基体金属的表面,与基体形成表面合金镀层。
优点:设备简单,操作容易,适用于形状复杂的工件的渗镀。
缺点是:尺寸和数量受限制,效率低,处理温度高,时间长,基体强度有所降低,并且粉尘使得劳动条件恶化。