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第二章 材料表面工程技术基础理论;2.1 固体材料的表面特性;（1）理想表面：将晶体切开后形成的表面;在特殊条件下获得的固体表面，表面有极少量的吸附物。; 单晶体洁净表面的晶体结构可以看作是由二维布拉菲晶格(点阵)加上结点(阵点)组成的二维周期排列形成的无限点阵。; 由于单晶体表面外侧没有固体原子的键合，形成附加表面能。表面原子有向能量最低的稳定状态发展。 使表面原子处于稳定状态的方式： （1） 自行调整，使表面原子的排列与内部不同； （2） 依靠表面成分偏析或吸附外来原子或分子降低表面能。; 一般表面原子要经过4～6个原子层之后才与体内原子结构基本相似。; TLK模型 平台(Terrace) ：低晶面指数平台； 台阶(Ledge) ：单分子或单原子高度的平台 ； 扭折(Kink) ：单分子或单原子尺度的扭折 。; 零件经过去油、除锈等预处理后的表面。; 机械加工后的表面，表面粗糙度取决于加工方法。;一般机加工后金属表面示意图;金属表面的实际构成示意图;一般表面（实际表面）; 由于物质表面原子或分子力场不饱和，所以有吸引周围其它物质(主要是气体、液体)分子的能力。 吸附可以减少物质表面某些过剩的自由能，物质表面因吸附物的存在而稳定，所以吸附是自发进行。 ;化学吸附：吸附原子与固体表面原子之间有电子的转移，二者靠化学键力结合。 从热力学角度讲，化学吸附的自由能减小要比物理吸附大得多，状态更稳定，而且是不可逆的过程。;化学吸附往往是先形成物理吸附膜，然后在界面发生化学反应转化成化学吸附，结合牢固并不可逆。如氢在镍表面的吸附。;1．润湿现象与机理 液体在固体表面上铺展的现象，称为润湿 （1） 亲水物质：能被水润湿的材料，如玻璃、石英等； （2） 疏水材料：不能被水润湿的物质，如石蜡、石墨等。 ; 润湿角θ： 或 式中：σS-G—固—气之间的界面张力；σS-L—固—液之间的界面张力； σL-G—液—气之间的界面张力。; （3） 当θ=0°和180°时，则相应地称为完全润湿和完全不润湿。; 液体在固体表面的铺展系数定义为 当θ=0°时，SL/S = 0，液体L在固体S表面上会自动展开； 当SL/S0时，液体在固体表面上不易铺展，负值越大越难铺展。 当固体表面粗糙度为i时，上式可修正为 所以粗糙表面的铺展系数远大于光滑表面。; 在金属炊具表面涂一层憎水的聚四氟乙烯(PTFE)。 加入使σL-G和σS-L 减小的表面活性物质，增加润湿程度，如清洗剂。 加入使σL-G和σS-L 增大的表面惰性物质，降低润湿程度，如防雨布。 钎焊的钎剂可提高钎料在高温液态下对基材的润湿能力。;相互接触的一对金属表面，在相对运动时不断发生损耗或产生塑性变形，使金属表面状态和尺寸发生改变的现象称为磨损。 磨损表现为松脱的细小颗粒（磨屑）的出现，以及在摩擦载荷作用下，金属表面性质（金相组织、物理化学性能、力学性能）和形状的（形貌和尺寸、粗糙度、表面层厚度）变化。 ;在机械设备中磨损通常是有害的，它损伤零件工作表面，影响机械设备性能，消耗材料和能源，并使设备使用寿命缩短。 据估算，中国主要支柱产业部门每年因机器磨损失效所造成的损失在400亿元人民币以上。 但磨损有时却是有益的，如新机器的跑合、机械加工中的磨削、研磨等。;26; 金属磨损特性曲线;一、金属磨损的分类; 二、影响金属材料耐磨性的因素;影响金属材料耐磨性的因素： 晶体结构和晶体互溶性 密排六方晶格的金属具有低摩擦系数，磨损率也低；冶金上互溶性差（指晶格类型、晶格常数、电子密度及电化学性能相差较大）的一对金属摩擦副可获得低摩擦系数和低磨损率，如铜铅合金。 温度升高，金属的硬度下降，且互溶性增强，摩擦加剧；温度升高导致氧化速度加剧也可影响磨损性能。 一般来说，在真空条件下，磨损严重。因为大气可在较短时间内在洁净表面形成一定厚度的氧化膜，从而有防止粘着的作用。 此外在摩擦副间添加润滑剂，也是减小磨损的有效方法。;三、耐磨表面处理;2.3 材料表面腐蚀基础;33;一、金属腐蚀的分类;2. 电化学腐蚀 电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生电化学作用而引起的损坏，在腐蚀过程中不仅有电子的得失，而且有电流产生，引起电化学腐蚀的介质都能导电。 电化学腐蚀比化学腐蚀更为常见和普遍，金属在酸、碱、盐、土壤、海水、潮湿大气等介质中的腐蚀均属于电化学腐蚀的范畴，如钢在室温的氧化、铜表面生成铜绿等。;