材料表面工程復(fù)習(xí)題標(biāo)準(zhǔn)答案

1.什么是材料表面工程？表面工程是經(jīng)表面預(yù)處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面技術(shù)復(fù)合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀況，以獲得所需要表面性能的系統(tǒng)工程2.表面工程的作用有哪些？（1）對(duì)于機(jī)械零件提高零件表面的耐磨性、耐蝕性、耐熱性、抗疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能；保證現(xiàn)代機(jī)械在高速、高溫、高壓、重載以及強(qiáng)腐蝕介質(zhì)工況下可靠而持續(xù)地運(yùn)行（2）對(duì)于電子電器元件提高元器件表面的電、磁、聲、光等特殊物理性能；保證現(xiàn)代電子產(chǎn)品容量大、傳輸快、體積小、高轉(zhuǎn)換率、高可靠性;（3）對(duì)于機(jī)電產(chǎn)品的包裝及工藝品提高表面的耐蝕性和美觀性；實(shí)現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品優(yōu)異性能、藝術(shù)造型與絢麗外表的完美結(jié)合（4）對(duì)生物醫(yī)學(xué)材料提高人造骨骼等人體植入物的耐磨性、耐蝕性，尤其是生物相容性；保證患者的健康并提高生活質(zhì)量3.表面工程技術(shù)包含哪些內(nèi)容？?jī)?nèi)容：失效分析、表面技術(shù)、涂覆層性能、涂覆層材料、預(yù)處理和后加工、表面檢測(cè)技術(shù)、表面質(zhì)量控制、使用壽命評(píng)估、表面施工管理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、三廢處理和重大工程實(shí)踐4.表面工程技術(shù)發(fā)展經(jīng)過了哪三個(gè)階段？經(jīng)歷的三個(gè)階段：第一階段以單一表面工程技術(shù)的品種增加、工藝成熟為特征；第二階段以復(fù)合表面工程技術(shù)的出現(xiàn)和協(xié)同創(chuàng)新為主要特征；第三階段以微納米材料和納米技術(shù)與傳統(tǒng)表面工程技術(shù)的結(jié)合與實(shí)用化為主要特征5.在材料表面工程中用于表面淬火的加熱方式有哪幾種？（1）感應(yīng)加熱(高頻、中頻、工頻)表面淬火；（2）火焰加熱表面淬火；（3）激光加熱表面淬火；（4）等離子體加熱表面淬火；6.簡(jiǎn)要說明熱擴(kuò)滲的原理。（1）介質(zhì)分解活性介質(zhì)在一定溫度下，進(jìn)行化學(xué)分解，析出活性（初生態(tài)的）原子（或離子）的過程化學(xué)介質(zhì)分解的速度，取決于化學(xué)介質(zhì)性質(zhì)、數(shù)量、分解的溫度、壓力以及有無催化劑（2）吸收活性原子在金屬表面吸附與金屬表面原子產(chǎn)生鍵合而進(jìn)入金屬表層的過程吸收的方式活性原子向鋼的固溶體中溶解或形成化合物吸收的強(qiáng)弱與活性介質(zhì)的分解速度、滲入元素的性質(zhì)、擴(kuò)散速度、鋼件的成分及其表面狀態(tài)有關(guān)（3）擴(kuò)散被鋼件表面吸收的活性原子（或離子）向鋼件深處遷移，以形成一定厚度的擴(kuò)散層（即滲層）7.激光加熱表面淬火有哪些特點(diǎn)？（1）淬硬層組織細(xì)化，硬度比常規(guī)淬火提高15-20%，鑄鐵經(jīng)淬火后耐磨性可提高3-4倍（2）加工速度極快，工藝周期短，生產(chǎn)效率高，成本低，工藝過程易實(shí)現(xiàn)數(shù)控（3）可進(jìn)行大型零件局部表面硬化及形狀復(fù)雜工件的硬化處理（4）淬硬層深度可精確控制（5）可以實(shí)現(xiàn)自冷淬火，不需要油或水等淬火介質(zhì)8.感應(yīng)加熱表面淬火的優(yōu)點(diǎn)。（1）熱源在工件表面，加熱速度快，熱效率高（2）工件因不是整體加熱，變形?。?）工件加熱時(shí)間短，表面氧化脫碳量少（4）表面硬度高，缺口敏感性小，沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度以及耐磨性等具有很大提高，有利于發(fā)揮材料潛力，節(jié)約材料消耗，提高零件使用壽命（5）設(shè)備緊湊，使用簡(jiǎn)便，勞動(dòng)條件好（6）可將設(shè)備組織到生產(chǎn)線中，如果采用程序自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可對(duì)過程精確控制，廢品量較低（7）不僅可應(yīng)用于工件的表面，內(nèi)孔等的淬火，還可以應(yīng)用于工件的穿透加熱和化學(xué)熱處理9.常用的表面淬火方法有哪些？（1）感應(yīng)加熱(高頻、中頻、工頻)表面淬火；（2）火焰加熱表面淬火；（3）激光加熱表面淬火；（4）等離子體加熱表面淬火10.什么是堆焊技術(shù)？堆焊技術(shù)中包含哪些具體的方法？（1）堆焊技術(shù)：將具有一定使用性能的合金借助一定的熱源，熔覆在母體材料的表面，以賦予母材特殊使用性能或使零件恢復(fù)原有形狀尺寸的工藝方法；（2）方法：氧乙炔火焰堆焊；焊條電弧堆焊；埋弧堆焊；鎢極氬弧堆焊；等離子弧堆焊；熔化極氣體保護(hù)堆焊；電渣堆焊；激光堆焊；聚焦光束粉末堆焊；摩擦堆焊11．堆焊的作用有哪些？（1）可用于修復(fù)材料因服役而導(dǎo)致的失效部位；（2）可用于強(qiáng)化材料或零件的表面；（3）延長服役件的使用壽命、節(jié)約貴重材料、降低制造成本12．堆焊的特點(diǎn)？（1）堆焊層與母材具有典型的冶金結(jié)合（2）堆焊合金種類選擇范圍寬13．常用的合金化方法有哪些？（1）焊條藥皮滲合金法（2）焊劑滲合金法（3）合金焊絲或焊帶滲合金法（4）藥芯焊絲滲合金法（5）合金粉末滲合金法14．簡(jiǎn)要說明母材對(duì)堆焊材料的稀釋作用以及對(duì)表面處理層的影響。母材對(duì)堆焊金屬的稀釋一般來說，堆焊材料往往是高合金材料或與母材合金體系完全不同的合金即使堆焊合金中某種元素的過渡率為1，堆焊合金中該合金元素的濃度也會(huì)低于原始濃度15．常用的堆焊方法氧乙炔火焰堆焊、焊條電弧堆焊、埋弧堆焊、等離子弧堆焊、電渣堆焊、激光堆焊、摩擦堆焊16熱噴涂的基本概念熱噴涂技術(shù)是采用氣體、液體燃料或電弧、等離子弧、激光等作熱源，使金屬、合金、金屬陶瓷、氧化物、碳化物、塑料以及它們的復(fù)合材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17．簡(jiǎn)要說明熱噴涂涂層的形成過程。涂層的形成過程是噴涂顆粒在飛行結(jié)束之后的過程，即沖擊、碰撞、變形、凝固那四個(gè)過程18.簡(jiǎn)要說明熱噴涂的基本原理。（1）噴涂材料的熔化階段線材：端部進(jìn)入熱源的高溫區(qū)域，即被加熱熔化，形成熔滴粉末：進(jìn)入高溫區(qū)域后，在行進(jìn)過程中被加熱熔化或軟化（2）熔滴霧化階段線材：端部形成的熔滴，在外加壓縮氣流或熱源自身射流的作用下，使熔滴脫離線材并霧化成細(xì)微的熔粒，向前噴射粉末：一般不存在熔粒再被破碎和霧化的過程，而是被氣流或熱源射流推動(dòng)向前噴射（3）飛行階段先被加速，隨距離增加而減速（4）碰撞階段19.熱噴涂的分類（1）熔體熱噴涂：金屬溶液注入噴涂（2）火焰熱噴涂：普通火焰噴涂、爆炸噴涂、高速火焰噴涂（3）電能熱噴涂：電弧噴涂、線爆噴涂、等離子體噴涂（4）高能熱噴涂：激光噴涂20.常用的熱噴涂方法（1）線材或棒材火焰噴涂（2）粉末火焰噴涂（3）高速（超音速）火焰噴涂（4）氣體爆燃噴涂技術(shù)（5）電弧噴涂（6）等離子噴涂（7）高能等離子噴涂（8）可控氣氛與低氣壓等離子噴涂（9）冷噴涂21.稀土元素在電刷鍍液中的作用是什么？（1）電刷鍍過程中，隨著金屬離子的還原，有一定量的N、H、O進(jìn)入鍍層，加入的稀土元素可與鍍層中的氫、氧形成稀土氫化物、氧化物或氮化物（2）稀土氫化物可以消除、減少氫脆，提高鍍層的抗疲勞強(qiáng)度（3）稀土氧化物能減少鍍層中片狀氧化物造成的應(yīng)力，消除分布在晶界的微量雜質(zhì)的負(fù)作用（4）稀土氮化物能增強(qiáng)鍍層強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐蝕性（5）在電刷鍍液中加入一定量的稀土元素可顯著提高鍍層中的非晶態(tài)組織比例，過量則造成非晶態(tài)組織比例下降22.復(fù)合電刷鍍的含義？復(fù)合鍍層分為層狀鍍層和組合鍍層23.簡(jiǎn)要說明電刷鍍的原理以及設(shè)備結(jié)構(gòu)。（1）原理：采用專用的直流電源設(shè)備，電源的正極接鍍筆，負(fù)極接工件；鍍筆通常采用高純石墨塊作陽極材料，外包棉花或滌棉套；基本變化過程：金屬離子在液相中傳質(zhì)，到達(dá)陰極表面邊界層；金屬離子穿過陰極表面邊界層完成表面轉(zhuǎn)化；與陰極的電子交換，金屬原子被還原成吸附態(tài)金屬原子；后續(xù)表面轉(zhuǎn)化，金屬原子結(jié)晶（2）設(shè)備結(jié)構(gòu)：電刷鍍電源設(shè)備；電刷鍍鍍筆24.常采用什么材料作為電刷鍍鍍筆的陽極材料？鍍筆通常采用高純石墨塊作陽極材料，外包棉花或滌棉套25.常用的電刷鍍鍍液種類有哪些？電刷鍍鍍液的分類（1）預(yù)處理液：去除被鍍金屬表面油污、銹蝕、氧化層和各種雜質(zhì)；包括電凈液、活化液（2）電沉積金屬鍍液：?jiǎn)谓饘馘円?、合金鍍液?）退鍍鍍液：從工件表面腐蝕去除金屬或多余鍍層的溶液（4）鈍化和陽極化鍍液：在工件表面生成致密氧化膜（5）特殊用途的鍍液：在工件表面獲得各種特殊功能的表面層，如拋光、染色發(fā)黑、防變色等26.什么叫氣相沉積技術(shù)？氣相沉積技術(shù)的種類？（1）氣相沉積技術(shù)是通過一定的方式，將待沉積的材料通過汽化由氣相直接沉積于待處理物體表面的技術(shù)（2）氣相沉積技術(shù)的分類物理氣相沉積（PVD）化學(xué)氣相沉積（CVD）等離子體化學(xué)氣相沉積（PCVD）27.氣相沉積過程中膜的生長類型有哪幾種？核生長型（Volmer-Weber型）單層生長型（Frank-vanderMerwe型）單層上的核生長型（Stranski-Krastanov型）28.什么是多晶、單晶和非晶態(tài)薄膜？單晶薄膜的含義是說整個(gè)薄膜就是一個(gè)完整晶體嗎？（1）多晶結(jié)構(gòu)薄膜—由若干尺寸大小不等的晶粒所組成，在薄膜形成過程中原子有規(guī)則的排列；單晶薄膜是材料的所有部分任一晶軸的取向完全相同，其所有的原子或分子均以正確的規(guī)則進(jìn)行排列；非晶態(tài)薄膜原子排列在2—3個(gè)原子距離內(nèi)原子排列是有秩序的大于這個(gè)距離其排列是雜亂無規(guī)則的；（2）不是，單晶薄膜是許多晶粒的結(jié)合，因而實(shí)際上被稱為單晶膜的物質(zhì)是取向大致相同的晶粒集合體29.簡(jiǎn)要說明物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積的區(qū)別是什么？物理氣相沉積技術(shù)表示在真空條件下，采用物理方法，將材料源——固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體(或等離子體)過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)；化學(xué)氣相沉積是反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)；化學(xué)氣相沉積方法和物理氣相沉積的主要區(qū)別在于化學(xué)氣相沉積方法伴隨著某種化學(xué)反應(yīng)過程30.什么是化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)？化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的性質(zhì)以及用途？（1）處于表層的基底金屬直接和選定介質(zhì)中的陰離子反應(yīng)使之形成自身轉(zhuǎn)化的不溶于水和給定介質(zhì)、并與基體結(jié)合牢固的產(chǎn)物膜，這個(gè)膜層就稱為化學(xué)轉(zhuǎn)化膜（2）化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的性質(zhì)和用途防護(hù)和裝飾作用化學(xué)轉(zhuǎn)化膜具有較高的穩(wěn)定性，對(duì)介質(zhì)具有較強(qiáng)的隔離作用對(duì)轉(zhuǎn)化膜進(jìn)行著色處理或其他處理，可以獲得特殊的顏色或表面效果的膜增強(qiáng)涂膜與基體的結(jié)合力轉(zhuǎn)化膜與基體的結(jié)合力都很好，廣泛作為油漆涂層的底層提高耐磨性鋁陽極氧化膜比鋁的硬度大大提高磷化膜本身摩擦系數(shù)小，具有很好的持油性增強(qiáng)電絕緣性31.簡(jiǎn)述鋁及其合金的陽極氧化原理及其膜的特性。（1）原理：鋁及其合金的陽極氧化實(shí)質(zhì)上是水的電解過程陰極反應(yīng)：電解液通電后發(fā)生電解陽極反應(yīng)：生成的部分新生（原子）氧與陽極鋁反應(yīng)，生成無水氧化鋁（2）陽極氧化膜的特性鋁陽極氧化膜的耐蝕性在各種實(shí)際大氣環(huán)境和人工加速腐蝕中都表現(xiàn)出較高的耐蝕性，具有良好的防護(hù)效果氧化膜的密度隨鋁合金的種類、陽極氧化和封孔處理?xiàng)l件而不同，表觀密度大致在2~3g/cm3具有較高的硬度和耐磨性：莫氏硬度值7~8，介于水晶和剛玉之間；膜的硬度受電解液的種類、電解條件和材質(zhì)的影響；電解液溫度對(duì)硫酸膜硬度有顯著影響，溫度越低，硬度越高陽極氧化膜是透明的，透明度受材料的純度、合金元素的影響，材料純度愈高，透明度愈好陽極氧化膜是高阻的絕緣體，且高溫電阻降低較少多孔質(zhì)陽極氧化膜對(duì)著色處理非常有利，孔的尺寸和數(shù)量取決于電解液的種類和處理?xiàng)l件，特別是電壓氧化膜的導(dǎo)熱率約為工業(yè)純鋁的1/3，在活塞和汽缸等制品上可以制成100微米的隔熱硬質(zhì)膜，氧化膜的熱膨脹系數(shù)為工業(yè)純鋁的1/5，溫度變化時(shí)易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象32.鋁及其合金的著色方法有哪幾種？自然發(fā)色法電解著色法染色法33.彩色不銹鋼的發(fā)色原理是什么？發(fā)色原理：光的干涉現(xiàn)象控制在不銹鋼表面形成的

透明氧化膜厚度，使其能夠?qū)δ撤N需要出現(xiàn)的顏色加強(qiáng)，即可得到我們需要的色澤彩色不銹鋼形成穩(wěn)定和均勻的色澤的關(guān)鍵在于形成的氧化膜厚度的均勻性氧化膜的厚度通常在0.2~0.4μm，其顏色產(chǎn)生如下色系34.獲得金屬涂覆層的技術(shù)有哪些？電鍍電刷鍍化學(xué)鍍堆焊熱噴涂氣相沉積熱浸鍍機(jī)械鍍鋅35.什么是陰極鍍層？什么是陽極鍍層？鍍層的電化學(xué)特性是一成不變的嗎？（1）陽極鍍層是當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時(shí)，鍍層為陽極而首先溶解這類鍍層不僅能對(duì)基體起機(jī)械保護(hù)作用，還能起電化學(xué)保護(hù)作用為防止金屬腐蝕盡可能選用陽極鍍層（2）陰極鍍層在鍍層與基體構(gòu)成微電池時(shí)，鍍層為陰極這種鍍層對(duì)基體金屬只能起到機(jī)械保護(hù)的作用，一旦鍍層出現(xiàn)缺陷，會(huì)導(dǎo)致基體金屬的加速溶解鍍層雖然沒有被腐蝕，但是基體腐蝕之后，最終鍍層會(huì)從基體上剝離脫離，失去鍍層的保護(hù)作用（3）金屬的電極電位隨介質(zhì)的不同而發(fā)生變化因此鍍層是“陰極鍍層”還是“陽極鍍層”，除了比較鍍層金屬的活性和母材金屬的活性之外，還要看介質(zhì)的性質(zhì)如在一般按條件下，鋅對(duì)鐵而言是典型的陽極鍍層，但在熱水中（70~80℃）時(shí)，鋅的電極電位變得比鐵正了，因而變成了陰極鍍層錫對(duì)鐵而言，在一般條件下，為“陰極涂層”但在有機(jī)酸的介質(zhì)中，卻成了“陽極鍍層”36.什么是化學(xué)鍍？化學(xué)鍍液和電鍍液有什么區(qū)別？（1）利用鍍液中的還原劑，將鍍層金屬離子還原沉積與母材表面的工藝（2）與電鍍相比的特點(diǎn)鍍層厚度非常均勻通過敏化、活化等前處理，化學(xué)鍍可以在非金屬（非導(dǎo)體）表面上進(jìn)行工藝設(shè)備簡(jiǎn)單化學(xué)鍍是靠基材的自催化活性才能起鍍，其結(jié)合力一般優(yōu)于電鍍可以實(shí)現(xiàn)的鍍層金屬種類不及電鍍廣泛，化學(xué)鍍中較為成熟的是化學(xué)鍍鎳成本高，化學(xué)鍍液不如電鍍液穩(wěn)定，控制較難化學(xué)鍍鎳層的性能優(yōu)于電鍍鎳層的性能37.電鍍鋅的后處理工序鈍化有幾種常見的方式？（1）鉻酸鹽鈍化按照鉻酸含量不同分為：高鉻鈍化、低鉻鈍化和超低鉻鈍化按照鈍化后鍍層的顏色分為：彩色鈍化、白鈍化、五彩鈍化、軍綠鈍化和黑鈍化（2）無鉻鈍化38.激光產(chǎn)生的條件是什么？在通常情況下，處于基態(tài)下的粒子數(shù)比激發(fā)態(tài)的粒子數(shù)多，產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是激光產(chǎn)生的一個(gè)必要條件，不能形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，是不能發(fā)生激光的。39.工業(yè)激光器有哪幾種類型？連續(xù)激光脈沖激光巨脈沖激光超短脈沖激光40.材料表面處理后表面膜的表面結(jié)構(gòu)表征包含什么內(nèi)容？表面成分分析表面結(jié)構(gòu)測(cè)定表面形貌觀察41.涂覆層的外觀質(zhì)量一般包括哪些方面的內(nèi)容？涂覆層的外觀質(zhì)量一般包