表面工程期末復習及實驗

會計學1表面工程期末復習及實驗6.主要的著色方法包括：自然顯色法、吸附著色法和電解著色法。與吸附著色法相比，采用電解著色法著色后比較穩(wěn)定，這與金屬著色體的沉積部位有關，因為電解著色法的金屬發(fā)色體沉積在多孔層下部。第1頁/共17頁非金屬材料不能進行電鍍，因為非金屬材料不導電；熱噴涂層典型的結構特征為：大小不一的扁平顆粒、未熔化的球形顆粒、夾雜和孔隙。因為有孔隙的存在，因此，熱噴涂層往往要進行封孔處理；液體的表面自由能和表面張力在數(shù)學上是相等的，而固體則不一樣，因為固體的原子幾乎不可移動，其表面不像液體那樣易于伸縮或變形，拉伸或壓縮固體表面時，僅僅能改變其表面原子的間距，而不能改變表面原子的數(shù)目；脈沖激光沉積（PLD）存在兩個問題：（1）由于激光與靶材是“點接觸”，因此如果在薄膜沉積過程中，靶材或者光束靜止不動，則獲得的薄膜厚度分布不均勻；（2）脈沖激光過程中很難避免較大尺寸（微米級別）液滴的產生，使膜層的均勻性變差。鋼鐵的化學氧化俗稱發(fā)藍處理，其目的是通過化學氧化在鋼鐵表面形成一層Fe3O4，起一定的防護作用。第2頁/共17頁固體表面的吸附作用，是由于物體表面的原子或分子力場不飽和引起的，可分為物理吸附和化學吸附，其中物理吸附是不可逆的，化學吸附是可逆的。萊賓杰爾效應的本質，是金屬對活性介質的吸附，使表面原子的不飽和鍵得到補償，表面能降低，改變了表面原子間的相互作用，使金屬的表面強度降低。萊賓杰爾效應是不可逆的。流體潤滑摩擦中，對磨表面完全被油膜隔開，靠油膜的壓力平衡外載荷。在流體潤滑中，摩擦力決定于潤滑油的內摩擦系數(shù)（粘度）。流體潤滑摩擦具有最小的摩擦系數(shù)，從節(jié)能、延長使用壽命和減少磨損的觀點考慮，都是最理想的條件。P20在熱噴涂工藝中，涂層與基體的結合主要是冶金結合，其次是機械結合或稱拋錨作用，這決定了熱噴涂涂層與基體的結合強度相當高；對鐵基體表面鍍銅，可以同時起到機械防護作用和電化學防護作用。另外，在滲碳工藝中，同鍍層也可以用來保護不需要滲碳的部位；第3頁/共17頁一、鉻酸鹽膜的形成過程？鉻酸鹽鈍化膜為什么具有自修復功能？金屬與六價鉻之間的氧化-還原反應，金屬表面溶解，金屬離子進入溶液，六價鉻被還原成三價；上述反應消耗了氫，金屬表面pH值升高，使凝膠狀的Cr(OH)3等在表面沉積，形成鈍化膜；上述凝膠狀沉淀物吸附其它成分，如六價鉻、水、金屬離子等，構成成分復雜的鉻酸鹽鈍化膜。鉻酸鹽膜的形成過程如下：

鈍化膜是無定形的膜，主要由不溶性的三價鉻化合物和可溶性的六價鉻化合物兩部分組成。不溶性部分具有足夠的強度和穩(wěn)定性，形成莫的骨架，可溶性部分填充在骨架內部，當鈍化膜收到輕度損傷時，露出的基體與膜中的可溶性部分相互作用，使膜自動修復。所以說，鉻酸鹽鈍化膜具有自修復功能，這是鉻酸鹽鈍化膜耐蝕性特別好的根本原因。第4頁/共17頁

陽極氧化的電極反應如下：

硫酸對金屬鋁和氧化膜的溶解作用為：電化學過程產生的氧并與鋁作用生成Al2O3化學過程，生成的Al2O3膜被電解溶液溶解成多孔層◆沒有電化學過程，氧化鋁薄膜就不能生成；◆沒有溶解過程，沒有孔隙出現(xiàn)，氧化鋁膜層不能導電，電化學過程不能繼續(xù)；◆氧化膜的生長速度必須>

溶解速度；二、鋁陽極氧化膜的形成原理與過程？第5頁/共17頁定量分析氧化膜的生長過程（1）AB段，數(shù)秒鐘的時間，電壓急劇上升。鋁表面形成連續(xù)、無孔的氧化鋁膜。無孔膜電阻大，阻礙反應進行，膜層厚度的增加主要依賴于外加電壓的高低。（2）BC段，電壓上升達到的最大值B主要取決于電解液的性質和溫度，溶解作用越大，電壓峰值就越低。電壓達到一定數(shù)值后，膜層局部被溶解或被擊穿，產生孔隙，氧化膜電阻下降，電壓隨之下降（大約10％~15％）。（3）CD段，電壓下降到C點后趨于平穩(wěn)，阻擋層厚度不再變化，氧化膜Al2O3?H2O的生成和溶解速度在一個基本恒定的比值下進行，膜層孔穴的底部向金屬內部移動，隨著時間的延長，孔穴加深變成孔隙，孔隙間膜層加厚，成為孔壁，孔壁與電解液接觸部分不僅溶解，而且被水化成為Al2O3?H2O，氧化膜變成導電的多孔結構，可達100um甚至更高。當膜的化學溶解速率＝膜的生成速率時，膜層達到極限厚度。第6頁/共17頁三、萊賓杰爾效應？其顯著特征是什么？

由于環(huán)境介質的影響，及表面自由能減少導致材料的強度、塑性、耐磨性降低的現(xiàn)象，即萊賓杰爾效應。環(huán)境介質的影響有很明顯的化學特征；1表面活性熔融物的作用十分迅速；3只要很少量的表面活性物質就可以產生萊氏效應；2表面活性物的作用是可逆的；4萊氏效應的產生需要拉應力與活性物質同時起作用；5第7頁/共17頁

依靠直流電場引起放電，陽極兼作蒸發(fā)源，基片放在陰極板上。真空室中在真空度為1e-3～1e-4Pa情況下，充入氬氣使真空度達到1e-2～1Pa范圍。在基片和蒸發(fā)源之間加上數(shù)百至數(shù)千的直流電壓，引起氬氣的電離，形成低壓氣體放電的等離子區(qū)。處于負高壓的基片被等離子體包圍，不斷遭到氬離子的高速轟擊而濺射清洗并活化。然后接通交流電，使蒸發(fā)源中的膜料加熱蒸發(fā)，蒸發(fā)出的粒子通過輝光放電的等離子區(qū)時部分被電離成正離子，通過電場與擴散作用，高速打在基片表面。此外，大部分仍處于激發(fā)態(tài)的中性蒸發(fā)粒子，在慣性作用下到達基片表面，堆積成薄膜。在成膜的同時，氬離子繼續(xù)轟擊基片，使膜層表面適中處于清潔與活化狀態(tài)，利于膜的繼續(xù)沉積和生長。1.離子鍍膜的基本原理四、離子鍍膜的基本原理？特點？第8頁/共17頁

因為除了原子、分子外，還有部分能量可達幾百、甚至上千電子伏特的離子一起參與成膜，這些離子可以打入基材內約幾個納米的深度，大大提高膜層與基材間的結合力。（1）膜層與基材結合力高；（2）均鍍能力強；惰性氣體原子在放電時撞擊蒸氣鍍膜離子，使之分散，提高其均鍍能力。（3）基體材料與鍍膜材料可以廣泛搭配?；目梢允墙饘?、陶瓷、玻璃、塑料等；鍍膜材料也可以是金屬和各類陶瓷材料。離子鍍膜是真空蒸發(fā)和濺射相結合的一種工藝。2.離子鍍膜的特點第9頁/共17頁五、給出Young方程，并指出潤濕角θ的變化對潤濕現(xiàn)象的影響？鋪展指的是一種什么現(xiàn)象？第10頁/共17頁◆當SL/S>0時候，液體在固體表面自動鋪開或者說潤濕角已經不存在了。鋪展是潤濕的最高標準?！舢擲L/S<0時候，液體在固體表面不鋪展，負值越大表示越難鋪展?！腆w界面粗糙度為i時，（2-9）修正為：上式表明，粗糙表面的鋪展系數(shù)遠大于光滑表面。鋪展系數(shù)第11頁/共17頁1.簡單了解表面預處理有哪些工藝，如何除脂；2.陽極氧化膜（AAO）的著色；3.極化；4.電鍍與電鑄的基本概念。5.復合電鍍的概念；6.合金電鍍；7.熱噴涂、熱噴焊與堆焊的區(qū)別與聯(lián)系；8.磨損有哪些類型？了解其基本特點？9.潤滑油為什么能減小摩擦的？第12頁/共17頁實驗類型：設計型要求：根據《表面工程學》所學的內容，按照后面的實驗要求，設計可行的實驗方案。不一定要求寫出所有工序的具體工藝參數(shù)。盼各位同學盡快完成交過來，以便考試完后能盡快登成績。（考試成績包含實驗成績）祝各位學習進步！第13頁/共17頁實驗（一）金屬表面氧化實驗（時間：2012.3.30，S1409）p30一、實驗目的了解金屬氧化物的生長規(guī)律；掌握抗氧化能力與金屬氧化動力學之間的關系。二、實驗方案實驗材料、設備；實驗方法、內容（理論）；三、分析討論第14頁/共17頁實驗（二）單金屬電鍍（鐵基鍍鋅）（時間：2012.4.1，G2302）P130～131一、實驗目的了解電鍍工藝過程；掌握電鍍原理。二、實驗方案實驗材料、設備；實驗方法、內容（理論）；三、分析討論第15頁/共17頁實驗（三）薄膜制備及形貌