《表面工程学》复习资料
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1、表面工程技术:指为了满足特定得工程需求,就是材料或零部件表面具有特殊得成分,结构与性能得化学,物理方法。
2、表面工程技术分类:(1)表面改性技术(2)表面微细加工技术(3)表面加工三维成型技术(4)表面合成新材料技术。表面:一般将固相与气相之间得分界面称为表面。界面:把固相之间得分界面称为界面
3、典型得固相表面:(1)理想表面,(2)洁净表面与清洁表面(3)机械加工表面
(4)一般表面。
4、典型固体界面:界面指两个块体相之间得过渡区①空间尺度——原子间力作用影响范围大小②状态——材料与环境条件特征。(1)基于固相晶粒尺寸与微观结构差异形成得界面(比尔比层:离表面约5nm得区域内,点阵发生强烈畸变,形成得厚度约1~100nm得晶粒极微小得微晶层。它具有粘性液体膜似得非晶态外观,不仅能将表面覆盖得很平滑,而且能流入裂缝或划痕等表面不规则处;下面为塑性流变层)(2)基于固相组织或晶体结构差异形成得界面(3)基于固相宏观或成分差异得界面。宏观成分差异形成得界面:冶金结合界面、扩散结合界面、外延生长界面、化学键结合界面、分子键结合界面、机械结合界面。
5、吸附对材料力学性能得影响——莱宾杰效应:许多情况下,由于环境介质得作用,材料得强度,塑性,耐性,耐磨性等力学性能大大降低,产程原因:(1)不可逆转物理过程与物理化学过程引起得效应(2)可逆物理过程与可逆物理化学过程引起得效应,这些过程下降,固体表面自由能,并不同程度地改变材料本身得力学性能。这种因环境介质得影响及表面自由能减少导致固体强度,塑性降低得现象,称为莱宾杰尔效应。
特征:(1)环境介质得影响有很明显得化学特征。(2)只要很少得表面活性物质就可以产生莱宾杰尔效应。(3)表面活性熔融物得作用十分迅速(4)表面活性物质得影响可逆(5)莱宾杰尔效应得产生需要拉应力与表面活性物质同时起作用。
本质:就是金属原子对活性介质得吸附,使表面原子得不饱与键得到补偿,使表面能降低,改变表面原子间得相互作用,使金属表面得强度降低。
实际意义:(1)此效应提高金属加工效率(2)应注意避免因此效应所造成得材
料早期破坏。
7、磨粒磨损:一个凸起硬面与另一表面接触,或者在两个摩擦面之间存在或嵌有硬颗粒,在相对运动中导致材料迁移。影响因素:(1)磨粒硬度,形状与粒度得影响(2)材料力学性能与微观组织得影响(3)工况与环境条件得影响。
8、粘着磨损:摩擦面相对滑动时,固相焊合点撕裂,断裂导致材料迁移。
9、提高耐磨性得途径:(1)工程结构得合理设计①产品内部设计必须合理,在满足条件下,尽量降低对磨材料得交互作用力②设计时应对零件得重要性、维修得难易程度、产品成本、使用特点、环境特点等预先进行综合分析(2)零件磨损机理预测,分析与耐磨材料得选择(3)材料表面耐磨与减磨处理①使表面具有良好得力学性能,如高硬度,高韧度。②设法降低材料表面得摩擦系数。
10、电化学腐蚀:指金属在导电得液态介质中因电化学作用导致得腐蚀,在腐蚀过程中有电流得产生。保持氧化膜得必要条件就是:新生成得氧化物摩尔体积V氧化物=M’/(xD)必须大于氧化物消耗掉得金属得摩尔体积V金属=M/ρ
11、钝化:这种由于金属表面状态得改变引起金属表面活性得突然变化,使表面反应速度急剧降低得现象。
12、两种理论:(1)成相膜理论(处于介质中得金属表面能生成一层致密得,覆盖良好得保护膜)(2)吸附理论(不一定要形成完整得钝化膜才会引起金属表面钝化,只要金属得部分表面上形成氧原子吸附层,就可以产生钝化) 两种理论区别:成像膜理论强调了钝化层得机械隔离作用,吸附理论认为主要就是吸附层改变了金属表面得能量状况,使金属不饱与键趋于饱与,降低了金属表面得化学活性,造成钝化
活化:钝化得相反过程,消除金属表面得钝化状态:金属表面净化、增加金属表面得化学活性区。
13、化学脱脂:利用碱与油脂类起化学反应来去除材料表面得油污(操作简便、脱脂能力强,安全可靠、易实现自动化)
14、化学浸蚀:采用酸与金属材料表面得绣,氧化皮及其她腐蚀产物起反应,使其溶解度下降而除去得工艺(浸蚀速度快,生产效率高,不受工件形状限制,浸蚀彻底,劳动强度低,操作方便,易于实现机械化,自动化生产) 化学浸蚀得一般工艺工程:脱脂-冷水洗(2次)-化学浸蚀-水洗-中与-水洗
15、表面淬火技术:采用特定热源将钢铁表面快速加热到Ac3或Ac1之上,然后使其快冷却并发生M相变,形成表面强化层得工艺过程。组织:淬硬区(温度高于AC3),过渡区(AC3~AC1),心部组织(原始组织,小于AC1)。性能:表面淬火层硬度比普通淬火工艺得高2~5HRC,淬火后工件耐磨性更好。此外,表面淬火还可以再零件表面产生正压力,抑制裂纹得萌生与扩展,提高轴类零件得疲劳强度并使其缺口敏感性下降。
激光表面熔凝(液相淬火法):采用激光束将基材表面加热到熔化温度以上,当激光束移开后由于基材内部导热冷却而使熔化层表面快速冷却并凝固结晶得表面处理工艺
工件横截面沿深度方向得组织依次为:熔凝层、相变硬化层、热影响区、基材
16、热渗透:形成扩散层得三个基本条件:(1)渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物。(2)欲渗元素与基材之间必须有直接接触。(3)被渗元素在基体金属中要有一定得渗入速度。
17渗透层形成机理(1)产生渗剂得活性原子并提供给基体金属表面。(2)渗剂元素得活性原子吸附在基体金属表面上,随后被基体金属所吸收,形成最初得表面固溶体或金属间化合物,建立热扩散所必须得浓度梯度。(3)渗剂元素原子向基体金属内部扩散,基体金属原子也同时向渗层中扩散,使扩散层增厚,即扩散层成长过程,简称扩散过程。扩散得机理有三种:间隙式扩散机理,置换式扩散机理,空位式扩散机理。
18、热浸Al:就是将钢材或工件浸入到熔融Al液中,使钢材或工件表面形成Al及Al合金得方法。过程:①铁基表面被溶解,并形成合金层②合金层中得渗入原子向内扩散,形成固溶体或化合物。③合金层表面包络一层纯金属。
19、等离子体热渗透:利用低真空中气体辉光放电产生得离子轰击工件表面,形成热扩渗层得工艺过程。原理:在辉光放电时,电离出来得正离子,在电场作用下轰击阴极表面,并使阴极材料得某些原子与电子逸出表面,在离子热扩渗中,开始阶段利用强阴极溅射清洁工件表面,热扩渗时控制阴极溅射以保持工件表面得粗糙度与获得所需得渗层组织。
20、热喷涂得技术特点:(1)可在各种基体上制备各种材质得涂层(2)基体温
度低(3)操作灵活(4)涂层厚度范围宽。影响因素:设备,材料,工艺,人员,称之为4M因素。
21、等离子喷涂与喷焊之间得区别:(1)等离子喷涂时,等离子弧建立在喷枪内钨阴极与铜阳极喷嘴之间,称为非转移弧,而等离子喷则采用非转移弧与转移弧得联合弧。(2)等离子喷焊枪与等离子喷涂枪不同,区别在喷嘴中等离子弧通道得长度与直径比比较小,通常在1-1、4之间。
22、常用喷涂材料:(1)金属喷涂材料,有线材与粉末两种。(2)陶瓷热喷涂材料,主要集中在氧化物陶瓷材料上,主要形式就是粉末。(3)塑料热喷涂材料,一般采用粉末形式。(4)热喷涂用复合粉末材料。①为适应热喷涂工艺而制备得复合材料。②通过增强相增强涂层性能得复合材料。
23、电镀溶液得基本组成:(1)析出得金属易溶于水得盐类,称为主盐。(2)能与析出得金属离子形成铬盐得成分(3)提高镀液导电性得盐类(4)能保持溶液得PH值在要求范围内得缓冲剂(5)有利于阳极溶解得助溶阴离子(6)影响金属离子在阴极上析出得成分—添加剂
24、转化膜及着色:转化膜技术:就是通过化学或电化学方法,使金属表面形成稳定得化合物膜层而不改变金属外观得技术。
25、P化:磷化膜由金属表面与稀磷酸及磷酸盐溶液接触而形成得。
26、铬酸盐钝化膜:钝化膜式无定形膜,主要由不溶性得三价铬化合物与可溶性得六价铬化合物组成。不溶性部分具有足够得强度与稳定性,成为膜得骨架,可溶性部分充填在骨架内部,当钝化膜受到轻度损伤时,露出得基体与膜中得可溶性部分相互作用,使膜自动修复。即自愈作用。
27、发蓝:钢铁得化学氧化俗称蓝处理,膜得成分为Fe3O4,根据制件得表面状态,材料得成分与氧化处理工艺规范得不同,可获得蓝黑色与黑色得氧化膜。
28、铝阳极氧化物膜得组成与结构:多孔膜为细胞状结构,其形状在膜得形成过程中会发生变化。氧化膜细胞状结构得大小在决定氧化膜得多孔性与它得性能就是都很重要。Keller模型。
29、着色:铝与铝合金容易生成阳极氧化膜,阳极氧化膜就是最理想得着色载体,所以铝材就是最用以着色得。方法有:自然显色法,吸附着色法,电解着色法
(二次电解法或浅田法) 30、涂料得基本组成:成膜物质,颜料,溶剂,助剂。
31、阴极电泳涂料:阴极电泳涂料时在树脂分子链中引入含N,S,P得基团,用酸中与形成盐,能电离成阳离子聚合物而增溶分散于水中。
32、电泳涂装:有阳极电泳与阴极电泳,特点:自动化流水线生产,机械化,工人劳动强度低,生产效率高。
33、PVD,CVD定义:在真空条件下,以各种物理方法产生得原子或分子沉积在基材上,形成薄膜或涂层得过程称为PVD。CVD:把一种或几种含有构成薄膜元素得化合物,单质气体通入放置有基片得反应室,借助气相作用或在基片上得化学反应生成希望得薄膜。
34、溅射:用高能粒子轰击固体表面,通过能量传送,使固体得院子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜得方法。有离子束溅射,阴极溅射两种。原理:利用低压气体得异常辉光放电产生得阳离子,在电极作用下高速冲向阴极。机理:(1)靶材原子脱离晶格,克服表面势垒,直接发生溅射,并在基材上成膜。(2)靶材原子产生原位振动,并波及周围原子使靶材温度升高(3)靶材原子出现反冲,使周围原子碰撞移位,并如此反复出现多次反冲现象,称为级联碰撞。
35、离子镀膜:特点:(1)膜层与基层结合力高(2)均镀能力强(3)基体材料与镀膜材料可以广泛搭配。包括真空,反应,化学,交流,离子束离子镀等。
36、CVD制备薄膜得主要参数:(1)温度(2)反应物供给配比(3)压力
37、外延:外延就是一种单晶薄膜得技术,若外延层与衬底材料在结构与性质上相同,则称为同质外延,若两者不同,则为异质外延。典型得外延有气相外延,液相外延,分子束外延。
38、高能束:由高密度光子,电子,离子组成得激光束,电子束,离子束有一个共同特点,就就是通过特定装置可以聚焦到很小甚至非常细微得尺寸
39、激光器:二氧化碳激光器,YAG激光器,与准分子激光器。YAG激光器:由工作物质,泵浦源,聚光腔,光学谐振腔,冷却滤光及激光电源组成。特点:结构紧凑,重量轻,使用简便可靠,维修要求低。准分子激光器:指在激发态能够暂时结合成不稳定分子,而在基态又迅速离解成原子得缔合物,因而也称为受激准分子。特点:输出波长短,单光子能量高,重复性好,波长可调谐运转。
40、离子注入:定义:就是将从离子源中引出得低能离子束加速成具有几万到几十万伏得高能离子束后注入到固体材料得表面,形成特殊物理,化学或者力学性能表面改性层得过程,具有原子冶金特征。强化机理:(1)固熔强化效应。(2)晶粒细化效应。(3)晶格损伤效应。(4)弥散强化效应。(5)晶格变换效应。(6)压应力效应。
41、PIII原理:由于电子质量轻,在脉冲电场作用下其加速度远远大于离子得加速度,并迅速离开处于负偏压得试样,留下一个等离子体壳。壳内得离子往试样方向加速并注入到试样表面,同时等离子体往外扩展,直到高压断开或者达到稳定,当下一个高压脉冲加上后,上衣过程再次发生,离子不断注入工件表面
二、简答题
1、表面工程技术得内涵(分类);
表面改性技术、表面合成材料技术、表面加工技术、表面加工三维合成技术
2、表面工程技术得特点与意义;
表面工程技术具有一般整体材料加工技术不具备得优点。
1)主要作用在基材表面,对远离表面得基材内部组织与性能影响不大。因此,可以制备表面性能与基材性能相差很大得复合材料。
2)采用表面涂(镀)、表面合金化技术取代整体合金化,使普通、廉价得材料表面具有特殊得性能,不仅可以节约大量贵重金属,而且可以大幅度提高零部件得耐磨性与耐蚀性,提高劳动生产率,降低生产成本。
3)可以兼有装饰与防护功能,有力推动了产品得更新换代。
4)表面薄膜技术与表面微细加工技术具有微细加工功能,就是制作大规模集成电路、光导纤维与集成光路、太阳能薄膜电池等元器件得基础技术。
5)二维得表面处理技术已发展成为三维零件制造技术(生长型制造法),不仅大幅度降低了零部件得制造成本,亦使设计与生产速度成倍提高。
6)表面工程技术已成为制备新材料得重要方法,可以在材料表面制备整体合金化难以做到得特殊性能合金等。
3、表面工程技术中结合界面得类型及其结合强度得特点;
1)冶金结合界面特点:结合强度很高,可以承受较大得外力或载荷,不易在服役过程中发生剥落。
2)扩散结合界面特点:覆层与基材之间得成分梯度变化,并形成了原子级别得混合或合金化。
3)外延生长界面特点:理论上应有较好得结合强度。具体取决于所形成得单晶层与衬底得结合键类型,如分子键、共价键、离子键或金属键等。
4)化学键结合界面特点:结合强度较高,界面得韧性较差,表面发生粘连、氧化、腐蚀等化学作用也会产生化学键结合界面。
5)分子键结合界面特点:覆层与基材(或衬底)之间未发生扩散或化学作用。结合强度较低。
6)机械结合界面特点:结合强度不高,但可起辅助作用。4、固体表面得吸咐得种类及特点;
固体表面得吸附可分为物理吸附与化学吸附两类。
5、写出Young方程并说明“润湿”与“不润湿”;
Young方程:
Young方程反映了润湿角得大小与三相界面张力之间得定量关
系:
5、表面粗糙度得两种常用表达方式;
6、最常见得磨损种类;如何通过表面技术提高耐磨性？
磨损分为七类: 粘着磨损磨粒磨损疲劳磨损腐蚀磨损(最基本得) 微动磨损冲蚀(包括气蚀)磨损高温磨损提高零件耐磨性得途径:
1)工程结构得合理设计
2)零件磨损机理预测、分析与耐磨材料得选择3)材料表面耐磨与减摩处理
7、腐蚀按材料腐蚀原理可分为哪两类？化学腐蚀、电化学腐蚀
8、金属腐蚀得主要形式;金属材料腐蚀控制及防护方法;
金属腐蚀得主要形式:局部腐蚀、全面腐蚀与在机械力作用下得腐蚀。金属材料腐蚀控制及防护方法:1.产品合理设计与正确选材 2.电化学保护 3.表面覆层及表面处理4.加入缓蚀剂
9、表面预处理得作用及主要工序;
作用:清除材料表面杂质,露出材料(金属)本色使并使其处于活化状态,获得“清洁表面”甚至“洁净表面”,以提高表面覆层得质量以及覆层与基材得结合强度。表面预处理工序主要包括脱脂、除锈与获取一定程度粗糙度得表面等几部分。
10、形成热扩渗层得基本条件;
1)渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物。2)欲渗元素与基材之间必须有直接接触。3)被渗元素在基体金属中要有一定得渗入速度。
4)(对靠化学反应提供活性原子得热扩渗工艺)该反应必须满足热力学条件。(产生活性原子;反应平衡常数>1%。)
11、热扩渗层得形成机理;
1) 产生渗剂元素得活性原子并提供给基体金属表面。
活性原子得提供方式:热激活能法、化学反应法(常用方法)。
2)渗剂元素得活性原子吸附在基体金属表面上,随后被基体金属所吸收,形成最初得表面固溶体或金属间化合物,建立热扩渗所必须得浓度梯度。
3)渗剂元素原子向基体金属内部扩散,基体金属原子也同时向渗层中扩散,使扩渗层增厚,即扩渗层成长过程(简称扩散过程)。
扩散得机理:间隙式扩散、置换式扩散与空位式扩散机理。
12、常用得热浸渗方法及其应用;
热浸渗工艺种类:
溶剂法(湿法与干法)、氧化还原法(森吉米尔法)。两种方法就是按脱脂除锈、表面保洁方式来分类得。
热扩渗锌层具有良好得耐腐蚀能力,更高得硬度与耐磨性。渗铝就是一种既可以保持工件得基体韧性,又可以提高表面得抗氧化与耐腐蚀能力得方法。
热浸锌层得耐腐蚀性能:保护膜保护,阴极保护作用。
13、等离子体热扩渗得基本特点;
特点(与普通气体热扩渗技术相比): (1)表面活性高,热扩渗速度快; (2)热扩渗层组织容易控制;
(3)可去除氧化膜与钝化膜,能进行有效热扩渗; (4)易实现工艺过程得自动控制。
14、常用得热喷涂工艺方法及其基本特点;
1)火焰喷涂工艺
(优点)设备投资少,无电力要求,操作容易,沉积效率高等
(缺点)涂层氧含量较高,孔隙较多,焰流温度较低,涂层种类较少,涂层结合强度偏低,涂层质量不高。
2)电弧喷涂工艺
(优点)涂层密度及结合强度较高,喷涂速度与沉积效率高,运行费用较低。(缺点)只能用于具有导电性能得金属线材。
3)等离子喷涂工艺
(优点)焰流温度高,喷涂材料适应面广,特别适合喷涂高熔点材料;涂层密度
及结合强度高。
(缺点)热效率低、沉积效率较低,设备相对复杂、价格较贵,喷涂成本高。15、电镀层得基本条件;
1)与基体金属结合牢固,附着力好; 2)镀层完整,结晶细致,孔隙少; 3)镀层厚度分布均匀。
16、镀层按其性能特点可分为哪三类？
(1)防护性镀层:在大气或其它环境下,可延缓基体金属发生腐蚀得镀层。
(2)防护装饰性镀层:在大气环境中,既可减缓基体金属得腐蚀,又起到装饰作用得镀层。(3)功能性镀层:能明显改善基体金属得某些特性得镀层,包括耐磨镀层,导电镀层,导磁镀层,钎焊性镀层,其它功能性镀层(吸热镀层、反光镀层、防渗镀层、抗氧化镀层、耐酸镀层等)
17、常见得电镀方式及其特点;
1)挂镀
(优点)就是适合于各类零件得电镀;电镀时单件电流密度较高且不会随时间而变化,槽电压低,镀液温升慢,带出量小,镀件得均匀性好; (缺点)劳动生产率低,设备与辅助用具维修量大。2)滚镀
(优点)节省劳动力,提高生产效率,设备维修费用少且占地面积小,镀件镀层得均匀性好。(缺点) 镀件不宜太大与太轻;单件电流密度小,电流效率低,槽电压高,槽液温升快,镀液带出量大。其使用范围较小。
3)刷镀
(优点)不需要电镀槽,具有设备简单、工艺灵便、沉积速度快、镀层与基体材料得结合力好、镀后不需要机加工、对环境污染小、节水省电等。
(缺点)不适于面积大、尺寸大得零件修复,也不能用于大批量镀件得生产。4)连续电镀
特点:生产效率高、工艺要求高。
18、电镀得工艺过程;
1)镀前处理:抛光(打磨)、脱脂、除锈、活化等2)电镀
3)镀后处理:钝化、浸膜
19、常用单金属电镀层得基本特点及主要用途;
1)镀锌
锌镀层为阳极性镀层,表层形成致密氧化物薄膜。白铁:镀锌铁,可用作日常用品如箱子,水管等得材料。
2)镀铜
铜镀层为阴极性镀层。
应用:电力、电子、仿古用品、其它镀层得底层或中间层。
3)镀镍
镍镀层为阴极性镀层。(镍极易钝化) (Fe2＋:-0、44V)
4)镀铬铬镀层为阴极性镀层,硬度高,极易钝化(Cr2O3)。镀铬:装饰性镀铬、功能性镀铬。
5)镀锡
对铁及铜而言,镀锡层分别为阴极性镀层与阳极性镀层。锡就是无毒金属,质软,熔点低,钎焊性好。
马口铁:镀锡铁,可用作食品罐头得包装材料。
6)镀银
镀银层为阴极性镀层。
银镀层有功能性与装饰性两方面得用途。
7)镀金
镀金层为阴极性镀层。金镀层具有极好得耐蚀性、导电性与抗高温性。21、化学镀得原理与特点;
化学镀就是一个在催化条件下发生得氧化一还原反应过程。(有别于普通化学沉积) 优点:
镀层致密,孔隙少、硬度高,具有极好得化学与物理性能; 可镀制形状复杂得工件,且镀层厚度均匀;
可镀基材广泛(对非金属等材料需经过适当得预处理); 设备简单(不需要外加直流电源)。缺点:
可镀制得金属(合金体系)有限; 镀液昂贵,稳定性差,镀制成本高。
22、复合镀层得种类及应用;
弥散沉积法
沉积共析法
埋置沉积法－纤维强化复合镀
复合镀得主要用途:提高镀层得耐蚀性、耐磨性、润滑性,改进表面外观与提高其它功能特性。
23、非金属电镀得基本工艺(前处理)流程;
不同得非金属材料在电镀前得前处理步骤基本相同:粗化、脱脂、敏化、活化与化学镀等。1)粗化方法:
机械粗化:提高结合力得程度有限; 化学粗化:能大幅度提高结合力。氧化、溶胀2)脱脂处理:ABS塑料用无水乙醇、丙酮等。
3)敏化:将已经过粗化、脱脂等处理得非金属制品浸入一定浓度得易被氧化得化合物溶液中,使其表面吸附一些还原剂得过程。
4)活化:将敏化处理后得制品浸入含有氧化剂得溶液中,使其表面形成胶体状微粒沉积层得过程。
5)还原处理:用一定浓度得化学镀时所用得还原剂溶液将制品表面残留得催渗剂还原干净,以免影响后面得化学镀溶液得过程。
24、转化膜得主要用途;
表面转化膜与着色技术得主要用途:防护、提高基体与涂层间得结合力、表面装饰性、表面特殊性能。
转化膜得性质与用途:(1)用于防护与装饰转(2)提高涂膜与基体得结合力(3)耐磨减摩(4)适用于冷成形加工(5)电绝缘性
25、阳极氧化得工艺流程;
1)预处理(P164):脱脂、碱蚀
2)氧化增加电压及电流密度、降低溶液(槽液)温度及浓度,可增加膜得生长速率(膜厚)。
3)阳极氧化膜得封闭氧化膜多孔,活性高,吸附性很强(着色),容易被污
染或被腐蚀介质侵入,氧化后得膜层必须要通过封孔才能达到最好得耐蚀效果。
26、真空在薄膜技术中得作用;
1)减少杂质2)减少散射3)有利于蒸发等进行
27、在蒸发镀膜中,为什么必须精确控制蒸发源得温度？
28、对比PVD与CVD法中得薄膜生成过程(阶段);
CVD法中得薄膜生成过程(阶段): 反应气体向基片扩散; 反应气体吸咐于基片得表面; 反应气体在基片表面发生化学反应;
反应产生得气相副产物被排掉,产生得固体物质沉积下来成为不蒸发得固体膜。
29、简述CVD得沉积条件;
1)在沉积温度下,反应物必须有足够高得蒸气压;
2)反应产物除薄膜为固态外,其她得必须就是挥发性得;
3)沉积薄膜本身必须有足够低得蒸气压,基体材料在沉积温度下得蒸气压也必须足够低。
30、简述CVD法得特点。
1)膜材广泛:金属、非金属、合金等
2)成膜速率,效率高:几个-数百μm/min,基片数量大
3)设备简单,绕射性好:常压或低真空
4)膜层质量好:
纯度高:气相反应且副产物为气相,与其她物质不易反应
结晶良好:温度适宜
致密性好:一般无高能气体分子
表面平滑:成核率高、成核密度大,气相分子空间分布均匀,绕射性好
辐射损伤低:一般无高能粒子
残余应力小:膜－基高温扩散
不足:反应温度高;可能造成环境污染。
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、激光淬火得基本工作原理及特点;
感应加热淬火:
基本原理: 吸收功率P:
电流导入深度δ:
特点:
(优点)加热迅速、热效率高、过渡区较窄、淬火层压应力大;可大幅度提高材料表面硬度、耐磨性与疲劳强度。
(缺点)设备成本较高:尖角效应、一般只适合形状简单得零件。火焰加热淬火:将高温火焰或燃烧着得炽热气体喷向工件表面,使其迅速加热到淬火温度,然后在一定淬火介质中冷却。
特点:(优点)设备费用低,方法灵活,简便易行,可对大型零件局部实现表面淬火。
(缺点)生产效率低,淬硬层得均匀性较差,质量控制比较困难。
激光淬火:就是利用聚焦后得激光束照射到钢铁材料表面,使其温度迅速升高到相变点以上,当激光移开后,由于仍处于低温得内层材料得快速导热作用,使表层快速冷却到马氏体相变点以下,获得淬硬层。
特点:(1)优点
淬火硬度高,能量密度高,加热速度快,不需要淬火介质,工件变形小,加热层深度与加热轨迹易于控制(淬火部位可控),无氧化、无污染,易于实现自动化。
(2)缺点
硬度分布不均匀,单道激光淬火区域小,大面积淬火时容易产生回火软带。设备成本高、生产成本较高(能量转换效率低)。
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、主要应用等方面得不同;
3、以铝合金阳极氧化为例,结合其氧化膜得形成过程,说明氧化膜得结构特点及
性能特点;
4、从产生气相镀料粒子得原理出发,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、膜基结合强度得区别;
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得作用(工作原理、工艺实施过程、表层特点等)。