表面工程复习题答案

一、名词解释

1.洁净表面：表面化学成分和体内相同。表面吸附物的覆盖几率很低。

2.TLK模型：平台（Terrace）-台阶（Ledge）-扭折(Kink)模型。基本思想是：在温度相当于0K时，表面原子呈静态。表面原子层可认为是理想平面，其中原子作二维周期排列，并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。

3.界面：固相之间分界面。

4.外延生长界面：在单晶体表面沿原来的结晶轴向生长成的新的单晶层的工艺过程，就称为外延生长。形成的界面称为外延生长界面。

5.机械结合界面：指涂层和基体间的结合靠两种材料相互镶嵌在一起的机械连接形成

6. 润湿：液体在固体表面上铺展的现象。

7. 边界润滑摩擦：对偶件的表面被一薄层油膜隔开，可使摩擦力减小2-10倍，并使表面磨损减少。但是在载荷一大的情况下，油膜就会被偶件上的微凸体穿破，摩擦系数通常在0.1左右。

8.喷焊层的稀释率：一般将基材熔入喷焊层中的质量分数称为喷焊层的稀释率，用公式表示为η=B/(A+B) ，η为喷焊层的稀释率，A为喷焊的金属质量，B为基体熔化的金属质量。

9.自熔合金：就是在常规合金成分基础上加入一定含量的硼、硅元素使材料的熔点大幅度降低，流动性增强，同时提高喷涂材料在高温液态下对基材的润湿能力而设计的。

10.激光熔凝：就是用激光把基材表面加热到熔化温度以上，然后靠基材本身的导热使熔化层表面快速冷却并结晶的热处理工艺。

11.化学转化膜：如果介质是人为选定的，而且表面金属的这种自身转化能够导致生成附着牢固、在水和给定介质中难溶的稳定化合物，金属表面上这样得到的化合物膜层称为化学转化膜。

12.老化处理：钝化膜形成以后要烘干，称为老化处理。

13.发蓝处理：是使钢铁表面生成稳定的氧化物Fe3O4，可获得蓝黑色和黑色的氧化膜。即钢铁的化学氧化俗称发蓝处理。

14.假转化型磷化：在磷化过程中，虽然钢铁基体发生溶解并参与反应，但磷化膜的金属离子主要有溶液提供，一般为Zn2+,Mn2+,Ca2+,中的一种或者两种。所以称为假转化型磷化。

15.化学镀：又称为无电解镀，指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。

16.物理气相沉积（PVD）：在真空条件下，通过各种物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的过程。

17.分馏现象：在同一环境温度（此即蒸发温度）下，合金中各元素的蒸气压不同，因此蒸发速率也不同，会产生分馏现象。

18.溅射镀膜：就是用高能离子轰击固体表面，使高能离子的能量传递给固体的原子，并使它们逸出表面沉积在基片上形成薄膜的方法。

19.化学气相沉积：化合物、单质气体通入放有基片反应室，借助气相作用或在基片上的化学反应生成薄膜的技术。

20.摩擦学三“定律”：（1）摩擦力与接触面的表观面积无关

（2）摩擦力与两接触体的法向载荷成正比，即 F=μN，μ是摩擦系数，认为是材料的常数。

（3）界面滑动摩擦力与滑动速度无关。

二、填空 1.表面薄膜与涂层技术中基材与涂层材料间通常可形成（冶金结合）、（ 扩散结合 ）、（ 外延生长 ）、（ 化学键结合）、（ 分子间结合）、（机械结合）界面。

2.当（ θ<900 ）时，称为润湿；当（ θ=00 ）时，称为完全润湿；当（ θ>900 ）时，称为不润湿；当（ θ=1800 ）时，称为完全不润湿。

3.流体润滑的摩擦系数要（ 小 ）于边界润滑的摩擦系数，边界润滑的摩擦系数要小于（ 干 ）摩擦的摩擦系数。

4. 固体润滑是利用（ 剪切力 ）低的固体材料来减少（ 接触表面 ）间摩擦磨损的，常见的固体润滑材料有（ 石墨 ）、（ FeS ）和（ MoS2 ）。

5. 金属腐蚀的基本原理是形成（ 电解池 ），其中（ 阳 ）极腐蚀。

6. 表面淬火硬化层的深度可以用（ 金相 ）法、（ 硬度 ）法和酸蚀法标定。

7.在感应加热表面淬火、渗碳处理、氮化处理和渗硼处理工件中，（ 渗硼 ）的硬度最高，（氮化 ）的硬度次之，（ 感应加热表面淬火 ）的硬度最低。

8. 激光淬火与电子束淬火比较，（ 激光 ）淬火获得广泛应用，在淬火前表面要经过（ 黑化）处理。电子束淬火必须在（ 真空 ）环境下应用。

9.热喷涂工艺主要包括（火焰 ）喷涂、（ 等离子 ）喷涂和（ 电弧 ）喷涂。其中 （ 电弧喷涂 ）只能用于导电的线材，（ 等离子喷涂 ）特别适合喷涂（ 高 ）熔点的材料。

10.热喷涂技术可应用于喷涂（ 耐腐蚀 ）涂层、（ 热障 ）涂层和耐（ 磨 ）涂层。

11. 热喷涂涂层和基材间为（ 机械结合 ）界面；热喷焊、堆焊涂层与基材间为（ 冶金结合 ）界面。其中 （ 热喷焊 ）和（堆焊 ）方法的涂层厚度较大，通常用于（ 修复 ）零件。

12.金属的电沉积包括（ 液相传质 ）、（ 电化学还原 ）和（ 电结晶 ）步骤。

13.化学镀镍层通常是一种（ 非晶态 ）镀层，此时镀层的硬度（ 低 ），电阻率 （ 高 ），通常需要经过（ 一定温度下的热 ）处理来改善综合性能。

14铬酸盐钝化膜主要由不溶性的（ 三价 ）铬化合物和可溶性的（ 六价 ）铬化合物组成。不溶性部分构成膜的（ 骨架 ），可溶性部分充填在内部。（ 可溶性 ）部分非常重要，对破损的膜有修复作用。

15. 铝的阳极氧化膜的生长是两个过程的综合反映：一是阳极上的铝进行（ 氧化 ）反应生成（ Al2O3 ），另一个过程是氧化膜不断（ 被电解溶解 ）。

16.阳极氧化的铝合金的主要着色方法有（自然显色 ）法、 （ 吸附 ）着色法和（ 电解 ）着色法，其发色体在氧化膜的部位依次为（ 多孔层的夹壁中 ）、（ 氧化膜孔隙的上部 ）和（ 多孔层的底部 ）。

17.真空蒸镀薄膜的形成机理有（ 核生长 ）型、（ 单层生长 ）型和（ 混合生长 ）型。

18.蒸发镀膜高真空度的目的主要为：金属或非金属材料的（蒸发 ）温度下降，可以减少蒸汽原子和（ 残余气体 ）原子的（ 碰撞 ）。

19.为了获得所设计成分的合金或化合物薄膜，可以采用（ 瞬间蒸镀法 ）和 （ 双（多））蒸发法。

20.常用的溅射镀膜方法有（ 直流 ）溅射、（ 射频 ）溅射和（ 磁控 ）溅射，其中（ 直流 ）溅射只能沉积金属膜，（ 射频 ）溅射能够沉积介质膜。

21.表面清理中常用的清理工艺过程为：脱脂→水洗→（ 化学侵蚀）→水洗→（ 中和 ）→水洗。

22.刷镀也称为（电刷镀、涂镀、局部镀、选择性电镀（任选其一）），其基本原理与电镀（ 完全相同 ），设备包括（ 直流 ）电源、（镀笔）和阳极包套。

23.金属表面产生极化的机理总共有三种，即（ 电化学 ）极化、（ 浓差 ）极化和（电阻 ）极化，其中（ 电阻 ）极化与电极表面生成具有保护作用的（ 氧化 ）膜、（钝化 ）膜或不溶性的腐蚀产物有关。

24.金属表面产生极化的机理总共有三种，即（ 电化学 ）极化、（ 浓差 ）极化和（ 电阻 ）极化，其中（电阻 ）极化与电极表面生成具有保护作用的（ 氧化 ）膜、（ 钝化 ）膜或不溶性的腐蚀产物有关。

25.铝、锌等金属覆层对钢铁材料属于（ 阳 ）极性金属涂层，可以对基体金属起到（机械保护和电化学 ）保护作用，而镍、铬、铜等金属覆层则属于（ 阴 ）极性金属涂层，对基体金属的仅起到（机械 ）保护作用。

26.激光淬火层的宽度主要由( 光斑直径D )决定，淬硬层深度由（激光功率P ）、（光斑直径D ）和（扫描速度v）共同决定。

27.激光熔凝处理特别适合于（ 灰口 ）铸铁和（ 球磨 ）铸铁的表面强化，原因是表面形成（ 白口 ）铸铁，显微硬度高达（1000~1100）HV, 耐磨性非常优越。

28.热浸锌和热浸铝广泛应用于大气环境中工作的钢铁工件上，从外表面至钢铁基体其结构依次为（ 纯金属 ）层和（ 合金 ）层。

29.化学镀有三种方式：（ 置换 ）沉积、（ 接触 ）沉积和（ 还原 ）沉积，一般意义上的化学镀主要指（ 还原 ）沉积。

30.铝的阳极氧化氧化膜的生成包括两个同时进行的过程，一个是（ 电化学 ）过程，形成氧化膜，另一个是（ 化学溶解 ）过程。氧化膜的结构包括（ 无孔 ）层和（ 多孔 ）层。

31.铝合金的电解着色工艺中发色体位于氧化膜的（ 多孔层的底 ）部位，是由（ 金属胶体 ）组成的,最常用的是使用（ 锡 ）盐和（ 镍或锡-镍混合 ）盐着（ 古铜色或黑 ）色。

32.真空蒸镀薄膜的形成机理有（ 核生长 ）型、（ 单层生长 ）型和（ 混合生长 ）型。

33.溅射镀膜时的本底真空度约为（ 10-3 ）Pa, 分子束外延镀膜的本底真空度约为（ 10-8 ）Pa.

34.直流溅射只能沉积（ 金属 ）膜，而不能沉积（ 介质 ）膜，原因在于靶面的（离子 ）电荷无法中和。（ 射频 ）溅射可以克服直流溅射的局限，可以沉积任何固体薄膜，其使用的电源频率为（ 13.56 ）MHz.

35.磁控溅射采用了（ 正交 ）电磁场，将（ 电子 ）运动束缚在靶面附近，提高了气体的（ 碰撞 ）效率，克服了电子使基片（ 过热 ）的缺点。

二、判断正误

三、 简答题

1. 描述TLK表面晶体结构模型。

TLK模型：平台（Terrace）-台阶（Ledge）-扭折(Kink)模型。

基本思想是：在温度相当于0K时，表面原子呈静态。表面原子层可认为是理想平面，其中原子作二维周期排列，并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。

形成原因：原子热运动。

2.描述Archard粘着磨损模型并推导Archard公式。

1953年Archard提出了一个普遍接受的定律，给出了磨损量与载荷、硬度和滑动距离之间的关系。 他认为磨损碎块（磨屑）是半球状的，直径为2r。

Ar=nπr2 n为接触点的数量。

Ar=W/σ, n=W/(σπr2)

对直径2r的接触点来说，运动2r就可以把n接触点分离，这样的话，滑动单位距离分离的接触点为：

Nu=n*1/2r=w/(2σπr3)

因为并不是每个接触点都可以得到一个磨屑，因此，给出了几率为K, 滑动距离S,所产生总的磨损量（磨屑体积）V, V/S=K* Nu*Vf