現(xiàn)代表面技術(shù)(縮減后+紅色考卷內(nèi)容)

1、現(xiàn)代表面技術(shù)復(fù)習(xí)思考題1. 表面處理技術(shù)的最早應(yīng)用是什么？其目的是什么？答：表面處理技術(shù)的最早應(yīng)用是進(jìn)行鋼的淬火，其目的是使鋼的表面獲得堅(jiān)硬層。2. 表面處理技術(shù)的主要目的是什么？答：（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(shí)施特定的表面加工來制造構(gòu)件、零部件和元器件等。3.表面處理技術(shù)主要有哪二條途徑進(jìn)行實(shí)施？答：（1）施加各種覆蓋層。 （2）用機(jī)械、物理、化學(xué)等方法，改變材料表面的形貌、化學(xué)成分、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)或應(yīng)力狀態(tài)，即采用各種表面改性技術(shù)。5簡述表面處理技術(shù)的四種基本類型。答：（1）原子沉積。沉積物以原子、離子、分子和粒子集團(tuán)等原子尺度的

2、粒子形態(tài)在材料表面上形成覆蓋層，如電鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等。 （2）顆粒沉積。沉積物以宏觀尺度的顆粒形態(tài)在材料表面上形成覆蓋層，如熱噴涂、搪瓷涂敷等。 （3）整體覆蓋。它是將涂覆材料于同一時間施加于材料表面，如包箔、貼片、熱浸鍍、涂刷、堆焊等。 （4）表面改性。用各種物理、化學(xué)等方法處理表面，使之組成、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變性能，如表面處理、化學(xué)熱處理、激光表面處理、電子束表面處理、離子注入等。7.試列舉10種常用的表面覆蓋技術(shù)。答：常用的表面覆蓋技術(shù)：電鍍、電刷鍍、化學(xué)鍍、涂裝、粘結(jié)、堆焊、熔結(jié)、熱噴涂、塑料粉末涂敷、電火花涂敷等。8.試列舉8種表面改性技術(shù)。答：表面改性技

3、術(shù)：噴丸強(qiáng)化、表面熱處理、化學(xué)熱處理、等離子擴(kuò)滲處理（PDT）、激光表面處理、電子束表面處理、高密度太陽能表面處理、離子注入表面改性。13.固體可分為哪兩類？材料按其特性可分為哪幾類？按作用分為哪幾類？答：固體大致分為晶體和非晶體兩類。按照材料特性，可將它分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料三類。固體材料按所起的作用可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。14.何謂界面？何謂清潔表面？何謂實(shí)際表面？答：界面：兩種不同相之間的交界區(qū)稱為界面。清潔表面：經(jīng)過諸如離子轟擊、高溫脫附、超高真空中解理、蒸發(fā)薄膜、場效應(yīng)蒸發(fā)、化學(xué)反應(yīng)、分子束外延等特殊處理后，保持在10-6Pa10-9Pa超高真空下外來沾

4、污少到不能用一般表面分析方法探測的表面。實(shí)際表面：暴露在未加控制的大氣環(huán)境中的固體表面，或者經(jīng)過一定加工處理（如切割、研磨、拋光、清洗等），保持在常溫和常壓（也可能在低真空或高溫）下的表面。15.何謂理想表面結(jié)構(gòu)？何謂TLK模型？答：理想表面結(jié)構(gòu)：理想表面是一種理想的結(jié)構(gòu)完整的二維點(diǎn)陣平面。TLK模型：TLK中的T表示低晶面指數(shù)的平臺（Terrace），L表示單分子或單原子高度的臺階（Ledge），K表示單分子或單原子尺度的扭折（Kink）。16簡述實(shí)際表面的三個表征指標(biāo)。答：（1）表面粗糙度：表面粗糙度是指加工表面上具有的較小間距的峰和谷所組成的微觀幾何形狀特性。（2）貝爾比層和殘余應(yīng)力：在

5、固體材料最外的5nm10nm厚度可能會形成一種非晶態(tài)層，稱為貝爾比層。貝爾比層具有較高的耐磨性和耐蝕性，但是在其他許多場合，貝爾比層是有害的。殘余應(yīng)力：無論是宏觀塑性變形、熱膨脹不均勻還是缺陷都會產(chǎn)生宏觀或微觀的內(nèi)應(yīng)力。（3）表面氧化、吸附和沾污：吸附是固體表面吸引氣體與之結(jié)合，以降低固體表面能的作用。18.電鍍具有哪幾種功能？答：電鍍具有防護(hù)、裝飾等功能。19.電鍍液的主要成份及其作用是什么？答：（1）主鹽：用于提供金屬離子； （2）絡(luò)合劑：絡(luò)合主鹽中的金屬離子形成絡(luò)合物； （3）附加鹽：主要用于提高電鍍液的導(dǎo)電性，有些附加鹽還能改善鍍液的深鍍能力、分散能力，產(chǎn)生細(xì)致的鍍層； （4）緩沖劑：

6、用來穩(wěn)定溶液酸堿度； （5）陽極活化劑：提高陽極開始鈍化的電流密度，從而保證陽極處于活化狀態(tài)而能正常地溶解； （6）添加劑：改善鍍層的性能，在鍍層中起到光亮、整平、潤濕和抑霧的作用。20.何謂電流效率？其影響如何？答：電流效率就是實(shí)際析出物質(zhì)的質(zhì)量與理論計(jì)算析出物質(zhì)的質(zhì)量之比。提高電流效率可以加快沉積速度，節(jié)約能源，提高勞動生產(chǎn)率，電流效率有時還會影響鍍層的質(zhì)量。21.何謂電鍍液的分散能力？它與哪些因素有關(guān)？答：電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰κ侵鸽婂円核哂械氖菇饘馘儗雍穸染鶆蚍植嫉哪芰?，也稱均鍍能力。它與鍍液電阻率、極化率/J、以及陰陽兩極間的距離l、陰極形狀l有關(guān)。陰極形狀越簡單，陰陽兩極間距離越遠(yuǎn)，

7、鍍液導(dǎo)電性越好，陰極極化率越高，越有利于二次電流的均勻分布，即電鍍液的分散能力越強(qiáng)。22.何謂電鍍液的覆蓋能力？答：電鍍液的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，亦稱深鍍能力。23.何謂電極電位？何謂電極極化？簡述電極極化的主要原因。答：由金屬與該金屬鹽溶液界面之間產(chǎn)生的電位差叫該金屬的電極電位。所謂極化就是指有電流通過電極時，電極電位偏離平衡電極電位的現(xiàn)象。產(chǎn)生極化作用的原因主要是電化學(xué)極化和濃差極化。電化學(xué)極化：由于陰極上電化學(xué)反應(yīng)速度小于外電源供給電子的速度，從而使電極電位向負(fù)的方向移動而引起的極化作用，稱為電化學(xué)極化（陰極極化）。濃差極化：由于鄰近電極表面液層的

8、濃度與溶液主體的濃度發(fā)生差異而產(chǎn)生的極化稱濃差極化。25.簡述影響電鍍質(zhì)量的幾方面因素。答：（1）pH值得影響：鍍液中的pH值可以影響氫的放電電位，堿性夾雜物的沉淀，還可以影響絡(luò)合物或水化物的組成以及添加劑的吸附程度。 （2）添加劑的影響：鍍液中的光亮劑、整平劑、潤濕劑等添加劑能明顯改善鍍層組織。 （3）電流密度的影響：任何電鍍液都必須有一個能產(chǎn)生正常鍍層的電流密度范圍。當(dāng)電流密度過低時，陰極極化作用較小，鍍層結(jié)晶粗大，甚至沒有鍍層。隨著電流密度的增加，陰極極化作用隨著增加，鍍層晶粒越來越細(xì)。當(dāng)電流密度過高，超過極限電流密度時，鍍層質(zhì)量開始惡化，甚至出現(xiàn)海綿體、枝晶狀、“燒焦”及發(fā)黑等。 （4

9、）電流波形的影響：電流波形的影響是通過陰極電位和電流密度的變化來影響陰極沉積過程的，它進(jìn)而影響鍍層的組織結(jié)構(gòu)，甚至成分，使鍍層性能和外觀發(fā)生變化。 （5）溫度的影響：鍍液溫度的升高能使擴(kuò)散加快，降低濃差極化。 （6）攪拌的影響：攪拌可降低陰極極化，使晶粒變粗，但可提高電流密度，從而提高生產(chǎn)率。此外，攪拌還可增強(qiáng)整平劑的效果。27.金屬共沉積的條件是什么？答：兩種金屬離子共沉積除具備單金屬離子電沉積的條件外，還必須具備下面兩個條件。第一， 兩種金屬中至少有一種金屬能從其他鹽的水溶液中沉積出來。第二， 兩種金屬的析出電位要十分接近，如果相差太大的話，電位較正的金屬將優(yōu)先沉積，甚至完全排斥電位較負(fù)金

10、屬析出。29.相比槽鍍而言，電刷鍍的優(yōu)缺點(diǎn)及其主要應(yīng)用方面是什么？答：與槽鍍（即常規(guī)電鍍）相比，電刷鍍具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）設(shè)備簡單，攜帶方便，不須要大的渡槽設(shè)備。（2）工藝簡單，操作方便，凡鍍筆能接觸及到的地方均可電鍍，特別適用于不解體機(jī)件的現(xiàn)場維修和野外搶修。（3）鍍層種類多，與基體材料的結(jié)合力強(qiáng)，力學(xué)性能好，能保證滿足各種維修性能的要求。（4）沉積速度快，但須采用高電流密度進(jìn)行操作。電刷鍍的缺點(diǎn)是勞動強(qiáng)度大，消耗鍍液較多，消耗陽極包纏材料。電刷鍍主要用于以下幾個方面：（1）修復(fù)因機(jī)器磨損、腐蝕、加工等原因造成的零件的表面缺陷（凹坑、蝕斑、孔洞和劃傷等）、零件表面尺寸和零件形狀與位置精度的超

11、差。（2）對零件材料表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，用以提高零件表面的硬度、耐磨性、減摩性、抗氧化能力等。（3）對零件材料表面進(jìn)行改性處理，改性內(nèi)容包括導(dǎo)電能力、導(dǎo)磁能力、熱性能、光性能、防護(hù)性能、耐蝕性能、釬焊性能等。（4）與其它表面技術(shù)復(fù)合對零件材料表面進(jìn)行處理。30.何謂化學(xué)鍍？與電鍍相比，化學(xué)鍍的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？答：化學(xué)鍍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體表面，形成鍍層的一種表面加工方法。與電鍍相比，化學(xué)鍍具有其自身特點(diǎn)。不管零件形狀如何復(fù)雜，其鍍層厚度都很均勻；鍍層外觀良好，晶粒細(xì)，無孔，耐蝕性更好；無需電解設(shè)備及附件；能在非金屬（塑料、玻璃、陶瓷等）

12、以及半導(dǎo)體上沉積?；瘜W(xué)鍍的缺點(diǎn)是溶液穩(wěn)定性差，使用溫度高，壽命短。31.運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)式表述化學(xué)鍍鎳的二種機(jī)理。答：（1）原子氫態(tài)理論：H2PO2 + H2O HPO3 +2H + H+Ni2+ + 2H Ni + 2H+H2PO2 + H H2O + OH + P3P + Ni NiP32H H2（1） 電化學(xué)理論：陽極反應(yīng) H2PO2 + H2O H2PO3 + 2H+ + 2e 陰極反應(yīng) Ni2+ + 2e Ni H2PO2 + e 2OH + P 2H H2金屬化反應(yīng) 3P + Ni NiP333.運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)式表述化學(xué)鍍銅的二種機(jī)理。答：（1）原子氫態(tài)理論：HCHO + OH HCOO

13、 + 2HHCHO + OH HCOO + H2Cu2+ + 2H + 2OH Cu + 2H2O電化學(xué)理論：陽極反應(yīng)：HCHO + OH HCOO + H2 + 2e 陰極反應(yīng)：Cu2+ + 2e Cu35.何謂金屬的化學(xué)處理？其機(jī)理是什么？如何表述其成膜反應(yīng)？化學(xué)轉(zhuǎn)化膜有幾種類型？主要適用于哪幾種金屬？答：金屬的化學(xué)處理法是通過化學(xué)或電化學(xué)手段，使金屬表面形成穩(wěn)定的化合物膜層的方法。化學(xué)成膜處理的機(jī)理是金屬與特定的腐蝕液接觸而在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，由于濃差極化作用和陰極極化作用等，使金屬表面生成一層附著力良好的，能保護(hù)金屬不易受水和其他腐蝕介質(zhì)影響的化合物膜。成膜的典型反應(yīng)：mM +

14、nAZ MmAn + nze化學(xué)轉(zhuǎn)化膜有氧化物膜、磷酸鹽膜、鉻酸鹽膜三種類型。主要適用于鐵、鋁、鋅、銅、鎂及其合金。36.何謂鋼鐵的“發(fā)藍(lán)”或“發(fā)黑”？結(jié)合化學(xué)反應(yīng)式，簡述鋼鐵高溫化學(xué)氧化的二種機(jī)理。答：鋼鐵的化學(xué)氧化是指鋼鐵在含有氧化劑的溶液中進(jìn)行處理，使其表面生成一層均勻的藍(lán)黑到黑色膜層的過程，也稱鋼鐵的“發(fā)藍(lán)”或“發(fā)黑”。鋼鐵高溫氧化的機(jī)理：（1）化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。鋼鐵表面在熱堿溶液和氧化劑（亞硝酸鈉等）的作用下生成亞鐵酸鈉 3Fe + NaNO2 + 5NaOH = 3Na2FeO2 + H2O + NH3亞鐵酸鈉進(jìn)一步與溶液中的氧化劑反應(yīng)生成鐵酸鈉 6Na2FeO2 + NaNO2 +

15、5H2O = 3Na2Fe2O4 + 7NaOH + NH3鐵酸鈉（Na2FeO4）與亞鐵酸鈉（Na2FeO2）相互作用生成磁性氧化鐵 Na2Fe2O4 + Na2FeO2 + 2H2O = Fe3O4 + 4 NaOH（2）電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。鋼鐵浸入電解質(zhì)溶液后即在表面形成無數(shù)的微電池，在微陽極區(qū)發(fā)生鐵的溶解 Fe Fe2+ + 2e在強(qiáng)堿性介質(zhì)中有氧化劑存在的條件下，二價(jià)鐵離子轉(zhuǎn)化為三價(jià)鐵的氫氧化物 6Fe2+ + NO2 + 11OH 6FeOOH + H2O + NH3與此同時，在微陰極上氫氧化物被還原 FeOOH + e HFeO2相互作用，并脫水生成磁性氧化鐵。 2FeOOH + H

16、FeO2 Fe3O4 + OH + H2O37.鋼鐵高溫化學(xué)氧化的關(guān)鍵是什么？簡述其工藝的具體影響因素。答：適當(dāng)控制四氧化三鐵的生成速度是鋼鐵化學(xué)氧化的關(guān)鍵。影響因素：（1）氫氧化鈉。提高氫氧化鈉的質(zhì)量濃度，氧化膜的厚度稍有增加，但容易出現(xiàn)疏松或多孔的缺陷，甚至產(chǎn)生紅色掛灰；質(zhì)量濃度過低時，氧化膜較薄，產(chǎn)生花斑，防護(hù)能力差。（2）氧化劑。提高氧化劑的質(zhì)量濃度，可以加快氧化速度，膜層致密、牢固。氧化劑的質(zhì)量濃度時，得到的氧化膜厚而疏松。（3）溫度。提高溶液溫度，生成的氧化膜層薄，且易生成紅色掛灰，導(dǎo)致氧化膜的質(zhì)量降低。（4）鐵離子含量。氧化溶液中必須含有一定的鐵離子才能使膜層致密，結(jié)合牢固。鐵離

17、子濃度過高，氧化速度降低，鋼鐵表面易出現(xiàn)紅色掛灰。對鐵離子含量過高的氧化溶液，可用稀釋沉淀的方法，將以Na2Fe2O4及Na2FeO2形式存在的鐵變成Fe(OH)3的沉淀去除。然后加熱濃縮此溶液，待沸點(diǎn)升至工藝范圍，便可使用。（5）鋼鐵含碳量。鋼鐵中含碳量增加，組織中的Fe3C增多，即陰極表面增加，陽極鐵的溶解過程加劇，促使氧化膜生成的速度加快，故在同樣溫度下氧化，高碳鋼所得到的氧化膜一定比低碳鋼的薄。38.鋼鐵常溫化學(xué)氧化的特點(diǎn)是什么？結(jié)合化學(xué)反應(yīng)式，簡述鋼鐵常溫化學(xué)氧化的二種機(jī)理。答：與高溫發(fā)黑相比，常溫發(fā)黑具有節(jié)能、高效、操作簡便、成本較低、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。鋼鐵常溫發(fā)黑機(jī)理：（1）當(dāng)鋼

18、件浸入發(fā)黑液中時，鋼鐵件表面的Fe置換了溶液中的Cu2+，銅覆蓋在工件表面 CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu覆蓋在工件表面的金屬銅進(jìn)一步與亞硒酸反應(yīng)，生成黑色的硒化銅表面膜。3Cu + 3H2SeO3 = 2CuSeO3 + CuSe + 3H2O（2）除上述機(jī)理外，鋼鐵表面還可以與亞硒酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成的Se2+與溶液中的Cu2+結(jié)合生成CuSe黑色膜。H2SeO3 + 3Fe + 4H+ = 3Fe2+ + Se2 + 3H2OCu2+ + Se2 = CuSe39.影響鋼鐵常溫化學(xué)氧化質(zhì)量的關(guān)鍵是什么？簡述其工藝的具體影響因素。答：常溫發(fā)黑液主要由成膜劑、pH緩沖劑、

19、絡(luò)合劑、表面濕潤劑等組成。這些物質(zhì)的正確選用和適當(dāng)?shù)呐浔仁潜ＷC常溫發(fā)黑質(zhì)量的關(guān)鍵。影響因素：（1）成膜劑。在常溫發(fā)黑液中，最主要的成膜物質(zhì)是銅鹽和亞硒酸，它們最終在鋼鐵表面生成黑色CuSe膜。在含磷發(fā)黑液中，磷酸鹽亦可參與生成磷化膜，可稱為輔助成膜劑。輔助成膜劑的存在往往可以改善發(fā)黑膜的耐蝕性和附著力等性能。（2）pH緩沖劑。常溫發(fā)黑一般將pH控制在23的范圍之內(nèi)。若pH過低，則反應(yīng)速度太快，膜層疏松，附著力和耐蝕性下降。若pH過高，反應(yīng)速度緩慢，膜層太薄，且溶液穩(wěn)定性下降，易產(chǎn)生沉淀。在發(fā)黑處理過程中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液中的H+不斷消耗，pH將升高。加入緩沖劑的目的就是維持發(fā)黑液的pH在使

20、用過程中的穩(wěn)定性。（3）絡(luò)合劑。常溫發(fā)黑液中的絡(luò)合劑主要用來絡(luò)合溶液的Fe2+和Cu2+，但對這兩種離子絡(luò)合的目的是不同的。若在發(fā)黑液中添加如檸檬酸、抗壞血酸等絡(luò)合劑時，他們會與Fe2+生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，避免了Fe2+的氧化，起到了穩(wěn)定溶液的作用。Cu2+是主要成膜物質(zhì)，加入檸檬酸、酒石酸鹽、對苯二酚等能與Cu2+形成絡(luò)合物的物質(zhì)可以有效地降低Cu2+的濃度，使成膜時間延長至10min左右。（4）表面潤濕劑。表面潤濕劑的加入可降低發(fā)黑溶液的表面張力，使液體容易在鋼鐵表面潤濕和鋪展，這樣才能保證得到均勻一致的表面膜。40.何謂陽極氧化？簡述鋁及其合金的氧化膜的性質(zhì)和用途。答：陽極氧化是指在適當(dāng)?shù)?/p>

21、電解液中，以金屬作為陽極，在外加電流作用下，使其表面生成氧化膜的方法。下面所述的是鋁及其合金的氧化膜的性質(zhì)和用途。（1）氧化膜結(jié)構(gòu)的多孔性。氧化膜具有多孔的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，膜層的空隙率決定于電解液的類型和氧化的工藝條件。氧化膜的多孔結(jié)構(gòu)，可使膜層對各種有機(jī)物、樹脂、地蠟、無機(jī)物、染料及油漆等表現(xiàn)出良好的吸附能力，可作為涂鍍層的底層，也可將氧化膜染成各種不同的顏色，提高金屬的裝飾效果。（2）氧化膜的耐磨性。鋁氧化膜具有很高的硬度，可以提高金屬表面的耐磨性。當(dāng)膜層吸附潤滑劑后，能進(jìn)一步提高其耐磨性。（3）氧化膜的耐蝕性。鋁氧化膜在大氣中很穩(wěn)定，因此具有較好的耐蝕性，其耐蝕能力與膜層厚度、組成、空隙率、

22、基本材料的成分以及結(jié)構(gòu)的完整性有關(guān)。為提高膜的耐蝕能力，陽極氧化后的膜層通常再進(jìn)行封閉或噴漆處理。（4）氧化膜的電絕緣性。陽極氧化膜具有很高的絕緣電阻和擊穿電壓，可以用作電解電容器的電解質(zhì)層或電器制品的絕緣層。（5）氧化膜的絕熱性。鋁氧化膜是一種良好的絕緣層，其穩(wěn)定性可達(dá)1500，因此在瞬間高溫下工作的零件，由于氧化膜的存在，可防止鋁的融化。（6）氧化膜的結(jié)合力。陽極氧化膜與基體金屬的結(jié)合力很強(qiáng)，很難用機(jī)械方法將他們分離，即使膜層隨基體彎曲直至破裂，膜層與基體金屬仍保持良好的結(jié)合。43.何謂金屬的磷化處理？磷化膜具有哪些性能和作用？主要應(yīng)用于哪些場合？有何特點(diǎn)？答：把金屬放入含有錳、鐵、鋅的磷

23、酸鹽溶液中進(jìn)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(hù)膜的方法，叫做金屬的磷酸鹽處理，簡述磷化。磷化膜層為微孔結(jié)構(gòu)，與基體結(jié)合牢固，具有良好的吸附性、潤滑性、耐蝕性、不粘附熔融金屬（Sn、Al、Zn）性及較高的點(diǎn)絕緣性等。磷化膜主要用作涂料的底層、金屬冷加工時的潤滑層、金屬表面保護(hù)層以及用做電機(jī)硅鋼片的絕緣處理、壓鑄模具的防粘處理等。磷化處理所需設(shè)備簡單，操作方便，成本低，生產(chǎn)效率高，被廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、航空航天、機(jī)械制造及家電等工業(yè)生產(chǎn)中。44.結(jié)合反應(yīng)式，簡述鋼鐵磷化膜的二種形成機(jī)理。鋼鐵磷化膜有哪些組成和結(jié)構(gòu)？其工藝影響因素有哪些？答：磷化膜的形成機(jī)理：（1）磷化處理是在含有

24、錳、鐵、鋅的磷酸二氫鹽與磷酸組成的溶液中進(jìn)行的。金屬的磷酸二氫鹽可用通式M(H2PO4)2表示。在磷化過程中發(fā)生如下反應(yīng)：M(H2PO4)2 MHPO4 + H3PO43MHPO4 M3(PO4)2 + H3PO4或者以離子反應(yīng)方程式表示：4M2+ + 3H2PO4 MHPO4 + M3(PO4)2 + 5H+（2）在微電池的陰極上，發(fā)生氫離子的還原反應(yīng)，有氫氣析出：2H+ + 2e = H2陽極反應(yīng)：Fe 2e = Fe2+ Fe2+ + 2H2PO4 = Fe(H2PO4)2 Fe(H2PO4)2 = FeHPO4 + H3PO4 3 FeHPO4 = Fe(PO4)2 + H3PO4磷化

25、膜的組成和結(jié)構(gòu)：（1）磷酸鐵膜。用堿金屬磷酸二氫鹽為主要成分的磷化液處理鋼材表面時，得到的非晶質(zhì)膜是磷酸鐵膜。外觀呈灰色、青色乃至黃色。（2）磷酸鋅膜。采用以磷酸和磷酸二氫鋅為主要成分，并含有重金屬與氧化劑的磷化液處理鋼材時，形成的膜由兩種物相組成：磷酸鋅和磷酸鋅鐵Zn2Fe(PO4)2·4H2O。鋅系磷化膜呈淺灰色至深灰結(jié)晶狀。（3）磷酸錳膜。用磷酸錳為主的主的磷化液處理鋼材時，得到的膜層幾乎完全由磷酸錳Mn(PO4)2·3H2O和磷酸氫錳鐵2MnHPO4·FeHPO4·2.5H2O組成。用堿液脫脂后進(jìn)行磷化時，磷化膜的結(jié)構(gòu)呈板狀。影響磷化的因素：（1

26、）游離酸度；（2）總算度；（3）金屬離子的影響；（4）P2O5的影響；（5）NO3、NO2和F的影響；（6）雜質(zhì)的影響；（7）溫度的影響；（8）基體金屬的影響；（9）預(yù)處理的影響。45.何謂金屬的鈍化？鈍化膜的性能特點(diǎn)有哪些？其成膜步驟是什么？答：把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(jià)鉻和六價(jià)鉻組成的鉻酸鹽膜的方法，叫做金屬的鉻酸鹽處理，也稱鈍化。鉻酸鹽膜與基體結(jié)合力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)比較緊密，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐蝕性好，對基體金屬有較好的保護(hù)作用。一般認(rèn)為鉻酸鹽膜的形成過程大致分為以下三個步驟：（1）金屬表面被氧化并以離子的形式轉(zhuǎn)入溶液，

27、與此同時有氫氣析出；（2）所析出的氫促使一定數(shù)量的六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻，并由于金屬溶液界面處的pH值升高，使三價(jià)鉻以膠體的氫氧化鉻行使沉淀。（3）氫氧化鉻膠體自溶液中吸附和結(jié)合一定數(shù)量的六價(jià)鉻，在金屬界面構(gòu)成具有某種組成的鉻酸鹽膜。47.何謂涂裝？涂料的主要組成有哪幾部分？各個組成的功能是什么？涂料按成膜干燥機(jī)理可分為哪幾類？答：用有機(jī)涂料通過一定方法涂覆于材料或制件表面，形成涂膜的全部工藝過程，稱為涂裝。涂料主要由膜物質(zhì)、顏料、溶劑和助劑四部分組成。（1）成膜物質(zhì)：它們是在涂料組成中能形成涂膜的主要物質(zhì)，是決定涂料性能的主要因素。它們在儲存期間相當(dāng)穩(wěn)定，而涂覆于制件表面后在規(guī)定條件下固化成膜。

28、（2）顏料：顏料能使涂膜呈現(xiàn)顏色和遮蓋力，還可增強(qiáng)涂膜的耐老化性和耐磨性以及增強(qiáng)膜的防蝕、防污等能力。（3）溶劑：溶劑使涂料保持溶解狀態(tài)，調(diào)整涂料的粘度，以符合施工要求，同時可使涂膜具有均衡的揮發(fā)速度，以達(dá)到涂膜的平整和光澤，還可消除涂膜的針孔、刷痕等缺陷。（4）助劑：助劑在涂料中用量雖小，但對涂料的儲存性。施工性以及對所形成涂膜的物理性質(zhì)有明顯的作用。根據(jù)成膜干燥機(jī)理分類：（1）溶劑揮發(fā)類；（2）固化干燥類：氣干型涂料；烘烤型涂料；兩罐裝涂料；輻射固化涂料。48.列舉五種粘結(jié)理論。粘涂前為何要進(jìn)行表面處理？答：粘結(jié)有許多理論，如浸潤理論、溶解度參數(shù)理論、機(jī)械理論、吸附理論、擴(kuò)散理論、靜電理論

29、、化學(xué)鍵理論、投錨理論等。粘涂前進(jìn)行表面處理有兩個目的：一是除去不利于粘結(jié)的各種污垢；二是改變被粘物的物理化學(xué)性質(zhì)，以利粘結(jié)。50.何謂熱噴涂？其有何特點(diǎn)？熱噴涂層的形成原理是什么？其性能檢驗(yàn)可分為哪幾個方面？答：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。采用熱噴涂技術(shù)不僅能使零件表面獲得各種不同的性能，如耐磨、耐熱、耐腐蝕、抗氧化和潤滑等性能，而且在許多材料（金屬、合金、陶瓷、水泥、

30、塑料、石膏、木材等）表面上都能進(jìn)行噴涂。噴涂工藝靈活，噴涂層厚度達(dá)0.5mm5mm，而且對基體材料的組織和性能的影響很小。形成原理：噴涂時，首先是噴涂材料被加熱達(dá)到熔化或半熔化狀態(tài)；緊接著是熔滴霧化階段；然后是被氣流或熱源射流推動向前噴射的飛行階段；最后以一定的動能沖擊基體表面，產(chǎn)生強(qiáng)烈碰撞展平成扁平狀涂層并瞬間凝固。在凝固冷卻的0.1s中，此扁平狀涂層繼續(xù)受環(huán)境和熱氣流影響。每隔0.1s第二層薄膜形成，通過已形成的薄片向基體或涂層進(jìn)行熱傳導(dǎo)，逐漸形成層狀結(jié)構(gòu)的涂層。其性能檢驗(yàn)可分為：（1）熱噴涂涂層性能的一般檢驗(yàn)；（2）涂層與基體表面的結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)；（3）涂層自身粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)；（4）涂層孔隙

31、率的測定；（5）涂層耐蝕性能試驗(yàn)。55.何謂熱浸鍍？它適用于哪些基體材料？有哪些鍍層材料？鍍層材料應(yīng)滿足什么條件？答：熱浸鍍簡稱熱鍍，是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。熱浸鍍用鋼、鑄鐵、銅作為基體材料，其中以鋼最為常用。鍍層金屬的熔點(diǎn)必須低于基體金屬，而且通常要低得多。常用的鍍層金屬是低熔點(diǎn)金屬及其合金，如錫、鋅、鋁、鉛、AlSn、AlSi、PbSn等。57.何謂搪瓷涂敷？它有哪些特點(diǎn)和作用？其瓷釉的主要組成有哪些？答：搪瓷是將玻璃質(zhì)瓷釉涂敷在金屬基體表面，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

32、力學(xué)強(qiáng)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。它主要用于鋼、鑄鐵、鋁制品等表面，應(yīng)用廣泛。一般瓷釉主要由四類氧化物組成：（1）RO2型，如SiO2、TiO2、ZrO2等；（2）R2O3型，如B2O3、Al2O3等；（3）RO型，如BaO、CaO、ZnO等；（4）R2O型，如Na2O、K2O、Li2O等。此外還有R3O4等類型。60.何謂表面改性？它有哪些具體方法？答：表面改性是指采用某種工藝手段使材料表面獲得與其基體材料的組織結(jié)構(gòu)、性能不同的一種技術(shù)。具體方法：金屬表面形變強(qiáng)化、表面熱處理、金屬表面化學(xué)熱處理、等離子體表面處理、激光表面處理、電子束表面處理、高密度太陽

33、能表面處理、離子注入表面改性。61.何謂表面形變強(qiáng)化？其硬化層會產(chǎn)生哪些變化？有哪些作用和實(shí)施法？答：表面形變強(qiáng)化是通過機(jī)械手段（滾壓、內(nèi)擠壓和噴丸等）在金屬表面產(chǎn)生壓縮變形，使表面形成形變硬化層，此形變硬化層的深度可達(dá)0.5mm1.5mm。在此形變硬化層中產(chǎn)生兩種變化：一是在組織結(jié)構(gòu)上，亞晶粒極大地細(xì)化，位錯密度增大；二是形成了高的宏觀殘余壓應(yīng)力。作用：這種表面形貌和表層組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變化，有效地提高了金屬表面強(qiáng)度、耐應(yīng)力腐蝕性能和疲勞強(qiáng)度。實(shí)施法：常用的金屬表面形變強(qiáng)化方法主要有滾壓、內(nèi)擠壓和噴丸等工藝，而尤以噴丸強(qiáng)化應(yīng)用最為廣泛。62.何謂表面熱處理？其目的是什么？請列舉5種表面熱處理工

34、藝。答：表面熱處理是指僅對零部件表層加熱、冷卻，從而改變表層組織和性能而不改變成分的一種工藝。如果表面的溫度超過相變點(diǎn)以上達(dá)到奧氏體狀態(tài)時，隨后的快冷可獲得馬氏體組織，而心部仍保留原組織狀態(tài)，從而得到硬化的表面層，即通過表面層的相變達(dá)到強(qiáng)化工件表面的目的。表面熱處理工藝包括：感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、接觸電阻加熱表面淬火、浴爐加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火、高密度能量的表面淬火及表面保護(hù)熱處理等。63.何謂金屬表面化學(xué)熱處理？其基本工藝是什么？目的是什么？可滲合的主要元素有哪些？答：金屬表面化學(xué)熱處理是利用元素?cái)U(kuò)散性能，使合金元素滲入金屬表面的一種熱處理工藝。其基本工藝過程是：首先

35、將工件置于含有滲入元素的活性介質(zhì)中加熱到一定溫度，使活性介質(zhì)通過分解（包括活性組分向工件表面擴(kuò)散以及界面反應(yīng)產(chǎn)物向介質(zhì)內(nèi)部擴(kuò)散）并釋放出欲滲入元素的活性原子、活性原子被表面吸附并溶入表面、溶入表面的原子向金屬表層擴(kuò)散滲入形成一定厚度的擴(kuò)散層，從而改變表層的成分、組織和性能。金屬表面化學(xué)熱處理的目的：（1）提高金屬表面的強(qiáng)度、硬度和耐磨性；（2）提高材料疲勞強(qiáng)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?？蓾B合的主要元素：B、C、N、W、Mo、Ta、V、Nb、Cr、Si、S等。64.何謂等離子體？它對表面處理有什么應(yīng)用？低溫如何獲得等離子體？答：等

36、離子體是一種電離度超過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。應(yīng)用：離子滲氮、離子滲碳、離子碳氮共滲、離子滲金屬。低溫產(chǎn)生等離子體的主要方法是利用氣體放電。68.何謂離子注入表面改性？它能提高材料的哪些性能？可用于哪些領(lǐng)域？答：離子注入是將所需物質(zhì)的離子在電場中加速后高速轟擊工件表面使之注入工件表面一定深度的真空處理工藝，也屬于PVD范圍。離子注入已在表面非晶化、表面冶金、表面改性和離子與材料表面相互作用等方面取得了可喜的研究成果。特別是在工件表面合金化方面取得了突出的進(jìn)展。用離子注入方法可獲得高度過飽和固溶體、亞穩(wěn)定相、非晶態(tài)和平衡合金等不同組織結(jié)構(gòu)形式，大大改

37、善了工件的使用性能。目前，離子注入在微電子技術(shù)、生物工程、宇航、醫(yī)療等高技術(shù)領(lǐng)域獲得了比較廣泛的應(yīng)用，尤其是在工具和模具制造工業(yè)的應(yīng)用效果突出。69.何謂氣相沉積技術(shù)？它可分為哪幾類？答：氣相沉積技術(shù)是利用氣相之間的反應(yīng)，在各種材料或制品表面沉積單層或多層薄膜，從而使材料或制品獲得所需的各種優(yōu)異性能。它可分為物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積。70.何謂真空蒸鍍？它可用哪幾種方式實(shí)施？答：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（簡稱膜料）蒸發(fā)或升華，飛至工件表面凝聚成膜。真空蒸鍍的方式：（1）電阻加熱蒸發(fā)方式；（2）電子束蒸發(fā)方式；（3）高頻加熱方式；（4）激光加熱方式。71.何謂

38、濺射？它有哪些應(yīng)用？濺射鍍膜有哪些主要特點(diǎn)？答：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(jìn)入氣相，這種濺出的、復(fù)雜的粒子散射過程稱為濺射。它可以用來刻蝕、成分分析（二次粒子質(zhì)譜）和鍍膜等。主要特點(diǎn)：（1）濺射鍍膜是依靠動量交換作用使固體材料的原子、分子進(jìn)入氣相，濺射出的粒子平均能量約為10eV，高于真空蒸發(fā)粒子的100倍左右，沉積在基底表面上之后，尚有足夠的動能在基底表面上遷移，因而膜層質(zhì)量較好，與基底結(jié)合牢固。（2）任何材料都能濺射鍍膜，材料濺射特性差別不如其蒸發(fā)特性的差別大，即使高熔點(diǎn)材料也易進(jìn)行濺射，對于合金、化合物材料易制成與靶材組分比例相同的薄膜，因而濺射鍍膜應(yīng)用非常廣泛。（3）濺射粒子在飛行到基底前往往已與真空室內(nèi)的氣體分子發(fā)生過碰撞，其運(yùn)動方向隨機(jī)偏離原來的方向，而且濺射一般是從較大靶表面積中射出的，因而比真空蒸鍍?nèi)菀椎玫骄鶆蚝穸鹊哪樱瑢τ诰哂袦喜?、臺階等鍍件，能將陰極效應(yīng)造成膜厚差別減小到可忽略的程度。但是，較高壓力下濺射會使薄膜中含有較多的氣體分子。（4）濺射鍍膜除