材料表面技术16

1.表面技术概念：广义：是直接与各种表面现象或过程有关的，是能为人类造福或被人类利用的技术；通过物理、化学或机械以及复合方法，使金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态，从而赋予表面与基体不同的性能；

通过物理、化学或机械以及复合方法，使金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态，从而赋予表面与基体不同的性能；

2.按照作用原理分类（matton分类）：

（1）原子沉积：以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度沉积在基体表面上，如电镀，化学镀，PVD，CVD等；

（2）颗粒沉积：以宏观尺度形态在基体上形成覆盖层，如热喷涂，冷喷涂，或搪瓷涂层；（3）整体覆盖：沉积材料同一时间整体涂覆在基体上，如热浸镀，涂装，堆焊和包箔等；（4）表面改性：用物理、化学、机械等方法改变材料表面形貌，化学成分，组织结构和应力状态灯，如喷丸，喷砂，化学热处理；

3.基体表面预处理：

概念：用物理、化学方法除去基体表面的油污，氧化皮及其它污染物，使基体表面呈现出一定的粗糙度和清洁度；

前处理包括：（1）表面整平：使表面平整，光滑，达到要求的粗糙度，抛光，磨光，滚光；（2）除油（脱脂）：有机除油，化学法，电化学法；

（3）除锈（酸洗）：化学、电化学；

（4）弱腐蚀（活化）：电镀、化学镀，除去表面钝化膜，露出新鲜晶格组织稀酸稀碱中处理；

4.喷砂：定义：利用压缩空气把磨料高速喷到零件表面，对其清理的方法。钢砂，石英砂，氧化铝，碳化硅；

应用范围：（1）可清除热处理件（锻件、铸件）表面氧化皮，型砂；

（2）可除去工件表面毛刺，锈蚀，油污；

（3）对于不宜用酸洗除氧化皮工件，可用喷砂代替；

（4）对于某些表面技术，如热喷涂，涂装，可用喷砂产生一定粗糙度，产生“锚固效应”；喷丸：与喷砂原理和设备类似，只是采用的磨料不同，

应用范围：①是零件产生压应力，从而提高零件的疲劳强度和抗应力及抗腐蚀能力。②代替一般冷热成型工艺，可对大型薄壁铝制零件进行成型加工，这样可避免零件表面残留的张应力而形成有利的压应力。③对扭曲的薄壁零件进行校正，经喷丸后的零件使用温度不能太高，以防消除喷丸产生的压应力，使用温度范围因材料而定，一般钢铁件为260-290℃，铝零件为170℃。

5.覆盖能力：使工件最凹处沉积上金属的能力；

均镀（分散）能力：使金属镀层厚度均匀分布的能力；

分散能力好，深度能力肯定好；深度能力好，均镀能力不一定好；

电流效率：电极上实际析出（溶解）物质的质量与理论计算得到的析出（溶解）物质的质量的比；

6.电镀：指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出来，形成镀层的一种表面加工方法；

使电镀分散能力强措施：工件形状越简单越好，加入络合剂，提高溶液导电性，加入导电盐，离阳极距离远一些，可以使镀层分散能力更好；

7.阴极极化：当电流通过电极时，电极电位会偏离平衡电极电位，随电流密度增加电极电位不断变负，即阴极极化；

电化学极化：由于阴极上电化学反应速度小于外电源供给电极电子的速度，从而使电极电位向负的方向移动而引起的极化作用；

浓差极化：由于邻近电极表面液层的浓度与溶液主体的浓度发生差异而产生的极化，这是由于溶液中离子扩散速度小于电子运动速度造成的。

8.电刷镀：应用电化学沉积的原理，在导电零件需要制备涂层的表面上，快速沉积金属镀层的表面技术；

它是电镀技术的特殊形式，又称为涂镀，无槽电镀，选择性电镀，擦镀等；

过程：阳极通过包套与工件刷镀表面接触，使用很大的电流密度（约槽镀5-10倍）和金属含量高于普通镀液的专用镀液，使阳极和工件刷镀表面发生相对运动。

特点：（1）电刷镀层具有良好的力学性能和物理化学性能，镀层与基体结合强度高；

（2）镀层厚度可精确控制；

（3）温度低，作业中，温度≤70℃，不会引起工件变形、表面金相组织的变化和产生残余应力等；

（4）工艺灵活，适应范围广，可以实现不解体刷镀和现场刷镀作业；

（5）生产效率高，沉积速度一般是槽镀的5-20倍，而且辅助时间少，生产周期短；

（6）对环境污染小；

（7）劳动强度大，适合于单件或小批量生产；

基本原理：直流电源的负极通过电缆线与经表面处理的工件联接；正极通过电缆线与镀笔连接。镀笔前端的仿形阳极用棉花包套包裹，施镀时与工件表面轻轻接触，含有欲镀金属离子的电刷镀专用镀液不断地供送到阳极和工件刷镀表面之间，在电场作用下，镀液中的金属离子定向迁移到工件表面，在工件表面获得电子还原形成金属原子，还原的金属原子在工件表面上形成镀层。

9.表面涂覆技术与表面改性技术：

表面涂覆技术：指采用表面技术，在零部件或工件表面涂覆一层或多层表面层而形成的技术；表面改性技术：运用现代技术改变材料表面、亚表面的成分，改变材料结构和性能的处理技术；

10.复合镀：将固体微粒均匀分散在镀液中，在搅拌作用下，通过化学或电化学作用将微粒与基质金属共沉积到工件上，形成复合镀层；

实现润湿分散的方法：机械式搅拌，压缩气体，超声搅拌等；

特点：①复层厚度非常均匀，化学镀液的分散能力接近100%，无明显的边缘效应，几乎是基材形状的辅助，因此特别适合与形状复杂的工件、腔体件、深孔件、盲孔件、管件内壁等表面的施镀，镀层厚度易于控制，表面光洁平整，一般不需要镀后加工，适宜做加工件超差的修复及选择性施镀。②通过敏华、活化等前处理，化学镀可以在非金属表面上进行，而电镀法只能在导体表面进行，所以化学镀工艺是非金属表面金属化的常用方法，也是非导体材料做导电底层的方法。3工艺设备简单不需要电源、输电设备及辅助电极，操作时只需把工件正确的悬挂在镀液中即可。④化学镀是靠基材自催化活性而起镀的，因此其结合力一般优于电镀。镀层有光亮或半光亮的外观，晶粒细小致密，孔隙率低，某些化学镀层还具有特殊的物理化学性能。⑤化学镀品种远少于电镀，而且成本比电镀高。

11.化学镀：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技术。

与电镀区别：电镀：指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出来，形成镀层的一种表面加工方法；化学镀无需通电，采用化学方法使金属离子还原为金属；

化学镀原理（原子氢态理论）：对镀件表面的催化作用使次磷酸根分解析出初生态原子氢，部分原子氢在镀件表面遇到金属离子使其还原为金属，部分原子氢与次磷酸根离子反应，生成的磷与金属反应生成金属磷化物，部分原子态氢结合在一起就形成氢气；

H2PO2-+H2O→HPO3-+2H+H+

Ni2++2H→Ni+2H+

H2PO2-+H→H2O+OH-+P

3P+Ni→NiP3

2H→H2↑

12. 化学转化膜技术：金属或镀层金属表层原子与水溶液介质中的阴离子相互反应，在金属表面形成含有自身成分附着性好的化合物膜；

发蓝（钢的化学氧化）：指钢铁在含有氧化剂的溶液中进行处理，使其表面生成一层均匀的蓝黑到黑色膜层的过程；

13.磷化：把金属放入磷酸盐（Zn，Mn，Fe等）溶液中，表面生成一层难溶的磷化盐膜；

磷化机理：Me(H2PO4)2→MeHPO4↓+H3PO4

MeHPO4→M3(PO4)2↓+H3PO4

Fe+H3PO4→Fe3(PO4)2↓+H2↑

14.钝化（络酸盐处理）：把金属或金属镀层放入含有某些添加剂的络酸或络酸盐溶液中，通过化学或电化学的方法使金属表面生成由三价络和六价络组成的络酸盐膜的方法；

组成与结构：（1）主要由Cr3+，Cr6+的化合物，以及基体金属或镀层金属的铬酸盐组成；（2）Cr3+不溶性化合物构成膜的骨架，使膜具有一定的厚度，由于它本身具有较高的稳定性，因而使膜具有良好的强度；Cr6+化合物以夹杂形式或由于被吸附或化学键的作用，分散在膜的内部起填充作用；当膜收到轻度损伤时，可溶性的六价铬化合物能使该处再次钝化；

15.铝及其合金氧化膜的性质及用途：

（1）氧化膜机构的多孔性。孔隙率决定于电解液的类型和氧化的工艺条件，多孔结构可使膜层对各种有机物、树脂、地蜡、无机物、染料等有很好的吸附性；

（2）氧化膜的耐磨性。具有很高的硬度，当膜层吸附润滑剂后，能进一步提高其耐磨性；（3）氧化膜的耐蚀性。在大气中很稳定，耐蚀能力与膜层厚度、组成、空隙率、基体材料的成分以及结构的完整性有关；

（4）氧化膜的电绝缘性。可以用作电解电容器的电介质层或电器制品的绝缘层；

（5）氧化膜的绝热性。稳定性可达1500℃，瞬间高温工作的工件，有铝膜存在可防止铝氧化；

（6）氧化膜的结合力。阳极氧化膜与基体的结合力很强，很难用机械方法分开；

16.热喷涂：利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属或非金属涂层材料加热到熔融或半熔融态，然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化，并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖层的一种技术；

气相沉积技术：利用气相中发生的物理、化学过程，在固体材料表面形成功能性或装饰性的金属、非金属或化合物覆盖层的工艺。

涂层的结构特点：（1）层状结构；（2）性能具有方向性；（3）4%-20%孔隙率、氧化物和夹杂；（4）经过处理后，结构会变化；

涂层的结合机理：（1）涂层与基体（结合力）；（2）涂层内部（内聚力）；

a、机械结合，碰撞成扁平状并随基体表面起伏的颗粒和凹凸不平的表面相互结合，以颗粒的机械联锁而形成的结合（锚固效应）；

b、冶金-化学结合，这是涂层的基体表面产生冶金反应（“喷焊”-自熔性合金粉末）；

c、物理结合，颗粒与基体表面间由范德华力或次价键形成的结合；

热喷涂特点：（1）适用范围广；（2）工艺灵活；（3）喷涂厚度可调范围大；（4）生产效率高（5-10kg/h）；（5）工件受热程度可控；

17.热喷涂表面处理：表面净化→表面预加工→表面粗化→打底（喷涂结合底层）；

（1）表面净化：除油，酸洗，清洗等；（注意：疏松表面（铸件）脱脂）；

（2）表面预加工：预留出涂层的厚度（车削或磨削）；

（3）表面粗化：喷砂；机械加工法（车螺纹，滚花，磨削）；化学腐蚀法；电弧法（电拉毛）；（4）喷涂打底层：喷的金属或合金涂层要有自粘结性，尤其是主题是金属，工作层是陶瓷材料的；

18.热喷涂材料：

线材：（1）碳钢及低合金钢丝：85优质碳钢钢丝，T8A工具钢丝；

（2）不锈钢丝：马氏体钢丝（强度硬度高，对耐蚀性要求不高的场合）；奥氏体钢丝（主要用于耐蚀场合）；

（3）铝丝：组要用于防护，抗高温氧化；

（4）锌丝：耐大气、淡水、海水构件的腐蚀；

（5）钼丝：不氢脆，用于氢气中或真空条件小高压化境，自粘性好，可用于打底做中间层；（6）锡丝：食品器具的防护，增加可焊性；摩擦系数小，导电性好，主要用于曲轴、轴承等耐磨；

（7）铅及铅合金丝：纯铅防辐射，主要用于工业防辐射涂层；加入Cu可用于耐蚀，减磨；（8）铜及铜合金丝：可用于导电涂层；铝青铜耐海水腐蚀；

（9）镍及镍合金丝：用于耐蚀（硝酸、铬酸除外）；

粉末：（1）金属及合金粉末：a、喷涂粉末：不需要熔融，打底层与工作层；b、喷焊粉末：自粘性粉末，加入B,Si等脱氧元素；

（2）陶瓷粉末：

19.火焰喷涂技术：是以氧-燃料气体火焰作为热源，将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，并以高速喷射到经过预处理的基体表面上，从而形成具有一定性能涂层的工艺；

原理：丝材火焰喷涂：喷枪通过气阀分别引入乙炔、氧气和压缩空气，乙炔好氧气混合后在喷嘴出口处产生燃烧火焰。喷枪内的驱动机构通过送丝滚轮带动线材连续的通过喷嘴中心孔送入火焰，在火焰中被加热熔化。压缩空气通过空气帽呈锥形的高速气流，是熔化的材料从线材端部脱离，并雾化成细微的颗粒，在火焰及气流的推动下，喷射到经过预处理的基材表面形成涂层；

特点：设备简单，轻便，投资少；操作工艺简单，容易掌控，现场施工方便，便于普及；适于机械部件的局部修复和强化，成本低，效益高；涂层的气孔率较高，涂层的残余应力较小等；

适用范围：广泛用于在机械零部件和化工容器、辊筒表面制备耐蚀和耐磨涂层；在无法采用等离子喷涂的场合（如现场施工）。

20.电弧喷涂技术：将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，利用其端部产生的电弧作为热源来熔化金属丝材，再用压缩空气穿过电弧和熔化的液滴使之雾化，以一定的速度喷向基体表面形成连续的涂层；

原理：两根丝状金属喷涂材料用送丝装置通过送丝轮均匀、连续的分别送进电弧喷涂枪中的导电嘴内，导电嘴分别接电源的正、负极，并保证两根丝之间在未接触之前的可靠绝缘。当两金属丝端部由于送进而互相接触时，在端部之间短路并产生电弧，使丝材端部瞬间熔化，压缩空气把熔融金属雾化成微熔滴，以很高的速度喷射到工件表面，形成电弧喷涂层；

特点：（1）热效率高；（2）涂层结合强度高；（3）生产效率高；（4）喷涂成本低；（5）喷涂质量稳定；（6）可以利用两根不同类型的金属丝制备出“假合金”涂层；（7）电弧喷涂技术仅使用电和压缩空气，不用氧气、乙炔等易燃气体，安全性高；（8）环保；

适用范围：电弧喷涂只能使用金属，对不能导电的陶瓷材料难以进行喷涂；

21.等离子弧喷涂技术：采用刚性非转型等离子弧为热源，以喷涂粉末材料为主的热喷涂方法。

原理：根据工艺需要经进气管通入氮气或氩气，也可以再通入5%-10%的氢气。这些气体进入弧柱区后，将发生电离，成为等离子体。由于钨极与前枪体有一段距离，故在电源的空载电压加到喷枪上以后，并不能立即产生电弧，还需在前枪体与后枪体之间并联一个高频电源。高频电源接通使钨极端部与前枪体之间产生火花放电，于是电弧便被引燃。电弧引燃后，切断高频电路。引燃后的电弧在孔道中受到三种压缩效应，温度升高，喷射速度加大，此时往前枪体的送粉管中输送粉状材料，粉末在等离子焰流中被加热到熔融状态，并高速喷涂在零件表面上。当撞击零件表面时熔融状态的球形粉末发生塑性变形，黏附在零件表面，各粉粒之间也依靠塑性变形而互相连接起来，随着喷涂时间的增长，零件表面就获得一定尺寸的喷涂层。

特点：（1）等离子喷涂时的焰流温度高，热量集中，能熔化一切高熔点和高硬度的粉末材料，这是一般氧-乙炔火焰喷涂和金属电弧喷涂所不能达到的；

（2）零件无变形，不改变基体金属的热处理性质，对一些高强度钢材以及薄壁零件、细长零件都可以使用；

（3）由于等离子喷涂时的焰流喷射速度高，粉末微粒能获得较高的动能，所以喷涂后的涂层致密度高，一般为88%-99%，结合强度高达30-80MPa；

（4）喷涂后涂层平整、光滑，并可精确的控制涂层厚度，因此切削加工涂层是，可直接采用精加工；

（5）等离子喷涂采用惰性气体作为工作气体时，能可靠的保护工件表面和粉末材料不受氧化，从而获得含氧化物少杂质少的涂层；

（6）在等离子喷涂过程中，工件表面不带电、不熔化，再加上粉末的喷射速度高，工件与喷枪的相对位移速度快，所以对工件表面的热影响区很小；

（7）由于等离子喷涂时的粉末具有高速度的特点，所以粉末的沉积率很高；

（8）喷涂工艺规范稳定，调节性能好，容易操作；

缺点：设备投资大、成本较高；小孔径孔内表面难以喷涂；高速等离子焰流产生的剧烈噪声、强光辐射、有害气体、金属蒸汽、粉尘等对人体有害，需采取防护措施；

22.热浸镀（热浸锌）：把工件浸入到熔融液态金属中，经过一系列物理和化学反应，冷却后在工件表面形成高质量的金属镀层；

森吉米尔法：先将工件通过煤气（或天然气）加热的氧化炉，将工件表面的油污、乳化液等烧掉，生成氧化薄膜，然后进入（75%H2+25%N2）混合气体的还原炉，把氧化铁还原成海绵铁，完成再结晶、退火等目的，最后，在保护气氛下冷却到镀Zn的温度，进入Zn锅；改进的森吉米尔法：将氧化炉、还原炉连为一体，微氧化炉（1150℃-1250℃），将油污、乳化液快速烧掉，减少工件氧化程度，为保证氧化铁还原，将工件冷却到470℃；（特点：工件氧化物少，氧化炉与还原炉长度缩短，还原气氛H2用量少）;

23.表面改性：指采用某种工艺手段使材料表面获得与其基体材料的组织结构、性能不同的一种技术；指采用某种工艺手段使材料表面获得与其基体材料的组织结构、性能不同的一种技术；

通过机械手段（滚压、内挤压和喷丸等）在金属表面产生压缩变形，使表面形成深度为0.5-1.5mm的形变硬化层；

对材料的影响：①在组织结构上，亚晶粒极大的细化，位错密度增加，晶格畸变程度增加，②形成较高的宏观残余压应力，（3）可能使表面粗糙度略有增加，但却使切削加工的尖锐刀痕圆滑，可减轻有切削加工留下的尖锐刀痕的不利影响，这种表面形貌和表层组织结构产生的变化，有效地提高了金属表面强度、耐应力腐蚀性能和疲劳强度。

24.表面形变强化：通过机械手段（滚压、内挤压和喷丸等）在金属表面产生压缩变形，使表面形成深度为0.5-1.5mm的形变硬化层；

25.渗硼：性能：（1）渗硼层的硬度很高，例如Fe2B的硬度为1300-1800HV；（2）热硬性高，渗硼层在800℃时仍保持高的硬度；（3）在盐酸、磷酸、硫酸和碱中有良好的耐腐蚀性，但不耐硝酸；（4）在600℃一下抗氧化性能较好；

OA：表示通电数秒钟内，铝表面立即生成薄而致密的无孔

AB：电压从最高，这是由于电解液对氧化膜溶解所造成的，氧化膜产生空穴，电化学反应

当电压将回到B点后，在一定时间内氧化膜生成与溶解速率的

BC段，但随着时间的延长，空穴加深，多孔层逐渐加厚，过了C点，由于氧化膜的厚度增加，内层氧化膜的化学溶解作用减缓，电阻增大。若其电压不足以击穿膜层，则氧化膜停止生长。因此要想得到厚层氧化膜，必须随着膜层的增厚升高电压以维持氧化膜继续生长。

以下是后来补充的！

1，表面改性和表面涂层的区别：表面涂层是指采用表面技术，在零部件或工件表面涂覆一层或多层表面层而形成的技术。表面改性技术是，用物理、化学、机械等方法改变材料表面形貌，化学成分，组织结构和应力状态灯，如喷丸，喷砂，化学热处理；前者是在基体表面再添加一层外来物，后者是改变集体表面的。

2，基体表面与处理包括什么：1机体表面平整（磨光，滚光，抛光，刷光，振动磨光）2基体表面清洗：（除油，除锈，除油除锈联合处理）3基体表面抛光处理（化学抛光，电化学抛光）4基体表面喷砂喷丸处理（喷砂，喷丸）

3，化学除油原理：1化学除油是利用碱溶液对皂化性油脂的皂化作用和表面活性物质对非皂化性油脂的乳化作用，除去工件表面上的各种油污。皂化作用：置于除油液中的碱起化学反应生成肥皂的过程称为皂化，一般动植物油中的主要成分是硬脂酸脂，它与氢氧化钠产生皂化反应为：(C17H35)3C3H5（硬脂酸脂）+3NaOH----3C17H35COONa（肥皂）+C3H5(OH)3（甘油），皂化反应是原来不溶于水的皂化性油脂变成能溶于水（特别是热水）的肥皂和甘油，从而易被去除。乳化作用：矿物油等非皂化性油脂只能通过乳化作用才能去除。非皂化性有指与乳化剂作用生成乳浊液的过程，乳化作用的结果是令工件表面的非皂化性油污在乳化剂的作用下变成微细油珠，与工件表面分离并均匀分布于溶液中，形成乳浊液，从而达到除油的目的，生产中因皂化时间长，出游大部分是靠乳化作用完成的。

4，阴极除油和阳极除油和联合除油特点：阴极除油：阴极上析出氢气体积是阳极上析出氧气体积的两倍，故阴极除油速度快，比阳极除油效果好，集体不受腐蚀，但容易渗氢，溶液中的金属杂质会沉积在零件表面，影响镀层结合力，主要适用于有色金属，如铝，锌，锡铜及其合金等。阳极除油：基体金属不发生氢脆，能除掉零件表面的浸渍残渣和某些金属薄膜，但效率较阴极除油低，基体表面会受到腐蚀并产生氧化膜，特别对有色金属腐蚀性大。主要适用于硬质高碳钢，弹性材料零件，如弹簧，弹性薄片等。但铝，锌及其合金等化学性能较活泼的材料不使用。阴阳极联合除油：工件接阴极和阳极交替进行，特点为，阴极电解和阳极电解交替进行，发挥二者的优点，是最有效地电解除油法，根据零件材料的性质，选择先阴极除油后短时阳极除油，或相反。主要用于无特殊要求的钢铁件除油。

5，铝阳极氧化过程中电压时间曲线：曲线OA段表示通电数秒钟内，铝表面立即生成薄而致密的无孔氧化膜层，此层有较高的电阻，阻碍电流的通过和氧化反应的继续进行。曲线AB段表示电压从最高值下降到10%~15%，这是由于电解液对氧化膜溶解所造成的，氧化膜产生孔穴，电化学反应继续进行，氧化膜继续生产，当电压会降到B点后，在一定时间内氧

化膜生成与溶解速率的比值基本恒定，并趋向平稳，如BC段。但随着时间的延长，孔穴加深，多孔层逐渐加厚，过了C点，由于氧化膜的厚度增加，内层氧化膜的化学溶解作用减缓，电阻加大。若其电压不足以击穿膜层，则氧化膜停止生长，因此，要厚层氧化膜，必须随着膜层的增厚升高电压以维持氧化膜继续增长。

6，表面形变强化定义原理及影响：通过机械手段（滚压、内挤压和喷丸等）在金属表面产生压缩变形，使表面形成深度为0.5-1.5mm的形变硬化层；原理：在此形变硬化层中产生两种变化，是形成较高的宏观残余应力，由于弹丸的中级产生表面法向力引起赫芝压应力与亚表面应力结合，另一方面，由于大量弹丸压入产生切应力造成表面延伸。影响有：金属表面产生残余应力的大小不单与强化方法，工艺参数有关，还与材料的晶格类型，强化水平以及单向拉伸时的硬化率有关。这种方法可以是表面粗糙度增加，使切削加工的尖锐刀痕圆滑，可以减少由于切削而加工刀痕产生的不利影响，有效地提高了金属表面强度，耐应力腐蚀性能和疲劳强度。

7，气相沉积技术：理由气相中发生的物理，化学过程，在固体材料表面形成功能性或装饰性的金属，非金属或化合物覆盖层的工艺。

8，着色和封闭处理的方法及目的：着色：铝及合金经阳极氧化处理后，在其表面生成了一层多孔氧化膜，经过着色和封闭处理后，可以获得各种不同的颜色，并能提高膜层的耐蚀性，耐磨性。方法有：无机染料着色，有机染料着色，电解着色。封闭处理：铝及其合金经阳极氧化，无论是否着色都需要及时进行封闭处理，其目的是把染料固定在微孔中，防止渗出，同时提高耐磨性，耐晒性，耐蚀性和绝缘性。封闭的方法有，热水封闭法，水蒸气封闭法，重铬酸盐封闭法，水解封闭法和填充封闭法。

9，电镀合金：为实现二元合金电沉积，必须实现如下条件：1合金的两种金属中至少有一种金属能单独从水溶液中沉积出来，有些金属虽然不能单独从岁溶液中沉积出来，但可与另一种金属同时从水溶液中实现共沉积。2合金共沉积的基本条件是两种金属的析出电位要十分接近或相等为：&析1=&01+RTLna1/n1F+@&1=,,,,,,,,,,

为了实现金属的共沉积，一般采用：1改变金属离子浓度2加入络合剂3加入添加剂（P78~P79 ）

10，电化学极化中加强阴极极化的方法：加大电流密度，加入络合剂，加入添加剂

#材料分析技术作业题(含答案)

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

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？

现代表面技术

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

金属材料无污染表面处理新技术(3)

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

紧固件表面处理标准新技术要求

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

紧固件表面处理标准新技术要求

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

材料现代分析方法练习题及答案(XRD,EBSD,TEM,SEM,表面分析)

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)

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

《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

材料现代表面分析技术常用方法及各自的用途

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

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

材料表面形貌和成分分析

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。

材料表面技术

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

《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

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：