表面工程学复习习题集.doc
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1、习题集一习题集一 一、名词解释:一、名词解释: (1)表面工程技术:表面工程技术:表面工程技术是指为了满足特定的工程需求,使材料或零件表面具有特殊的成分、 结构和性能(或功能)的化学、物理方法与工艺。 (2)洁净表面:)洁净表面:尽管材料表层原子结构的周期性不同于体内,但如果其化学成分与体内相同,这种表面 就称为洁净表面,它允许有吸附物,但其覆盖率应该非常低。 (3)离子渗氮:)离子渗氮:是指利用辉光放电现象,将含氮气体介质电离后渗入工件表面从而获得表面渗氮层的工 艺。 (3)离子渗镀:离子渗镀:利用低真空辉光放电产生的离子轰击工件表面,形成热扩渗层的工艺。 (4)热喷涂:热喷涂:热喷涂是用专
2、用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄 层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。 (2)疲劳磨损:)疲劳磨损:在滚动接触过程中,由于交变接触应力的作用而产生表面接触疲劳,使材料表面出现麻 点或脱落的现象。 (2)磨粒磨损:)磨粒磨损:由外界硬质颗粒或硬表面的微峰在摩擦副对偶表面相对运动过程中引起表面擦伤与表面 材料脱落的现象,称为磨粒磨损。 (5)金属腐蚀:金属腐蚀:金属材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏,按腐蚀原理的不同可分为化学腐蚀 和电化学腐蚀。 (3)化学腐蚀:)化学腐蚀:是金属在干燥的气体介质中或不导电的液体介质中发生的材料与介质作用
3、引起的恶化变 质或破坏即为化学腐蚀,化学腐蚀过程并无电流产生。 (5)电化学腐蚀:)电化学腐蚀:是指金属在导电的液态介质中因电化学作用导致的腐蚀,在腐蚀过程中有电流的产生 (1)表面淬火技术:)表面淬火技术:采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到 Ac3(亚共析)或 Ac1 (过共析)之上,然后快 冷,使之发生马氏体相变,形成表面强化层的工艺过程. (4)热扩渗:)热扩渗: 将工件放在特殊介质中加热,使介质中某种或几种元素渗入工件表面,形成合金层或渗 杂层的工艺,就称为热扩渗技术。 (8)电镀:电镀:指在含有欲镀金属的盐类溶液中,在直流电的作用下,以被镀基体金属被镀基体金属为阴极,以欲镀金属欲镀
4、金属 或其他惰性导体或其他惰性导体为阳极,通过电解作用,在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。 (6)化学镀:)化学镀:又称无电镀,即在无外电流通过的情况下,利用还原剂将电解质溶液中的金属离子化学还 原在呈活性催化的工件表面,沉积出与基体牢固结合的镀覆层。 (3)发蓝处理:)发蓝处理: (4)涂装技术:)涂装技术:将有机涂料涂覆于物体表面并干燥成膜的的表面工程技术称之为涂装技术。 1 1 理想表面:理想表面:是一种理论的结构完整的二维点阵平面。 2 2 表面重构:表面重构:在平行基底的表面上,原子的平移对称性与体内显著不同,原子位置作了较大幅度的调整, 这种表面结构称为重构(或再构)
5、 。 3 3 离子镀膜:离子镀膜:它是将工件放入真空室,并利用气体放电原理将部分气体和蒸发源逸出的气相粒子电离,在 离子轰击的同时,把蒸发物或其反应产物沉积在工件表面成膜。 4 4 化学镀:化学镀:是指在没有外电流通过的情况下,利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基体 表面,形成镀层的一种表面加工方法。 5 5 电解着色:电解着色:是把经阳极氧化的铝及其合金放入含金属盐的电解液中进行电解,通过电化学反应,使进入 氧化膜微孔中的重金属离子还原为金属原子 6 6 清洁表面:清洁表面:是指不存在任何污染的化学纯表面,即不存在吸附,催化反应或杂质扩散等一系列物理、化 学效应的表面。 7 7
6、 表面弛豫:表面弛豫:表面上原子的这种位移(压缩或膨胀)称为表面弛豫。 8 8 溅射镀膜:溅射镀膜:将工件放入真空室,并用正离子轰击作为阴极的靶(镀膜材料) ,使靶材中的原子、分子逸 出,飞至工件表面凝聚成膜。 9 9 电镀:电镀:是指在含有欲镀金属的盐类溶液中,以被镀基体金属为阴极,通过电解作用,使镀液中欲镀金属 的阳离子在基体金属表面沉积出来,形成镀层的一种表面加工方法。 1010 化学转化膜:化学转化膜:通过化学或电化学手段,使金属表面形成稳定的化合物膜层的方法,这种经过化学处理 生成的膜层称之为化学转化膜。 1111 吸附(固体与液体的作用之一):吸附(固体与液体的作用之一):吸附是固
7、体表面吸引气体与之结合,以降低固体表面能的作用。 1212 自扩散:自扩散:在一个单组分的基底上同种原子的表面扩散称为自扩散 1313 简单盐镀液:简单盐镀液: 1414 磷酸盐膜:磷酸盐膜:是金属在磷酸盐溶液中形成的膜,其成膜过程称为磷化。 1515 冶金结合:冶金结合:将喷涂层再加热重熔,涂层与基体互熔并扩散称冶金结合 1616 吸收(固体与液体的作用之一):吸收(固体与液体的作用之一):吸引是固体的表面和内部都容纳气体,使整个固体的能量发生变化。 1717 多相扩散:多相扩散:在表面上其它种吸附原子的扩散称为多相扩散 1818 氧化物膜:氧化物膜:是金属在含有氧化剂的溶液中形成的膜,其成
8、膜过程叫氧化 1919 镀硬铬:镀硬铬:在各种基体材料上镀较厚的铬层,镀层厚度一般在 20um 以上 2020 扩散结合:扩散结合:当薄膜和衬底材料具有可溶性或部分可溶性时,若给界面层的原子 1 至 10ev 能量,则可促 使原子通过薄膜与衬底界面进行互相扩散,形成薄膜与衬底间的扩散结合。 (1)相界面: (4)界面: (7)标准电极电位: 二、填空题:二、填空题: (1)表面工程技术的内涵包括:(表面改性技术)、(表面涂镀技术)、(表面合金化和渗杂技术)、(表面 微细加工技术)、(表面加工三维成型技术)、(表面合成新材料技术)。 表面工程技术的特点和意义:( )、( )、( )、( )、(
9、)。 按照表面工程技术的特点可以将其分为(表面改性表面改性) 、 (表面加工表面加工) 、 (表面加工三维成型表面加工三维成型)和(表面合成表面合成 新材料新材料)等几大类。 (2)实际上,原子的扩散途径除了最基本的体扩散过程外,还有(表面表面)扩散、 (晶界晶界)扩散、和(位位 错错)扩散,后三种扩散都比第一种扩散快,又称短路扩散。在扩散传质中,固体表面的原子的活动能力 最高,其次为(晶界晶界)原子,再次为位错原子,体内原子活动能力最低。 (3)严格意义上表面能应是指材料表面的(内能内能)它包括(原子的动能原子的动能) 、 (原子的势能原子的势能)以及原子中原 子核和电子的动能和势能。表面张
10、力和表面自由能是从不同角度反映了物质表面分子受力不平衡的特性。 (4)润湿角 为 0和 180时,相应地称为( 完全完全 )润湿和( 完全不完全不 )润湿。 (5)固体表面吸附可分为(物理吸附物理吸附)和(化学吸附化学吸附)两类。 (7)按腐蚀形态可把腐蚀分为(局部腐蚀局部腐蚀)和(全面腐蚀全面腐蚀)两大类。 (8)关于钝化的机理目前主要有(成相膜理论成相膜理论)和(吸附理论吸附理论)两种。 (9)溶液中至少有两个组成部分,即,溶剂和溶质,它们都可能被固体吸附,但被吸附的程度不同,如 果吸附层内溶质的浓度比体相大,称为( 正正 )吸附,反之称为( 反反 )吸附。 (10)按磨损的机理的不同,可
11、以将磨损分为( ) 、 ( ) 、 ( ) 、 ( ) 、 ( ) 、 ( )和 ( )七大类。最基本的是、 (粘着磨损粘着磨损) (磨粒磨损磨粒磨损) 、 (疲劳磨损疲劳磨损)和(腐蚀磨损腐蚀磨损) 。 (12)按腐蚀机理可把腐蚀分为(化学腐蚀化学腐蚀)和(电化学腐蚀电化学腐蚀)两大类。 (13)激光淬火的不足之处在于单道淬火的激光区域宽度有限,通过多道搭接,实现大面积淬火,容易 产生(回火软带回火软带) 。因此多采用螺旋扫描避免之。为了提高钢铁对激光束的吸收率,应该对钢铁工件进行 表面(黑化黑化)处理。 (14)喷丸强化技术,是利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件表面,使表层材料在再
12、结晶温 度下产生(弹塑性变形)(弹塑性变形) ,并呈现较大的残余应力,从而提高工件(表面强度表面强度) 、 (疲劳强度疲劳强度)和(抗应力抗应力 腐蚀能力腐蚀能力)的表面工程技术。 (15)通过辉光放电获得的(等离子体等离子体) ,实际上是正离子、负离子、分子、中性原子、电子、光子等各 种粒子的复合体。是与固、液、气态不同的第四态。 (16)热喷涂涂层间主要依靠(机械结合机械结合) ,结合强度较低,而且存在孔隙。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(冶金结合冶金结合) ,消除孔隙,这就是热 喷焊技术。 (17)等离子喷涂采用(等离子火焰等离子火
13、焰)作为热源对喷涂材料进行加热的。 (18)喷焊过程包括预热预热、喷粉和重熔重熔。预热目的是(使工件表面湿气蒸发,产生一定的热膨胀,减少使工件表面湿气蒸发,产生一定的热膨胀,减少 焊层应力,提高喷粉沉积效率。焊层应力,提高喷粉沉积效率。 ) (19)对工件进行焊前(预热预热)和焊后(缓冷缓冷)以及采用堆焊底层的方法可以减少堆焊层内应力。 (20) 不同溶液和工艺参数下得到的镀层,性能和用途也不同。按镀层的性能可将其分为( ) 、 ( )和 ( )三类。 (21)电镀指在含有欲镀金属的盐类溶液中,在直流电的作用下,以(被镀基体金属被镀基体金属)为阴极,以(欲欲 镀金属或其他惰性导体镀金属或其他惰
14、性导体)为阳极,通过电解作用,在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。 (22)转化膜按其形成机理可分为(化学转换膜化学转换膜)和(电化学转换膜电化学转换膜) ,按其成分,有(氧化膜氧化膜) 、 (磷酸磷酸 盐膜盐膜) 、 (铬酸盐膜铬酸盐膜)和(草酸盐膜草酸盐膜) ;按用途可分为功能性膜、防护性、装饰性膜; (23)电化学氧化指在电解质溶液中,在直流电的作用下,以( 惰性导体材料惰性导体材料 )为阴极,以( 工件工件 )为阳极,通过电解作用,在基体表面上获得结合牢固的氧化膜的表面工程技术。 (24)铝和铝合金是最容易着色的金属,其主要着色方法以下三类。 A( 自然显色自然显色 ) B
15、( 吸附着色吸附着色 ) C( 电解显色电解显色 ) (25)将有机涂料涂覆于物体表面并干燥成膜的过程称之为( 涂装技术 ) 。一般涂料主要是由成膜物质、 ( 颜料颜料 ) 、 ( 溶剂溶剂 ) 、 ( 助剂助剂 )四部分组成。 (26)成膜物质分为两大类,其中一类称为非转化型非转化型成膜物质,它们在涂装成膜过程中组成结构不发生不发生 变化变化,即成膜物质与涂膜的组成相同相同。另一类成膜物质称为转化型转化型成膜物质,它们在成膜过程中组成结 构发生变化发生变化,形成与其原来组成结构完全不同完全不同的涂膜。 (27)气相沉积可分为( 物理气相沉积物理气相沉积 )和( 化学气相沉积化学气相沉积 )两
16、大类。 三、判断题:对的打三、判断题:对的打,错的打,错的打。 (1)固体表面吸附可分为:物理吸附和化学吸附两类。 ( ) (2)表面能高的固体比表面能低的固体更容易被液体所润湿。 ( ) (3)一种摩擦方式里通常包含几种磨损机理。 ( ) (4)化学腐蚀依照表面反应速度及氧化膜的致密程度的不同,金属氧化的动力学过程有三种典型的情况。 提高材料抗氧化能力的重要途径就是改变材料的表面成分,使其氧化动力学曲线呈对数变化。 ( ) (5)腐蚀电位值越负的金属越容易腐蚀。 ( ) (6)腐蚀原电池中小阴极、大阳极相对于大阴极小阳极更为有害。 () (7)腐蚀速率是指金属在单位时间 t、单位面积 S 上
17、所损失的重量,腐蚀速率也可采用单位时间的腐蚀 深度来表示,腐蚀速率也还可以用腐蚀电流密度 ic 表示。 () (8)金属作为阳极腐蚀时,失去电子越多,流出的电量越大,金属溶解就越多,腐蚀程度也就越大。 () (9)表面淬火比一般淬火的表面硬度高其原因是因为表面淬火的零件含碳量高。 () (10)电阻加热表面淬火技术是在工件中通以低压大电流,利用工件表面或紧靠工件表面的周围介质中 形成高电阻而产生的热效应将工件表面快速加热到相变温度以上并淬火的工艺方法.() (11)使气体由良绝缘体变成导体的现象成为气体放电。气体中带电粒子的存在和一定电场强度的存在 是气体放电的必要条件。 () (12)辉光放
18、电时阴阳极间的电位降落均匀,发光强弱也一样。 () (13)在阴极材料、气体介质、两极间距离固定的条件下,阴极辉光区的大小取决于炉内气压的大小。 气压越高,辉光层越薄,亮度越集中。 () (14)阴极溅射过程中被溅射的粒子离开表面后呈中性原子状态而不是离子。 ( ) (15)喷焊枪与普通焊枪的主要区别在于喷焊枪上装有粉末输送机构。 ( ) (16)堆焊的目的不是为了起连接作用,而是为了发挥堆焊层的优良性能。 ( ) (17)等离子喷焊与等离子喷涂的区别是喷焊工件不带电,为非转移弧;喷涂采用非转移弧和转移弧的 联合弧,先引燃非转移弧,再借助等离子体导电通道,建立转移弧。 ( ) (18)连续电镀
19、主要用于薄板、金属丝和带的电镀。 () (19)铝和铝合金的主要着色方法分为自然显色法、吸附着色法和电解着色法,其中自然显色法生成的 膜耐蚀性、耐候性、耐磨性都高于电解着色和吸附着色氧化膜。 () (20)现代涂料成膜物质分为转化型成膜物质和非转化型成膜物质,对转化型成膜物质来说它们在涂料 成膜过程中组成结构不发生变化。 ( ) (21)表面自由能在数值上等于表面张力与表面积的乘积。 ( ) (22)当润视角 90o 时,为不润湿。 越大,润湿性越小,液体越不易铺展开,易收缩为球状。 ( ) 四、四、选择题:选择题: (1)以下说法不正确的是()以下说法不正确的是(D) 。 A 固体对液体吸附
20、作用时,若吸附层内溶质的浓度比本体相大为正吸附,反之为负吸附; B 在稀溶液中,可以将溶剂对吸附的影响忽略不计,将溶质的吸附简单地当作气体的物理吸附一样处理。 C 固体之间同样有吸附,粘附功表示了粘附程度的大小,它不只与两种固体物质的表面张力有关,还与 两物质形成新的界面时的界面张力有关; D 粘附功与内聚力是是同一个概念。 E 两个不同物质间的粘附功往往超过其中较弱一物质的内聚力。 (2)关于莱宾杰尔效应的说法不正确的是()关于莱宾杰尔效应的说法不正确的是(C) A 任何固体都存在这种效应。 B 需要拉应力和表面活性物质同时作用才能出现。 C 需大量大量的表面活性物质才可起作用。 D 去除表
21、面活性物质,表面机械性能一般可以恢复。 E 利用莱宾杰尔效应是因环境介质的影响及表面能减少导致固体强度、塑性降低的现象,利用这种效应可 以提高金属加工的效率,如钢铁在磨床上的磨削加工添加剂溶液就是。 (3)关于润湿现象的说法不正确的是()关于润湿现象的说法不正确的是(C) A当润湿角 =0或 180时称为完全润湿和完全不润湿。 B润湿角的大小与界面张力有关. C 固、液、气三相的稳定接触时,s-g和和 s-l相差越小,相差越小, 角就越小角就越小,故而润湿性越好。 D 粗糙表面的铺展系数远大于光滑表面,在光滑表面不能自发铺展的液体在粗糙表面上有可能自发铺展。 (4)关于脱脂工艺说法不正确的是:
22、)关于脱脂工艺说法不正确的是:( C ) A 脱脂工艺包括化学脱脂、有机溶剂脱脂、水剂脱脂、电化学脱脂,其中水剂清洗是以水溶液(碱溶液 除外)作为清洗液去除待处理表面油污的清洗方法,如,乳化液、表面活性剂溶液、清洗剂或金属清洗 剂等。 B 有机溶剂易燃易爆,有一定毒性,挥发性强,材料消耗多,生产成本高,所以逐渐被水剂清洗缩取代。 C 化学脱脂是利用酸酸与油脂起化学反应来去除材料表面的油污的。其操作简便、脱脂能力强、安全可靠, 易实现自动化。 D 电化学脱脂液的组成大体上与化学脱脂液相同,只是某些成分含量一般要低一些,在脱脂时将零件挂 在阴极或阳极上,由于电极的极化作用,使油和零件界面的表面张力
23、降低,在电解时,电极上析出的氢 气泡或氧气泡对油膜具有强烈的撕裂作用,使油膜变为细小的油珠,气泡上升时的机械搅拌作用又可进 一步强化脱脂过程。因此电化学脱脂比一般的化学脱脂效果好,速度快。 (5)关于抛光的说法不正确的是:)关于抛光的说法不正确的是:( C ) A 表面抛光处理除了机械抛光外,还可以用化学抛光和电化学抛光来处理,使得零件表面得以平整,产 生光泽效果。 B 化学抛光就是把零件放在合适的化学介质中,利用化学介质对金属表面的尖峰区域溶解速度比凹谷区 域溶解速度快得多的特点,实现材料表面的抛光。 C 电化学抛光是把工件作为阴极,浸于特定的抛光介质中并通以交流电进行电解,零件表面凸起的波
24、峰 部分电流密度较小电流密度较小,溶解较快溶解较快,而凹入的波谷部分由于受到钝化膜或添加剂的保护而溶解很少或不溶解, 因此零件表面得以整平,产生光泽效果。 D 化学抛光适合复杂形状和各种各种尺寸的零件,生产效率高,介质使用寿命低,抛光质量不如电化学 抛光。但电化学抛光成本高,效率低。 (6)关于表面淬火和强化技术说法正确的是:()关于表面淬火和强化技术说法正确的是:( D ) A 表面淬火的基本原理是采用特定的将钢铁材料表面快速加热到 Ac1(对亚共析钢)(对亚共析钢)或者 Ac3(对过共析(对过共析 钢)钢)之上,然后使其快速冷却并发生马氏体相变,形成表面强化层的工艺过程。 B 依靠材料自身
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