《材料表面处理技术与工程实训》习题解答.docx

《材料表面处理与工程实训》习题解答 第 1 章 材料表面处理的分类 思考题 材料表面处理全面而确切的含意是什么？ 表面处理应该是指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，它以表面科学为理论基础，利用各种物理的、化学的、物理化学的、电化 学的、冶金的以及机械的方法和技术，使材料表面得到我们所期望的成分、组织、性能或绚丽多彩的外观。 举出您比较熟悉的一个产品对材料表面处理技术的需求。 提示：随着材料表面处理技术的发展，基材不再局限于金属材料而是包揽金属、有机、无机、复合等材料领域。对材料表面性能的要求也从一般的装饰防护拓展到机、电、光、声、热、磁等多种特种功能和综合功能领域。举出一例。 在您所接触的日常生活用品中，哪一件制品的表面处理您最喜欢，为什么？您能说出它的表面是怎样处理的吗？ 提示：学习用品、通讯工具、交通工具等。 在您所接触的日常生活用品中，有哪一件您认为如果能在表面处理上作一些改进，大家就会更喜欢它？您对它的改进有具体设想吗？ 提示：学习用品、通讯工具、交通工具等。 什么是表面改性？什么是表面加工？二者有什么区别？ 表面改性——用机械、物理和化学的方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。 表面加工——通过物理化学方法使金属表面的形貌发生改变，但不改变金属表面的金相组织和化学成分，如：表面微细加工、抛光、蚀刻、整体包覆。 区别：表面加工不改变金属表面的金相组织和化学成分；表面改性改变金属表面的金相组织和化学成分。 第 2 章 材料表面处理的理论基础 思考题 什么是清洁表面，什么是实际表面，二者具有怎样的研究意义？ 清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应的表面。这种清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。 在材料实际应用过程中，材料表面是要经过一定加工处理(切割、研磨、抛光等)，材料又在大气环境(也可能在低真空或高温)下使用。材料可能是单晶、多晶、非晶体。这类材料的表面称为实际表面。 什么是理想表面？特点是什么？ 对于没有杂质的单晶，作为零级近似可将其清洁表面理想为一个理想表面。这是一种理论上的结构完整的二维点阵平面。忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响，忽略了表面原子的热运动、热扩散和热缺陷等，忽略了外界对表面的物理化学作用等。这种理想表面作为半无限的晶体，体内的原子的位置及其结构的周期性，与原来无限的晶体完全一样 根据表面原子排列，清洁表面又可分为哪三种，这三种表面分别呈现什么特点？ 根据表面原子的排列，清洁表面又可分为台阶表面、弛豫表面、重构表面等。台阶表面不是一个平面，它是由有规则的或不规则的台阶的表面所组成。 由于固相的三维周期性在固体表面处突然中断，表面上原子产生的相对于正常位置的上、下位移，称为表面弛豫。 重构是指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但垂直方向的层间距则与体内相同。 金属离子电沉积的热力学条件是什么？分析金属离子在水溶液中沉积的可能性。 原则上，只要阴极的电位负于金属在该溶液中的平衡电位，并获得一定过电位时，该金属离子就可以在阴极上析出。但事实上并不这么简单，因为溶液中存在多种可以在阴极还原的粒子，这些粒子，尤其是氢离子将与该金属离子竞争还原。因此，某金属离子能否从水溶液中阴极还原，不仅取决于其本身的电化学性质，而且还取决于溶液中其他粒子的电化学性质，特别是取决于与氢离子还原电位的关系。 金属电沉积包括哪些基本的单元步骤？写出各单元步骤的表达式。 金属电沉积的阴极过程，一般由以下几个单元步骤串联组成： 液相传质 溶液中的反应粒子，如金属水化离子向电极表面迁移。 前置转化 迁移到电极表面附近的反应粒子发生化学转化反应，如金属水化离子水化程度降低和重排；金属络离子配位数降低等。 电荷传递 反应粒子得电子、还原为吸附态金属原子。 电结晶 新生的吸附态金属原子沿电极表面扩散到适当位置（生长点）进入金属晶格生长，或与其他新生原子集聚而形成晶核并长大，从而形成晶体。 简单金属离子在阴极上的还原历程遵循金属电沉积基本历程，其总反应式可表示如下： M n? ? mH O ? ne ? M ? mH O 2 2 试从能量的角度分析金属离子放电的位置和进入晶格的途径。 气相沉积和电镀时，原子的沉积过程一般都是在晶体表面的扭折或台阶处率先形核，再通过扩散逐渐长大的，因为这样所需要的热力学驱动力最小。晶体表面各种缺陷浓度的高低，也直接影响表面扩散速度和物理、化学吸附过程的进行。 吸附原子可以以两种方式并入晶格：放电粒子直接在生长点放电而就地并入晶格（见图2.41Ⅰ）；放电粒子在电极表面任一位置放电，形成吸附原子，然后扩散到生长点并入晶格（见图 2.41Ⅱ）。 ⅠⅡ Ⅰ Ⅱ