表面工程復(fù)習(xí)整理

1、1、電鍍（1）定義：電鍍是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，以被鍍基體為陰極，通過電解作用，使鍍液中欲鍍金屬的陽離子在基體金屬表面沉積出來，形成鍍層的一種表面加工方法。（2）鍍液組成：主鹽：是指鍍液中能在陰極上沉積出來所要求鍍層金屬的鹽，用于提供金屬離子。絡(luò)合劑：作用在于獲得絡(luò)合離子，起到陰極極化作用。附加鹽：用于提高電鍍液的導(dǎo)電性。緩沖劑：用來穩(wěn)定溶液酸堿度的物質(zhì)。陽極活化劑：提高陽極開始鈍化的電流密度，保證陽極處于活化狀態(tài)而能正常地溶解。添加劑：用以改善鍍層性能性質(zhì)的物質(zhì)。（3）電流效率：是指實際析出物質(zhì)的質(zhì)量與理論計算析出物質(zhì)的質(zhì)量之比。（4）分散能力：是指電鍍液所具有的使金屬鍍層厚度均勻分

2、布的能力。（5）改善分散能力方法：1在電鍍液中加入一定量的強電解質(zhì)，2采用絡(luò)合物電解液，3加入適量的添加劑，4合理安排電極的位置及距離，5使用異形電極。（6）覆蓋能力：是指電鍍液所具有的使鍍件的深凹處沉積上金屬鍍層的能力。（7）極化：指的是有電流通過電極時，電極電位偏離平衡電極電位的現(xiàn)象。（8）電沉積過程：液相傳質(zhì)，電化學(xué)反應(yīng)和電結(jié)晶。液相傳質(zhì)的三種方式：電遷移、對流和擴散。（9）金屬共沉積的條件：兩種金屬中至少有一種金屬能從其鹽類的水溶液中沉積出來；兩種金屬的析出電位要十分接近。（10）改變電位的方法：1改變鍍液中金屬離子的濃度；2采用絡(luò)合劑；3采用適當(dāng)?shù)奶砑觿?、電刷鍍(1)定義：是在被

3、鍍零件表面局部快速電沉積金屬鍍層的技術(shù)，其本質(zhì)上是依靠一個與陽極接觸的墊或刷提供電鍍需要的電解液的電鍍。（2）優(yōu)缺點：與常規(guī)電鍍比，優(yōu)點：1設(shè)備簡單，攜帶方便；2工藝簡單，操作簡單；鍍層種類多，與基材結(jié)合力強，力學(xué)性能好；4沉積速度快。缺點：勞動強度大，消耗鍍液較多，消耗陽極包纏材料。（3）設(shè)備：直流電源、鍍筆及供液、集液裝置。（4）陽極包裹的作用：1貯存刷鍍用的溶液，2防止陽極與被鍍件直接接觸，3過濾陽極表面所溶下的石墨粒子。（5）鍍前預(yù)處理：1表面整修，2表面清理，3電凈處理，4活化處理。3、化學(xué)鍍（1）定義：是指在沒有外電流通過的情況下，利用化學(xué)方法使溶液中的金屬離子還原為金屬并沉積在基

4、體表面，形成鍍層的一種表面加工方法。（2）優(yōu)缺點：與電鍍相比，優(yōu)點：1不管鍍件形狀如何復(fù)雜，其鍍層厚度都很均勻，2鍍層外觀良好，晶粒細，無孔，耐蝕性更好，3無需電解設(shè)備及附件，4能在非金屬以及半導(dǎo)體上沉積。缺點：溶液穩(wěn)定性差，使用溫度高，壽命短。1、氧化處理（1）鋼鐵的化學(xué)氧化：是指鋼鐵在含有氧化劑的溶液中進行處理，使其表面生成一層均勻的藍黑到黑色膜的過程，也稱“發(fā)藍”。化學(xué)成分為Fe3O4。（2）鋼鐵高溫氧化工藝：1氫氧化鈉，2氧化劑，3溫度，4鐵離子含量，5鋼鐵含碳量。（3）鋼鐵常溫氧化：表面膜成分CuSe。2、陽極氧化（1）定義：是指在適當(dāng)?shù)碾娊庖褐?，以金屬作為陽極，在外加電流作用下，使

5、其表面生成氧化膜的方法。（2）鋁氧化膜的特點：1氧化膜結(jié)構(gòu)的多孔性，2氧化膜的耐磨性，3氧化膜的耐蝕性，氧化膜的電絕緣性，5氧化膜的絕熱性，6氧化膜的結(jié)合力。（3）氧化膜的生成過程：1無孔層形成，2多孔層形成，3多孔層增厚。（4）氧化膜的著色：1無機顏料著色，以物理吸附作用為主。色調(diào)不鮮艷，與基體結(jié)合力差，但耐曬性較好。2有機染料著色，一般認為有物理吸附和化學(xué)反應(yīng)。色澤鮮艷，顏色范圍廣，但耐曬性差。3電解著色：電解著色是把經(jīng)陽極氧化的鋁及其合金放入含金屬鹽的電解液中進行電解，通過電化學(xué)反應(yīng)，使進入氧化膜微孔中的重金屬離子還原為金屬原子，沉積于孔底無孔層上而著色。（5）封閉處理：1熱水封閉法，2

6、水蒸氣封閉法，3重鉻酸鹽封閉法，4水解封閉法，5填充封閉法。3、磷化處理（1）定義：把金屬放入含有錳、鐵、鋅的磷酸鹽溶液中進行化學(xué)處理，使金屬表面生成一層難溶于水的磷酸鹽保護膜的方法。（2）高中常溫磷化：1高溫磷化的優(yōu)點是膜層較厚，膜層的耐蝕性、耐熱性、結(jié)合力和硬度都比較好，磷化速度快；缺點是溶液的工作溫度高，能耗大，溶液蒸發(fā)量大，成分變化快，常需調(diào)整，且結(jié)晶粗細不均勻。2中溫磷化的優(yōu)點是膜層的耐蝕性接近高溫磷化膜，溶液穩(wěn)定，磷化速度快，效率高；缺點是溶液較復(fù)雜，調(diào)整較麻煩。3常溫磷化的優(yōu)點是節(jié)能，成本低，溶液穩(wěn)定；缺點是耐蝕性較差、結(jié)合力欠佳，處理時間長，效率低。4、鉻酸鹽處理（1）定義：把

7、金屬或金屬鍍層放入含有某些添加劑的鉻酸或鉻酸鹽溶液中，通過化學(xué)或電化學(xué)的方法使金屬表面生成由三價鉻和六價鉻組成的鉻酸鹽膜的方法，也稱為鈍化。（2）自修復(fù)作用：六價鉻化合物以夾雜形式或由于被吸附或化學(xué)鍵的作用，分散在膜的內(nèi)部起填充作用。當(dāng)膜收到輕度損傷時，可溶性的六價鉻化合物能使該處再鈍化。1、涂料與涂裝（1）定義：涂料是指一種流動狀態(tài)或粉末狀態(tài)的物質(zhì)，能夠均勻地覆蓋和良好的附著在物體表面形成固體薄膜。涂裝是指用有機涂料通過一定方法涂覆在材料或制件表面，形成涂膜的全部工藝過程。（2）涂料成分和作用：成膜物質(zhì)、顏料、溶劑和助劑。成膜物質(zhì)：形成涂膜的主要物質(zhì)，是決定涂料性能的主要因素。顏料：著色，降

8、低成本，提高涂膜的性能。溶劑：使涂料保持溶解狀態(tài)，調(diào)整涂料的粘度，揮發(fā)性和流變性能。助劑：改善涂料的儲存性、施工性和涂膜的物理性質(zhì)。2、熱噴涂（1）定義：是一種采用氣體、液體燃料或電弧、等離子弧、激光燈作為熱源，是金屬、合金、金屬陶瓷、塑料等噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，通過高速氣流使其霧化，然后噴射、沉積到經(jīng)過預(yù)處理的工件表面，從而形成附著牢固的表面層的加工方法。（2）涂層結(jié)構(gòu)：是由無數(shù)變形粒子互相交錯呈波浪式堆疊在一起的層狀組織結(jié)構(gòu)。（3）改善途徑：1采用等離子弧等高溫?zé)嵩矗?超高速噴涂，3低壓或保護氣氛噴涂，4重熔處理。（4）特點：1使用范圍廣，2工藝靈活，噴涂層的厚度可調(diào)范圍大，3工

9、件受熱程度可以控制，5生產(chǎn)效率高。（5）結(jié)合機理和火焰、電弧、等離子噴涂的各自優(yōu)缺點，詳見習(xí)題。3、電火花涂敷（1）定義：是指直接利用電能的高密度能量對金屬表面進行涂敷處理的工藝。（2）設(shè)備（最基本）：脈沖電源盒振動器。（3）涂敷層形貌：由無數(shù)密集的涂敷點和放點凹坑所構(gòu)成，宏觀呈銀灰色的桔皮狀。4、熱浸鍍（1）定義：是指將工件浸在熔融的液態(tài)金屬中，在工件表面發(fā)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，取出冷卻后表面形成所需的金屬鍍層。（2）熔劑法：工藝流程為：預(yù)鍍件堿洗水洗酸洗熔劑處理熱浸鍍鍍后處理成品。熔劑處理目的：除去工件上未完全酸洗掉的鐵鹽和酸洗后又被氧化的氧化皮，清除熔融金屬表面的氧化物，降低熔融金屬的

10、表面張力，使工件與空氣隔離而避免重新氧化。（3）保護氣體還原法：森吉米爾法。5、搪瓷涂敷：是將玻璃質(zhì)瓷釉涂敷在金屬基材表面，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，瓷釉與金屬之間發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而牢固結(jié)合，在整體上有金屬的力學(xué)強度，表面有玻璃的耐蝕、耐熱、耐磨、易潔和裝飾等特性的一種涂層材料。6、陶瓷涂層：是以氧化物、碳化物、硅化物、硼化物、氮化物、金屬陶瓷和其他無機物為原料，用各種方法涂敷在金屬等基材表面而使之具有耐熱、耐蝕、耐磨以及某些光、電學(xué)等特性的一類涂層。1、金屬表面形變強化（1）原理：通過機械手段在金屬表面產(chǎn)生壓縮變形，使表面形成形變硬化層的工藝。（2）方法：主要有滾壓、內(nèi)擠壓和噴丸等工藝。噴丸是一種再結(jié)晶

11、溫度以下的表面強化方法，即利用高速彈丸強烈沖擊零部件表面，使之產(chǎn)生形變硬化層并引進殘余壓應(yīng)力。（3）噴丸強度：由于噴丸面在彈丸沖擊下產(chǎn)生塑性伸長變形，噴丸后的試片產(chǎn)生凸向噴丸面的球面彎曲變形，試片凸起的大小用弧高度f表示，當(dāng)弧高度f打到飽和值，試片表面達到全覆蓋率時，此弧高度即為噴丸強度。2、表面熱處理（1）定義：是指僅對零部件表層加熱、冷卻，從而改變形變層組織和性能而不改變成分的一種工藝，是最基本、應(yīng)用最廣泛的材料表面改性技術(shù)之一。（2）感應(yīng)加熱表面淬火：物理過程：當(dāng)感應(yīng)線圈通以交流電后，感應(yīng)線圈內(nèi)即形成交流磁場。置于感應(yīng)線圈內(nèi)的被加熱零件引起感應(yīng)電動勢，所以零件內(nèi)將產(chǎn)生閉合電流即渦流。由于

12、被加熱的金屬零件的電阻很小，所以渦電流很大，從而可迅速將零件加熱。（3）感應(yīng)電流透入深度：從電流密度最大的表面到電流值為表面的1/e處的距離。（4）硬化層深度：由表及里工件能達到奧氏體化溫度的距離。（5）淬火后組織和性能：是細小的隱晶馬氏體，碳化物呈彌散分布，這是由于快速加熱時在細小的奧氏體內(nèi)有大量亞結(jié)構(gòu)殘留在馬氏體中所致。（6）火焰加熱表面淬火：是應(yīng)用氧乙炔或其他可燃氣體對零件表面加熱，隨后淬火冷卻的工藝。（7）火焰較感應(yīng)表淬優(yōu)缺點：優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作靈活，適用鋼種廣泛，零件表面清潔，一般無氧化和脫碳、畸變小等。缺點：加熱溫度不易控制，噪音大，勞動條件差，混合氣體不夠安全，不易獲得薄的表面

13、淬火層。3、表面化學(xué)熱處理（1）定義：金屬表面化學(xué)熱處理是利用元素擴散性能，使合金元素滲入金屬表層的一種熱處理工藝。（2）過程：1產(chǎn)生滲劑的活性原子，2活性原子吸附金屬表面，3吸收活性原子，元素的擴散。（3）化學(xué)熱處理的目的：1提高金屬表面的強度、硬度和耐磨性。2提高材料疲勞強度。3使金屬表面具有良好的抗粘著、抗咬合的能力和降低摩擦系數(shù)。4提高金屬表面的耐蝕性。（4）擴散層形成條件：1滲入元素與基體金屬須形成固溶體或金屬間化合物。2滲素與基體須保持直接緊密接觸。3保持一定溫度，即保持一定滲鍍速度。4生成活性原子的化學(xué)反應(yīng)必須滿足熱力學(xué)條件。（5）滲碳滲氮滲硼的比較：4、等離子體：是一種電離度超

14、過0.1%的氣體，是由離子、電子和中性粒子（原子和分子）所組成的集合體。5、（1）激光的特點：1高方向性，2高亮度性，3高單色性。（2）激光的產(chǎn)生：處于熱平衡物體的原子和分子中各粒子是按統(tǒng)計規(guī)律分布的，且大都處于低能級狀態(tài)。原子受激發(fā)到高能級后，會很快自發(fā)躍遷到低能級態(tài)。通常處于激發(fā)態(tài)的原子平均壽命極短，對于平均壽命較長的能級稱為亞穩(wěn)態(tài)能級。某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級結(jié)構(gòu)的物質(zhì)受外界能量激發(fā)時，可能使處于亞穩(wěn)態(tài)能級的原子數(shù)目大于處于低能級的原子數(shù)目，此物質(zhì)被稱為激活介質(zhì)。這時用能量恰好與此物質(zhì)亞穩(wěn)態(tài)和低能態(tài)的能量差相等的一束光照射此物質(zhì)，則會產(chǎn)生受激輻射，輸出大量頻率、相位、傳播和振動方向都與外來光完

15、全一致的光，即為激光。6、離子注入表面改性（1）溝道效應(yīng)：高速運動的離子注入金屬表層的過程中，會與金屬內(nèi)部原子發(fā)生碰撞，當(dāng)高能離子沿晶體的主晶軸方向注入時，可能與晶格原子發(fā)生隨即碰撞，若離子穿過晶格同一排原子附近而偏轉(zhuǎn)很小并進入表層深處，該現(xiàn)象即為溝道效應(yīng)。（2）具有足夠能量的入射離子，或被撞出的離位原子最終在晶格間隙處停留下來，成為一個間隙原子，它與原先位置上留下的空位形成空位間隙原子對。這就是輻照損傷。1、薄膜（1）定義：按照一定的需要，利用特殊的設(shè)備技術(shù)，在基體表面形成厚度為亞微米至微米級的膜層。（2）制備方法（常用）1真空蒸鍍，2離子鍍膜，3濺射鍍膜。2、真空定義：是指在指定的空間內(nèi)壓

16、力低于101325Pa的氣體狀態(tài)。3、真空蒸鍍：是將工件放入真空室，并用一定的方法加熱，使鍍膜材料蒸發(fā)或升華，飛至工件表面凝聚成膜。4、濺射鍍膜（1）定義：用幾十電子伏或更高動能的荷能粒子轟擊材料表面，使其原子獲得足夠的能量而濺出進入氣相，這種濺出的、復(fù)雜的粒子散射過程成為濺射。（2）濺射率：入射一個離子所濺射出的原子個數(shù)，也稱為濺射產(chǎn)額。（3）當(dāng)入射離子的能量低于某一個值時，濺射率為零，這個能量值稱為閾射能量。5、離子鍍：是在真空條件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)部分離化，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子轟擊作用的同時把蒸發(fā)物或其反應(yīng)物沉積在基底上。其他章節(jié)（1）表面工程的俠義定義：表面工程是對零件表面預(yù)處理后，通過表面涂覆。表面改性、沉積薄膜及其復(fù)合處理與成型，來改善固體金屬或非金屬表面性能的系統(tǒng)工程。使用表面技術(shù)的目的：1提高材料抵御環(huán)境作用能力。2賦予材料表面某種功能特性。3實施特定的表面加工來制造構(gòu)件、零部件和元器件等。表面技術(shù)途徑：1施加各種覆蓋層，2采用各種表面改性技術(shù)，3復(fù)合表面處理。表面技術(shù)的分類：1原子沉積，2顆粒沉積，3整體覆蓋，4表面改性。清潔表面的定義：是指不存在任何污染的化學(xué)純表面，即不存在吸附、催化反應(yīng)或雜質(zhì)擴散等一系列物理、化學(xué)效應(yīng)的表面。實際表面結(jié)構(gòu)：1表面粗糙度，