一、名词解释 表面工程技术：为满足特定的工程需求，使材料或零部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 表面能：严格意义上指材料表面的内能，包括原子的动能、原子间的势能以及原子中原子核和电子的动能和势能等 洁净表面：材料表层原子结构的周期性不同于体内，但其化学成分仍与体内相同的表面 清洁表面：一般指零件经过清洗(脱脂、浸蚀等)以后的表面 区别：洁净表面允许有吸附物，但其覆盖的几率应该非常低洁净表面只有用特殊的方法才能得到清洁表面易于实现，只要经过常规的清洗过程即可洁净表面的“清洁程度” 比清洁表面高 吸附作用：物体表面上的原子或分子力场不饱和，有吸引周围其它物质(主要是气体、液体)分子的能力 磨损：相对运动的物质摩擦过程中不断产生损失或残余变形的现象 腐蚀：材料与环境介质作用而引起的恶化变质或破坏 极化：腐蚀电池工作时，阴、阳极之间有电流通过，使阴、阳极之间的电位差(实际电极电位)比初始电位差要小得多的现象 钝化：由于金属表面状态的改变引起金属表面活性的突然变化，使表面反应速度急剧降低的现象阳极反应受阻的现象) 表面淬火：用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3(对亚共析钢)或者Ac1(对过共析钢)之上(奥氏体化)，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。
喷丸强化：利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料在再结晶温度之下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术 (喷丸强化技术) 热喷涂：采用各种热源使涂层材料加热熔化或半熔化，然后用高速气体使涂层材料分散细化并高速撞击到基体表面形成涂层的工艺过程 电镀：在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，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化学镀：在无外加电流的状态下，借助合适的还原剂，使镀液中的金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的一种镀覆方法 复合电镀：在电镀或化学镀溶液中加入非溶性的固体微粒，并使其与主体金属共沉积在基体表面，或把长纤维埋入或卷缠于基体表面后沉积金属，形成一层金属基的表面复合材料的过程弥散镀、分散镀)电铸:电铸是利用金属的电解沉积原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法转化膜技术：通过化学或电化学方法，使金属表面形成稳定的化合物膜层而不改变其金属外观(形状及几何尺寸)的一类技术金属着色: 金属着色是采用化学或电化学方法赋予金属表面不同的颜色并保持金属光泽的工艺。
真空蒸发镀膜：在真空室内，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体（基片/基板/衬底、工件）表面，凝结形成固态薄膜的方法溅射镀膜：用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递，使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法 表面微细加工技术:表面微细加工技术指那些能够制造微小尺寸元器件或薄膜图形的方法，微细加工的加工尺寸一般在亚毫米(常指低于100μm)至纳米级范围内，而加工的单元则从微米级、纳米级到原子级（Å级）光刻:利用照相复制与化学腐蚀相结合的技术，在工件表面制取精密、微细和复杂薄层图形的化学加工方法化学气相沉积：化合物、单质气体通入放有基片反应室，借助气相作用或在基片上的化学反应生成薄膜的技术物理气相沉积：在真空条件下，通过各种物理方法产生的原子或分子沉积在基材上，形成薄膜或涂层的过程合金电镀：在一种溶液中，两种或两种以上的金属离子在阴极上共沉积，形成均匀细致镀层的过程激光淬火：是利用聚焦后的激光束快速加热钢铁材料表面，使其发生相变，形成马氏体淬硬层的过程火焰加热表面淬火:将高温火焰或燃烧着的炙热气体喷向工件表面，使其迅速加热到淬火温度，然后在一定淬火介质中冷却。
二、填空1.表面薄膜与涂层技术中基材与涂层材料间通常可形成（冶金结合）、（ 扩散结合 ）、（ 外延生长 ）、（ 化学键结合）、（ 分子间结合）、（机械结合）界面2.当（ θ<900 ）时，称为润湿；当（ θ=00 ）时，称为完全润湿；当（ θ>900 ）时，称为不润湿；当（ θ=1800 ）时，称为完全不润湿3.流体润滑的摩擦系数要（ 小 ）于边界润滑的摩擦系数，边界润滑的摩擦系数要小于（ 干 ）摩擦的摩擦系数4. 固体润滑是利用（ 剪切力 ）低的固体材料来减少（ 接触表面 ）间摩擦磨损的，常见的固体润滑材料有（ 石墨 ）、（ FeS ）和（ MoS2 ）5. 不需要外加其它材料，主要依靠材料自身（ 组织 ）和（ 结构 ）转变来进行表面改性的工艺主要有（ 表面形变强化技术 ）、（ 表面淬火 ）和（ 退火 ）技术6.激光淬火与电子束淬火比较，（ 激光 ）淬火获得广泛应用，在淬火前表面要经过（ 黑化）处理电子束淬火必须在（ 真空 ）环境下应用7.热喷涂工艺主要包括（火焰 ）喷涂、（ 等离子 ）喷涂和（ 电弧 ）喷涂。
其中 （ 电弧喷涂 ）只能用于导电的线材，（ 等离子喷涂 ）特别适合喷涂（ 高 ）熔点的材料8.热喷涂技术可应用于喷涂（ 耐腐蚀 ）涂层、（ 热障 ）涂层和耐（ 磨 ）涂层9. 热喷涂涂层和基材间为（ 机械结合 ）界面；[热喷焊、堆焊涂层与基材间为（ 冶金结合 ）界面其中 （ 热喷焊 ）和（堆焊 ）方法的涂层厚度较大，通常用于（ 修复 ）零件]10. 铝的阳极氧化膜的生长是两个过程的综合反映：一是阳极上的铝进行（ 氧化 ）反应生成（ Al2O3 ），另一个过程是氧化膜不断（ 被电解溶解 ）11.阳极氧化的铝合金的主要着色方法有（自然显色 ）法、 （ 吸附 ）着色法和（ 电解 ）着色法，其发色体在氧化膜的部位依次为（ 多孔层的夹壁中 ）、（ 氧化膜孔隙的上部 ）和（ 多孔层的底部 ） 12.真空蒸镀薄膜的形成机理有（ 核生长 ）型、（ 单层生长 ）型和（ 混合生长 ）型13.常用的溅射镀膜方法有（ 直流 ）溅射、（ 射频 ）溅射和（ 磁控 ）溅射，其中（ 直流 ）溅射只能沉积金属膜，（ 射频 ）溅射能够沉积介质膜。
14.表面清理中常用的清理工艺过程为：脱脂→水洗→（ 化学侵蚀）→水洗→（ 中和 ）→水洗 15.刷镀也称为（电刷镀、涂镀、局部镀、选择性电镀（任选其一）），其基本原理与电镀（ 完全相同 ），设备包括（ 直流 ）电源、（镀笔）和阳极包套16.金属表面产生极化的机理总共有三种，即（ 电化学 ）极化、（ 浓差 ）极化和（电阻 ）极化，其中（ 电阻 ）极化与电极表面生成具有保护作用的（ 氧化 ）膜、（钝化 ）膜或不溶性的腐蚀产物有关 17.铝、锌等金属覆层对钢铁材料属于（ 阳 ）极性金属涂层，可以对基体金属起到（机械保护和电化学 ）保护作用，而镍、铬、铜等金属覆层则属于（ 阴 ）极性金属涂层，对基体金属的仅起到（机械 ）保护作用18.激光淬火层的宽度主要由( 光斑直径D )决定，淬硬层深度由（激光功率P ）、（光斑直径D ）和（扫描速度v）共同决定19.激光熔凝处理特别适合于（ 灰口 ）铸铁和（ 球磨 ）铸铁的表面强化，原因是表面形成（ 白口 ）铸铁，显微硬度高达（1000~1100）HV, 耐磨性非常优越20.化学镀有三种方式：（ 置换 ）沉积、（ 接触 ）沉积和（ 还原 ）沉积，一般意义上的化学镀主要指（ 还原 ）沉积。
21.溅射镀膜时的本底真空度约为（ 10-3 ）Pa, 分子束外延镀膜的本底真空度约为（ 10-8 ）Pa三、简答题 1、表面工程技术的内涵(分类)； 表面改性技术、表面合成材料技术、表面加工技术、表面加工三维合成技术 2、表面工程技术的特点与意义； 表面工程技术具有一般整体材料加工技术不具备的优点 1）主要作用在基材表面，对远离表面的基材内部组织与性能影响不大因此，可以制备表面性能与基材性能相差很大的复合材料 2）采用表面涂(镀)、表面合金化技术取代整体合金化，使普通、廉价的材料表面具有特殊的性能，不仅可以节约大量贵重金属，而且可以大幅度提高零部件的耐磨性和耐蚀性，提高劳动生产率，降低生产成本 3）可以兼有装饰和防护功能，有力推动了产品的更新换代 4）表面薄膜技术和表面微细加工技术具有微细加工功能，是制作大规模集成电路、光导纤维和集成光路、太阳能薄膜电池等元器件的基础技术 5）二维的表面处理技术已发展成为三维零件制造技术（生长型制造法），不仅大幅度降低了零部件的制造成本，亦使设计与生产速度成倍提高 6）表面工程技术已成为制备新材料的重要方法，可以在材料表面制备整体合金化难以做到的特殊性能合金等。
3、表面工程技术中结合界面的类型及其结合强度的特点； 1）冶金结合界面 特点：结合强度很高，可以承受较大的外力或载荷，不易在服役过程中发生剥落 2）扩散结合界面 特点：覆层与基材之间的成分梯度变化，并形成了原子级别的混合或合金化 3）外延生长界面 特点：理论上应有较好的结合强度具体取决于所形成的单晶层与衬底的结合键类型，如分子键、共价键、离子键或金属键等 4）化学键结合界面 特点：结合强度较高，界面的韧性较差，表面发生粘连、氧化、腐蚀等化学作用也会产生化学键结合界面 5）分子键结合界面 特点：覆层与基材(或衬底)之间未发生扩散或化学作用结合强度较低 6）机械结合界面 特点：结合强度不高，但可起辅助作用4、写出Young方程并说明“润湿”与“不润湿”； Young方程： Young方程反映了润湿角的大小与三相界面张力之间的定量关系： 5、最常见的磨损种类；如何通过表面技术提高耐磨性？磨损分为七类： 粘着磨损 磨粒磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损 (以上四个为最基本的)微动磨损 冲蚀(包括气蚀)磨损 高温磨损 提高零件耐磨性的途径： 1）工程结构的合理设计 2）零件磨损机理预测、分析和耐磨材料的选择 3）材料表面耐磨与减摩处理 6、腐蚀按材料腐蚀原理可分为哪两类？ 化学腐蚀、电化学腐蚀 7、金属腐蚀的主要形式；金属材料腐蚀控制及防护方法； 金属腐蚀的主要形式：局部腐蚀、全面腐蚀和在机械力作用下的腐蚀。
金属材料腐蚀控制及防护方法：1．产品合理设计与正确选材2．电化学保护3．表面覆层及表面处理4．加入缓蚀剂 8、表面预处理的作用及主要工序； 作用：清除材料表面杂质，露出材料(金属)本色使并使其处于活化状态，获得“清洁表面”甚至“洁净表面”，以提高表面覆层的质量以及覆层与基材的结合强度 表面预处理工序主要包括脱脂、除锈和获取一定程度粗糙度的表面等几部分 8、常用的热喷涂工艺方法及其基本特点；1）火焰喷涂工艺 (优点)设备投资少，无电力要求，操作容易，沉积效率高等 (缺点)涂层氧含量较高，孔隙较多，焰流温度较低，涂层种类较少，涂层结合强度偏低，涂层质量不高 2）电弧喷涂工艺 (优点)涂层密度及结合强度较高，喷涂速度和沉积效率高，运行费用较低 (缺点)只能用于具有导电性能的金属线材 3）等离子喷涂工艺 (优点)焰流温度高，喷涂材料适应面广，特别适合喷涂高熔点材料；涂层密度及 结合强度高 (缺点)热效率低、沉积效率较低，设备相对复杂、价格较贵，喷涂成本高 9、镀层按其性能特点可分为哪三类？ (1)防护性镀层：在大气或其它环境下，可延缓基体金属发生腐蚀的镀层 (2)防护装饰性镀层：在大气环境中，既可减缓基体金属的腐蚀，又起到装饰作用的镀层。
(3)功能性镀层：能明显改善基体金属的某些特性的镀层，包括耐磨镀层，导电镀层，导磁镀层，钎焊性镀层，其它功能性镀层(吸热镀层、反光镀层、防渗镀层、抗氧化镀层、耐酸镀层等) 10、电镀的工艺过程； 1）镀前处理：抛光（打磨）、脱脂、除锈、活化等 2）电镀 3）镀后处理：钝化、浸膜 11、化学镀的原理与特点；化学镀是一个在催化条件下发生的氧化一还原反应过程有别于普通化学沉积) 优点： 镀层致密，孔隙少、硬度高，具有极好的化学和物理性能； 可镀制形状复杂的工件，且镀层厚度均匀； 可镀基材广泛(对非金属等材料需经过适当的预处理)； 设备简单(不需要外加直流电源) 缺点： 可镀制的金属(合金体系)有限； 镀液昂贵，稳定性差，镀制成本高 12、转化膜的主要用途； 表面转化膜与着色技术的主要用途：防护、提高基体与涂层间的结合力、表面装饰性、表面特殊性能 转化膜的性质和用途：(1)用于防护和装饰转(2)提高涂膜与基体的结合力(3)耐磨减摩(4)适用于冷成形加工(5)电绝缘性 13、阳极氧化的工艺流程；1）预处理：脱脂、碱蚀 2）氧化 增加电压及电流密度、降低溶液(槽液)温度及浓度，可增加膜的生长速率（膜厚）。
3）阳极氧化膜的封闭 氧化膜多孔，活性高，吸附性很强(着色)，容易被污染或被腐蚀介质侵入，氧化后的膜层必须要通过封孔才能达到最好的耐蚀效果 14、离子镀膜的基本原理离子镀是真空镀膜工艺的一项新发展普通真空镀膜（亦称真空蒸镀）时，工件夹固在真空罩内，当高温蒸发源通电加热后，促使待镀材料——蒸发料熔化蒸发由于温升，蒸发料粒子获得一定动能，则沿着视线方向徐徐上升，最后附着于工件表面上堆积成膜用这种工艺形成的镀层，与零件表面既无牢固的化学结合，有无扩散连接，附着性能很差，有时就像桌面上落的灰尘一样，用手一摸也会擦掉然而，离子镀工艺则有所不同，虽然也是在真空罩内进行的，但这时镀膜过程是以电荷传递的形式来实现的也就是说，蒸发料的粒子作为带正电荷的高能离子在高压阴极（即工件）的吸引下，以很高的速度注入到工件表面相当于一个从枪管中射出的高速弹头，可以穿入靶体很深，在工件上形成一种附着牢固的扩散镀层15、对比PVD和CVD法中的薄膜生成过程(阶段)；CVD法中的薄膜生成过程(阶段)： 反应气体向基片扩散； ｝反应气体向基片运动并被吸咐于基片表面 反应气体吸咐于基片的表面； 反应气体在基片表面发生化学反应； 反应产生的气相副产物被排掉，产生的固体物质沉积下来成为不蒸发的固体膜。
16、简述CVD的沉积条件及特点条件： 1）在沉积温度下，反应物必须有足够高的蒸气压； 2）反应产物除薄膜为固态外，其他的必须是挥发性的； 3）沉积薄膜本身必须有足够低的蒸气压，基体材料在沉积温度下的蒸气压也必须足够低 特点： 1）膜材广泛：金属、非金属、合金等 2）成膜速率，效率高：几个-数百μm/min，基片数量大 3）设备简单，绕射性好：常压或低真空 4）膜层质量好： 纯度高：气相反应且副产物为气相，与其他物质不易反应 结晶良好：温度适宜 致密性好：一般无高能气体分子 表面平滑：成核率高、成核密度大，气相分子空间分布均匀，绕射性好 辐射损伤低：一般无高能粒子 残余应力小：膜－基高温扩散 不足：反应温度高；可能造成环境污染 四、阐述题及论述题1、从产生气相镀料粒子的原理出发，分析离子镀膜与蒸发镀膜、溅射镀膜在粒子能量、沉积速率、膜层密度、膜基结合强度的区别； (1)蒸发镀膜 蒸发镀膜是通过将工件置于高真空环境中，通过加热是蒸发材料汽化或升华以原子、分子或原子团离开熔体表面，凝聚在具有一定温度的基片或工件上，并冷凝成薄膜的过程成为真空蒸发镀膜。
真空蒸发镀膜粒子能量较低离子能量不会超过1eV，沉积速率较快(0.1～5mm/min），易于得到厚膜，膜层致密度较好，因粒子能量较小，故膜基结合强度不高 (2)溅射镀膜 溅射镀膜是利用低压气体的一场辉光放电产生的阳离子，在电极作用下高速冲向阴极，从而形成镀膜溅射镀膜的粒子能量很大，通常具有几十eV，故溅射镀膜的膜层致密度高，膜基结合强度高，但沉积速率低(0.01～0.2mm/min) (3)离子镀膜 离子镀膜是真空蒸发和溅射镀膜相结合的产物，兼具蒸发镀膜和溅射镀膜二者的优点离子镀膜的离子能量高，因而可以形成致密的镀膜，同时也具有很强的膜基结合强度，沉积速率高(可达75mm/min)2、结合表面性能要求(耐磨、耐蚀等)，举例说明某一具体表面工程技术的作用(工作原理、工艺实施过程、表层特点等)答：感应加热淬火 作用：可大幅度提高材料表面硬度、耐磨性和疲劳强度 工作原理：工件在感应线圈中，在高频交流磁场的作用下，产生很大的感应电流，并因集肤效应而集中分布于工件表面，使受热区迅速加热到钢的相变临界温度Ac3或 Acm之上（奥氏体化），然后在冷却介质中快速冷却，使工件表层获得马氏体。
表层特点：高硬度、压应力，耐磨性强，疲劳强度高 工艺流程：预先调质处理——确定加热温度与加热方式——根据工件要求选择比功率——设计感应加热器——确定冷却方式与冷却介质——制定回火工艺参数 。