表面工程学复习word版

一、表面吸附：物理吸附和化学吸附的对比 比较项 物理吸附 化学吸附 吸附热 接近液化热1-40kJ.mol-1 接近反应40-400kJ.mol-1 吸附力 范德华力，弱 化学键，强 吸附层 单分子层或多分子层 仅单分子层 吸附选择性 无 有 吸附速率 快 慢 吸附活化能 不需 需要，且较高 吸附温度 低温 较高温度 吸附层结构 基本等同吸附分子结构 形成新的化合态 二. 金属磨损基本理论 1、摩擦的分类

热

2、磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损 机理 ⑴磨粒磨损机理 ①定义：工件表面的硬突出物和外来硬质颗粒在加工时刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落的现象称为磨粒磨损。

②在磨料磨损过程中，形成磨屑的机制主要有两种: 1)由塑性变形机制引起的去除过程：

当磨料与塑性材料表面接触，主要会发生两种主要的材料去除过程： A.犁沟------材料受磨损的挤压向两侧产生隆起。这种过程并不会直接引起材料的去除，但在多次变形后会产生脱落而形成二次切屑

B.微观切削------材料在磨料作用下发生如刨削一样的切削过程。这种过程可直接造成材料去除，形成一次切屑

2)由断裂机制引起的去除过程：这种过程在脆性材料中显得特别重要。例如陶瓷、碳化物和玻璃等，它们对于断裂破坏十分敏感。 ⑵粘着磨损机理

由于宏观光滑的表面上，从微观尺度看总是粗糙不平的，当两个表面贴合时，接触的将只是表面上的一些比较高的突点。它们支撑着整个载荷，承受很大的压应力，以至使很多微凸体发生了塑性变形。与此同时，实际接触面积增加。一直增加到足以承受全部外加载荷而不发生变形为止。而在相距大约1nm的接触突点间，将出现强烈的短程交互作用力。因此，如果没有表面膜存在，两个接触表面将通过上述原子间的作用力发生粘着。当这两个表面相对滑动时，粘合（或焊合）点将被剪掉。如果剪断正好发生在界面上，那就不会发生磨损；如果剪断是发生在距界面一定距离的部位，则金属就会从一个表面转移至另一个表面，从而产生粘着磨损。 ⑶疲劳磨损机理

在循环应力作用下，两接触面相互运动时产生的表层金属疲劳剥落的现象称为疲劳磨损。 在工件的相对运动中，会承受一定的作用力，工件的表面和亚表面存在多变的接触压力和切应力，这些应力反复作用一定的周期后,工件表面就会产生局部的塑性变形和冷加工硬化现象。在那些相对薄弱的地方，会由于应力集中而形成裂纹源，并在外力的作用下扩展，当裂

纹扩展到金属表面或与纵向裂纹相交时，便形成磨损剥落。 3. 点蚀和剥落对比

⑴点蚀裂纹一般都从表面开始，向内倾斜扩展（与表面成10°～30 °），最后二次裂纹折向表面，裂纹以上的材料折断脱落下来即成点蚀，因此单个的点蚀坑的表面形貌常表现为“扇形”或“贝壳形”。

根据裂纹的扩展方向将形成点蚀的具体过程分为两种情况： ①一种是裂纹的开口迎向接触点（见图）。在这种情况下，由于接触压力产生的高压油波会以极高的速度进入裂纹，对裂纹产生强大的液体冲击，同时配对的接触表面又可能将裂纹口封闭，使裂纹内的油压进一步增高，从而使裂纹向纵深扩展。裂纹的缝隙越大，作用在裂纹壁上的压力也越大。这时裂纹与表面之间的小块金属犹如一个悬臂梁承受弯曲载荷，当其根部强度不够时就将发生折断，表面形成点蚀坑。 ②另一种情况是裂纹方向背离接触点。这时当裂纹开口逐渐进入接触区，由于开口没有被封闭，润滑油被挤出，因此这种裂纹不会扩展，也不会发展成为点蚀。

⑵剥落就其本质来讲，与点蚀是相同的，都属于接触疲劳失效的形式，但其特征有所区别。 剥落裂纹一般起源于亚表层内部较深的层次（如可达几百微米），沿与表面平行的方向扩展，最后形成片状的剥落坑。

⑶点蚀：主要发生在软齿面得齿轮；

原因：设计不良、啮合齿数太少、齿形加工不良、表面粗糙度差、安装精度低，造成局部接触应力过高以及表面粗糙引起的摩擦力增大，使表面切向引力很高，导致表面裂纹的萌生。 剥落：齿轮、滚动轴承、凸轮等是疲劳磨损常发生的零件； 原因：由于亚表层的缺陷（大块碳化物、夹杂物等）、表面硬化层与心部交界处的残余应力过大。

三，热喷涂技术 1、原理

原理：热喷涂技术是一种复合技术。它利用各种不同的热源。将欲喷涂的各种材料如金属、合金、陶瓷、塑料及其各类复合材料加热至熔化或熔融状态，借助气流高速雾化形成“微粒雾流”沉积在已经预处理的工件表面形成堆积状，与基体紧密结合的涂层，称之为喷涂层。而将某些喷涂层在喷涂的同时或随后进行重熔处理形成的冶金结合特征的涂层称之为喷熔层或重熔层。

2、喷涂工艺 (掌握喷前处理）

为了提高涂层与基体表面的结合强度，在喷涂前，对基体表面进行清洗、脱脂和表面粗糙化等预处理，是喷涂工艺中一个重要工序。 ㈠、基体表面的清洗、脱脂

（l）碱洗法。碱洗法是将基体表面放到氢氧化钠或碳酸钠等碱性溶液中，待基体表面的油脂溶解后，再用水冲洗干净。

（2）溶液洗涤法。溶液洗涤法是采用挥发性溶液，如雨酮、汽油、三氯乙烯和过氯乙烷乙烯等，它们的主要作用是把基体表面的矿物油溶解掉，再加以清除。

（3）蒸气清洗法。蒸气清洗法是采用三氯乙烯蒸气进行清洗，尽管这种方法的清洗效果很好，但是对人体有一定的危害。 （4）对疏松表面的清洗、脱脂

油脂不在工件表面，但在喷涂时，由于基体表面的温度升高，疏松孔中的油脂就会渗透到基体表面，对涂层与基体的结合极为不利。因此，对疏松基体表面，经过清洗、脱脂后，还需要将其表面加热到250℃左右，尽量将油脂渗透到表面，然后再加以清洗。 ㈡、基体表面氧化膜的处理

一般采用机械方法去氧化膜：如切削加工方法和人工除锈法，也可以采用硫酸或盐酸进行酸洗。

㈢、基体表面的粗化处理

是提高涂层与基体表面机械结合强度的一个重要措施。

喷涂前4h～8h内必须对工件表面进行粗糙化处理。常用的表面粗化处理方法如下： (1）喷砂法

喷砂是最常用的粗糙化工艺方法。砂粒有冷硬铁砂、氧化铝砂、碳化硅砂等多种，可根据工件表面的硬度选择使用。 （2）机械加工法

对轴、套类零件表面的粗化处理，可采用挑扣、开槽、滚花等简便切削加工方法，这样它可限制涂层的收缩应力，增加涂层与基体表面的接触面积，提高涂层与基体以及涂层间的结合强度。

对涂层结合力要求不高的轴类工件，可在要求修复的区域内进行车螺纹和滚压处理，形成粗糙表面，一般为每厘米10条纹左右。

需高结合力时，则可车20条左右。车削形状为阶梯状，阶梯的尖角最好加工成圆角，喷涂后不易产生缺陷。 （3）化学腐蚀法

基体表面进行化学腐蚀，由于晶粒上各个晶面的腐蚀速度不同，可形成粗糙的表面。 （4）电弧法（又称电火花拉毛法）

是将直径比较细的镍（或铝）丝作为电极，在电弧作用下，电极材料与基体表面局部熔合，产生粗糙的表面。这种方法适用于硬度比较高的基体表面，但不适用于比较薄的零件表面。 ㈣、基体表面的预热处理

涂层与基体表面的温度差会使涂层产生收缩应力，从而引起涂层开裂和剥落。 基体表面的预热可降低和防止上述不利影响。但预热温度不宜过高，以免引起基体表面氧化而影响涂层与基体表面的结合强度。

一般基体表面的预热温度在200℃－300℃之间 ㈤非喷涂表面的保护

其保护方法可根据非喷涂表面的形状和特点，设计一些简易保护罩。 保护罩材料可采用薄铜皮或铁皮。对基体表面上的键槽和小孔等不允许外物进入的部位，喷砂前可以用金属、橡胶或石棉绳等堵塞，喷砂后换上炭素物或石棉等，以防止熔融的热喷涂材料进入

3、喷涂层形成、结构及特点 形成：涂层形成的大致过程是：涂层材料经加热熔化和加速→撞击基体→冷却凝固→形成涂层。其中涂层材料的加热、加速和凝固过程是二个最主要的方面。 涂层结构：大小不一的扁平颗粒、未熔化球形颗粒、夹杂和孔隙组成。

特点：⑴热喷涂中的相变：熔滴尺寸小，冷却速度快，106K/s，非晶态或亚稳相，?稳定相转变?产生相变应力。⑵存在涂层应力，热喷涂层的最佳厚度一般不超过0．5mm。⑶涂层结合强度---主要为机械结合；冶金结合；物理结合------

“抛锚作用”；依照次序堆叠镶嵌；机械结合为主的喷涂层为主；瞬时高温、导致涂层材料与基体之间发生局部扩散和焊合，形成冶金结合。

机械结合为主的结合机理决定了热喷涂涂层的结合强度比较差，只相当于其母体材料的5％—30%。最高也只能达到70MPa； 4、喷焊和喷涂的对比

1.工件受热情况不同----喷涂无重熔过程，工件表面温度可始终控制在250℃以下，一般不

产生变形和使工件的组织状态发生变化。而喷焊要使涂层融化，重熔烧结温度可达900℃以上，不仅易引起工件变形，而且多数工件会发生退火或不完全退火。

2.与基材的结合状态不同---喷涂层与基材表面的结合以机械咬合为主，尽管存在微区冶金结合，涂层结合强度不高，一般为30～50MPa。喷焊是通过涂层熔化与基材表面形成冶金结合，结合强度一般可达343～440MPa。

3.所用粉末不同----粉末火焰喷焊所用粉末必须是自熔性合金粉末，而喷涂所用粉末不受限制。

4.覆盖层结构不同 喷焊层均匀致密，一般认为无孔隙，而喷涂层有孔隙。 5.承载能力不同 喷涂层不能承受冲击载荷和较高的接触应力，适用于各种面接触工件的表面喷涂。喷焊层可承受冲击载荷和较高的接触应力，可用于线接触场合。 综上所述，当工件承载大，尤其是受冲击负荷作用时和在腐蚀介质中使用，以采用喷焊为宜；当工件尺寸精度要求高和不允许有变形发生或不允许改变其原始组织，而且工件不承受或仅承受轻微冲击载荷时，则宜采用喷涂。

5、喷焊用材料（自熔性合金粉末）(概念及工作机理）

自熔性合金粉末：因合金中加入了强烈的脱氧元素如 Si、 B等，在重熔过程中它们优先与合金粉末中氧和工件表面的氧化物作用，生成低熔点的硼硅酸盐覆盖在表面，防止液态金属氧化，改善对基体的润湿能力，起到良好的自熔剂作用，所以称之为自熔性合金粉末。 喷熔用的自熔性合金粉末有镍基、钴基、铁基及碳化钨等四种系列。

机理：采用热源使涂层材料在基体表面重新熔化或部分熔化，实现涂层与基体之间、涂层内颗粒之间的冶金结合，消除孔隙、这就是热喷焊技术。 四、电镀

1、合金电镀的特点

①与热冶金合金相比，电镀合金具有如下主要特点：

<1>容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金，如Sn-Ni合金。 <2>可获得热熔相图没有的合金，如δ－铜锡合金。

<3>容易获得组织致密、性能优异的非晶态合金，如Ni－P合金。 <4>在相同合金成分下，电镀合金与热熔合金比，硬度高，延展性差，如Ni－P、Co－P合金。 ②与单金属镀层相比，合金镀层有如下主要特点：

<1>能获得单一金属所没有的特殊物理性能，如导磁性、减磨性（自润滑性）、钎焊性。 <2>合金镀层结晶更细致，镀层更平整，光亮。 <3>可以获得非晶结构镀层。

<4>合金镀层可具备比组成他们的单金属层更耐磨、耐蚀，更耐高温，并有更高硬度和强度，但延展性和韧性通常有所降低。

<5>不能从水溶液中单独电镀的W,Mo,Ti,V等金属可与铁族元素（Fe,Co,Ni）共沉积形成合金。

<6>能获得单一金属得不到的外观。通过成分设计和工艺控制，可得到不同色调的合金镀层（如Ag合金，彩色镀Ni及仿金合金等）具有更好的装饰效果 2. 非晶态合金电镀性能特点

⑴耐蚀性 非晶态合金是均匀的单相，不存在晶体缺陷，而且在其表面上能生成均匀的钝化膜，所以耐蚀性有明显的提高。非晶态合金镀层具有较高的强度和硬度，

⑵力学性能 Ni-P非晶态合金镀层具有较高的强度和硬度。特别是Cr-C非晶态超硬镀铬合金镀层，与普通的硬铬层相比，其硬度更高，耐磨性更优异。 ⑶磁性 电镀非晶态磁性合金薄膜是最具有代表性的功能镀之一。磁性镀层可分为软磁性镀层和硬磁性镀层两大类。

⑷非晶态合金镀层还具有优良的电阻特性、独特的电致发光变色特性，采用电镀技术亦可制取半导体镀层等。 3. 复合电镀特点

⑴复合电镀不必加热，因而对基体金属或合金的原始组织、性能不产生影响，工件也不会发生变形

⑵同一基质金属或合金中可沉积一种或数种性质各异的固体颗粒，同一种固体颗粒也可沉积在不同的基质金属或合金中，从而获得多种多样的复合镀层。

⑶在很多情况下可以采用某些具有特殊功能的复合镀层取代整体材料，也可在软金属基体上镀适当的硬复合镀层

⑷适当设计阳极、夹具和施镀参数，可以在复杂形状的基体上获得均匀的复合镀层，还可在零件的局部位置镀覆复合镀层

⑸与其它复合材料制备技术相比较，复合电镀的投资少，操作简单、易于控制，生产成本低，能耗少

4. 塑料电镀工艺过程(各阶段作用）

⑴ 化学除油 -----防止塑料变形、溶解，应考虑除油液对塑料的适应性。当用碱性除油液

时，应注意使用温度，以防变形；用有机溶剂除油时，应注意其是否有溶解塑料的现象 ⑵ 粗化 ---为提高结合强度，就得尽可能地增加镀层和基体间的接触面积。

⑶ 敏化处理 --使塑料制件表面吸附一些还原性物质，在以后得活化处理中，敏化剂被氧

化，制件表面形成活化层，也叫催化膜，为塑料表面化学镀覆金属打下基础。

⑷活化处理---所谓活化处理，就是将吸附有还原剂的制件浸入含有氧化剂的溶剂中。它可以加速化学镀的还原反应。实践证明，银、钯等贵金属都具有这种催化能力。 ⑸还原处理----塑料制件进行化学镀以前，先在一定浓度的化学镀所用的还原剂溶液中浸一下，把未被水洗掉的活化剂还原，这就是还原处理。 ⑹化学镀 ⑺电镀 五、电刷镀 1、基本原理

刷镀时使浸满镀液的镀笔以一定的相对运动速度在工件表面上移动，并保持适当的压力。在镀笔与工件接触的部位，镀液中的金属离子在电场力的作用下扩散到工件表面．并在工件表面获得电子被还原成金属原子，这些金属原子在工件表面沉积结晶，形成镀层。随着刷镀时间的增长，镀层逐渐增厚。 2、工艺特点

电刷镀区别于电镀(槽镀)的最大工艺特点是镀笔与工件必须保持一定的相对运动速度。①由于镀笔与工件有相对运动，散热条件好，在使用大电流密度刷镀时，不易使工件产生过热现象。 ②其镀层的形成是一个断续结晶过程，镀液中的金属离子只是在镀笔与工件接触部位放电还原结晶。 ③镀笔的移动限制了晶粒的长大和排列，因而镀层中存在大量的超细晶粒和高密度的位错，这是镀层强化的重要原因。④镀液能随镀笔及时供送到工件表面，大大缩短了金属离子扩散过程，不易产生金属离子贫乏现象。 六、化学镀

1. Ni-P化学镀的原理：：（原子氢态理论）

2. Ni-P化学镀镀液的组成及作用

⑴镍盐---镍盐是镀液中的主盐，作为二价镍离子的供给源，使化学镀反应得以连续进行。 ⑵次磷酸盐---还原剂一般采用次磷酸盐，其作用是通过催化脱氢，提供活泼氢原子，把Ni+2还原成金属，并使镀层中含有磷的成分。其次磷酸盐的浓度增加可加速Ni+2的还原，提高镀速

⑶络合剂---镀液中加入络合剂的作用是使Ni+2与络合剂生成稳定络合物，同时还可防止生成氢氧化物及亚磷酸盐沉淀。强络合剂对提高镀液稳定性有利，但使镀速降低，选择适当的络合剂可控制稳定性和镀速，改善镀层光亮度及耐蚀性，同时还可以改变还原反应的活化能，实现低温施镀

⑷稳定剂--在施镀过程中，因种种原因不可避免地会在镀液中产生活性的结晶核心进行掩蔽，使之达到防止镀液分解的目的

⑸缓冲剂---在施镀过程中有H+ 产生，使镀液值PH值下降，影响镀速和镀层性能。缓冲剂的作用是保证镀液PH值在工艺要求范围内 3. 磷含量对Ni-P化学镀层结构的影响

总之：晶态→晶态+微晶→微晶→微晶+非晶态→非晶态 4. 热处理对Ni-P化学镀层结构的影响 当热处理温度在250℃以下时，Ni-P合金层的X 射线衍射结果显示在2θ=45 °处为一个弥

散的馒头峰，其结构为非晶态。

当热处理温度为250℃时，虽然未出现其它衍射峰，但衍射峰明显变窄，这是晶粒长大和应力释放的表现，其峰位刚好是Ni(111)峰值，这时Ni-P合金层为非晶态的混合态。

当热处理温度为300 ℃以上时，衍射图中除了Ni(111) 和Ni(200)峰外，还出现了数量众多、峰值明显且与Ni3P相衍射峰相吻合的衍射峰，随着温度的升高，Ni-P合金镀层由非晶向微晶转化，最后转变成晶态形成Ni3P相。 5. Ni-P化学镀层性能

⑴硬度---镀态下，低磷镀层为过饱和固溶体，晶格畸变大，且磷含量增加，晶粒细化，具有较高的塑性抗力，通常硬度比高磷非晶态镀层高。热处理后，镍磷镀层中的磷原子扩散偏聚，为脱溶、分解和晶化作准备，引起硬度上升，当镀层中有Ni3P析出时，硬度迅速上升，直至达到最大值1100HV；超过400℃处理，由于Ni3P聚集粗化，镀层软化，硬度下降。高磷镀层是以Ni3P为基体的，所以较高温度处理后的镀层仍保持较高硬度。热处理时间对镍磷镀层硬度的影响与温度作用一样。延长时间，也可获得同样的硬度变化过程，温度越高，要获得高的硬度所需要的时间就越短，反之，所需要的时间越长。

⑵耐磨性---镀态Ni-4. 0%p合金比Ni-10.0%p具有较少的磨损体积，耐磨性好，这是因为非晶态合金的原子间结合力较晶态原子间结合力小，塑性变形抗力小，非晶态合金在磨损过程中极易滑动转移，加剧磨损。随着热处理温度的提高，镀层硬度增加，到400℃时，镀层硬度最高， Ni-4. 0%p合金磨损体积最小，耐磨性最好，随后热处理温度升高，硬度下降，磨损体积加大，但Ni-10.0%p 合金随热处理温度的增加，耐磨性提高，超过400℃热处理，虽然硬度降低，磨损体积仍减小。

⑶抗腐蚀性---镍磷合金镀层化学稳定性高，可以耐各种介质的腐蚀，具有优良的抗腐蚀性能，镀态下高磷合金镀层比低磷镀层更耐蚀，非晶态镀层的抗蚀性优于晶态镀层。热处理后，在镀层中，由于Ni3P相的形成，引起镀层的体积收缩而导致晶界增多，使镀层的耐蚀性大大降低。高温热处理后，镀层表面形成了氧化膜，阻止了腐蚀的进行，加上镀层与钢基体之间形成的Ni-Fe扩散层是连续坚固的，并加强了结合，则使镀层的抗蚀性上升。

⑷热学性能---化学镀Ni-9%P合金的热传导系数为0.0439～0.0564J/（cm·s·℃),冶金纯镍为0.828J/（cm·s·℃),镍磷合金的热膨胀系数比电镀镍要低些，前者为13～14.5μm/(cm· ℃),后者为14～17μm/(cm· ℃) 6. 化学复合镀和复合电镀的对比

化学镀的镀液中的微粒含量为低浓度，而电镀工艺要求高浓度。 还有耐磨性对比和Ni-P 镀层对比 七. 气相沉积(概念）

气相沉积是将含有沉积元素的气相物质输送到工件表面，在工件表面形成沉积层的工艺方法称之为气相沉积。

1、化学气相沉积原理和特点

沉积过程中若沉积粒子来源于化合物的气相分解反应，则称为化学气相沉积（CVD）。 特点：（1）在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而沉积固体。 （2）可以在大气压（常压）或者低于大气压下（低压）进行沉积。一般来说低压效果要好些。 （3）采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行。 （4）镀层的化学成分可以改变，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。 （5）可以控制镀层的密度和纯度。

（6）绕镀性好，可在复杂形状的基体上以及颗料材料上镀制。 （7）气流条件通常是层流的，在基体表面形成厚的边界层。

（8）沉积层通常具有柱状晶结构，不耐弯曲。但通过各种技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶粒的等轴沉积层。

（9）可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层 2. PCVD与CVD的对比

⑴工艺温度高低是CVD和PVD之间的主要区别。CVD法的工艺温度超过了高速钢的回火温度，用CVD法镀制的高速钢工件，必须进行镀膜后的真空热处理，以恢复硬度。镀后热处理会产生不容许的变形。

⑵CVD工艺对进入反应器工件的清洁要求比PVD工艺低一些，因为附着在工件表面的一些脏东西很容易在高温下烧掉。此外，高温下得到的镀层结合强度要更好些。 ⑶CVD镀层往往比各种PVD镀层略厚一些， ⑷CVD镀层的表面略比基体的表面粗糙些。

⑸CVD反应发生在低真空的气态环境中，具有很好的绕镀性，所以密封在CVD反应器中的所有工件，除去支承点之外，全部表面都能完全镀好，甚至深孔、内壁也可镀上。

相对而论，所有的PVD技术由于气压较低，绕镀性较差，因此工件背面和侧面的镀制效果不理想。PVD的反应器必须减少装载密度以避免形成阴影，而且装卡、固定比较复杂。在PVD反应器中，通常工件要不停地转动，并且有时还需要边转边往复运动。

⑹在CVD工艺过程中，要严格控制工艺条件，否则，系统中的反应气体或反应产物的腐蚀作用会使基体脆化，高温会使TIN镀层的晶粒粗大。

⑺最初的设备投资PVD是CVD的3～4倍，而PVD工艺的生产周期是CVD的1／10。在CVD的一个操作循环中，可以对各式各样的工件进行处理，而PVD就受到很大限制。综合比较可以看出，在两种工艺都可用的范围内，采用PVD要比CVD代价高 3. 物理气相沉积的分类及各自原理

物理气相沉积三种常见类型：真空蒸镀（蒸发镀膜）、阴极溅射（溅射镀膜）、离子镀。 ⑴真空蒸镀：和液体一样，固体在任何温度下也或多或少地气化（升华），形成该物质的蒸气。在高真空中，将镀料加热到高温，相应温度下的饱和蒸气向上散发，蒸发原子在各个方向的通量并不相等。基片设在蒸气源的上方阻挡蒸气流，蒸气则在其上形成凝固膜。为了弥补凝固的蒸气，蒸发源要以一定的比例供给蒸气。

⑵阴极溅射；在真空室中，利用荷能粒子轰击镀料表面，使被轰击出的粒子在基片上沉积的技术

⑶离子镀：离子轰击，确切说应该既有离子又有原子的粒子轰击。粒子中不但有氩粒子，还有镀料粒子，在镀膜初期还会有由基片表面溅射出来的基材粒子。 八.高能束技术

1. 激光表面合金化得特点：⑴加热和冷却速度高⑵高硬度⑶变形小 2. 离子注入的概念及特点

离子注入是将所需物质的离子在电场中加速后高速轰击工件表面使之注入工件表面一定深度的真空处理工艺，也属于PVD范围。 特点：（l）离子注入法不同于任何热扩散方法，可注入任何元素，且不受固溶度和扩散系数的影响。（2）离子注入温度和注入后的温度可以任意控制，且在真空中进行，不氧化，不变形，不发生退火软化，表面粗糙度一般无变化，可作为最终工艺。（3）可控性和重复性好。 （4）可获得两层或两层以上性能不同的复合材料。复合层不易脱落。注入层薄，工件尺寸基本不变。 九. 化学热处理

1. 化学热处理目的及各自相应的方法 目的及方法：（1）提高金属表面的强度、硬度和耐磨性（渗Cr、渗V 、Ti、Ne等）；（2）

提高材料疲劳强度。如渗碳、渗氮、渗铬等渗层中由于相变使体积发生变化，导致表层产生很大的残余压应力，从而提高疲劳强度。（3）使金属表面具有良好的抗粘着、抗咬合的能力和降低摩擦系数；如渗硫、镀渗合金层、石墨化渗层、蒸汽处理等。（4）提高金属表面的耐蚀性。如渗硅、渗铝、渗锌、渗铬等。 2. TD法原理及特点

将70％～90％的硼砂放入耐热钢坩埚中熔融后，向坩埚中加入可形成欲镀覆的碳化物的物质。若采用金属氧化物，还需在盐浴中添加Al，Ca，Ti， Fe-Ti， Fe-Al等物质，以保持盐浴的活性，使金属原子得以在盐浴中被还原出来。碳的来源完全依靠钢中自身的碳向外扩散。

特点：⑴硬度：TD法所得镀层硬度大大高于淬火、镀铬或氮化的硬度；⑵耐磨性：比氮化、渗硼、镀铬、放电硬化等其它表面处理优越而与硬质合金的耐磨性相同或更好；⑶抗热粘結性：发现镀覆VC，NbC，TiC的材料与未作镀覆处理的或作其它表面处理的材料相比，前者却不易发生热粘结。⑷抗剥离性：经TD处理的 VC，NbC及 CrxCy镀层的抗剥离性好。⑸抗氧化性及耐蚀性：VC，NbC在500℃的大气中几乎不氧化；镀覆VC，NbC，CrxCy的钢对于盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、苛性钠都有良好的耐蚀性。⑹韧脆性：软氮化或渗碳处理会使材料的韧性降低，而TD处理的材料进行艾氏冲击试验或缺口三点弯曲试验，发现其韧性与淬火回火钢大体处于同一水平

3.TD法涂层性能与PVD、CVD的对比

用CVD，PVD和TD法都可以得到薄的碳化物层，但比较起来TD法有许多优点：①设备简单，价格便宜；②操作简便；③工件冷却方法任意选择；④镀层成分、性能不受处理温度的影响；⑤易于作局部镀覆；⑥可作重复处理，便于返修。 4. 渗硼层的组织和性能

组织：硼原子在γ相或α相的溶解度很小，当硼含量超过其溶解度时，就会产生硼的化合物Fe2B(ε)。当硼含量大于质量分数8.83％时，会产生FeB（η）。当硼含量在6％－16％时，会产生FeB与Fe2B白色针状的混合物。一般希望得到单相的Fe2B。 性能：(1）渗硼层的硬度很高。（2）在盐酸、硫酸、磷酸和碱中具有良好的耐蚀性，但不耐硝酸。（3）热硬性高，在800℃时仍保持高的硬度。（4）在600℃以下抗氧化性能较好。⑸渗硼层具有十分优异的耐磨性能。 十.转化膜技术

1. 钢铁发蓝（高温）的目的及原理

目的：氧化膜具有较好的吸附性，将氧化膜浸油或作其他后处理，其耐蚀性能可大大提高。由于氧化膜很薄，对零件的尺寸和精度几乎没有影响。

原理：(1)化学反应机理。钢铁浸入溶液后，在氧化剂和碱的作用下，表面生成Fe304氧化膜，该过程包括以下三个阶段：钢铁表面在热碱溶液和氧化剂(亚硝酸钠等)的作用下生成亚铁酸钠

(2)电化学反应机理。钢铁浸入电解质溶液后即在表面形成无数的微电池，在微阳极区发生铁的溶解。

2. 铝合金阳极氧化的目的及原理

目的：获得高耐磨性、高耐蚀性、电绝缘性、绝热性、与基体金属结合力强的拥有多空性结构的氧化膜。 原理：在适当的电解液中，以金属作为阳极．在外加电流作用下，使表面生成氧化膜的方法。通过选用不同类型、不同浓度的电解液，以及控制氧化时的工艺条件，可以获得具有不同性质、厚度在几个至几百微米(铝自然氧化膜层厚0.010～0.015μm)的阳极氧化膜。 3. 铝合金阳极氧化膜的形成过程

第1段 A :无孔层形成。曲线ab段，通电刚开始的几秒到几十秒时间内，电压由零急剧增至最大值，该值称为临界电压。表明此时在阳极表面形成了连续的、无孔的薄膜层。此膜的出现阻碍了膜层的继续加厚。无孔层的厚度与形成电压成正比，与氧化膜在电解液中的溶解速度成反比。

第2段B：多孔层形成。曲线bc段，电压达到最大值以后，开始有所下降．其下降幅度为最大值的10％—15％。表明无孔膜开始被电解液溶解，出现多孔层。

第三段C:多孔层增厚。曲线cd段，经过约20s的氧化，电压开始进入平稳而缓慢的上升阶段。表明无孔层在不断地被溶解形成多孔层的同时，新的无孔层又在生长，也就是说多孔层在不断增厚，在每一个膜胞的底部进行着膜的生成和溶解的过程。当膜的生成速度和溶解速度达到动态平衡时，即使氧化时间再延长，氧化膜的厚度也不会再增加，此时应停止阳极氧化过程。

十一. 表面清洗技术

1. 除油机理：皂化作用、乳化作用

⑴皂化作用： 氢氧化钠和碱性强的盐类与油脂反应生成肥皂和甘油，肥皂和甘油溶于水，而除去油脂。利用皂化作用只能除去动物和植物油脂。常用的皂化剂有：NaOH、Na2CO3、Na3PO4、Na2SiO3等。

⑵乳化作用： 使用表面活性剂除油，表面活性剂能显著降低水的表面张力或水与油之间界

面张力，它的分子中既有亲水基团，又有亲油基团，亲油基团与油污分子结合，而亲水基又包围在外面，形成液滴，分散到液体中，形成乳浊液而除去油污。矿物油等非皂化类油脂只有通过乳化作用才能除去

2. 化学除油、电化学除油、超声波除油

⑴溶剂除油是借油脂溶于有机溶剂中以后随溶剂—起挥发而去掉油脂。它可以溶解皂化和非皂化油脂。由于有机溶剂只能溶解油脂，而不能溶解油污中的非有机物。 ⑵碱液除油：利用碱和表面活性剂对油脂的皂化作用和乳化作用进行的。

⑶电解除油：在碱性除油液中通直流电，把工件作为阴极或阳极，进行短时间电解除油的方法。除油原理：a、皂化作用及乳化作用；b、电极表面的极化作用，降低金属表面与溶液界面张力；c、电极上产生的大量气泡的迅速撕裂，使油污转变成细小的油珠而被除掉；d、气泡对溶液还会起到机械搅拌作用，加速除油过程。

⑷ 超声波清洗除油机理：超声使液体产生超声空化效应，液体分子时而受拉、时而受压，

形成一个个微小空腔，即所谓“空化泡”。由于空化泡的内外压力相差十分悬殊，待空化泡破裂时，会产生局部液力冲击波。在这种压力下，粘附在金属表面的各类污垢会被剥落，与此同时，在超声场的作用下，清洗液流动性增加，溶解和乳化加速，从而强化了清洗。

3、化学除锈 （机理及特点）

机理：利用酸性溶液（或碱性溶液）与金属表面锈层发生化学反应使锈层溶解、剥离而被除去。 特点：根据不同的金属材料和不同的锈蚀程度，应选用不同的化学除锈溶液和化学除锈方法。 4、电化学除锈 （机理及特点）

特点：具有侵蚀能力强，能有效除去金属表面厚而致密的氧化皮及不良的表层组织，溶液的侵蚀能力受含铁量的影响极小，侵蚀速度快，但电化学除锈的分散能力较差，不宜用于形状复杂的工件 机理：阳极除锈：利用阳极的电化学溶解和化学溶解及氧气泡析出时对氧化皮的机械剥离作用而进行除锈。阴极除锈：利用氢气的还原作用和氢气泡析出时的机械剥离作用而除去氧化皮的。

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