金属的界面和表面如何定义.doc

金属的界面和表面如何定义金属的表面现象是指金届物体表面上产生的各种物理化学现象，如吸附、润湿、教着等。体相原子存在一个力场，此力场处于表面上时，不可能突然消失，必然会延伸到界面外的空间中去。这种不饱和的力场，对周围的气体和液体会产生不问程度的吸引作用，从旧使环境介质在固体表面的浓度大于体相中的浓度，这种现象称为吸附。从热力学的观点来看，固体表面上同样存在较高的自内能而且出于固体没有流动性，不能像液体那样尽量用减小表面积的方法来降低体系的表面白内能，只能靠吸附外部介质来降低表面自出能，使表向处 于更稳定的状屈。由于金属表面现象的存在，就必然会发生各种表面反应，反应经常发生在界面或者透过界面进入内部进行。其基本过程是：反应物质扩散到界面上一界而上产生吸附作用界面反应一反应物离开界面或反应物诅过界画向金属内部扩散。(1)金属表面的不均勺性由于金属晶体表面状态与内部原子排列存在明显差异，因此金属晶体表面自出能及表面张力与晶体内部不同。表面能量较岗，导致其性能发生变化。另外由于金属表面的微观不均匀性导致金属表面存在不均匀性，这些不均勺件成为表面物理化学变化潜在的 发生点。金属表面化学成分不均匀 例如碳钢的渗碳体Fe：c、铸铁中的石墨、工业用铝中的合金元素铁和铜。金属中杂质的电位与基体金属的电位并不相同，这些物质的电位都比基体 的电位正。金属组织不均勾 多数金属材料都是多品材料，晶界的电位住往比品粒的负。多相 合余中不同相的电位也不相同。应力的不均匀 金属在加工装配过程巾，由于各部分变形不同或应力不同都会引起表卤上产牛电位的差异。通常，变形放大的地方或府力较大的部位电位较负。残余应力可以通过热处理等力法来消除。另外，在微观状态始终存在残余应力，微观残余应力产生的原因有：a出于晶粒的热膨胀、弹性模量酌各向异性以及品粒方位差等；b晶粒内的醒性形变；G品界处夹杂物、沉淀相以及相交产生的第二相。所以微观残余应力又 叫织构府力。各属的能量状态不均匀 表面畸变区的原子处于能量不稳定状态，它们的活动性强，在固相反应和吸附过程中，是主要的活性小心。为此，在陶瓷或粉末冶金等：艺中，常用球磨等粉碎方法，使粉体细化增加比表面，而且其表而形成定厚度的表面畸变区，有助于加 速烧结相变反应的发生。金属表面吸附层或覆盖层不均匀 在膜的孔隙或破裂处的电位通常比较负。这些电位不同的点将形成腐蚀电他的阴极和阳极。因此金属表面潮湿时，只要金属的电位比H或 )的还原反煎电位负，水中的H或o就会在电位较正的点L还原。(2)金属界面的结构金属的界面是指金属中具有不向成分、结构或虽然成分结构相同但晶体位向不同的交界面。通常把凝聚相与气相之间的分界面叫做表面，把凝聚相之间的分界面叫做界面。不同凝聚相之间的分界面称为相界回。同“相的品粒之间的分界面称为晶粒间界，简称晶界。品粒度小到微米以下的品粒称为微品；小到1nm数量级时，则远程有序消失，物 质属于非晶态。机械加工后的金属表层组织结构如图11所示。经过研磨抛光后的表朗，最外层形成厚度为1100nm的非晶体结构的微晶层(Beilby层)。次层为塑性变形层，其厚度qJ达1一lo”m，在近次 层也可能产生其他变件层，如双晶、相坐、再结晶 层等。由于表向原子重构、偏析、吸附层、化学层、 缺陷等的存在，金属表面的晶体结构亦发生变化。 加工的方式对表面的组织和表面的损伤区有寅接影响，如磨料的种类(如碳化硅粉、金刚石粉)、颗粒 度、冷却速度以及冷却方式等。经过机械加工的表面在离外表面12mm范围，就是严重的形变区。 虽然品格结构与内部差不多，但原子偏离平衡位置非常明显；在20一50mm范围内则为微小形变区。值得注意的是，残留损伤区有时会达到 100mm，残留损伤区的范围由加工方式决定。金属表层组织示意(3)金属表面的结构金属的表面是指金属与周围介质之间的过渡区。表面区不仅包括固体表面的最外几层原子面，如果存在表面吸附层，还应计入这部分空间体积。金属表曲RJ能的构成是：最表面处的普通脏污附着层，如油污或灰伞等；吸附层，如液体或气体分子吸附膜；同微晶层结合的氧化层：金属表面与大气中的氧形成的氧化物层。其厚度取决于已氧化的基体金属的性质和环境。将污染表面变为纯净、清洁表面的过程称为表面净化。根据表面净化方法的不同，常 见的金属表面有以下几种。纯净表面 晶体的三维结构勺真空间的过渡层，厚度约o52nm。清洁表面 表面仅存有气体和洗涤残留物的吸附层。极表面 指单原子层或分子层。如果吸附囱范德华键引起，称为物理吸附；如果吸 附由表面化学键引起，则称为化学吸附。污染表面 表面有各种吸附尼、化学物层等。