电镀的基本原理
电镀的基本过程
电镀的基本过程（以镀镍为例）是将零件浸在金属盐的（如NiSO4）溶液中作为阴极，金属板件作为阳极，接通电源后，在零件表面就会沉积出金属镀层。
如右图所示：例如在硫酸镍电镀溶液中镀镍
在阴极上发生还原的反应：
Ni2++2e-→Ni （2-1）
另外，镀液中的氢也会还原为氢
的副反应：
2H++2e-→H2↑（2-2）
析氢副反应可能会引起电镀零件的氢脆，造成电镀效率降低等不良后果。
在镍阳极上发生金属镍失去电子变为镍离子的氧化反应：
Ni→Ni2++2e- （2-3）有时还有可能发生如下的副反应：
4OH-→2H2O+O2+4e- （2-4）
在电镀过程中，电极反应是电流通过
电极/溶液界面的必要条件，正因如此，阴极上的还原沉积过程由以下几个过程构成：
①溶液中的金属离子（如水化金属离子或络合离子）通过电迁移、对流、扩散等形式到达阴极表面附近；②金属离子在还原之前在阴极附近或表面发生化学
转化；③金属离子从阴极表面得到电子还原成金属原子；④金属原子沿表面扩散到达生长点进入晶格生长，
或与其他离子相遇形成晶核长大成晶体。
影响镀层质量的因素⑴镀前处理质量
⑵电镀溶液的本性
⑶基体金属的本性
⑷电镀过程电流密度、温度和搅拌等因素
⑸析氢反应——在电镀过程中，大多数镀液的阴极反应都伴随着有氢气的析出，在不少情况下析氢对镀层质量有恶劣的影响，主要有针孔或麻点，鼓泡氢脆等。如当析出的氢气黏附在阴极表面会产生针孔或麻点，当一部分还原的氢原子渗入基体金属或镀层中，使基体金属或镀层的韧性下降而变脆叫氢脆。为了消除氢脆的不良影响，应在镀后应在镀后进行高温除氢处理。
⑹镀后处理
电镀锌工艺分为氰化物镀锌和无氰镀锌两类。
氰化物镀锌工艺特点：电镀液具体较好的分散能力和深镀能力，对杂质的敏感性小，工艺容易控制，操作及维护简单，电流密度与温度范围宽。
电极反应
阴极主反应：
[Zn(CN)4]2-+4OH-→[Zn(OH)4]2-+4CN-
[Zn(CN)4]2- →Zn(OH)2+2OH-
Zn(OH)2+2e- →Zn+2OH-
阴极副反应：2H2O+2e- →H2↑+2OH-
阳极主反应：Zn →Zn2++2e-
Zn2+再分别与CN-和OH-络合
Zn2++4CN- →[Zn(CN)4]2-
Zn2++4OH- →[Zn(OH)4]2-
当阳极钝化时，还将发生析出氧气的副反应：
4OH- →2H2O+O2+4e-
氰化物镀锌镀液的组成及作用：氧化锌是提供锌离子的物质，为主盐，氰化钠是主络合剂，氢氧化钠是辅助络合剂；硫化钠是一种主要的添加剂，使重金属杂质沉淀以保证镀层质量，还有使镀层产生光亮的作用。甘油的作用是为了提高阴极极化，有利于获得均匀细致的镀层。
金属镍具有很高的化学稳定性，在稀酸、稀碱及有机酸中具有很好的耐蚀性，在空气中镍与氧相互作用可形成保护性氧化膜而使金属镍具有很好的抗大气腐蚀性能。
镀镍主要应用在五金日用产品，汽车，自行车，摩托车家用电器，仪表，仪器，照相机等零部件上，作为防护-装饰性镀层的中间镀层。由于镀镍层具有较高的硬度，在印刷工业中用来提高表面硬度，也用来电铸，塑料磨具成型。
镀铬——铬是一种微带天蓝色的银白色金属。有强烈的钝化能力，使其具有较高的化学稳定性。其硬度很高，镀层具有很高的硬度和耐磨性，常用于零件修复或易磨损件的电镀。
第五章气相沉积技术
←物理气相沉积；物理气相沉积是一种物理气相反应为生长法，是利用某种物理过程，在低气压或真空等离子体放电条件下，发生物质的热蒸发或受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从物质源到基体表面生长出与基体性能明显不同薄膜（涂层）的人为特定目的物质转移过程。
←物理气相沉积过程可概括为三个阶段：
①从源材料中发射出粒子；
②粒子输运到基片；
③粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。
← 5.1.1 真空蒸发沉积
← 5.1.2 电阻蒸发沉积
← 5.1.3 电子束蒸发沉积
← 5.1.4 溅射沉积
← 5.1.5 离子镀原理：离子镀技术是结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种物理气相沉积方法，具有与基材附着力大、速度大、等优点。如图所示。这种方法使用蒸发方法提供沉积用的物质源，同时在沉积前和沉积中采用高能量的离子束对薄膜进行溅射处理。定义见绪论。
← 5.1.6 外延沉积（生长）离子
化学气相沉积技术
?化学气相沉积（CVD）是在一定的真空度和温度下，将几种含有构成沉积膜层的材料元素的单质或化合物反应源气体，通过化学反应而生成固态物质并沉积在基材上的成膜方法。
?
?等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术
金属有机物化学气相淀积(MOCVD)
等离子化学气相沉积(PCVD)
第六章热喷涂与堆焊
?热喷涂
?原理及特点
?原理：是使用各种方式的热源，使喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，用高压气流将其雾化，并以一定速度喷射到经过预处理的零件表面，从而形成涂层的表面加工技术。
堆焊技术
堆焊技术是利用焊接方法进行强化机械零件表面的一种维修焊接技术。这一技术可以改变零件表面的化学成分和组织结构，完善其性能，延长零件的使用寿命，具有重要的经济价值。
(1)堆焊的特点
堆焊是指将具有一定使用性能的合金材料借助一定的热源手段熔覆在母体材料的表面，以赋予母材特殊使用性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。堆焊技术是焊接的一个分支，是金属晶内结合的一种熔化焊接方法。但它与一般焊接不同，不是为了连接零件，而是用焊接的方法在零件的表面焊一层或数层具有一定性能材料的工艺过程。其目的在于修复零件或增加其耐磨、耐热、耐蚀等方面性能。因此，堆焊具有一般焊接方法的特点，但又有其特殊性。
?1）影响堆焊层性能的主要因素是堆焊层的合金成分和组织性能；
?2）堆焊在多数情况下，又有异种材料（特别是高合金）焊接的特点；
?3）为了保证堆焊层的特殊性能堆焊时要尽量降低稀释率；
?4）堆焊合金与基体金属的相变温度和膨胀系数等物理性能要尽量相近，以免在堆焊、焊后热处理及使用过程中产生较大的组织应力与热应力，造成堆焊层的开裂、
剥离等。
第七章化学热处理
化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温，使活性物质的原子渗人工件
的表层中，改变其表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺，是表面合金化与热处理相结合的一项工艺技术。
随着化学热处理理论和工艺的逐步完善，化学热处理囊括了渗碳、渗氮、碳氮
和氮碳共渗、渗铝、渗铬、渗硼、渗硫、硫氮和硫氮碳共渗，以及其他多元共渗工艺。
化学热处理过程可分为分解、吸附和扩散三个连续阶段。
渗碳
渗碳是将低碳钢的工件，在渗碳介质(渗碳剂)中加热到一定温度，使碳原
子渗入其表面层，获得高碳渗层，再进行淬火并低温回火。
对渗碳工艺产生主要影响的有三个参数：一是渗碳温度，二是渗碳时间，三是
渗碳介质的化学成分及渗碳气氛特性。
7.3.1.1渗碳工艺的特点和渗碳层的测定
(1)渗碳工艺的主要特点是：渗入速度快、工艺时间短；硬度稍低，但脆性小；渗层
厚度大，可承受更大的挤压应力；渗层硬度梯度小，不易产生剥落；心部强度较高，有更大的承载能力和抗挤压的能力；成本低，经济效益高等优点。
7.3.3碳氮共渗
碳氮共渗处理是将工件放在能产生碳、氮活性原子的介质中加热并保温，
使工件表面同时渗入碳和氮原子的化学热处理工艺，也俗称为氰化。
7.3.3.1碳氮共渗的特点
(1)工件不易过热，便于直接淬火，淬火变形小。
(2)渗层深度与渗入速度增加
(3)硬度有所下降，但一般具有高耐磨性。
(4)提高了渗层的淬透性，并减小淬火变形和开裂倾向。
第八章热浸镀
热浸镀原理
把需要处理的工件放入低熔点的熔融态金属液中，工件表面发生溶解、扩散或反应
等物理化学过程，随后离开镀槽时工件表面带出金属液形成涂层。热浸镀原理现用在钢件上热浸镀锌和热浸镀铝来解释。
第九章高能束表面处理技术
激光表面强化技术：
电子束表面强化技术
离子束表面强化技术：
第一章 1、名词解释： （1）物相:在体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分称为“相”。在这里，更明白的表述是：成分和结构完全相同的部分才称为同一个相。 （2）K系辐射:处于激发状态的原子有自发回到稳定状态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量的降低。原子从高能态变成低能态时，多出的能量以X射线形式辐射出来。当K电子被打出K层时，原子处于K激发状态，此时外层如L、M、N……层的电子将填充K层空位，产生K系辐射。 （3）相干散射:由于散射线和入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件 （4）非相干散射:X射线经束缚力不大的电子（如轻原子中的电子）或自由电子散射后，可以得到波长比入射X射线长的X射线，且波长随散射方向不同而改变。 （5）荧光辐射:处于激发态的原子，要通过电子跃迁向较低的能态转化，同时辐射出被照物质的特征X射线，这种由入射X射线激发出的特征X射线称为二次特征X射线即荧光辐射。 （6）吸收限:激发K系光电效应时，入射光子的能量必须等于或大于将K电子从K层移至无穷远时所作的功WK，即将激发限波长λK和激发电压VK联系起来。从X射线被物质吸收的角度，则称λK为吸收限。 （7）★俄歇效应:原子中K层的一个电子被打出后，它就处于K激发状态，其能量为EK。如果一个L层电子来填充这个空位，K电离就变成L电离，其能量由EK变成EL，此时将释放EK-EL的能量。释放出的能量，可能产生荧光X 射线，也可能给予L层的电子，使其脱离原子产生二次电离。即K层的一个空位被L层的两个空位所代替，这种现象称俄歇效应. 2、特征X射线谱和连续谱的发射机制之主要区别？ 特征X射线谱是高能级电子回跳到低能级时多余能量转换成电磁波。 连续谱：高速运动的粒子能量转换成电磁波。 3、计算0.071nm(MoKα)和0.154nm(CuKα)的X射线的振动频率和能量 4、x射线实验室用防护铅屏，若其厚度为1mm，试计算其对Cukα、Mokα辐射的透射因子（I透射/I入射）各为多少？ 第二章 1.名词解释： 晶面指数：用于表示一组晶面的方向，量出待定晶体在三个晶轴的截距并用点阵周期a,b,c度量它们，取三个截距的倒数，把它们简化为最简的整数h,k,l，就构成了该晶面的晶面指数。 晶向指数：表示某一晶向（线）的方向。 干涉面：为了简化布拉格公式而引入的反射面称为干涉面。 2下面是某立方晶系物质的几个晶面，试将它们的面间距从大到小按次序重新排列：（123），（100），（200），（311），（121），（111），（210），（220），（130），（030），（221），（110）。 排序后： （100）（110）（111）（200）（210）（121）（220）（221）（030）（130）（311）（123）3当波长为λ的x射线照射到晶体并出现衍射线时，相邻两个（hkl）反射线的波程差是多少？相邻两个（hkl）反射线的波程差又上多少？ 相邻两个（hkl）晶面的波程差为nλ，相邻两个（HKL）晶面的波程差为λ。 4原子散射因数的物理意义是什么？某元素的原子散射因数和其原子序数有何关系？ 原子散射因数f是以一个电子散射波的振幅为度量单位的一个原子散射波的振幅。它表示一个原子在某一方向上散射波的振幅是一个电子在相同条件下散射波振幅的f倍。它反应了原子将X射线向某一方向散射时的散射效率。 关系：z越大，f越大。因此，重原子对X射线散射的能力比轻原子要强。 第三章 5、衍射仪测量在入射光束、试样形状、试样吸收以及衍射线记录等方面和德拜法有何不同？ 入射X射线的光束：都为单色的特征X射线，都有光栏调节光束。 不同：衍射仪法：采用一定发散度的入射线，且聚焦半径随2?变化。 德拜法:通过进光管限制入射线的发散度。 试样形状：衍射仪法为平板状，德拜法为细圆柱状。 试样吸收：衍射仪法吸收时间短，德拜法时间长。 记录方式：衍射仪法采用计数率仪作图，德拜法采用环带形底片成相，而且它们的强度（I）对（2?）的分布曲线也不同。 2．用直径5.73cm的德拜相机能使Cukα双重线分离开的最小角是多少？（衍射线宽为0.03cm，分离开即是要使双重线间隔达到线宽的两倍）。 3．试述x射线衍射物相分析步骤？及其鉴定时应注意问题？ 步骤：（1）计算或查找出衍射图谱上每根峰的d值和i值 （2）利用i值最大的三根强线的对应d值查找索引，找出基本符合的物相名称及卡片号。 （3）将实测的d、i值和卡片上的数据一一对照，若基本符合，就可以定为该物相。 注意问题：（1）d的数据比i/i0数据重要（2）低角度线的数据比高角度线的数据重要（3）强线比弱线重要，特别要重视d值大的强线（4）应重视特征线（5）应尽可能地先利用其他分析、鉴定手段，初步确定出样品可能是什么物相，将它局限于一定的范围内。 第四章 4、电子束入射固体样品表面会激发哪些信号?它们有哪些特点和用途? 1)背散射电子:能量高；来自样品表面几百nm深度范围；其产额随原子序数增大而增多.用作形貌分析、成分分析以及结构分析。 2)二次电子:能量较低；来自表层5—10nm深度范围；对样品表面化状态十分敏感。 不能进行成分分析.主要用于分析样品表面形貌。 3)吸收电子:其衬度恰好和SE或BE信号调制图像衬度相反。和背散射电子的衬度互补。 吸收电子能产生原子序数衬度，即可用来进行定性的微区成分分析.
材料表面工程技术期中测试题 姓名： 一、名词解释 1.溅射镀膜： 2.分子束外延： 3.激光合金化技术： 4.物理气相沉积： 5.真空蒸镀： 6.热喷涂工艺： 7.气相沉积： 8.合金电镀： 9.腐蚀：10.电镀：11.堆焊：12.化学转化膜：13.表面工程技术： 14.磨损：15.极化：16.钝化：17.表面淬火：18.喷丸强化：19.热扩渗：20.热喷涂：21.热喷焊：22.电镀：23.化学镀： 二、填空题 1.钢件渗碳后，表面为（）钢，心部仍保持（）状态。再通过（）及（）工艺，可使渗碳件具有表面硬度高，耐磨损，心部硬度低，塑性和韧性好的特点。 2.感应加热表面淬火的原理是利用感应电流的（），（）和（）。 3. （）、（）和（）是衡量气体渗碳件是否合格的三大主要性能指标，它们基本决定了渗碳件的综合力学性能。 4.热喷涂时，熔滴撞击基材后扩展成（），撞击时的高能量有助于熔滴的扩展，但会因为（）和（）而停止扩展，并凝固成一种（）结构。 5.热扩渗时，渗剂元素原子扩散的机理主要有（）、（）和（）三种。 6.腐蚀按材料腐蚀原理分为（）和（）两种。 7.热喷涂时，当熔滴撞击基体并快速冷却凝固时，颗粒内部会产生（），而在基体表面产生（）。喷涂完成后，涂层内部残余应力大小与 （）成正比。 8.磨损分为（）、（）、（）、（）微动磨损、冲蚀（包括气蚀）磨损高温磨损。 9.离子镀膜是（）与（）相结合的一种镀膜工艺。 10.常用的热喷涂工艺方法有（）、（）和（）。
三、简答题 1．表面淬火技术与常规淬火技术有何区别？ 2．简述复合镀的原理和需要满足的基本条件？ 3．最基本的金属腐蚀的主要形式和金属材料腐蚀控制及防护方法？4．简述热喷涂涂层的形成过程。 5.简述离子镀膜的特点？ 7．简述CVD的沉积条件？ 8．简述等离子体热扩渗与普通气体热扩渗技术相比都有哪些基本特点？ 9.简述离子镀膜的特点？ 10.简述形成热扩渗层的基本条件？ 11.简述热扩渗层的形成机理？ 12.简述化学镀的原理与特点. 四、论述题 1.试述常用的热喷涂工艺方法及其基本特点? 2.试述热喷涂涂层结合的三种机理? 3.试述表面淬火和化学热处理的概念及区别？ 4.试述什么是堆焊？堆焊层有哪些特点？ 5.试述堆焊与一般焊接的区别及特性？ 6.试述物理与化学气相沉积原理，特点及分类? 7.试述几种典型表面淬火工艺及特点？
现代表面科学技术作业 —热喷涂表面处理技术 学号： 姓名： 日期： 任课老师：
摘要：本文重点介绍了热喷涂技术的作用原理、工艺特点、分类。总结了热喷涂技术的应用状况。探讨了新工艺在热喷涂技术中的应用前景。 关键词：热喷涂；表面处理技术；新工艺 1 前言 近30多年来人们对传统表面技术进行了一系列改进、复合和创新, 使大量的现代表面技术涌现出来,在各个工业部门、农业、生物、医药以及日常生活中有着广泛而重要的应用。 表面技术的应用所包含的内容十分广泛,可以用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰等, 也可以是光、电、磁、声、热、化学、生物等方面的应用。表面技术所涉及的基体材料不仅是金属材料,也包括无机非金属材料、有机高分子材料及复合材料。表面技术的种类很多,把这些技术恰当地应用于构件、零部件、元器件以及各种材料,可以获得巨大的效益。 现代高新技术的飞速发展对提高金属材料的性能、延长仪器设备中零部件的使用寿命提出了越来越高的要求。而这两个方面的要求又面临高性能结构材料成本逐年上升的问题。近年来，表面工程的快速发展，尤其是热喷涂技术获得了巨大的进展，为解决上述提供了一种新的方法。热喷涂是一种通过专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上，形成一种特制薄层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的表面工程技术[1-2]。 由于热喷涂技术可以喷涂各种金属及合金、陶瓷、塑料及非金属等大多数固态工程材料，所以能制成具备各种性能的功能涂层，并且施工灵活，适应性强，应用面广，经济效益突出，尤其对提高产品质量、延长产品寿命、改进产品结构、节约能源、节约贵重金属材料、提高工效、降低成本等方面都有重要作用。随着工业和科技的发展，人们对热喷涂技术提出了越来越高的要求，在已有的热喷涂工艺不断得到改进的同时，一些新的工艺也应运而生。目前，包括航空、航天、原子能设备、电子等尖端技术在内的很多领域内[3]热喷涂技术都得到了广泛的应用，并取得了良好的经济效益。 2 热喷涂工艺的原理 热喷涂技术是通过某种热源将某些材料加热至熔融或半熔融状态，然后喷射到涂敷的基体表面，形成一层性能优于原来基体的涂层，从而使原工件具有更加优异的表面性能，或者是使工件获得一种或几种原来基体材料不具备的表面性能膜状组织[4]。喷涂层的形成包括喷涂材料的加热熔化阶段、熔滴的雾化阶段、粒子的飞行阶段和粒子的喷涂阶段。涂层与基体的结合一般认为有机械结合、扩散结合、物理结合和冶金结合。在使用放热型喷涂材料或采用高温热源喷涂时，熔融态的喷涂材料粒子会与熔化态的基体发生焊接现象，形成微区的冶金结合，提高涂层与基体的结合强度。喷涂层内的粒子之间的结合以机械结合为主，而扩散结合、物理结合、冶金结合等也共同起作用。 3 热喷涂工艺的特点 自1910年瑞士肖普（Schoop）博士发明了一种火焰喷涂装置（即热喷涂）以来，热喷
一种新型高质效钢材漆前表面处理设备 全自动钢材清洁防锈工作站 金属涂装前处理指金属喷漆喷塑或电泳前的除油、除锈和防锈。目前国内钢铁材料表面前处理分为三种：喷砂和抛丸等机械除油除锈;化学品除油除锈防锈；机械处理+化学品防锈。 三种处理方法各有优缺点：1、效率方面。化学处理效率最高；机械方法效率最低；机械+化学法效率适中，但人的劳动强度大。2、污染方面。抛丸有噪音和粉尘污染；化学法有废水污染；机械+化学法污染很低。3、质量效果方面。机械法表面粗糙度高，清理不彻底，没有防锈功能，涂装附着力差；化学方法易出现过腐蚀氢脆危害，防锈和附着力没有问题；机械+化学方法质量有保障。4、成本方面。机械法因效率低、涂装成本高等因素最终成本高；化学法因为污水处理、带出损失等成本稍高；机械+化学法因劳动强度大成本也高。 为解决金属表面处理的缺点，我们研发出高效高质、运行成本低的钢材漆前高质效表面处理新型设备——钢材高质效清洁防锈一体机（简称钢材清洁防锈工作站）。该设备优化了机械+化学的处理工艺，生产效率高，运行中没有粉尘污染，整套系统为封闭循环系统，药剂和水系统采用全循环处理，不外排。 钢材清洁防锈工作站优点： 1、充分考虑了系统的环保性、资源循环能力。 2、高效率、高质量、低成本和很好的防锈蚀能力。
3、全自动化操作。 4、可快速拆卸，方便搬运和组装。可实现施工现场即时处理，避免材料在装卸、运输和储存过程出现的二次污染和锈蚀。 5、没有危废产生，没有废气产生，没有废水产生。 设备图片：
净化处理过程： 1、上料。 2、无粉尘预处理。机械方法除去部分锈蚀、氧化层和油污。 3、无粉尘处理。机械方法除去绝大部分油污和氧化层。 4、无气味深度净化处理。进一步除去表面和孔内残留的少量油污和氧化层。该阶段使用我们专用的无污染环保剥离新材料。 5、蒸汽清理。清除残留的颗粒物和其他化学物质。 6、防锈处理。一层高性能防锈膜层保证1个月不产生锈蚀，同时提高油漆附着力、抗冲击和综合防腐蚀性能。该阶段使用高效环 保偶链剂。 7、风干。保证产品表面干燥，便于马上包装和储存。 8、下料。 生产效率和产量： 生产效率：0.8-1.5m/min。 产量：3.0-10.0t/h。 运行成本和占地面积： 1、运行成本
ISO、ASTM紧固件表面处理标准新技术要求 所有的碳钢紧固件中约有90％的表面需经过镀或涂履处理，或者带有某些其它添加的表面（密封剂、面涂和润滑），主要是为了提高表面抗腐蚀能力、外观装饰、耐磨性或控制扭矩轴力K因子等要求。 一、紧固件表面处理新标准 近几年在紧固件的贸易接单中，客户对紧固件表面涂覆质量、无铬钝化、抗腐蚀能力和装饰色泽也提出更高的要求，及减少氢脆危险的技术措施，尤其是对有涂履高强度紧固件的装配扭矩轴力关系等提出更加严谨的规范要求。 随着金属表面处理的环保、节能及产品品质的提升，不同的涂层上需带有或附加密封剂、面涂和集成或附加润滑的表面涂履处理的新技术和新工艺在不断涌现和攀升，表面涂履的技术规范和质量要求在不断在提升和完善，表面处理标准也在不断地将表面处理的新工艺、新技术和新规范充实到标准中去，这对紧固件企业交货产品的表面处理质量也提出更高要求。 因此，我国紧固件生产企业要尽快去收集和理解紧固件表面处理新标准，加强紧固件表面处理新工艺和新技术的研发进度，提高紧固件表面处理质量，以适应市场和用户的新需求。 从2011年后ISO/TC2/ SC14国际紧固件（表面涂层）分技术委员会和ASTM F16.03美国紧固件涂层分技术委员等国家的标准化组织，对紧固件电镀、非电解锌片涂层（达克罗）和热浸镀锌三个主要的表面处理标准也加快了修订进度，2014年和2015 年ISO 和ASTM都相继推出了紧固件的涂层新标准。 1.1 紧固件电镀标准 ISO/TC2/SC14国际紧固件涂层分技术委员推出ISO/PWI 4042-2017《紧固件 电镀层》标准，彻底修改现行ISO 4042-1999版标准（GB/T5267.1-2002《紧固件 电镀层》）；该标准修订考虑到相关国家和地区环保法规要求，六价铬Cr+6和无铬Cr+3钝化的技术发展，增添涂层密封剂、面漆和附加润滑新技术条款，以满足涂层紧固件防腐蚀、外观装饰及装配功能要求，及最大限度地减少氢脆危险及相关去氢技术措施。 2015年美国推出ASTMF1941/F1941M -2015《英制和米制机械紧固件——电镀层规范》标准。该规范涵盖了美制“UNC/UNF”统一英制螺纹和米制“M”螺纹的机械紧固件电镀涂层，建立的涂层系统与ISO国际标准同步。紧固件涂层螺纹应符合ASME B1.1美制和ISO 965-1、ISO
ISO 、AST 嘛固件表面处理标准新技术要求 所有的碳钢紧固件中约有 90 %的表面需经过镀或涂履处理，或者带有某些其它添加的 表面（密封剂、面涂和润滑），主要是为了提高表面抗腐蚀能力、外观装饰、耐磨性或控 制扭矩轴力K 因子等要求。 一、紧固件表面处理新标准 1.2紧固件达克罗处理标准 ISO 10683:2014 版《紧固件 非电解锌片涂层》新标准，修订了 （GB/T5267.2-2002《紧固件非电解锌片涂层》）标准明确指出对紧固件非电解锌片涂层 （达克罗）的相关产业或流通领域化学品供应商、涂履加工者、紧固件制造商，分销商和 ______________ 最终用户必须在合同中注明锌片涂层有与否 （带六价铬 Cr+6或无铬Cr+3 ）。标准覆盖了所- 有类型紧固件，即ISO 公制螺纹紧固件与非ISO 公制螺纹紧固件（美制英寸60°螺纹UNC/UNF 等）和非螺纹紧固件（包括垫圈，销，夹等），为提高防腐蚀和装配功能或减少螺纹咬死, 件的装配扭矩轴力关系等提出更加严谨的规范要求。 随着金属表面处理的环保、节能及产品品质的提升，不冋的涂层上需带有或附加密封 剂、面涂和集成或附加润滑的表面涂履处理的新技术和新工艺在不断涌现和攀升，表面涂 履的技术规范和质量要求在不断在提升和完善，表面处理标准也在不断地将表面处理的新 工艺、新技术和新规范充实到标准中去，这对紧固件企业交货产品的表面处理质量也提出 更咼要求。 因此，我国紧固件生产企业要尽快去收集和理解紧固件表面处理新标准，加强紧固件 表面处理新工艺和新技术的研发进度，提高紧固件表面处理质量，以适应市场和用户的新 需求。 从2011年后ISO/TC2/ SC14国际紧固件（表面涂层）分技术委员会和 ASTM F16.03美 国紧固件涂层分技术委员等国家的标准化组织，对紧固件电镀、非电解锌片涂层（达克罗） 和热浸镀锌三个主要的表面处理标准也加快了修订进度， 2014年和2015年ISO 和ASTM 都相继推出了紧固件的涂层新标准。 1.1紧固件电镀标准 ISO/TC2/SC14国际紧固件涂层分技术委员推出 ISO/PWI 4042-2017《紧固件 电镀层》 标准，彻底修改现行 ISO 4042-1999版标准（GB/T5267.1-2002《紧固件 电镀层》）；该 标准修订考虑到相关国家和地区环保法规要求，六价铬 Cr+6和无铬Cr+3钝化的技术发展， 增添涂层密封剂、面漆和附加润滑新技术条款，以满足涂层紧固件防腐蚀、外观装饰及装 配功能要求，及最大限度地减少氢脆危险及相关去氢技术措施。 2015年美国推出ASTMF1941/F1941M -2015《英制和米制机械紧固件一一电镀层规范》 标准。该规范涵盖了美制“ UNC/UNF 统一英制螺纹和米制“ M 螺纹的机械紧固件电镀涂 层，建立的涂层系统与 ISO 国际标准同步。紧固件涂层螺纹应符合 ASME B1.1美制和IsO 965-1、ISO 965-2和ISO965-3公制螺纹标准，涂层厚度值是基于外螺纹公差和偏差值，涂 后螺纹不应 超过螺纹基本中径，而影响螺纹的互换性。 对于表面硬化和硬度大于 39HRC 高强度紧固件，按水溶液沉积金属电镀的工艺过程， 有因氢脆而导致失效的风险，尽管这个风险可以通过选择合适的材料、适当的表面处理工 艺方法以及后期烘烤等来进行控制，但氢脆的风险是不能完全排除。因此，本标准不推荐 12.9级（》39HRC 的紧固件采用电镀处理。申明本标准发布即替代 ASTMB633《铁和钢电 解沉积镀锌》标准在紧固件电镀表面处理中的应用。 近几年在紧固件的贸易接单中，客户对紧固件表面涂覆质量、无铬钝化、抗腐蚀能力 和装饰 色泽也提出更高的要求，及减少氢脆危险的技术措施，尤其是对有涂履高强度紧固 ISO 10683:2000 标准
8. 什么是弱束暗场像？与中心暗场像有何不同？试用Ewald图解说明。 答：弱束暗场像是通过入射束倾斜，使偏离布拉格条件较远的一个衍射束通过物镜光阑，透射束和其他衍射束都被挡掉，利用透过物镜光阑的强度较弱的衍射束成像。 与中心暗场像不同的是，中心暗场像是在双光束的条件下用的成像条件成像，即除直射束外只有一个强的衍射束，而弱束暗场像是在双光阑条件下的g/3g的成像条件成像，采用很大的偏离参量s。中心暗场像的成像衍射束严格满足布拉格条件，衍射强度较强，而弱束暗场像利用偏离布拉格条件较远的衍射束成像，衍射束强度很弱。采用弱束暗场像，完整区域的衍射束强度极弱，而在缺陷附近的极小区域内发生较强的反射，形成高分辨率的缺陷图像。图：PPT透射电子显微技术1页 10. 透射电子显微成像中，层错、反相畴界、畴界、孪晶界、晶界等衍衬像有何异同？用什么办法及根据什么特征才能将它们区分开来？ 答：由于层错区域衍射波振幅一般与无层错区域衍射波振幅不同，则层错区和与相邻区域形成了不同的衬度，相应地出现均匀的亮线和暗线，由于层错两侧的区域晶体结构和位相相同，故所有亮线和暗线的衬度分别相同。层错衍衬像表现为平行于层错面迹线的明暗相间的等间距条纹。 孪晶界和晶界两侧的晶体由于位向不同，或者还由于点阵类型不同，一边的晶体处于双光束条件时，另一边的衍射条件不可能是完全相同的，也可能是处于无强衍射的情况，就相当于出现等厚条纹，所以他们的衍衬像都是间距不等的明暗相间的条纹，不同的是孪晶界是一条直线，而晶界不是直线。 反相畴界的衍衬像是曲折的带状条纹将晶粒分隔成许多形状不规则的小区域。 层错条纹平行线直线间距相等 反相畴界非平行线非直线间距不等 孪晶界条纹平行线直线间距不等 晶界条纹平行线非直线间距不等 11.什么是透射电子显微像中的质厚衬度、衍射衬度和相位衬度。形成衍射衬度像和相位衬度像时，物镜在聚焦方面有何不同？为什么？ 答：质厚衬度：入射电子透过非晶样品时，由于样品不同微区间存在原子序数或厚度的差异，导致透过不同区域落在像平面上的电子数不同，对应各个区域的图像的明暗不同，形成的衬度。 衍射衬度：由于样品中的不同晶体或同一晶体中不同部位的位向差异导致产生衍射程度不同而形成各区域图像亮度的差异，形成的衬度。 相位衬度：电子束透过样品，试样中原子核和核外电子产生的库伦场导致电子波的相位发生变化，样品中不同微区对相位变化作用不同，把相应的相位的变化情况转变为相衬度，称为相位衬度。 物镜聚焦方面的不同：透射电子束和至少一个衍射束同时通过物镜光阑成像时，透射束和衍射束相互干涉形成反应晶体点阵周期的条纹成像或点阵像或结构物象，这种相位衬度图像的形成是透射束和衍射束相干的结果，而衍射衬度成像只用透射束或者衍射束成像。
材料表面工程技术练习题（答案） 一、解释名词 1.喷丸强化技术: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、疲劳强度和抗压力腐蚀能力的表面工程技术。 2.干法热浸渗:先将经常规方法脱脂除锈清洗后的清洁工件或钢材进行溶剂处理，干燥后再将工件浸入欲渗金属溶液中，保温数分钟后抽出，水冷。 3.粘结底层:某些材料能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上，而且这类涂层表面粗糙度适中，对随后喷涂的其它涂层有良好的粘结作用。 4.溅射镀膜:用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递，使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法。(在真空室中，利用荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面沉积的过程。) 5.分子束外延:在超高真空环境中，将薄膜诸组分元素的分子束流，直接喷到温度适宜的衬底表面上，在合适的条件下就能沉积出所需要的外延层。 6.激光合金化技术:激光合金化就是利用激光束将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，从而使基体表层具有特定的合金成分的技术。换言之，它是一种利用激光改变金属或合金表面化学成分的技术。 7.物理气相沉积:在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其粒子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法。 8.真空蒸镀:在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。
9.热喷涂工艺:热喷涂是用专用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。 10.气相沉积:气相沉积技术也是一种在基体上形成一层功能膜的技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。 气相沉积技术一般可分为两大类:物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)。 11.合金电镀:在一个镀槽中，同时沉积含有两种或两种以上金属元素镀层称为合金电镀。 12.腐蚀:材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。 13.电镀: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，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，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.堆焊:在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特殊性能合金层的技术。 15.离子镀膜:真空蒸发镀膜:在真空室内，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体(基片/基板/衬底、工件)表面，凝结形成固态薄膜的方法。 16.化学转化膜:通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观(形状及几何尺寸)的一类技术。 17.表面工程技术:为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能(或功能)的化学、物理方法与工艺。 18.表面能:严格意义上指材料表面的内能，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等。
《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 一材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途 二 X射线电子能谱的工作原理、适用范围及特点 1 X射线光电子能谱分析的基本原理： X光电子能谱分析的基本原理： 一定能量的X光照射到样品表面，和待测物质发生作用，可以使待测物质原子中的电子脱离原子成为自由电子。该过程可用下式表示：hν=E k+E b+E r其中：hν：X光子的能量；E k：光电子的能量；E b：电子的结合能；E r：原子的反冲能量。其中E r很小，可以忽略。 对于固体样品，计算结合能的参考点不是选真空中的静止电子，而是选用费米能级，由内层电子跃迁到费米能级消耗的能量为结合能E b，由费米能级进入真空成为自由电子所需的能量为功函数Φ，剩余的能量成为自由电子的动能E k， 上式又可表示为： hν=E k+E b+Φ E b= hν-E k-Φ 仪器材料的功函数Φ是一个定值，约为4eV，入射X光子能量已知，这样，如果测出电子的动能E k，便可得到固体样品电子的结合能。各种原子，分子的轨道电子结合能是一定的。因此，通过对样品产生的光子能量的测定，就可以了解样品中元素的组成。元素所处的化学环境不同，其结合能会有微小的差别，这种由化学环境不同引起的结合能的微小差别叫化学位移，由化学位移的大小可以确定元素所处的状态。例如某元素失去电子成为离子后，其结合能会增加，如果得到电子成为负离子，则结合能会降低。因此，利用化学位移值可以分析元素的化合价和存在形式。 2 X射线光电子能谱法的应用 （1）元素定性分析 各种元素都有它的特征的电子结合能，因此在能谱图中就出现特征谱线，可以根据这些谱线在能谱图中的位置来鉴定周期表中除 H 材料表面处理技术 摘要：介绍了表面处理技术的内容，现代材料表面处理技术与传统表面处理技术的区别，重点介绍了表面处理技术在模具上的应用和发展，最后针对材料表面处理技术研究和应用所存在的问题，提出了自己的看法。 关键词：表面处理技术区别模具问题。 一、表面处理技术的内容 材料表面处理技术与工程,是80年代以来世界十大关键之一的新兴技术,现已迅速发展成跨学科的、综合性强的新兴的先进工程技术,涉及到材料、物理、化学、真空技术及微电子学等许多学科,应用领域非常广。 表面处理技术包括：表面覆盖技术、表面改性技术和复合表面处理技术。1)表面覆盖技术 这项技术的种类很多,目前主要有下列24类:1电镀；2电刷镀；3化学镀；4涂装；5粘结；6堆焊；7熔结；8热喷涂；9塑料粉末涂敷；10电火花涂敷；11热浸镀；12搪瓷涂敷；13陶瓷涂敷；14真空蒸镀；5溅射镀；16离子镀；17普通化学气相沉积；18等离子体化学气相沉积；19金属有机物气相沉积；20分子束外延；21离子束合成薄膜技术；22化学转化膜；23热烫印；24暂时性覆盖处理。上述每类表面覆盖技术又可分为许多种技术。例如电镀按镀层可分为单金属电镀和合金电镀。单金属镀层有锌、镉、铜、镍等数10种,合金镀层有锌铜、镍铁、锌-镍-铁等100多种。按电镀方式,可分为挂镀、吊镀、滚镀和刷镀等。某些分类有重叠情况,例如塑料粉末涂敷可归入涂装一类,但由于其特殊性,故单独列为一类。又如陶瓷涂敷,其中不少内容可归入热喷涂一类,但考虑其完整性,也单独列为一类。有些技术,尤其是一些新技术,根据其特点和发展情况,在需要时可单独列为一类。例如片状锌基铬盐防护涂层(又称达克罗等),是由细小片状锌、片状铝、铬酸盐、水和有机溶剂构成涂料,经涂敷和300℃左右加热保温除去水和有机溶剂后形成涂层,因具有涂层薄、防蚀性能优良、无氢脆、耐热性好、附着性高以及无环境污染等优点,所以发展迅速,可考虑从涂装中单独列出。 2)表面改性技术 目前大致可分为以下几类:喷丸强化；表面热处理；化学热处理；等离子扩渗处理；激光表面处理；电子束表面处理；高密度太阳能表面处理；离子注入表面改性。 实际上“表面改性”是一个具有较为广泛涵义的技术名词,它可泛指“经过特殊表面处理以得到某种特殊性能的技术”。因此,有许多表面覆盖技术也可看作表面改性技术。为了使这些覆盖技术归类完整起见,我们说的表面改性技术是指“表面覆盖”以外的,通过用机械、物理、化学等方法,改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态,来获得某种特殊性能的表面处理技术。 3)复合表面处理技术 表面技术种类繁杂,今后还会有一系列新技术涌现出来。表面技术的另一个重要趋向是综合运用两种或更多种表面技术的复合表面处理将获得迅速发展。随着材料使用要求的不断提高,单一的表面技术因有一定的局限性而往往不能满足需要。目前已开发的一些复合表面处理如等离子喷涂与激光辐照复合、热喷涂与 材料表面形貌及成分测试 目的： 通过分析样品的表面/或近表面来表征材料。基于您所需要的资料,我们可以为您的项目选择最佳的分析技术。我们的绝大部分的技术使用固体样品，有时会用少的液体样品来获取固体表面的化学信息。在许多情况下材料表征和表面分析是很好的选择，绝大大部分属于两类: ?已知自己拥有什么样的材料，但是想要更多关于具体性能的信息，比如界面锐度、剖面分布、形态、晶体结构、厚度、应力以及质量。 ?您有对之不是完全了解的材料，想找出有关它的成份、沾污、残留物、界面层、杂质等。 链接： 一、光学显微镜（OM） 二、扫描电子显微（SEM） 三、X射线能谱仪（EDS） 四、俄歇电子能谱 (AES, Auger) 五、X射线光电子能谱/电子光谱化学分析仪(XPS/ESCA) 六、二次离子质谱(SIMS) 七、傅里叶转换红外线光谱术(FTIR) 八、X射线荧光分析(XRF) 九、拉曼光谱(Raman) 十、扫描探针显微镜/原子力显微镜(AFM) 十一、激光共聚焦显微镜 链接一：光学显微镜（OM） 技术原理 光学显微镜的成像原理，是利用可见光照射在试片表面造成局部散射或反射来形成不同的对比，然而因为可见光的波长高达 4000-7000埃，在分辨率 (或谓鉴别率、解像能，系指两点能被分辨的最近距离) 的考虑上，自然是最差的。在一般的操作下，由于肉眼的鉴别率仅有0.2 mm，当光学显微镜的最佳分辨率只有0.2 um 时，理论上的最高放大倍率只有1000 X，放大倍率有限，但视野却反而是各种成像系统中最大的，这说明了光学显微镜的观察事实上仍能提供许多初步的结构数据。 仪器图片： 50-1000X100-500X / 40-200X / 5-75X 50-1000X 分析应用 光学显微镜的放大倍率及分辨率，虽无法满足许多材料表面观察之需求，但仍广泛应用于下列之各项应用，诸如： (1)组件横截面结构观察； (2)平面式去层次 (Delayer) 结构分析与观察； (3)析出物空乏区 (Precipitate Free Zone) 的观察； (4)差扁平电缆与过蚀刻(Overetch)凹痕的观察； (5)氧化迭差(Oxidation Enhanced Stacking Faults, OSF)的研究等。 电镀的基本原理 电镀的基本过程 电镀的基本过程（以镀镍为例）是将零件浸在金属盐的（如NiSO4）溶液中作为阴极，金属板件作为阳极，接通电源后，在零件表面就会沉积出金属镀层。 如右图所示：例如在硫酸镍电镀溶液中镀镍 在阴极上发生还原的反应： Ni2++2e-→Ni （2-1） 另外，镀液中的氢也会还原为氢 的副反应： 2H++2e-→H2↑（2-2） 析氢副反应可能会引起电镀零件的氢脆，造成电镀效率降低等不良后果。 在镍阳极上发生金属镍失去电子变为镍离子的氧化反应： Ni→Ni2++2e- （2-3）有时还有可能发生如下的副反应： 4OH-→2H2O+O2+4e- （2-4） 在电镀过程中，电极反应是电流通过 电极/溶液界面的必要条件，正因如此，阴极上的还原沉积过程由以下几个过程构成： ①溶液中的金属离子（如水化金属离子或络合离子）通过电迁移、对流、扩散等形式到达阴极表面附近；②金属离子在还原之前在阴极附近或表面发生化学 转化；③金属离子从阴极表面得到电子还原成金属原子；④金属原子沿表面扩散到达生长点进入晶格生长， 或与其他离子相遇形成晶核长大成晶体。 影响镀层质量的因素⑴镀前处理质量 ⑵电镀溶液的本性 ⑶基体金属的本性 ⑷电镀过程电流密度、温度和搅拌等因素 ⑸析氢反应——在电镀过程中，大多数镀液的阴极反应都伴随着有氢气的析出，在不少情况下析氢对镀层质量有恶劣的影响，主要有针孔或麻点，鼓泡氢脆等。如当析出的氢气黏附在阴极表面会产生针孔或麻点，当一部分还原的氢原子渗入基体金属或镀层中，使基体金属或镀层的韧性下降而变脆叫氢脆。为了消除氢脆的不良影响，应在镀后应在镀后进行高温除氢处理。 ⑹镀后处理 电镀锌工艺分为氰化物镀锌和无氰镀锌两类。 氰化物镀锌工艺特点：电镀液具体较好的分散能力和深镀能力，对杂质的敏感性小，工艺容易控制，操作及维护简单，电流密度与温度范围宽。 电极反应 阴极主反应： [Zn(CN)4]2-+4OH-→[Zn(OH)4]2-+4CN- [Zn(CN)4]2- →Zn(OH)2+2OH- Zn(OH)2+2e- →Zn+2OH- 阴极副反应：2H2O+2e- →H2↑+2OH- 阳极主反应：Zn →Zn2++2e- Zn2+再分别与CN-和OH-络合 Zn2++4CN- →[Zn(CN)4]2- 《材料表面工程基础》课后习题目录及答案 1.材料表面工程技术为什么能得到社会的重视获得迅速发展? 2.表面工程技术的目的和作用是什么? 3.为什么说表面工程是一个多学科的边缘学科? 4.为什么会造成表面原子的重组？ 5.什么是实际表面？什么是清洁表面？什么是理想表面？ 6.常用的材料表面处理预处理种类及方法有哪些？ 7.热喷涂技术有什么特点？ 8.热喷涂涂层的结构特点是什么？其形成过程中经历了哪几个阶段？ 9.简单分析热喷涂涂层的结合机理？ 10.热喷涂只要有哪几种喷涂工艺？各有什么特点？ 11.热喷涂材料有哪几大类？热喷涂技术在新型材料开发方面可以做什么工作？ 12.镀层如何分类？怎样选择使用？ 13.金属电镀包括哪些基本步骤？说明其物理意义。 14.电镀的基本原理？ 15.共沉积合金的相特点有几种类型？ 16.电刷镀的原理及特点是什么？ 17.什么叫化学镀？实现化学镀过程有什么方式。 18.与电镀相比，化学镀有何特点？ 19.热浸镀的基本过程是什么？控制步骤是什么？其实质是什么？ 20.形成热浸镀层应满足什么条件？ 21.简述钢材热镀铝时扩散层的形成过程。 22.热镀铝的优缺点怎样？ 23.表面淬火与常规淬火的区别：临界温度上移、奥氏体成分不均匀、晶粒细化、硬度高、耐磨性好、抗疲劳强度高。 24.表面淬火层组成：淬硬区、过渡区和心部区。 25.硬化层厚度的测定：金相法和硬度法。 26.喷丸强化技术原理、特点、应用围。 27.感应加热淬火原理、涡流、集肤效应。 28.工件感应加热淬火的工艺流程。 29.各种表面淬火的特点和应用围。 30.什么是表面工程？表面工程技术的作用是什么？ 31.金属离子电沉积的热力学条件是什么？金属离子从水溶液中沉积的可能性取决于什么？ 32.什么是热喷涂技术？试简述热喷涂的特点。 33.热喷涂的涂层结构特点是什么？其涂层与基体的结合机理是什么？一般的等离子喷涂层不可能形成太厚的涂层，为什么？而HVOF技术则可以获得10余毫米厚的超厚涂层，又是为什么？ 34.化学镀的基本原理是什么？有哪些特点？ 35.材料表面工程技术是我校材料科学的学科优势之一？你对于我校材料表面技术的发展有什么想法和建议？ 36.材料表面耐腐蚀的技术有哪些？我国规定煤矿系统的井筒井架、电力塔架、广播发射塔等必须要进行钢结构长效防腐处理。一般的寿命要求30～50年。请 材料表面工程教案 李远睿编写 重庆大学材料科学与工程学院 2005年4月 前言Foreword 金属材料表面工程学科是涉及范围较广的学科。总的目的是：在保证材料整体强度水平不降低的基础上设法应用不同的现代技术手段赋予材料表面各种所需要的性能。本课程在介绍了金属表面的有关基础知识后，结合国内外最新的资料和信息及老师的科研实践，分别讲解：表面准备、表面冷塑性变性强化、表面覆层强化，高能量密度表面强化与改性、表面淬火强化，化学热处理表面强化及表面特殊涂覆处理和表面复合处理技术等内容。由于在热处理工艺学中学习了表面淬火强化和化学热处理等方面的内容，则在本课程中不再详细讨论了。 一综述： 1．金属材料表面工程学的地位。 金属材料，特别是钢铁材料，目前仍旧是机械,设备和工程构件的主要材料。国内机械行业曾对114 个大型企业耗用材料的统计资料表明：钢铁材料占93.13%；有色金属占1.85%；非金属材料占5.2%。目前存在的主要问题是：材料消耗多、利用率低、质量欠稳定、制成的零部件或工程结构失效较早等。 2．机械零件失效的主要形式： a 塑性变形。原因是材料强度不足或过载使用； b 断裂。有韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂三种类型； c 磨损。按磨损机理分为磨料磨损、冲蚀磨损、粘着磨损和疲劳磨损四类，各类磨损又可以细分为更具体的一些形式。 d 腐蚀。在环境及周围介质作用下，对金属材料及零件的腐蚀。 在以上四种失效形式中，磨损、疲劳和腐蚀占80%以上。由现代理化手段分析后证实：失效通常是从材料的表面开始的，而且往往是因其表面性能不高所致。故研究金属材料的表面及其相应的强化方法有十分重要的意义。 二表面强化技术的分类及概况。 1．分类。通常按表面强化技术的性质分类，可以分为： a化学热处理表面强化；b表面淬火强化；c表面覆层（化成处理覆层、覆衬、CVP、PVD薄膜和热浸渗）强化及装饰；d表面冷塑性变形强化；e表面复合强化；f表面高能量密度改性与强化。 2．各类表面强化的概况。 a 化学热处理表面强化。即用渗入原子在材料表层内扩散而形成人工内污染层，以改变表层的化学成分为先决条件，再进行不同处理后赋与表面和内部不同的组织，从而具有不同性能的表面强化方法。例如：钢的渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、热浸渗和渗金属等等。 b 表面淬火。不改变材料的化学成分，只是因表层相变而产生的强化方法称为表面淬火。例如：高频、中频和表面感应加热淬火、火焰加热表面淬火、电子束、激光（Laser）束加热表面淬火等。 c 表面冷塑性变形强化。在金属材料的再结晶温度之下，使其表层发生冷塑性变形后达到表层加工硬化，弥补其表面轻微脱碳和细小缺陷并形成表层残余压应力的强化方法称为表面冷塑性变形强化。其显著作用就是提高金属材料及其制品的高周疲劳寿命，且材料本身强度愈高，其表面强化效果愈显著。表面冷塑性变形强化的方法有：表面滚压、内孔挤压和表层喷丸强化。其中，喷丸强化用得最普遍。 d 表面覆层强化及装饰。使金属表面获得特殊的覆盖层，以提高其耐磨、耐蚀、抗疲劳及装饰等目的工艺方法都称为表面覆层强化及装饰。它分为：表面镀膜，化成处理和表面覆衬。表面镀膜主要有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和分子外延技术等；化成处理主要有：化学镀、电镀、发蓝、发黑、磷化和铝的阳极氧化等；表面覆层主要为热喷涂、热堆焊覆层（衬）和用玻璃和地沥清等覆衬于其表面，以达到耐热、耐蚀、防滑、修复尺寸和防腐等目的。 e高能量密度表面强化。以极高密度的能量作用于金属表面使其发生物理、化学变化，达到强化或表面改性的目的称为高能量密度表面强化。特点是：方法简单、时间短、变形小、高效率等，但设备复杂，造价高。采用：电子束、激光束、太阳能和高频冲击表面感应加热等。能量密度：以电子束和激光束提供的能量密度最高，可达到：材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途
材料表面处理技术
材料表面形貌和成分分析
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材料表面工程基础
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