现代表面技术复习题..

表面技术相关作业题陈庆强第一章1.找找看，在我们身边有哪些使用了表面工程技术的物品?答：金属零件防腐，建筑物涂层，家具的涂层等。

2.表面工程技术的目的和作用是什么?答：表面工程技术的目的和作用主要是为了获得更好的表面性能，如机械性能、可加工性、抗磨性、热特性、电特性、电磁性、光特性、装饰性等。

3.查阅资料，探讨表面工程技术发展的新趋势、新方向?答：发展方向主要有：新型涂层、发展复合表面技术、纳米表面工程、传统表面工程技术的创新、表面工程领域中的清洁生产等。

第二章4.为什么会造成表面原子的重组？答：大多数金属表面上的点阵类型与体相的类型是一致的，即表面单胞等于体相单胞在表面的投影，或为（1X1）表面结构。

但是表面使原子的周期排列受到破坏，尤其在表面吸附物质的作用下，表面的键合作用难免会重新调整以达到平衡，即导致原子的重排。

5.什么是实际表面？什么是清洁表面？什么是理想表面？答：①实际表面是指暴露在未加工控制的大气环境中的固体表面，或者经过一定加工处理（切割、研磨、抛光、清洗等），保持在常温和常压（也可能再低真空或高温）下的表面。

这种表面可能是单晶或多晶，也可能是粉体或非晶体。

这是在日常工作和生产中经常遇到的表面，又称真实表面；②清洁表面是指经过特殊处理后，保持在超高真空条件下，使外来污染少到不能用一般表面分析方法探测到的表面；③理想表面是一种理论上结构完整的二维点阵平面。

它可以想象成将一块无限大的晶体，从中间剖开，将其分成两部分后所形成的表面，并认为半无限晶体中的原子位置和结构的周期性与原来的无限晶体完全一样，但这种理想表面在自然界中是不存在的。

6.清洁表面有什么特点？答：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。

表面偏析：表面原子从内部分凝出来。

表面技术考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 表面张力的单位是：A. 牛顿（N）B. 帕斯卡（Pa）C. 焦耳（J）D. 牛顿每米（N/m）2. 表面活性剂的分子结构特征是：A. 亲水头和疏水尾B. 亲水尾和疏水头C. 亲水亲油双链D. 疏水疏油双链3. 关于表面张力的描述，以下哪项是错误的？A. 表面张力是分子间作用力的体现B. 表面张力总是使液体的表面积减小C. 表面张力与液体的温度无关D. 表面张力可以影响液体的润湿性4. 以下哪种现象不属于表面张力引起的？A. 水滴在荷叶上形成球状B. 肥皂泡的形成C. 水银柱在玻璃管中的上升D. 液体在毛细管中的上升5. 表面活性剂在降低表面张力方面的作用是：A. 增加表面张力B. 减少表面张力C. 保持表面张力不变D. 使表面张力波动6. 表面活性剂在溶液中的聚集形态称为：A. 胶束B. 悬浮液C. 乳液D. 泡沫7. 以下哪种物质不属于表面活性剂？A. 肥皂B. 洗洁精C. 酒精D. 洗发水8. 表面活性剂的临界胶束浓度（CMC）是指：A. 表面活性剂开始形成胶束的浓度B. 表面活性剂完全溶解的浓度C. 表面张力达到最低点的浓度D. 表面活性剂开始沉淀的浓度9. 在润湿过程中，接触角的大小与以下哪个因素无关？A. 固体的表面能B. 液体的表面张力C. 液体的温度D. 液体的粘度10. 表面活性剂在工业应用中，以下哪项不是其主要功能？A. 乳化作用B. 清洁作用C. 杀菌作用D. 起泡作用二、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述表面张力的定义及其在日常生活中的应用。

2. 解释什么是临界胶束浓度，并举例说明其在实际中的应用。

3. 描述表面活性剂在洗涤过程中的作用机制。

三、计算题（每题25分，共50分）1. 已知某液体的表面张力为72 mN/m，求该液体在一定温度下形成半球形液滴的半径。

2. 假设一个表面活性剂的分子质量为700 g/mol，其在水溶液中的CMC为1×10^-5 mol/L。

一. 填空题填空题1.1. 固体表面吸附分为物理吸附、化学吸附两类。

物理吸附中表面与被吸附质间的力是范德华力。

在化学吸附中，吸附质与固体表面形成了化学键，强度比范德华力大得多。

华力。

在化学吸附中，吸附质与固体表面形成了化学键，强度比范德华力大得多。

2.2.液体在固体表面上铺展的现象，液体在固体表面上铺展的现象，称为润湿现象，通常用润湿角θ来描述润湿程度，θ减小，润湿性增加。

润湿性增加。

3.3.电镀是利用（电解（原理或方式）电镀是利用（电解（原理或方式））使金属或合金沉积在工件表面，形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程，电镀时被镀工件作为（阴极）。

4.4.电解液使阴极工作镀层厚度均匀分布的能力叫做叫做分散能力，电解液使阴极工作镀层厚度均匀分布的能力叫做叫做分散能力，影响分散能力的因素包括电化学因素和几何因素。

电化学因素和几何因素。

5.5.形成化学转换膜的方法有两类。

形成化学转换膜的方法有两类。

形成化学转换膜的方法有两类。

电化学方法为阳极氧化，电化学方法为阳极氧化，化学方法为化学氧化，化学方法为化学氧化，磷盐酸盐磷盐酸盐处理，铬酸盐处理，草酸盐处理。

处理，铬酸盐处理，草酸盐处理。

6.6.热喷涂（采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化）热喷涂（采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化），然后用（高速气体使涂层材料分散细化）并以很高的速度喷射到事先准备好的工件表面上形成覆层的过程。

散细化）并以很高的速度喷射到事先准备好的工件表面上形成覆层的过程。

7.7.化学镀是一个在催化条件下发生的氧化还原反应过程。

化学镀溶液有金属离子、络合剂、化学镀是一个在催化条件下发生的氧化还原反应过程。

化学镀溶液有金属离子、络合剂、还原剂、稳定剂和缓冲剂等组成。

还原剂、稳定剂和缓冲剂等组成。

8.8.高能量密度的粒子束高能量密度的粒子束（简称高能束）是指高密度光子，电子，离子组成的激光束，电子束，离子束。

离子束。

9.9.气相沉积技术可分为气相沉积技术可分为（物理气相沉积）、（化学气相沉积），其中（物理气相沉积）包括（蒸发镀膜）（溅射镀膜）和（离子镀膜）。

现代表面技术一、填空题1、四把火：淬火、退火、回火、正火。

2、XRD功能：测物相；SEM功能：观察物质形貌。

3、晶体缺陷类型：（1）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子（2）线缺陷：位错（3）面缺陷：晶界与亚晶界4、镀笔组成：笔杆+阳极5、涂料组成：成膜物质、颜料、溶剂、助剂。

二、名词解释1、电镀：电镀是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属覆层工艺。

2、合金镀层：两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层为合金镀层。

3、化学镀：是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属，并沉积在基体表面，形成镀层的一种表面加工方法。

4、化学转化膜：是通过金属与溶液界面上的化学或电化学反应，在其表面形成的稳定的化合物膜层。

5、“发蓝”或“发黑”：钢铁的化学氧化使其表面生成非常稳定的磁性氧化铁Fe3O4膜，也俗称“发蓝”或“发黑”。

6、阳极氧化：在适当的电解液中，金属作为阳极，在外加电流的作用下生成氧化膜。

7.微弧氧化：将铝或铝合金放在电解液中，施加高电压使其表面产生火花或微弧放电，就恩能够获得一层金属氧化物陶器膜，这种方法叫微弧氧化。

8、磷化处理：用含有磷酸、磷酸盐和其它化学药品的稀溶液处理金属，使金属表面发生化学反应，转变为完整的具有中等防蚀的不溶性磷酸盐层的方法。

9、复合喷涂丝：用机械方法将两种或更多种材料复合压制成喷涂线材称复合喷涂丝。

10、涂装：将有机涂料覆于物体表面并干燥成膜的过程称为涂装。

三、简答题1、电镀原理？在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积，形成镀层。

2、电镀的目的？改善材料外观，提高材料的各种物理化学性能，赋予材料表面特殊的耐蚀性，耐磨性，装饰性，焊接性及电、磁、光学性能等。

3、电镀的特点？电镀工艺设备较简单，操作条件易于控制，镀层材料广泛，成本较低，因而工业中广泛应用，是材料表面处理的重要方法。

现代表面技术（缩减后+红色考卷内容）《现代表面技术》复习思考题1.表面处理技术的最早应用是什么？其目的是什么？答：表面处理技术的最早应用是进行钢的淬火，其目的是使钢的表面获得坚硬层。

2.表面处理技术的主要目的是什么？答：（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。

3.表面处理技术主要有哪二条途径进行实施？答：（1）施加各种覆盖层。

（2）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，即采用各种表面改性技术。

5．简述表面处理技术的四种基本类型。

答：（1）原子沉积。

沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的粒子形态在材料表面上形成覆盖层，如电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉积等。

（2）颗粒沉积。

沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层，如热喷涂、搪瓷涂敷等。

（3）整体覆盖。

它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面，如包箔、贴片、热浸镀、涂刷、堆焊等。

（4）表面改性。

用各种物理、化学等方法处理表面，使之组成、结构发生变化，从而改变性能，如表面处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理、离子注入等。

7.试列举10种常用的表面覆盖技术。

答：常用的表面覆盖技术：电镀、电刷镀、化学镀、涂装、粘结、堆焊、熔结、热喷涂、塑料粉末涂敷、电火花涂敷等。

8.试列举8种表面改性技术。

答：表面改性技术：喷丸强化、表面热处理、化学热处理、等离子扩渗处理（PDT）、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。

13.固体可分为哪两类？材料按其特性可分为哪几类？按作用分为哪几类？答：固体大致分为晶体和非晶体两类。

按照材料特性，可将它分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三类。

固体材料按所起的作用可分为结构材料和功能材料两大类。

14.何谓界面？何谓清洁表面？何谓实际表面？答：界面：两种不同相之间的交界区称为界面。

现代表面技术复习题答案第一章1课程的性质、特点“古老T实用T广泛T发展”。

2,课程的地位、重要性“重点发展的学科”。

1按照膜层形成方式及其作用原理，表面技术可以分为哪些类型?（1）原子沉积⑵ 颗粒沉积⑶ 整体覆盖⑷ 表面改性2、固体材料界面有哪三种？（1）表面--固体材料与气体或液体的分界面；（2）晶界（或亚晶界）--多晶材料内部成分、结构相同的界面。

而取向不同的晶粒（或亚晶）之间（3）相界--固体材料中成分、结构不同的两相之间的界面。

3、何谓清洁表面？何谓实际表面？清洁表面：经过诸如离子轰击、高温脱附、超高真空解理、蒸发薄膜、场效应蒸发、化学反应、分子束外延等特殊处理后，保持在10-6 Pa—10-9Pa超高真空下外来沾污少到不能用一般表面分析方法探测的表面。

实际表面：暴露在未加控制的大气环境中的固体表面，或者经过一定加工处理（如切割、研磨、抛光、清洁等），保持在常温和常压（也可能在低真空或者高温）下的表面。

4、清洁表面为何存在各种类型的表面缺陷？从热力学来看，表面附近的原子排列总是趋于能量最低的稳定状态。

达到该稳定状态的方式有两种：一是自行调整，表面原子排列情况与材料内部明显不同；二是依靠表面的成分偏析和表面对外来原子或分子的吸附以及这两者的相互作用而趋向稳定态，因而使表面组分与材料内部不同。

所以清洁表面必然存在各种类型的表面缺陷。

5、简述表面驰豫和表面重构并画出结构示意图。

表面弛豫：表面原子的上、下位移（压缩或膨胀）称为表面驰豫。

表面重构：在平行于基底的表面上，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，这种表面结构称为重构（或再构）。

缺列型重构：是表面周期性地缺失原子列造成的超结构。

重组型重构：并不减少表面的原子数，但却显著地改变表面的原子排列方式。

6、什么是贝尔比层？它有什么特点？贝尔比（Beilby）层：金属在切割、研磨和抛光时，表面原子来不及回到平衡位置，造成一定程度的晶格畸变，深度可达几十微米。

现代表面处理技术复习题一、填空题1、按形成途径材料的表面大致可划分为、、、、、、、几种。

2、固体的表面特性主要表现在、、、3、零件脱脂的方法主要有、、、几种。

4、由摩擦副的运动形式，摩擦主要有、、、5、按磨损机理分通常磨损主要分、、、6、铝合金阳极氧化膜的封闭处理方法主要有、、、。

1、固体的表面特性主要表现在、、、2、零件脱脂的方法主要有、、、几种。

3、由摩擦副的运动形式，摩擦主要有、、、4、按磨损机理分通常磨损主要分、、、5、应力腐蚀发生的3个条件是、、。

6、由涂料的3种固化成膜类型有、、。

7、铝合金阳极氧化膜的封闭处理方法主要有、、8、固体的表面特性主要表现在、、、9、零件脱脂的方法主要有、、、几种。

10、由摩擦副的运动形式，摩擦主要有、、、11、按磨损机理分通常磨损主要分、、、12、应力腐蚀发生的3个条件是、、。

13、由涂料的3种固化成膜类型有、、。

14、铝合金阳极氧化膜的封闭处理方法主要有、、二、不定项选择题1、对涂装设备安全要求最高的一种为。

（2分）A、空气喷法B、高压无空气喷法C、静电喷法 D电泳法2、在讨论腐蚀问题时，通常规定电位较低的电极称为。

（2分）A、阳极B、阴极C、正极D、负极3、大批量电镀小螺钉可选。

（2分）A、挂镀B、刷镀C、滚镀D、连续电镀4、为达到心部强韧抗冲击、表层硬而耐磨，可选。

（4分）A、中碳钢调质加表层淬火B、20Cr等低碳钢渗碳、淬火加低温回火C、38CrMoAl等调质加表层渗氮D、45钢调质加表层镀铬5、机床主轴可由：A、45#钢（调质+表面淬火+低温回火）；B、40Cr（调质+表面淬火+低温回火）；C、20CrMnTi（渗碳+淬火+低温回火）；D、38CrMoAl（调质+氮化）等材料及工艺制造，上述其中成本最高的是（1分），最不抗冲击及抗重载的为（1分），精度高且变形最小的为（1分）；（单选）淬透性最低的为（1分），淬透性最高的为（1分），最耐热耐蚀的为；（1分）；（单选）轴心部可能为低碳马氏体，表层为高碳马氏体的为；（2分）表面、心部成分相同的为；（2分）（多选）表面处理应安排在半精加工之（前、后）（2分）。

PVD1810.221.PVD：真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀。

2.真空泵的分类：气体传输泵、气体捕集器。

3.弧源、磁过滤器、真空靶室和其他附属部分4.PVD的前处理：清洗、去毛刺、喷砂抛光等。

5.分析膜层组织形貌可以采用：金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜。

6.涂层的微观结构和形状最终决定了其性质。

7.衍射峰位角2θ是反映衍射方向的问题，主要与辐射波长，晶胞类型，晶胞大小及形状有关。

遵循布拉格方程。

8.涂层结合力的检测方法：划痕、压痕、球痕测试法。

9.常见的应力测试方法：X射线和电子衍射法，试样变形分析法和光干涉法。

10.靶材按成分分为：单质金属、合金、陶瓷靶材。

11.PVD涂层的研究方向：设备、涂层组元、涂层膜结构、涂层纳米化。

12.真空泵主要分为：气体传输泵、气体捕集泵。

13.靶材形状分为：矩形平面靶材，圆形平面靶材和圆柱靶材。

14.传统靶材制造方法包括：铸造，粉末冶金和非金属粉末。

15.零件的主要失效形式：腐蚀、磨损、疲劳、断裂。

16.涂层内应力主要分为热应力和涂层生长应力。

17.涂层厚度的检测方法：断面法、球痕法、无损检测法。

判断题1.与化学气相沉积相比，物理气相沉积温度高、无污染。

（错，温度低）2.真空度即是气体的稀薄程度。

（错，真空度是指处于真空状态下的气体稀薄程度。

）3.与溅射镀和离子镀相比，蒸镀结合性能最好。

（错，最差）4.对刀具喷砂处理可起到刃口细化作用。

（对）5.氮铝化钛涂层是紫黑色，附着力比氮化钛涂层大，耐热性能优越（对）6.清洗是PVD涂层前必不可少的一道工序。

（对）7.刀具涂层要求周边厚度一致，因此涂层过程中必须有三个转动惯量。

（对，自转，公转，大工件台转动）8.在工业领域内，通常用自来水进行漂洗。

（错，杂质多）9.在刀具刃尖涂层沉积最厚，涂层内应力更高。

（对）10.一般情况下，涂层与基体的界限越明显，则涂层结合力越好。

（错，越明显越差）11.相比于平面靶材，旋转管靶材利用率较大。

“材料表面工程”复习题一、名词解释表面工程技术表面能洁净表面清洁表面吸附作用磨损腐蚀极化钝化表面淬火喷丸强化热扩渗热喷涂热喷焊堆焊电镀化学镀复合电镀转化膜技术真空蒸发镀膜溅射镀膜离子镀膜二、简答题1、表面工程技术的内涵(分类)；2、表面工程技术的特点与意义；3、表面工程技术中结合界面的类型及其结合强度的特点；4、固体表面的吸咐的种类及特点；5、写出Young方程并说明“润湿”与“不润湿”；6、表面粗糙度的两种常用表达方式；7、最常见的磨损种类；如何通过表面技术提高耐磨性？8、腐蚀按材料腐蚀原理可分为哪两类？9、金属腐蚀的主要形式；金属材料腐蚀控制及防护方法；10、表面预处理的作用及主要工序；11、形成热扩渗层的基本条件；12、热扩渗层的形成机理；13、常用的热浸渗方法及其应用；14、等离子体热扩渗的基本特点；15、常用的热喷涂工艺方法及其基本特点；16、电镀层的基本条件；17、镀层按其性能特点可分为哪三类？18、常见的电镀方式及其特点；19、电镀的工艺过程；20、常用单金属电镀层的基本特点及主要用途；21、化学镀的原理与特点；22、复合镀层的种类及应用；23、非金属电镀的基本工艺(前处理)流程；24、转化膜的主要用途；25、阳极氧化的工艺流程；26、真空在薄膜技术中的作用；27、在蒸发镀膜中，为什么必须精确控制蒸发源的温度？28、对比PVD和CVD法中的薄膜生成过程(阶段)；29、简述CVD的沉积条件；30、简述CVD法的特点。

三、阐述题及论述题1、对比分析感应加热淬火、火焰加热淬火、激光淬火的基本工作原理及特点；2、对比分析热喷涂、热喷焊、堆焊在基本工作原理、结合强度、稀释率、主要应用等方面的不同；3、以铝合金阳极氧化为例，结合其氧化膜的形成过程，说明氧化膜的结构特点及性能特点；4、从产生气相镀料粒子的原理出发，分析离子镀膜与蒸发镀膜、溅射镀膜在粒子能量、沉积速率、膜层密度、膜基结合强度的区别；5、结合表面性能要求(耐磨、耐蚀等)，举例说明某一具体表面工程技术的作用(工作原理、工艺实施过程、表层特点等)。

一、名词解释1、表面工程技术：指为满足特定的工作需求，使材料或零部件表面具有特别的成分、结构和性能（或功能）的化学、物理方法与工艺。

2、表面扩散：是指原子、分子、离子或原子团在固体表面沿表面方向的运动。

3、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。

4、吸附作用：物体表面上的原子或分子力场不饱和，有吸引力四周其它物质（主要是气体、液体）分子的能力。

5、磨损：指摩擦体接触表面的材料相对运动中由于机械力作用，间或有化学作用的使材料不断损耗的现象。

6、腐蚀：材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏。

7、极化：腐蚀电池工作时，阴、阳极之间有电流通过，使得电极电位值与初始电位值有一定的偏离，使阴、阳极之间的电位差比初始电位差要小得多的现象。

8、钝化：由于金属表面状态的改变引起金属表面活性的猛然变化，使表面反应速度急剧降低的现象。

9、表面淬火：采纳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，接着使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺过程。

10、喷丸强化：利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击到受喷工件的表面，是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。

11、热扩渗：是指将工件放在特别介质中加热，是介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层的工艺。

12、热喷涂：采纳各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化，接着用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程。

13、热喷焊：采纳热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间，涂层内部颗粒之间的冶金结合，消除空隙。

14、堆焊：是指在零件表面熔敷上一层耐磨、耐蚀、耐热等具有特别性能合金层的技术。

15、电镀：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。