现代表面工程技术-主要内容

1． 使用表面技术的目的？

（1）提高材料抵御环境作用能力。

（2）赋予材料表面某种功能特性。包括光、电、磁、热、声、吸附、分离等等各种物理和化学性能。

（3） 实施特定的表面加工来制造构件、零部件和元器件。

2 按学科特点将表面技术大致划分为三个方面

1）表面合金化：包括喷焊、堆焊、离子注入、激光溶敷、热渗镀等。

2）表面覆层与覆膜技术：包括热喷涂、电镀、化学转化处理、化学镀、气相沉积、涂装、堆焊、金属染色、热浸镀等。

3）表面组织转化技术：包括激光、电子束热处理技术以及喷丸、辊压等表面加工硬化技术。

3.表面技术:表面技术主要通过表面涂覆和表面改性技术来提高材料抵御环境作用能力和赋予材料表面某种功能特性。

表面涂覆：主要采用各种涂层技术。

表面改性技术：用机械、物理、化学等方法，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。

4．表面粗糙度常采用如下方法表示，请用线段连接相应的采示符号。

轮廓算术平均偏差： Ra

微观不平度+点高度Rz

轮廓最大高度Ry

5电镀的基本原理及其分类？

电镀是指在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。电解液主要是水溶液，也有有机溶液和熔融盐。从水溶液和有机溶液中电镀称为湿法电镀，从熔融盐中电镀称为熔融盐电镀。

6．电沉积的基本条件

金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则上，只要电极电位足够负，任何金属离子都可能在阴极上还原，实现电沉积。但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其它离子，使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉积过程。所以金属离子在水溶液中能否还原，不仅决定于其本身的电化学性质，还决定于金属的还原电位与氢还原电位的相对大小。若金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电极上大量析氢，金属沉积极少。

7．合金共沉积的条件？

两种金属离子共沉积除需具备单金属沉积的基本条件外，还应具备以下两个基本条件：①两种金属中至少有一种金属能从其盐的水溶液中沉积出来。有些金属如W，Mo等不能从其盐的水溶液中沉积出来，但它可以借助诱导沉积与铁族金属共沉积。②共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接近。如果相差太大，电位较正的金属优先沉积，甚至完全排斥电位较负的金属析出。

8．何谓复合镀？制备复合镀层的基本条件？

复合镀是将固体微粒子加入镀液中与金属或合金共沉积，形成一种金属基的表面复合材料的过程。镀层中，固体微粒均匀弥散地分布在基体中，故又称为分散镀或弥散镀。①粒子在镀液中是充分稳定。②粒子在镀液中要完全润湿，形成分散均匀的悬浮液。③镀液的性质要有利于固体粒子带正电荷，即利于粒子吸附阳离子表面活性剂及金属离子。④粒子的粒度要适当。⑤要有适当的搅拌，保持微粒均匀悬浮。

10．电刷镀 电刷镀是电镀的一种特殊方式，不用镀槽，只需在不断供应电解液的条件下，用一支镀笔在工件表面上进行擦拭，从而获得电镀层。所以，刷镀又称无槽镀或涂镀。

11．电刷镀的特点： 镀层结合强度高，在钛、铝、铜、铬、高合金钢和石墨上也具有很好

的结合强度。（2）设备简单、工艺灵活、操作方便，可以在现场作业。（3）可以进行槽镀困难或实现不了的局部电镀。例如对某些重量重、体积大的零件实行局部电镀。（4）生产效率高。刷镀的速度是一般槽镀的10～15倍；辅助时间少；且可节约能源，是糟镀耗电量的几十分之一。（5）操作安全，对环境污染小。刷镀的溶液不含氰化物和剧毒药品，可循环使用，耗量小，不会因大量废液排放而造成污染。

12．什么叫化学镀，化学镀的三种沉积方式？

化学镀（自催化镀、无电解镀）：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。（1）通过电荷交换进行沉积。（2） 接触沉积。（3）还原沉积。

13．与电镀相比，化学镀有何特点？

① 镀覆过程不需外电源驱动；② 均镀能力好，形状复杂，有内孔、内腔的镀件均可获得均匀的镀层；③ 孔隙率低；④ 镀液通过维护、调整可反复使用，但使用周期是有限的；⑤ 可在金属、非金属以及有机物上沉积镀层。

14．什么叫化学转化膜？常见的化学转化膜可分成哪三类？转化膜的基本用途？ 通过化学或电化学手段，在金属表面形成的稳定的化合物膜层。

（l）氧化物膜：是金属在含有氧化剂的溶液中形成的膜，其成膜过程叫氧化。（2）磷酸盐膜：是金属在磷酸盐溶液中形成的膜，其成膜过程称磷化。（3）铬酸盐膜：是金属在含有铬酸或铬酸盐的溶液中形成的膜，其成膜过程在我国习惯上称钝化。

①防锈；②耐磨；③涂装底层；④塑性加工；⑤绝缘等功能性膜。

15．转化膜形成的二种基本方式：

非成膜型处理剂处理方式，成膜型处理剂处理方式。

16．热喷涂技术按照加热喷涂材料的热源种类分为哪几类？其中喷涂速度最高、喷涂温度最高是哪一种？

火焰喷涂、电弧喷涂、高频喷涂、等离子弧喷涂（超音速喷涂）、爆炸喷涂、激光喷涂和重熔、电子束喷涂。

其中喷涂速度最高超音速喷涂，喷涂温度最高是等离子弧喷涂。

17．热喷涂特点并予以说明。

（l）适用范围广；

涂层材料可以是金属和非金属（如聚乙烯、尼龙等塑料，氧化物、氮化硅、氨化硼等陶瓷）以及复合材料。被喷涂工件也可以是金属和非金属（如木材）。用复合粉末喷成的复合涂层可以把金属和塑料或陶瓷结合起来，获得良好的综合性能。其他方法难以达到。

（2）工艺灵活；

施工对象小到10mm内孔，大到铁塔、桥梁等大型结构。喷涂既可在整体表面上进行，也可在指定区域内涂敷，既可在真空或控制气氛中喷涂活性材料，也可在野外现场作业。

（3）喷涂层的厚度可调范围大；

涂层厚度可从几十微米到几毫米，表面光滑，加工量少。用特细粉末喷涂时，不加研磨即可使用。

（4）工件受热程度可以控制；

除喷熔外，热喷涂是一种冷工艺，各种喷涂工艺，工件受热程度均不超过250℃，工件不会发生畸变，不改变工件的金相组织。 （5）生产率高大多数工艺方法的生产率可达到每小时喷涂数千克喷涂材料。

18．热喷涂预处理工序？

1．基体表面的清洗、脱脂；2．基体表面氧化膜的处理 ；3．基体表面的粗化处理；4．基体表面的预热处理；5．非喷涂表面的保护

19．表面形变强化的基本原理？通过机械手段（滚压、内挤压和喷丸等）在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变硬化层，此形变硬化层的深度可达0.5mm～1.5mm。有效地提高了金属表面强度、耐应力腐蚀性能和疲劳强度。

20．喷丸强度的试验方法？

采用挂片法确定喷丸强度，当试片弧高度f达到饱和值，试片表面达到全覆盖率时，以此弧高度f定义为喷丸强度。喷丸强度的表示方法是0.25C或fc= 0.25，字母或脚码代表试片种类，数字表示弧高度值（单位为mm）。

21. 表面形变强化的主要方法

1． 滚压; 2．内挤压;3．喷丸

22. 表面热处理的含义是什么？包括哪些工艺？

表面热处理是指：仅对零部件表层加热、冷却，从而改变表层组织和性能而不改变成分的一种工艺，是最基本、应用最广泛的材料表面改性技术之一。 即通过表面层的相变达到强化工件表面的目的。

感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、浴炉加热表面淬火、电解液加热表面淬火、高密度能量的表面淬火及表面保护热处理等。

23．根据渗入元素的介质所处状态不同，化学热处理可分为哪几类？

（1） 固体法：包括粉末填充法、膏剂涂覆法、电热旋流法、覆盖层（电镀层、喷镀层等）

扩散法等。

（2） 液体法：包括盐浴法、电解盐浴法、水溶液电解法等。气体法：包括固体气体法、

间接气体法、流动粒子炉法等等离子法：

24．一般化学热处理的基本过程及其控制步骤？

①介质中发生化学反应，以提供界面反应所需要的反应物；②反应物通过扩散输运至金属表面，此称为外扩散；③反应物中的某些粒子被金属表面吸附，并发生界面反应；④界面反应产生的活性原子为金属表面层吸收并向纵深迁移，达到一定的深度，此称内扩散。③、④是控制步骤。

25． 渗层的形成条件

1）渗入元素必须能与基体金属形成固溶体或金属间化合物；2）渗入元素与基体金属必须保持紧密的接触，或者说渗入元素可以在界面被吸附；3）必须保持一定的温度，即使原子获得足够的扩散动力；4）生成活性原子的化学反应必须满足一定的热力学条件。

26． TRD渗镀层的性能特点, TRD法的优点？

1） 硬度高；TD法所得镀层几乎全由纯碳化物组成，碳化物层的成分不受基体金属的影响，

不存在Fe，O，P，S等成分。TD法所得镀层硬度大大高于淬火、镀铬或氮化的硬度；2）耐磨性好；耐磨性显然比氮化、渗硼、镀铬、放电硬化等其它表面处理优越而与硬质合金的耐磨性相同或更好，与用CVD和PVD法镀覆的TiC层耐磨性相同。3）具有良好的抗热粘结性；4）抗剥离性和5）抗氧化及耐蚀性好； 6）韧脆性好； 软氮化或渗碳处理会使材料的韧性降低，而TD处理的材料进行艾氏冲击试验或缺口三点弯曲试验，发现其韧性与淬火回火钢大体处于同一水平。

2） ①设备简单，价格便宜；②操作简便；③工件冷却方法任意选择；④镀层成分、性能不

受处理温度的影响；⑤易于作局部镀覆；③可作重复处理，便于返修。

27． 在渗硼层组织中一般会出现FeB与Fe2B，但人们希望得到单相的什么相？一般希望得到单相的Fe2B；

28． 在气体渗碳、气体碳氮共渗和气体渗氮三种工艺中哪一种工艺温度最高，哪一种温度最低？

渗碳工艺温度最高；渗氮工艺温度最低

29． 渗氮层的组织构成是什么？

渗氮后，工件最外层是白色ε相或γ’相，次外层是暗色γ’＋α共析体层

30．为什么工模具钢渗硼处理后还需进行淬回火处理？而渗氮处理后可直接使用。

31．金属表面化学热处理的目的

（1）提高金属表面的强度、硬度和耐磨性。2）提高材料疲劳强度。3）使金属表面具有良好的抗粘着、抗咬合的能力和降低摩擦系数，如渗硫等。4）提高金属表面的耐蚀性，如渗氮、渗铝等。

32．什么叫氧氮共渗工艺？

氧氮共渗后钢材表面形成氧化膜和氮的扩散层。氧化膜为多孔的Fe3O4，有减摩作用，抗粘着性能好。扩散层提高了表层硬度，也提高了耐磨性。因此，氧氮共渗兼有蒸汽处理和渗氮的双重性能，能明显提高刀具和某些结构件的使用寿命。

34．画出气体放电的伏安特性曲线，并予以说明。

伏安特性曲线上五个不同区域 （2%）

1）黑暗放电与雪崩放电 (OAB、BC）

2）起辉 （C）点燃电压Vs

3）正常辉光放电

4）异常辉光放电 （使用区域）

5）弧光放电区（避免区域）

35．离子渗氮机理？

在辉光放电中，具有高能量的氮、氢离子轰击作为阴极的工件，一部分离子直接为表面所吸附，渗入工件;另一部分通过阴极溅射轰击出电子及铁、氧等原子。溅射出的铁原子与附近的活性氮原子结合，形成FeN，被工件吸收。FeN受到高温作用和离子的轰击会按照FeN→Fe2N → Fe3N → Fe4N的顺序分解为低价氮化铁，同时析出原子氮。析出的原子氮会向工件内部渗入。离子的轰击还可使材料生成晶格缺陷，促进氮的扩散。

36．离子渗氮与其它渗氮方法的比较. 影响渗氮组织的工艺参数有哪些？

①渗氮速度快。②可以通过调节引入气体的成分，获得希望的渗氮层，即渗氮组织可控。③用辉光放电直接加热工件表面，无需辅助加热设备，方便、节能，又可获得均匀的加热温度。④处理温度低，热变形小。⑤因为是真空处理，表面无氧化，适于成品处理。⑥用普通方法难以渗氮的不锈钢、钛等都可进行渗氮。

影响渗氮组织的工艺参数：渗氮温度、渗氮时间、炉气成分、炉气压力

37．等离子渗碳的特点等离子渗碳与传统的气体渗碳的主要区别是

不用吸热后分解的气体，而是直接导入丙烷渗碳；一般在133—2660Pa压力下进行；主要特点是：1．不使晶界氧化。等离子渗碳工件在真空中加热，而且工作气中不含O2和H2O，所以不会发生晶界氧化。2．表面渗碳量容易控制。表面渗碳层深度、碳浓度和晶粒大小对工件和机械性能有重大影响，因此必须严格控制。采用丙烷等离子渗碳可通过气体流量和等离子体中C3H8分压的高精度控制来控制表面渗碳量。3．多次循环处理形成复合硬化层。与气体渗碳相比，等离子渗碳可以迅速更换渗碳室的反应气，因此为达到“先渗碳后氮化”或“先氮化后渗碳”的表面硬化目标，可以对连续的多循环处理进行程序控制。

38．三束表面改性加热特点？

1．三束直接加热的材料表层一般深度在几微米；2．加热表面功率密度相当大，一般为

2-9-12几个J/cm,电子束、离子束的脉冲宽度为10s，激光的脉冲宽度可短至10s;3．材料表面

68911由表及里产生极高的温度梯度，10～10K/cm，从而导致极高的冷却速度，10～10K/s.4．表

面产生大量缺陷，特别是离子束，除加热材料表面外，固体表面受到离子的轰击时，表面原子大量被溅射出来，从而产生缺陷。39．激光的特点 高方向性;（2）高亮度性;（3）高单色性

40．CO2气体激光器的特点CO2气体激光器是以CO2气体为激活媒质，发射的是中红外波段激光，波长为10.6μm。一般是连续波（简称CW），但也可以脉冲式地工作。其特点是：电-

光转换功率高，理论值可达4O％，一般为10％－20％。其他类型的激光器如红宝石的仅为2％。②单位输出功率的投资低。③能在工业环境下，长时间连续稳定工作。④易于控制，有利于自动化。

5941．激光相变硬化的特点 加热和冷却速度高；加热速度可达10～10℃/s, 对应的加热时

-3-747间为10～10s；冷却速率可达10～10℃/s。扫描速率越快，冷却速率也

越快。2． 高硬度；激光淬火层的硬度比常远规淬火层提高15～20%。淬火

硬度与加热温度有关，与保温时间无关。硬化层深度：通常为0.3～0.5mm。

3.变形小

42．激光相变硬化的表层显微组织

低碳钢分为两层：外层是完全淬火区，组织是隐针马氏体；内层是不完全淬火区，保留有铁素体；高碳钢分为两层：外层是隐针马氏体；内层是隐针马氏体加未溶碳化物。中碳钢分为四层：外层是白亮的隐针马氏体；硬度达HV800，比一淬火硬度高100以上；第二层是隐针马氏体加少量屈氏体，硬度稍低；第三层是隐针马氏体加网状屈氏体，再加少量铁素体；第四层是隐针马氏体和完整的铁素体网。

铸铁可分为三层：表层是熔化＋凝固所得的树枝状结晶，此区随扫描速度的增大而减小；第二层是隐针马氏体加少量残余的石墨及磷共晶组织；第三层是较低温度下形成的马氏体。

42．激光处理工艺及应用

1激光表面强化；2．激光表面涂敷；3．激光表面非晶态处理；4．激光表面合金化；5．激

光气相沉积。

43．电子束表面处理主要特点

(1) 加热和冷却速度快。将金属材料表面由室温加热至奥氏体化温度或熔化温度仅几分之一

68到千分之一秒，其冷却速度可达l0℃／s～l0℃／s；（2）与激光相比使用成本低。电子束

处理设备一次性投资比激光少（约为激光的1／3），每瓦约8美元，而大功率激光器每瓦约30美元；电子束实际使用成本也只有激光处理的一半；（3）结构简单。电子束靠磁偏转动、扫描，而不需要工件转动、移动和光传输机构；（4）电子束与金属表面偶合性好。电子束所射表面的角度除3°－4°特小角度外，电子束与表面的偶合不受反射的影响，能量利用率远高于激光。因此电子束处理工件前，工件表面不需加吸收涂层；（5）电子束是在真空中工作的，以保证在处理中工件表面不被氧化，但带来许多不便。（6）电子束能量的控制比激光束方便，通过灯丝电流和加速电压很容易实施准确控制。（7）电子束辐照与激光辐照的主要区别在于产生最高温度的位置和最小熔化层的厚度。电子束加热时熔化层至少几个微米厚，这会影响冷却阶段固一液相界面的推进速度。电子束加热时能量沉积范围较宽，而且约有一半电子作用区几乎同时熔化。电子束加热的液相温度低于激光，因而温度梯度较小，

激光加热温度梯度高且能保持较长时间。（8）电子束易激发X射线，使用过程中应注意防护。

44．离子注入的特征

（l）离子注入法不同于任何热扩散方法，可注入任何元素，且不受固溶度和扩散系数的影响。因此，用这种方法可能获得不同于平衡结构的特殊物质，是开发新型材料的非常独特的方法；

（2）离于注入温度和注入后的温度可以任意控制，且在真空中进行，不氧化，不变形，不发生退火软化，表面粗糙度一般无变化，可作为最终工艺；

（3）可控性和重复性好。通过改变离子源和加速器能量，可以调整离子注入深度和分布；通过可控扫描机构，不仅可实现在较大面积上的均匀化，而且可以在很小范围内进行局部改性。

（4）可获得两层或两层以上性能不同的复合材料。复合层不易脱落。注入层薄，工件尺寸基本不变。但从目前的技术水平看，还存在一些缺点，如注入层薄（＜1μm）离子只能直线行进，不能绕行，对于复杂的和有内孔的零件不能进行离子注入，设备造价高，所以应用还不广泛。

45．PCVD的特点

是将辉光放电的物理过程和化学气相沉积相结合，因而具有PVD的低温性和CVD的绕镀性和易于调整化学成分和结构的性能，它有可能取代适合PVD和CVD工艺的某些镀膜范围。 PCVD沉积 TiN存在的主要问题：是真空度低，镀层杂质含量（Cl，O）较高，硬度低，沉积速率过快，镀层柱状晶严重并存在空洞等缺陷，化学反应不完全使氯滞留在镀层及界面上降低结合力，PCVD设备的腐蚀比较严重。

46．试说明如下名词

蒸镀、溅射镀、离子镀；反应镀 离子镀

蒸镀、溅射镀是物理气相沉积的两类基本镀膜技术，以此为基础，又衍生出反应镀和离子镀。

47．磁控溅射

磁控溅射的镀膜速率与二极溅射相比提高了一个数量级。具有高速、低温、低损伤等优点。高速是指沉积速率快；低温和低损伤是指基片的温升低、对膜层的损伤小。

48．多弧离子镀有何技术特点？对于以耐磨为目标的超硬膜，采用离子镀能提高膜层与基片（工件）之间的结合强度，试分析其原因。

多弧离子镀的特点：从阴极直接产生等离子体，不用熔池，阴极靶可根据工件形状在任意方向布置，使夹具大为简化；入射粒子能量高，膜的致密度高，强度好，膜基界面产生原子扩散，结合强度高，离化率高（一般可达60％～80％）；从应用角度讲，多弧离子镀的突出优点是蒸镀速率快（TiN膜可达10～1000nm/s）。

其原因是离子轰击对基片表面的清洗作用可以除去其污染层，另外还能形成共混的过渡层。过渡层是由膜层和基片界面上的一层由镀料原子与基片原子共同构成的。如果离子轰击的热效应足以使界面处产生扩散层，形成冶金结合，则更有利于提高结合强度。蒸镀的膜层其残余应力为拉应力，而离子轰击产生压应力，可以抵消一部分拉应力。离子轰击可以提高镀料原子在膜层表面的迁移率，这有利于获得致密的膜层。

以喷射蒸发的方式成膜，可以保证膜层成分与靶材一致，这是其它蒸镀技术所做不到的。

49．气相沉积过程的基本步骤与物理气相沉积不同的是：沉积粒子来源于化合物的气相分解反应。

50．CVD的特点

（1）在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而沉积固体。

（2）可以在大气压（常压）或者低于大气压下（低压）进行沉积。一般来说低压效果要好些。

（3）采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行。

（4）镀层的化学成分可以改变，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。

（5）可以控制镀层的密度和纯度。

（6）绕镀性好，可在复杂形状的基体上以及颗料材料上镀制。

（7）气流条件通常是层流的，在基体表面形成厚的边界层。

（8）沉积层通常具有柱状晶结构，不耐弯曲。但通过各种技术对化学反应进行气相扰动，可以得到细晶粒的等轴沉积层。

（9）可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层。

51．钢铁材料在高温CVD处理后，虽然镀层的硬度很高，但基体被退火软化，在外载下易于塌陷，因此,CVD处理后须再加以淬火回火。

52．PCVD法要求的真空度比PVD低，设备成本也比PVD法和CVD法的低。

PCVD法的结合强度比PVD法好，镀后刀具的色泽可以和PVD的金黄色相似，因此在一定程度上取代了PVD法和CVD法，有着良好的发展前景。

53．PVD和CVD两种工艺的对比工艺温度高低是CVD和PVD之间的主要区别。

温度对于高速钢镀膜具有重大意义。CVD法的工艺温度超过了高速钢的回火温度，用CVD法镀制的高速钢工件，必须进行镀膜后的真空热处理，以恢复硬度。镀后热处理会产生不容许的变形。CVD工艺对进入反应器工件的清洁要求比PVD工艺低一些，因为附着在工件表面的一些脏东西很容易在高温下烧掉。此外，高温下得到的镀层结合强度要更好些。CVD镀层往往比各种PVD镀层略厚一些， CVD镀层往往厚度在7.5μm左右，PVD镀层通常不到2.5μm厚。CVD镀层的表面略比基体的表面粗糙些。相反，PVD镀膜如实地反映材料的表面，不用研磨就具有很好的金属光泽，这在装饰镀膜方面十分重要。CVD反应发生在低真空的气态环境中，具有很好的绕镀性，所以密封在CVD反应器中的所有工件，除去支承点之外，全部表面都能完全镀好，甚至深孔、内壁也可镀上。相对而论，所有的PVD技术由于气压较低，绕镀性较差，因此工件背面和侧面的镀制效果不理想。PVD的反应器必须减少装载密度以避免形成阴影，而且装卡、固定比较复杂。在PVD反应器中，通常工件要不停地转动，并且有时还需要边转边往复运动。在CVD工艺过程中，要严格控制工艺条件，否则，系统中的反应气体或反应产物的腐蚀作用会使基体脆化，高温会使TIN镀层的晶粒粗大。最初的设备投资PVD是CVD的3～4倍，而PVD工艺的生产周期是CVD的1／10。在CVD的一个操作循环中，可以对各式各样的工件进行处理，而PVD就受到很大限制。综合比较可以看出，在两种工艺都可用的范围内，采用PVD要比CVD代价高。PVD是一种完全没有污染的工序，有人称它为“绿色工程”。而CVD的反应气体、反应尾气都可能具有一定的腐蚀性、可燃性及毒性，反应尾气中还可能有粉末状以及碎片状的物质，因此对设备、环境、操作人员都必须采取一定的措施加以防范。

54．表面（层）检测大致包括以下内容：

（1） 外观检测；（2）镀、涂层或表面处理层厚度的测定；（3）镀、涂层或表面处理层结

合强度的测定；（4）镀、涂层或表面处理层的使用性能和工艺性能的测定；（5）表面成分和结构的测定

55．膜层结合强度的定量测试方法是：压痕法、拉张法和剥离法。

56．常用的膜层脆性测定方法有杯突法、静压挠曲法及心轴弯曲法等。

对于以耐磨为目标的超硬膜，采用离子镀能提高膜层与基片（工件）之间的结合强度，分析其原因。

其原因是离子轰击对基片表面的清洗作用可以除去其污染层，另外还能形成共混的过渡层。过渡层是由膜层和基片界面上的一层由镀料原子与基片原子共同构成的。

如果离子轰击的热效应足以使界面处产生扩散层，形成冶金结合，则更有利于提高结合强度。 蒸镀的膜层其残余应力为拉应力，而离子轰击产生压应力，可以抵消一部分拉应力。 离子轰击可以提高镀料原子在膜层表面的迁移率，这有利于获得致密的膜层。

溅射薄膜按其不同的功能和应用可大致分为机械功能膜和物理功能膜两大类，分别说明下列机械功能膜的性能和应用特点。

（1）Cr， CrN等镀层 （2）TiN，TiC等超硬镀层 （3）MoS2、聚四氯乙烯膜

（1）Cr， CrN等镀层

纯Cr的显微硬度为425～840HV，CrN为1000～3500HV，不仅硬度高且摩擦系数小，可代替水溶液电镀铬。采用Cr，Cr－CrN等合金靶或镶嵌靶，在N2，CH4等气氛中进行反应溅射镀膜，可以在各种工件上镀Cr，CrC，CrN等镀层。

（2）TiN，TiC等超硬镀层

用TiN，TiC等超硬镀层涂覆刀具、模具等表面，摩擦系数小，化学稳定性好，具有优良的耐热、耐磨、抗氧化、耐冲击等性能，既可以提高刀具、模具等的工作特性，又可以提高使用寿命，一般可使刀具寿命提高3～10倍。

（3）MoS2、聚四氯乙烯膜

固体润滑剂，在长时间放置后性能变化不大，这对长时间备用、突然使用又要求可靠的设备如防震、报警、防火、保险装置等是较为理想的固体润滑剂。在高温、低温、超高真空、射线辐照等特殊条件下工作的机械部件不能用润滑油，只有用软金属或层状物质等固体润滑剂。