1、1.液體原子結(jié)構(gòu)的主要特征.(1)液體結(jié)構(gòu)中近鄰原子數(shù)一般為511個(gè)(呈統(tǒng)計(jì)分布),平均為6個(gè),與固態(tài)晶體密排結(jié)構(gòu)的12個(gè)最近鄰原子數(shù)相比差異很大；(2)在液體原子的自由密堆結(jié)構(gòu)中存在五種間隙,四面體間隙占了主要地位.(3)液體原子結(jié)構(gòu)在幾個(gè)原子直徑范圍內(nèi)是短程有序的,而長(zhǎng)程是無(wú)序的.6 .液體外表能的產(chǎn)生原因.在液體的內(nèi)部任何分子周圍的吸引力是平衡的,可是在液體外表層的分子卻不相同.因?yàn)橥獗韺拥姆肿?一方面受到液體內(nèi)層的鄰近分子的吸引,另一方面受到液面外部氣體分子的吸引,而且前者的作用要比后者大.因此在液體外表層中,每個(gè)分子都受到一個(gè)垂直于液面并指向液體內(nèi)部的不平衡力.這種吸引力使外表上的分

2、子趨向于擠入液體內(nèi)部,促成液體的最小外表積.要使液體的外表積增大就必須要對(duì)抗液體內(nèi)局部子的吸引力而做功,從而增加分子的位能.所以說(shuō),分子在外表層比在液體內(nèi)部有較大的位能,這種位能就是液體的表面能.7 .液體外表張力的概念和影響因素.液體外表層的原子或分子受到內(nèi)部原子或分子的吸引,趨向于擠入液體內(nèi)部,使液體表面積縮小,因此在液體外表的切線方向始終存在一種使液體外表積縮小的力.液體外表的這種作用力被稱為液體的外表張力.液體的外表張力大小受很多因素的影響.如果不考慮液體內(nèi)部其它組元向液體外表的偏聚和液體外部組元在液體外表的吸附,液體外表張力大小主要受物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)、所接觸的介質(zhì)和溫度的影響.(1)液體

3、的外表張力來(lái)源于液體內(nèi)部原子或分子間的吸引力,因此液體內(nèi)部原子或分子間的結(jié)合能的大小直接影響到液體的外表張力的大小.一般來(lái)說(shuō),液體中原子或分子間的結(jié)合能越大,外表張力越大.具有金屬鍵原子結(jié)合的物質(zhì)的外表張力最大；其次由大到小依次為：離子鍵結(jié)合的物質(zhì)、極性共價(jià)鍵結(jié)合的物質(zhì)、非極性共價(jià)鍵結(jié)合的物質(zhì).(2)液體的外表張力的產(chǎn)生是由于處于外表層的原子或分子一方面受到液體內(nèi)部原子或分子的吸引,另一方面受到液體外部原子或分子的吸引.當(dāng)液體處在不同介質(zhì)環(huán)境時(shí),液體外表的原子或分子與不同物質(zhì)接觸所受的作用力不同,因此導(dǎo)致液體外表張力的不同.一般來(lái)說(shuō),介質(zhì)物質(zhì)的原子或分子與液體外表的原子或分子結(jié)合能越高,液體的

4、外表張力越小；反之,介質(zhì)物質(zhì)的原子或分子與液體外表的原子或分子結(jié)合能越低,液體的外表張力越大.(3)液體的外表張力還與溫度有關(guān).溫度升高,液體的密度降低,液體內(nèi)部原子或分子間的作用力降低,因此液體內(nèi)部原子或分子對(duì)外表層的原子或分子吸引力減弱,導(dǎo)致液體的外表張力下降.丫=做1T/Tc)n舉例：水的外表張力隨溫度的升高而下降的趨勢(shì).這一變化規(guī)律可以從兩個(gè)方面進(jìn)行解釋：一方面,隨溫度升高,水的體積膨脹,內(nèi)局部子間距離增大,導(dǎo)致水中內(nèi)局部子對(duì)外表分子的吸引力降低；另一方面,隨溫度升高,蒸汽壓提升,氣相中的分子對(duì)水外表分子的吸引力增大.8 .固體外表能的影響因素.影響固體外表能的主要因素有：固體原子間的

5、結(jié)合能、固體外表原子的晶面取向和溫度.(1)由于外表能的大小主要取決于形成固體新外表所消耗的斷鍵功,因此原子間的結(jié)合能越高,斷開(kāi)相同結(jié)合鍵需要消耗的能量越高,所形成的固體外表能越高.(2)由于固體晶體結(jié)構(gòu)是各向異性的,不同晶面的原子面密度不同,所以形成單位面積的新外表需要斷開(kāi)原子鍵的數(shù)量不同,導(dǎo)致所形成的外表能不同.一般來(lái)說(shuō),固體外表原子面密度越高,形成單位面積的新外表需要斷開(kāi)原子鍵的數(shù)量越小,外表能越低.3與液體一樣,固體的外表能隨溫度的升高而下降,并且固體外表能隨溫度升高而下降的速度大于液體.9 .計(jì)算并討論立方晶系100、110和111面的外表能大小.采用近鄰斷鍵模型來(lái)計(jì)算固體晶體的外表

6、能.假設(shè)：第一,每個(gè)原子只與其最近鄰的原子成鍵最近鄰原子數(shù)即為該晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù),并且只考慮最近鄰原子間的結(jié)合能；第二,原子間的結(jié)合能不隨溫度變化.對(duì)于具有任意晶體結(jié)構(gòu)的固態(tài)晶體,某一晶面hkl的外表能YShkl可以用下式計(jì)算：TShkl=NhklZUa/2其中Nhkl為hkl晶面單位面積的原子數(shù),Z為晶體沿hkl晶面斷開(kāi)形成新外表時(shí)hkl晶面上每個(gè)原子需要斷裂的鍵數(shù).a單胞結(jié)構(gòu)b001晶面c011晶面d111晶面晶面附他Mam711Va壽IOIII啦2-JlUa百III"忑3/3VJL'a面心立方:a單胞結(jié)構(gòu)b001晶面c011晶面d111晶面晶詢滴用Z產(chǎn)|皿tooij74

7、不foil)近51?次外表?erNIU4代J2收0體心立方取晶面倒叫MmZ他叫142?而Eoin在!£T2ini.五741t次外表1f再次次而£T再次即次外表10 .固體晶體外表形狀的形成原那么和確定方法.固體晶體的外表平衡形狀一方面取決于所形成的總外表積大小,但更重要的是決定于構(gòu)成外表的晶面外表能大小.一般情況下,固體晶體的外表由那些外表能較低的低指數(shù)晶面組成,從而形成多面體形狀.固體晶體平衡形狀多面體形成的原那么是固體總外表自由能最低.當(dāng)固態(tài)球狀晶體加熱后,固體晶體會(huì)變?yōu)槎嗝骟w,其原因就是這樣的多面體的總外表自由能最低.因此,固體外表的平衡形狀為多面體.假設(shè)三個(gè)圖形白面

8、積均為1cm2,正八邊形的邊長(zhǎng)約為0.46cm.假設(shè)該二維晶體10晶面的外表能為2.5M0-5j/cm,11晶面的外表能為11 2510-5J/cm,那么可以通過(guò)計(jì)算得到：圖a所示的二維晶體總外表自由能為：Ga=4Kx2.5X0-5=10-4j；圖b所示的二維晶體總外表自由能為：Gb=41X2.25M0-5=91>0-5J；圖c所示的二維晶體總外表自由能為：Gc=4/462.510-5+40.462.2510-5=8.7410-5J.比照計(jì)算結(jié)果可以看出,圖c所示的八邊形具有最低的總外表自由能.(a)(b)(c)根據(jù)Wuff提出的晶體平衡形狀的半經(jīng)驗(yàn)規(guī)律,OA/OB=丫(10)/丫(11

9、)再根據(jù)兩個(gè)四邊形的公共局部所組成的八邊形的面積應(yīng)該為1cm2,就可以最終確定該八邊形的尺寸.計(jì)算結(jié)果說(shuō)明,該八邊形(10)邊的長(zhǎng)度為0.32cm,(11)邊的長(zhǎng)度為0.59cm,如圖(b)所示.根據(jù)這樣的八邊形計(jì)算得到的總外表自由能為G=40.322.510-5+40.592.256=8.5110-5J.這樣的八邊形的外表自由能低于正八邊形外表自由能(8.74M0-5J),是該晶體以(10)和(11)晶面組成外表的最穩(wěn)定的平衡形狀.11.比照分析固體外表物理吸附和化學(xué)吸附的主要特點(diǎn).物理吸附：(1)固體外表的分子或原子具有不均勻力場(chǎng),當(dāng)氣體分子(原子)接近固體外表時(shí),將受到固體外表分子(原子

10、)的吸引力,在固體外表形成富集.這種現(xiàn)象為物理吸附.(2)如果被吸附物質(zhì)深入到固體體相內(nèi)部,那么稱為吸收.(3)物理吸附的作用力是范德華力,可以看作是氣體冷凝形成的液膜,因此物理吸附熱的數(shù)值與液化熱相似.(4)由于范德華力存在于任何分子之間,因此物理吸附?jīng)]有選擇性.(5)物理吸附速度一般較快.(6)物理吸附往往容易脫附,是可逆的.化學(xué)吸附：(1)通過(guò)電子轉(zhuǎn)移或電子對(duì)共用形成化學(xué)鍵或生成外表配位化合物等方式產(chǎn)生的吸附為化學(xué)吸附.(2)化學(xué)吸附的作用力是化學(xué)鍵力,吸附力較大,吸附熱與化學(xué)反響熱相似.(3)只有固-液體系滿足化學(xué)反響的熱力學(xué)條件時(shí),化學(xué)吸附才能發(fā)生,因此化學(xué)吸附有選擇性.(4)化學(xué)吸

11、附需要一定的活化能,所以吸附速度較慢.(5)化學(xué)吸附一般不發(fā)生脫附,所以是不可逆的.吸附性質(zhì)物理吸附化學(xué)吸附吸附力范德華力化學(xué)鍵力吸附熱小,近于液化熱大,近于反響熱選擇性無(wú)有吸附速度快,不需活化能慢,需活化能可逆性可逆不可逆12 .固體外表吸附Langmuri等溫式的根本假設(shè)、推導(dǎo)過(guò)程和物理含義.根本假設(shè)：(1)固體外表是均勻的,外表各個(gè)位置發(fā)生吸附時(shí)吸附熱都相等.(2)固體外表存在一定的活化位置,每個(gè)活化位置只能吸附一個(gè)分子(原子).(3)吸附只發(fā)生在固體的空白外表上,并且是單分子層吸附.(4)被吸附分子(原子)間沒(méi)有相互作用力.(5)當(dāng)吸附在固體外表的分子(原子)熱運(yùn)動(dòng)足夠大時(shí),又可發(fā)生脫

12、附.(6)吸附速率和脫附速率相等時(shí),到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡假設(shè)固體外表有S個(gè)吸附位,其中已被吸附了Si個(gè),還有So個(gè)未被吸附,那么：固體外表已被吸附的面積分?jǐn)?shù)為：0=S/S固體外表未被吸附的面積分?jǐn)?shù)為：1-.=S/s氣體的吸附速率Vi與氣體的壓力p和未被吸附面積分?jǐn)?shù)(1-0成正比：Vi=k1p(1-0)已吸附分子(原子)的脫附速率V2與已被吸附面積分?jǐn)?shù)(.成正比：V2=k20式中央和k2為比例常數(shù),在恒溫下吸附與脫附到達(dá)平衡時(shí),有：Vi=V2即：kip(i-°)=k0,0=k)/(k2+kip)令：吸W寸系數(shù)b=ki/k2,那么：0=bp/(1+bp)Langmuri等溫式描述了固體外表已被吸

13、附的面積分?jǐn)?shù)(0)與氣體平衡壓力(p)之間的關(guān)系.13 .固體外表吸附質(zhì)超點(diǎn)陣的概念及表示方法對(duì)有吸附粒子的金屬外表進(jìn)行的電子衍射結(jié)果說(shuō)明,除了競(jìng)速外表原子的衍射斑點(diǎn)外,還出現(xiàn)了吸附粒子所造成的衍射斑點(diǎn),說(shuō)明被吸附粒子在金屬外表形成了規(guī)律排列的二維點(diǎn)陣.這種由被吸附粒子在金屬外表形成的二維點(diǎn)陣稱為超點(diǎn)陣.可用Wood標(biāo)注法說(shuō)明超點(diǎn)陣與金屬外表點(diǎn)陣之間的關(guān)系.如果金屬外表點(diǎn)陣的基矢為ai和a2,超點(diǎn)陣的基矢為asi和aS2,那么超點(diǎn)陣單元基矢的標(biāo)注為(aSi/aiXaS2/a2).留靠-?格注法的一般知律超點(diǎn)陣表示方法：圖中給出的四種超點(diǎn)陣標(biāo)注分別為：(iXI).(2>2)、C(2X2)和

14、(3M).其中C表示在超點(diǎn)陣單元中央多出一個(gè)吸附原子.一個(gè)超點(diǎn)陣圖樣的Wood完整標(biāo)注還應(yīng)包括吸附劑和吸附質(zhì)的種類和外表覆蓋率.例如:Ni(iii)-C(2a)-O(i/4)表示氧在金屬饃的(iii)外表吸附時(shí),當(dāng)外表覆蓋率到達(dá).=i/4時(shí),得到的超點(diǎn)陣圖樣為0(2X2)o14 .討論液體在固體外表的潤(rùn)濕與鋪展現(xiàn)象.(看書(shū)和PPT)(i)潤(rùn)濕現(xiàn)象及潤(rùn)濕角液體在固體外表上鋪展的現(xiàn)象,稱為潤(rùn)濕.能被水潤(rùn)濕的物質(zhì)叫親水物質(zhì),如玻璃,石英.不能被水潤(rùn)濕的物質(zhì)叫疏水物質(zhì),如石蠟,石墨.潤(rùn)濕與不潤(rùn)濕不是截然分開(kāi)的,可用潤(rùn)濕角進(jìn)行定量描述.潤(rùn)濕角定義：當(dāng)固液氣三相接觸到達(dá)平衡時(shí),從三相接觸的公共點(diǎn)沿液一氣界

15、面作切線,切線與固-液界面的夾角為潤(rùn)濕角.潤(rùn)濕角大小與潤(rùn)濕程度的關(guān)系：出900：潤(rùn)濕分900：不潤(rùn)濕住0°：完全潤(rùn)濕丈i80°：完全不潤(rùn)濕潤(rùn)濕角公式：s-g='-s-l+二l-gCoS-所以cose=(OS-g-Os-l)/5-g當(dāng)0g>三時(shí),CosO>0,6<90o,0s-g與J差越大,潤(rùn)濕性越好.當(dāng)<S-g<Qs-l時(shí),CQS0<0,0>90?OS-g5GS-l差越大,不潤(rùn)濕程度越大.以上方程的使用條件：CS-gOS-1y1-g,CS.g為固體的外表能2液體在固體外表的鋪展?jié)櫇褡饔每梢詮姆肿娱g作用力來(lái)分析：液體分子間相互

16、吸引力一一內(nèi)聚力,液固分子間吸引力粘附力.內(nèi)聚力>粘附力：不潤(rùn)濕內(nèi)聚力粘附力：潤(rùn)濕內(nèi)聚功Wc表征了相同液體外表間吸引強(qiáng)度；粘附功Wa表征了不同液體或固體與液體之間的吸引強(qiáng)度.一種液體滴在另一種與其不相溶的液體或固體外表上,可能發(fā)生兩種情況：第一,液滴在另一液體或固體外表不鋪展而成為凸鏡或液滴,這時(shí)說(shuō)明液滴本身內(nèi)聚功大于該液體對(duì)另一液體或固體的粘附功.第二,液滴在另一液體或固體外表鋪展開(kāi)而形成一層薄膜,這時(shí)表明液滴的本身內(nèi)聚功小于該液體對(duì)另一液體或固體的粘附功.一種液體能否在另一種與其不相溶的液體或固體說(shuō)明上鋪展,可用粘附功和內(nèi)聚功之差來(lái)表示：S=Wa-Wc=ga+oboab一2<y

17、b=:二A一二B一二ABS鋪展系數(shù)S>0時(shí),B在A外表上會(huì)自動(dòng)鋪展開(kāi),S值越大,鋪展越容易S<0時(shí),B在A外表上不鋪展,負(fù)值越大,鋪展越難S>0是鋪展的根本條件,這時(shí)OA-OB-OAB>0對(duì)液相在固相外表的鋪展：OA=QS-gOB=6-gQab=®-s,所以皿也一5-s仃1-g>0,所以O(shè)S-g5-s>3-g.這時(shí)潤(rùn)濕角方法已經(jīng)不能再適用.鋪展是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)15.分析晶界結(jié)構(gòu)模型.多晶體中各晶粒之間的交界一一晶界.多晶體的性能與晶內(nèi)晶體結(jié)構(gòu)有關(guān),也與晶界結(jié)構(gòu)有關(guān).目前對(duì)大角晶界提出的晶界結(jié)構(gòu)模型有：1晶界是由非晶體粘合物構(gòu)成2島狀模型：小島內(nèi)原子

18、排列整潔3晶界點(diǎn)缺陷模型：晶界有大量空位間隙原子4晶界結(jié)構(gòu)位錯(cuò)模型5重合位置點(diǎn)陣多晶體晶界一般為大角晶界.大角晶界的結(jié)構(gòu)模型很多,其中重合位置點(diǎn)陣晶界Coincident-SiteLattice,CSL模型比擬成熟.相鄰兩晶粒旋轉(zhuǎn)時(shí),到某一角度,兩晶體中的某些原子位置對(duì)稱重合,這種點(diǎn)陣為重合位置點(diǎn)陣.此時(shí),晶界上的某些原子為兩晶粒共有,類似于攣晶,晶界上由排列紊亂局部和無(wú)規(guī)那么局部組成.為了定量表示重合位置點(diǎn)陣的數(shù)值,用“匯表示重合點(diǎn)陣占晶體點(diǎn)陣的多少一一重合數(shù).E=CSL單胞體積/晶體點(diǎn)陣單胞體積重合位置點(diǎn)陣表示：晶面指數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度、重合數(shù).16.晶界原子偏聚的產(chǎn)生原因和影響因素.a偏聚現(xiàn)象

19、：晶界上溶質(zhì)元素濃度高于晶內(nèi)10-1000倍b偏聚動(dòng)力：晶界處結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能量高,溶質(zhì)元素在晶內(nèi)產(chǎn)生畸變能.溶質(zhì)從晶內(nèi)向晶界附近偏聚,使系統(tǒng)能量降低.c正吸附與反吸附：正吸附：使晶界外表張力降低的溶質(zhì)原子向晶界偏聚,如鋼中C,P.反吸附：使晶界外表張力增加的溶質(zhì)原子遠(yuǎn)離晶界,如鋼中Alod偏聚與偏析：偏聚：固態(tài)擴(kuò)散造成為平衡態(tài)一一平衡偏聚偏析：液態(tài)凝固時(shí)形成,為非平衡態(tài)e影響因素：晶界能；雜質(zhì)原子與基體原子尺寸差；濃度；第三種元素一一共同偏聚；晶界結(jié)構(gòu).f作用不利影響：Ca在A12O3晶界偏聚：Kic下降;Ca在Si3N4晶界偏聚：.下降;P在Fe晶界偏聚：Kic下降;O在Fe晶界偏聚：Tc上升

20、有利影響：C在Mo晶界偏聚：塑性增加；P在2.25Cr-Mo晶界偏聚：抗拉強(qiáng)度增加;F在MgO晶界偏聚：熔點(diǎn)下降,熱壓燒結(jié)性能增加17.討論晶界位向角與晶界能的關(guān)系.晶界的能量為單位面積自由能,包含外表張力和成分偏聚的影響.dF=dA八內(nèi)：idA式中：Hi元素化學(xué),ri-H元素界面與內(nèi)部濃度差從圖2-17可以看出,在小角晶界范圍內(nèi),晶界能E隨晶界位向角0的增加而迅速增大.大角晶界界面能與位向角根本無(wú)關(guān),但在共格攣晶t和重合位置點(diǎn)陣a和b出現(xiàn)時(shí),晶界能有一個(gè)明顯的下降.18 .固一固界面能和界面應(yīng)變能的產(chǎn)生原因、大小分析及對(duì)界面形狀的影響.界面能：兩相外表能產(chǎn)生界面能.對(duì)于確定兩相界面組成的界面

21、,總界面能的大小主要取決于界面面積.因此相界面應(yīng)該為球狀.界面應(yīng)變能：兩相共格界面處,由于界面原子同時(shí)受到兩相的制約,原子所處的位置要偏離其平衡位置,產(chǎn)生額外應(yīng)變能.非共格界面沒(méi)有這樣的應(yīng)變能.固態(tài)相變時(shí),因新相和母相的比容不同,新相形成時(shí)的體積變化將受到周圍母相的約束而產(chǎn)生應(yīng)變能.當(dāng)只考慮界面應(yīng)變能時(shí),新相為盤狀時(shí)界面能量最低,球狀是界面能量最高.母相中形成新相時(shí),新相的形狀取決于界面能和界面應(yīng)變能的比照.19 .金屬外表熱滲鍍的特點(diǎn)與分類.特點(diǎn)：1靠熱擴(kuò)散形成外表強(qiáng)化層,結(jié)合力很強(qiáng)2熱滲鍍材料的選擇范圍很寬分類：1固溶法：粉末包滲法、流化床法.粉末包滲法：把工件埋入裝有滲層金屬粉末的容器里

22、,進(jìn)行加熱擴(kuò)散.為預(yù)防粉末燒結(jié)使工件外表難于清理,在粉末中要參加防粘結(jié)粉末如A2O3.為加速滲入過(guò)程,在粉末中參加活化劑助滲劑,通過(guò)化學(xué)反響使?jié)B層金屬變成活性金屬原子.2液滲法：熱浸法,融溶法,鹽溶法熱滲法：將工件直接浸入某一液態(tài)金屬中,形成合金鍍層,繼續(xù)加熱使鍍層擴(kuò)散形成合金層.例如：鋼熱浸鋁.(3)氣滲法：加熱工件到滲劑原子在基體中能顯著擴(kuò)散的溫度,通入含有滲劑金屬鹵化物(MCl2)的氫氣,在工件外表發(fā)生如下反響：MCl2+A-ACl2+M(A為基體金屬)MCI2+H2-2HCl+M反響生成的活性金屬原子M滲入工件外表.(4)離子轟擊滲鍍法：通過(guò)在低真空下氣體輝光放電使?jié)B劑金屬變成等離子態(tài)

23、.離子活性比原子高,再加上電場(chǎng)的作用,所以此方法滲速高,質(zhì)量好.(5)復(fù)合滲：利用各種方法,將工件外表形一固相涂層,然后加熱擴(kuò)散.鍍層工藝和加熱工藝多種多樣.如.金屬外表熱滲鍍的滲鍍?cè)嘏c基底元素有限固溶并有中間化合物形成的滲層組織分析.攫留履察國(guó)金屬放在B元素的粉末中接觸加熱(b)A8合金系相圖MB在A外表層中的濃度分布3)灌層組織該圖表示在二元系中滲劑金屬B向基體金屬A滲入的過(guò)程及形成滲層的平衡組織特點(diǎn).當(dāng)將金屬A放在B的粉末中,在溫度T進(jìn)行滲鍍時(shí),B那么溶入A中形成a固溶體此時(shí)B在A中的濃度分布如圖14(c)曲線1所示.隨后B原子不斷溶入和擴(kuò)散,使外表的濃度逐漸增加,滲層厚度也增加,當(dāng)B

24、在A中的濃度到達(dá)該溫度下的飽和平衡濃度時(shí)Ca時(shí),那么b的濃度分布如圖14(c)曲線2所示,這時(shí),由于濃度起伏,在a固溶體的外外表層中可能出現(xiàn)濃度為Ci極小的高濃度區(qū).當(dāng)B原子由外圍滲劑進(jìn)一步滲入時(shí),就可能生成AnBm化合物新相,其濃度處于Ci極小和Ci極大之間.隨著滲鍍過(guò)程的繼續(xù)進(jìn)行,滲層最外層濃度達(dá)到Ci極大,如圖14(c)曲線3所示.同樣,在此層內(nèi)又可能出現(xiàn)到達(dá)ce的濃度起伏,并從中形成新相3,滲鍍結(jié)束時(shí)的B原子濃度分布如圖14(c)曲線4所示,滲層的組織由表及里依次為3->AnBm>>A,如圖14(d)所示.21.金屬外表熱噴涂的技術(shù)特點(diǎn).1取材廣泛2可用于各種基體3基

25、體保持較低溫度4工效高,比電鍍快5工件大小不受限制,可進(jìn)行局部噴涂,工件或整體均可6涂層厚度易限制7滿足各種性能需要：耐磨、耐蝕、高溫氧化、隔熱、高溫強(qiáng)度、密封、減磨潤(rùn)滑耐輻射、導(dǎo)電、絕緣等.22.激光外表改性的特點(diǎn).由于加熱速度極快,基體溫度不受影響加熱層深幾個(gè)wm,這樣薄層熔化需要能量幾個(gè)J/cm2,三束能量很高,可以在外表產(chǎn)生106108K/cm的穩(wěn)定梯度,說(shuō)明迅速熔化,此溫度梯度又使熔化局部以10“1011K/S速度冷卻,S-L界面推移速度為每秒幾米.激光外表改性可提升外表抗蝕性和耐磨性,還可用于半導(dǎo)體技術(shù)和催化劑技術(shù). 激光外表改性包括：改變外表成分：合金化、熔覆；改變外表結(jié)構(gòu)：外表

26、相變硬化. 外表形成亞穩(wěn)組織,產(chǎn)生特種性能.23 .激光外表涂覆層的組織特點(diǎn).與激光熔凝相似,只是熔化對(duì)象不同.激光涂覆的組織特點(diǎn)為：1晶粒細(xì)小快冷所致.2稀釋度很低時(shí),界面出元素不擴(kuò)散.稀釋度較大時(shí),涂層一側(cè)發(fā)生液態(tài)擴(kuò)散,擴(kuò)散距離較大；基體一側(cè),固態(tài)擴(kuò)散,擴(kuò)散距離很小.3由于涂層凝固收縮受到基體阻礙,冷卻后得到的涂層內(nèi)有剩余應(yīng)力.另外,涂層與基體熱膨脹系數(shù)不同,產(chǎn)生裂紋.解決方法：預(yù)熱基體,涂覆后熱處理.4氣孔：高溫液相吸收空氣中氣體,凝固冷卻后過(guò)飽和析出,凝固收縮形成氣孔.這種氣孔細(xì)小,可用保護(hù)氣氛進(jìn)行預(yù)防.基體與涂層界面大氣孔和搭接涂層過(guò)程產(chǎn)生的大氣孔,可以通過(guò)限制涂覆參數(shù)和搭接度解決.

27、24 .制備納米晶材料時(shí)要注意哪些問(wèn)題.1限制經(jīng)歷尺寸并保證其均勻性：要求制備過(guò)程中,獲得的原子團(tuán)簇尺寸要小,且尺寸分布區(qū)間窄,并盡量限制原子團(tuán)簇之間的合并長(zhǎng)大.對(duì)金屬來(lái)說(shuō),采用低的先驅(qū)體材料汽化速率低蒸發(fā)速率,惰性氣體壓力要低,采用輕的惰性氣體,這有利于獲得較小的原子團(tuán)簇,加快氣體對(duì)流速度,也可到達(dá)相同效果.2保持界面清潔：原子團(tuán)簇經(jīng)收集后,應(yīng)在超真空條件下,進(jìn)行低壓和高壓收縮,這可以保證原子團(tuán)簇外表及后續(xù)形成的界面最大程度的清潔,使納米材料的氣體殘留量降到最低.3降低孔隙率：盡管納米材料的孔隙率相對(duì)較低,粉末成團(tuán)導(dǎo)致類似氣孔缺陷,但孔的形成可能是原子團(tuán)簇聚集形成的孔狀缺陷,在不明顯增大晶粒

28、尺寸的情況下,適當(dāng)提升壓縮條件下的溫度和壓力,可預(yù)防缺陷.4提升穩(wěn)定性：納米晶材料的晶粒長(zhǎng)大行為與擴(kuò)散有關(guān),其長(zhǎng)大速率與普通材料相比較慢,穩(wěn)定性搞,關(guān)鍵在于預(yù)防晶界污染,保證晶粒尺寸小而均勻,通過(guò)合理的摻雜和生長(zhǎng)化合物,提升材料的穩(wěn)定性.5注重多元納米材料、納米復(fù)合材料的研究：不同類型、尺寸、形態(tài)的納米相可經(jīng)過(guò)反響,包覆和混合來(lái)合成具有納米尺度、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的多元材料,對(duì)納米復(fù)合材料的研究,目前集中在單相金屬和陶瓷.25 .金屬基復(fù)合材料界面的分類和結(jié)合機(jī)制.根據(jù)增強(qiáng)材料與基體的相互作用情況,金屬基復(fù)合材料的界面可以歸納為三種類型.第一類界面的特征為金屬基體和增強(qiáng)體之間既不反響也不互相溶解,界面

29、相比照擬平整.第二類界面的特征為金屬基體和增強(qiáng)體之間彼此不發(fā)生界面化學(xué)反響,但浸潤(rùn)性好,能發(fā)生界面相互溶解擴(kuò)散,基體中的合金元素和雜質(zhì)可能在界面上富集或貧化,形成犬牙交錯(cuò)的溶解擴(kuò)散界面.第三類界面的特征為金屬基體和增強(qiáng)體之間彼此發(fā)生界面化學(xué)反響,生成新的化合物,形成界面層.取決于復(fù)合工藝條件、加工和使用條件,實(shí)際復(fù)合材料中的界面可能不是單一的類型,而是以上三種類型的組合.此外,各類界面間并沒(méi)有嚴(yán)格的界限,在不同條件下同樣組成的物質(zhì),或在相同條件下不同組成的物質(zhì)可以構(gòu)成不同類型的界面.回一自二類型三金屬基體和增強(qiáng)體既不反響金屬基體和增強(qiáng)體不反響但金屬基體和增強(qiáng)體之間發(fā)生也小互相溶解互相溶解反響生

30、成界囿反響物Cu-WCu-Cr合金-WCu-Ti合金-WCu-Al2O3Nb-WTi-Al2O3Ag-Al2O3Ni-CTi-BAl-B表向涂BNNi-WTi-SiCAl-不銹鋼Al-SiO2Al-BAl-C(在一定溫度卜-)Al-SiCMg-Al18B4O33W界面的結(jié)合力有三類：機(jī)械結(jié)合力,物理結(jié)合力和化學(xué)結(jié)合力.機(jī)械結(jié)合力就是摩擦力,它決定于增強(qiáng)體的比外表、粗糙度以及基體的收縮.比外表和粗糙度越大,基體收縮越大、摩擦力也越大.物理結(jié)合力包括范德華力和氫鍵.化學(xué)結(jié)合力就是化學(xué)鍵,它在金屬基復(fù)合材料中有重要作用.根據(jù)上面的三種結(jié)合力,金屬基復(fù)合材料中的界面結(jié)合根本可分為四類,即：機(jī)械結(jié)合；共

31、格和半共格原子結(jié)合；擴(kuò)散結(jié)合；化學(xué)結(jié)合.(1)機(jī)械結(jié)合基體與增強(qiáng)體之間純粹靠機(jī)械結(jié)合力連接的結(jié)合形式稱為機(jī)械結(jié)合.它主要依靠增強(qiáng)材料粗糙外表的機(jī)械錨固力和基體的收縮應(yīng)力來(lái)包緊增強(qiáng)材料產(chǎn)生摩擦力而結(jié)合.結(jié)合強(qiáng)度的大小與纖維外表的粗糙程度有很大關(guān)系,界面越粗糙,機(jī)械結(jié)合越強(qiáng).事實(shí)上由于材料中總有范德華力存在,純粹的機(jī)械結(jié)合很難實(shí)現(xiàn).機(jī)械結(jié)合存在于所有復(fù)合材料中.既無(wú)溶解又不互相反響的第一類界面屬這種結(jié)合.(2)共格和半共格原子結(jié)合共格和半共格原子結(jié)合是指增強(qiáng)體與基體以共格和半共格方式直接原子結(jié)合,界面平直,無(wú)界面反響產(chǎn)物和析出物存在.金屬基復(fù)合材料中以這種方式結(jié)合的界面較少.(3)擴(kuò)散結(jié)合擴(kuò)散結(jié)合

32、是基體與增強(qiáng)體之間發(fā)生潤(rùn)濕,并伴隨一定程度的相互溶解(也可能基體和增強(qiáng)物之一溶解于另一種中)而產(chǎn)生的一種結(jié)合.一般增強(qiáng)材料與基體具有一定潤(rùn)濕性,在浸潤(rùn)后產(chǎn)生局部的互溶才有一定結(jié)合力.如果互相溶解嚴(yán)重,以至于損傷了增強(qiáng)材料,那么會(huì)改變?cè)鰪?qiáng)材抖的結(jié)構(gòu),削弱增強(qiáng)材料的性能,從而降低復(fù)合材料的性能.(4)化學(xué)結(jié)合它是基體與增強(qiáng)體之間發(fā)生化學(xué)反響,在界面上形成化合物而產(chǎn)生的一種結(jié)合形式,由反響產(chǎn)生的化學(xué)鍵合提供結(jié)合力,它在金屬基復(fù)合材料中占有重要地位,第三類界面屬這種結(jié)合形式.對(duì)于制備高性能金屬基復(fù)合材料、限制界面反響程度到形成適宜的界面結(jié)合強(qiáng)度極為重要.即使界面反響末造成增強(qiáng)體的損傷和形成明顯的界面脆

33、性相、只造成強(qiáng)界面結(jié)合也是十分有害的,這對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料尤為重要.一般情況下,金屬基復(fù)合材料是以界面的化學(xué)結(jié)合為主、有時(shí)也有兩種或兩種以上界面結(jié)合方式并存的現(xiàn)象.26 .纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料界面剩余應(yīng)力的計(jì)算.對(duì)于一個(gè)給定的金屬基復(fù)合材料體系,由于外部溫度變化產(chǎn)生界面熱錯(cuò)配應(yīng)力的大小可以進(jìn)行理論計(jì)算.以長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料為例.假設(shè)復(fù)合材料中界面結(jié)合強(qiáng)度足夠高,以至在界面熱錯(cuò)配應(yīng)力作用下不發(fā)生滑動(dòng)和開(kāi)裂.圖5-5(a)為在T1溫度下復(fù)合材料處于原始狀態(tài)(熱錯(cuò)配應(yīng)力為零)的示意圖.當(dāng)該復(fù)合材料被加熱到T2溫度時(shí),如果纖維與基體間無(wú)相互約束,那么纖維與基體將發(fā)生自由膨脹,結(jié)果如圖5-5

34、(b)所示.但實(shí)際上復(fù)合材料中纖維與基體之間是相互約束的,并且我們前面已經(jīng)假設(shè)界面不發(fā)生滑動(dòng)和開(kāi)裂,所以界面約束的作用結(jié)果是纖維受基體的拉伸作用而比自由膨脹時(shí)的膨脹量有所增加；而基體受纖維的壓縮應(yīng)力作用而比自由膨脹時(shí)的膨脹量有所減小,結(jié)果如圖5-5(c)所示.(c)Ti溫度,界面約束(a)Ti溫度(b)T2溫度,界面自由由圖1可以很顯然得到以下計(jì)算公式:其中:淅、dm=(T2-T1)如ldf=(T2-T1)“fldc=(T2-Ti)ocl得和光分別為基體、纖維和復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù).從上面(5.(7)(5.(8)(5.(9)3個(gè)公式可以得到基體、纖維和復(fù)合材料的自由膨脹應(yīng)變而、f和亳分別為:(

35、5.10)(5.11)(5.12)切=(T2-T1)沏f=(T2-T1)of&=(T2-T1)0fc比照?qǐng)D5-5(b)和(c)可以得到,復(fù)合材料中界面熱錯(cuò)配應(yīng)力的產(chǎn)生是由于在界面約束條件下基體少膨脹和纖維多膨脹引發(fā)的彈性應(yīng)變對(duì)應(yīng)的應(yīng)力,其值應(yīng)該為：3=(sc-f)Ef=(叼-c)Em(5.13)其中：q為界面熱錯(cuò)配應(yīng)力,Ef和Em分別為纖維和基體的彈性模量.將公式(5.10),(5.11)和(5.12)帶入(5.13),那么得到復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)出的計(jì)算公式：«c=(omEm+atEf)/(Em+Ef)(5.14)而將公式(5.14)帶入公式(5.13),便可得到金屬基復(fù)合材

36、料中的界面熱錯(cuò)配應(yīng)力為：oi=(T2-T1)(cm-Of)EmEf/(Em+Ef)(5.15)從公式(5.15)可以看出,金屬基復(fù)合材料中的界面熱錯(cuò)配應(yīng)力隨基體與增強(qiáng)體熱膨脹系數(shù)差和溫差的增加而提升.公式(5.15)對(duì)于金屬基復(fù)合材料體系設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用具有重要的理論意義與實(shí)際價(jià)值27.金屬基復(fù)合材料纖維臨界長(zhǎng)徑比的計(jì)算.對(duì)于一個(gè)給定的短纖維增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料體系,短纖維假設(shè)能在復(fù)合材料斷裂時(shí)發(fā)生破斷,其長(zhǎng)徑比需要大于某一個(gè)臨界值.也就是說(shuō),長(zhǎng)徑比低于該臨界值的短纖維在復(fù)合材料斷裂時(shí)不可能發(fā)生破斷,而只有那些長(zhǎng)徑比大于該臨界值的短纖維在復(fù)合材料斷裂是才有可能發(fā)生破斷.我們稱該臨界值為短纖維增強(qiáng)金屬?gòu)?fù)合材料增強(qiáng)相的臨界長(zhǎng)徑比,一般用入表不.從臨界長(zhǎng)徑比的定義和物理意義可以得到計(jì)算短纖維增強(qiáng)金屬?gòu)?fù)合材料增強(qiáng)相的臨界長(zhǎng)徑比計(jì)算方法.假設(shè)在短纖維增強(qiáng)金屬?gòu)?fù)合材料中有一根長(zhǎng)度為I,直徑為d的圓柱狀短纖維,如圖5-16所示.在平行于纖維軸向的外載荷P的作用下,該短纖維通過(guò)界面載荷傳遞最有可能斷裂的部位是其軸向的中間部位.假設(shè)該復(fù)合材料纖維與基體界面結(jié)合強(qiáng)度足夠高,那么單位界面面積能夠傳遞給纖維的最大載荷就取決于基體的剪切屈服強(qiáng)度.如果用表示基體的剪切屈服強(qiáng)度,那么兩