表面物理學

⑴ 表面物理學的內容

理想的晶體表面具有二維周期性，其單位網格由基矢a1和a2決定,根據對稱性的要求，可能形成的二維單位網格有五種，如圖1所示，這五種格子常稱為二維布喇菲格子。由於表面原子受力的情況與體內不同,或由於有外來原子的吸附，最表面層原子常會有垂直於或傾斜於表面的位移，表面下的數層原子也會有相應的垂直或橫向位移，因而表面單位網格的基矢b1和b2與理想的表面不同，這種現象稱為表面再構,如果表面原子只有垂直於表面的運動，則稱為表面弛豫。表面結晶學的主要研究內容是弄清b1、b2與a1、a2之間的關系。如b1=pa1,b2=qa2,p和q都是整數，常用下述符號來描寫晶體表面結構 R(hkl) p×q,式中R是元素的符號，(hkl)代表密勒指數是hkl的晶面。如果再構是由吸附物A引起的，則可用符號 R(hkl)p×q－A或 A/R(hkl)p×q。 如果表面和襯底單位網格的基矢並不平行，b1與a1、b2與a2之間有相同的夾角α,則常用下述符號來標志表面的再構 R(hkl)p×q－α。

要定量地研究表面，必須獲得表面所有原子的坐標信息，為此早期採用的實驗方法是低能電子衍射(LEED)。把能量在5～500eV范圍的電子沿近於正入射的方向射向晶體表面，通過在熒光屏上觀察到的衍射點可以獲得有關表面的單位網格的信息。對若干衍射斑點記錄斑點強度隨電子能量變化的曲線（I-V線）,並對實驗結果用根據一定的幾何構形計算的理論曲線加以擬合，從而定出原子在單位網格中的位置，這就是LEED結晶學研究表面結構的方法。利用這種方法，研究了許多清潔金屬表面的弛豫和再構、金屬表面上的吸附、半導體表面的弛豫和再構等。圖2給出目前研究得最清楚的而且認識比較一致的 GaAs(110)表面的結構。在表面上的砷原子向外弛豫，而鎵原子則向內移動，表面的As-Ga鍵與無弛豫的表面的As-Ga鍵之間有一個夾角為ω1的傾斜。由於電子在晶體表面的多重散射增加了LEED結晶學在理論分析上的復雜性。此外，也可用中能電子衍射(MEED)和高能電子衍射 (RHEED)來研究表面結構。

表面擴展X 射線吸收精細結構(SEXAFS)是近年來發展起來的研究表面結構的另一手段。當吸附在襯底 S上的原子A吸收X 射線後，從芯態發射的光電子可受到周圍原子的散射，出射電子波與散射電子波之間有干涉作用形成有起伏的末態。這個有起伏的末態使X 射線吸收的幾率在吸收邊後有振盪現象，振盪的幅度與周期包含了吸附原子 A的近領數及其和周圍原子所形成的鍵長的信息。鍵長確定的准確度達±0.03┱。 利用能量為 60meV的氦原子在固體表面的彈性散射可以研究襯底和吸附層的周期性結構。足夠強的原子束和表面的強相互作用，使這種探測方法具有相當高的靈敏度。探測深度只有3～4┱,衍射峰的強度主要取決於氦原子和表面原子的相互作用勢，如何確定與實際情況最接近的勢是當前的一個困難問題。
將能量在0.1～3MeV的 He或 H離子束準直沿著晶軸入射，由於離子束首先遭到晶軸第一個原子的散射,入射離子的軌跡形成一個影錐。由於入射波束的波長遠小於點陣常數，可把散射過程看作似彈性碰撞，通過測量在影錐中的原子的散射可以測定第一層原子的位移。
表面成分
表面成分的確定是表面研究中的另一重要課題。利用原子芯態能級的位置和原子的質量這兩個特徵可以確認原子的類別。
X 射線光電子譜(XPS)是通過測量入射X射線打出表面外的光電子的動能Ek來確定芯態能級的位置Eb,從而定出原子的類型及其與周圍原子成鍵的信息。芯態能量Eb和入射光子能量 啚ω，出射光電子動能Ek之間的關系為 ,
φs是功函數（圖3）。在固體表面上，Eb的數值隨著與周圍原子成鍵的情況而有所移動，利用這種「化學位移」可以得到有關成鍵的信息。

俄歇電子譜 (AES)利用涉及三個能級的過程來確認原子，基本過程如圖4所示。用能量在3～5keV的電子束e入射到晶體表面,把處於A能級某一芯態電子激發到體外,較高能級B的電子可通過無輻射復合過程填滿空穴，並把多餘的能量用來激發處於 C能級的另一個電子。通過測量這些逸出電子的數目隨能量變化的信息可以識別元素。圖4所示的過程稱作俄歇過程,它涉及了A、B、C三個能級。當元素與其他元素形成化學鍵時，也會引起譜線的移動（俄歇電子譜）。
出現電勢譜(APS) 測量足以產生芯態空穴的最低能量（見出現電勢譜，圖1）。由於芯態能量隨元素而異，因此通過這個能量的測定可以鑒別元素。空穴的產生可以通過填充空穴時所涉及的俄歇過程或所發出的軟 X射線來探測。前者稱為俄歇出現電勢譜(AEAPS)，後者為軟X 射線出現電勢譜(SXAPS)。如果測量入射電子束的反射，由於參與激發芯態電子的入射電子的能量損失而不在反射中出現，因此測量反射束強度的減弱也可探測空穴的存在，這個方法稱為消隱出現電勢譜(DAPS)（見出現電勢譜）。
當低能（200～2000eV）惰性氣體離子He、Ne、Ar等入射到表面時，通過彈性碰撞，由在一定角度內散射離子可測出表面原子的質量。由能量和動量守恆定律，能量為E0，散射到實驗室參考系θ角中能量為E質量為M1的離子束，E和E0的關系可表示為
這個方法稱為離子散射譜(ISS),上式對能量更高的離子也適用，只是實驗上多採用θs≈π的背散射。對於低能離子散射，θs≈π/2。

如將能量為2～20keV的氬、氮、氧或銫離子入射到固體表面上，通過一系列的碰撞過程，次級離子及離子集團逸出體外，用質譜儀確認離子的品類，這種方法稱為次級離子質譜(SIMS)。
對於有吸附物的表面，也可通過脫附過程來確認吸附物的類型以及吸附物與襯底的結合能。可通過加熱、電子轟擊和光照射來產生脫附，分別稱為熱脫附(TDS)、電子感生脫附(ESD)或光子感生脫附(PSD)。對於熱脫附，脫附的激活能和產生脫附峰的絕對溫度成正比。當用能量在10～1000eV的電子轟擊表面時, 入射電子通過碰撞可將與襯底成鍵的原子中的電子由成鍵態激發到反鍵態，這個受激態和襯底的排斥勢可使原子以離子態離開表面，常把這種機理稱為門澤爾 (Menzel)－戈默(Gomer)－雷德黑德 (Redhead)模型。離子逃逸的方向形成分立的錐形。錐軸取決於被脫附斷裂的分子鍵的取向。通過測量逃逸離子束的角分布，可以研究吸附類型，這個方法稱為電子激發脫附離子角分布(ESDIAD)。對於過渡金屬氧化物M.L.諾特克和P.J.菲布爾曼認為電子束轟擊表面後，可在金屬離子的芯態產生空穴，氧離子可通過離子間的俄歇過程，激發俄歇電子，成為中性氧原子或荷正電的氧離子離開表面（圖6），因此 ESD可以用來做為研究表面吸附原子價態的有力工具。

在弄清表面結構和表面成分後，表面物理的主要研究內容之一是表面電子態和有關的物理性質。光電子能譜是研究表面電子態的重要方法之一。真空紫外輻射的光子可將固體體內價態中的電子或表面態的電子激發到較高能態，通過一系列的碰撞過程，逃逸出表面，測量這些電子的能量分布曲線(EDC)可得到有關佔有狀態密度的信息。由於表面態電子和體內電子服從不同的選擇定則，可通過測量光子能量不同的能量分布曲線，其中不隨光子能量變化而移動的峰即相應於表面態的峰。近年來，由於同步輻射的發展，可獲得能量連續可變的光源。選擇不同的光子能量可使光電子具有最小的逃逸深度，從而提高表面靈敏度，如果收集在某個角度內出射的光電子譜，則可得出表面電子態中佔有態的能量色散關系。
測量總的光電子數隨光子能量變化的譜稱為產額譜，這個方法最早用來探測能隙中表面態的密度，當電子從佔有態被激發到略高於真空能級的空態，這個電子可通過俄歇過程來激發電子，也可在經受多次碰撞後逃逸出體外。測量總的產額隨光子能量的變化可靈敏地探測能隙中的狀態。利用同步輻射，光子可將價帶中的電子激發到導帶或空的表面態，通過控制激發逃逸深度在 5～30┱的光電子，可探測表面態。當吸收光子後,激發的芯態電子可通過俄歇過程而退激發，也可通過和價帶有關的激子的直接復合，或是與表面空態的直接復合，由此而產生的快電子可再次通過電子、電子之間的相互作用產生較慢的次級電子。在總的產額譜中，快的和慢的電子都被收集，如果只收集能量在5eV以下的次級電子，這種分析方法稱為部分產額譜(PYS)。如測量能量高於5eV某一個范圍內的產額譜，則稱為恆定末態譜(CFS)，通過這種模式可以研究初態和激子的影響；如果同步地改變入射光子和電子分析器的能量,得到恆定初態譜(CIS)。如果適當選擇E，使價帶發射光電子的幾率小，並增加芯態俄歇衰減的產額，就可以大大增強芯態到表面態的躍遷。利用光電子發射的衍射現象也可研究表面結構。
如將50～200eV 左右的低能電子束入射到固體表面，測量反射電子的能量損失如圖7所示，通過這種能量損失譜可得到體等離激元、表面等離激元等信息。能量損失也可用於激發帶間的躍遷或芯態能級間的躍遷。

利用電子的隧道過程也可探測表面電子態。當離子接近固體表面時，表面價態中電子可通過隧道效應和離子中和，放出的能量可用來把固體價態的電子激發到體外，利用這種過程來探測表面電子態的方法稱為離子中和譜(INS)。由於只有在非常靠近表面的電子,才可能通過隧道效應與離子的空態復合，也只有在表面處激發的俄歇電子才能逸出體外，因此離子中和譜是對表面非常靈敏的探測手段。如果在中和過程中被激發的是在離子激發態的電子，這種過程稱為亞穩退激譜(MDS)。
場發射顯微鏡(FEM)是根據冷陰極發射原理，把陰極腐蝕成半徑為1～2000┱的尖端, 施加負電壓後電子可通過隧道效應穿透到固體表面外並打在陰極前面的熒光屏上。由於電子穿透隧道的幾率與外加電場和針尖的功函數有關，因此打在熒光屏上電子的多少就是針尖材料功函數大小的復制圖。通過圖形的變化可以了解氣體原子在針尖表面的吸附、分解和擴散等過程。
為了提高解析度，在場發射顯微鏡的基礎上又發展了場離子顯微鏡(FIM)。把金屬樣品做成針尖狀,然後加正電壓，在針尖周圍充以低壓惰性氣體，氣體的電子可通過隧道效應進入樣品費密能級以上的空態，帶正電的離子被針尖場所斥，打在熒光屏上並顯示出一定的圖樣，這個圖樣可提供有關表面分子電離、化學反應、分解以及蒸發的信息。在場離子顯微鏡的熒光屏上開一小孔，並將它與飛行時間質譜儀相結合，則構成原子探測束。
由於表面可被看為破壞了點陣周期性的缺陷，因此表面的原子具有和體內原子不同的振動模式。當表面有分子的覆蓋層，通過研究這些覆蓋層的振動模式可以測定吸附分子的結構，確定分子在表面的吸附位置。通過觀察某些振動模式的激發，可以得到吸附分子相對於襯底的取向，研究頻率隨覆蓋度的變化，可以了解覆蓋層的橫向相互作用。可以用紅外反射譜(IRAS)、高分辨電子能量損失譜（HREELS）和非彈性電子隧道譜(IETS)來研究表面的振動。紅外反射譜的優點是解析度高，可在周圍環境加壓來模擬真正催化作用的情況，缺點是靈敏度低。高分辨電子能量損失譜具有高的靈敏度，但解析度低。這個方法所根據的原理同前面所介紹的能量損失譜同,但是由於聲子的能量只有數十毫電子伏，因此要求特殊設計的高分辨的探測器以及高度單色性的電子槍。非彈性隧道譜（IETS）是利用金屬-絕緣體-金屬（超導態）的夾心結構中的隧道過程(見約瑟夫森效應)來研究吸附在絕緣層的體系的振動譜，可由此決定吸附分子的分子結構，確定吸附分子的表面濃度、吸附物的取向、吸附物之間的相互作用等。

⑵ 影響加工表面物理力學性能的有哪些因素

機械加工過程中，工件由於受到切削力、切削熱的作用，其表面與基體材料性能有很大不同，在物理力學性能方面發生較大的變化。
一、加工表面層的冷作硬化
在切削或磨削加工過程中，若加工表面層產生的塑性變形使晶體間產生剪切滑移，晶格嚴重扭曲，並產生晶粒的拉長、破碎和纖維化，引起表面層的強度和硬度提高的現象，稱為冷作硬化現象。
表面層的硬化程度取決於產生塑性變形的力、變形速度及變形時的溫度。力越大，塑性變形越大，產生的硬化程度也越大。變形速度越大，塑性變形越不充分，產生的硬化程度也就相應減小。變形時的溫度影響塑性變形程度，溫度高硬化程度減小。
( 一 )影響表面層冷作硬化的因素
1 ．刀具
刀具的刃口圓角和後刀面的磨損對表面層的冷作硬化有很大影響，刃口圓角和後刀面的磨損量越大，冷作硬化層的硬度和深度也越大。
2 ．切削用量
在切削用量中，影響較大的是切削速度 V C和進給量 f。當 V C增大時，則表面層的硬化程度和深度都有所減小。這是由於一方面切削速度增大會使溫度增高，有助於冷作硬化的回復；另一方面由於切削速度的增大，刀具與工件接觸時間短 ,使工件的塑性變形程度減小。當進給量 f增大時，則切削力增大，塑性變形程度也增大，因此表面層的冷作硬化現象也嚴重。但當 f較小時，由於刀具的刃口圓角在加工表面上的擠壓次數增多，因此表面層的冷作硬化現象也會增大。
3 ．被加工材料
被加工材料的硬度越低和塑性越大，則切削加工後其表面層的冷作硬化現象越嚴重。
( 二 )減少表面層冷作硬化的措施
1 ．合理選擇刀具的幾何參數，採用較大的前角和後角，並在刃磨時盡量減小其切削刃口圓角半徑；
2 ．使用刀具時，應合理限制其後刀面的磨損程度；
3 ．合理選擇切削用量，採用較高的切削速度和較小的進給量；
4 ．加工時採用有效的切削液。
二、表面層的金相組織變化
（一）影響表面層的金相組織變化的因素
機械加工時，切削所消耗的能量絕大部分轉化為熱能而使加工表面出現溫度升高。當溫度升高到超過金相組織變化的臨界點時，就會產生金相組織的變化。一般的切削加工，由於單位切削截面所消耗的功率不是太大，故產生金相組織變化的現象較少。但磨削加工因切削速度高，產生的切削熱比一般的切削加工大幾十倍，這些熱量部分由切屑帶走，很小一部分傳入砂輪，若冷卻效果不好，則很大一部分將傳入工件表面，使工件表面層的金相組織發生變化，引起表面層的硬度和強度下降，產生殘余應力甚至引起顯微裂紋，這種現象稱為磨削燒傷。因此，磨削加工是一種典型的易於出現加工表面金相組織變化的加工方法。根據磨削燒傷時溫度的不同，可分為：
1. 回火燒傷 當磨削淬火鋼時，若磨削區溫度超過馬氏體轉變溫度，則工件表面原來的馬氏體組織將轉化成硬度降低的回火屈氏體或索氏體組織，此稱之為回火燒傷。
2. 淬火燒傷 磨削淬火鋼時 ,若磨削區溫度超過相變臨界溫度，在切削液的急冷作用，使工件表面最外層金屬轉變為二次淬火馬氏體組織。其硬度比原來的回火馬氏體高，但是又硬又脆，而其下層因冷卻速度較慢仍為硬度降低的回火組織，這種現象稱之為淬火燒傷。
3. 退火燒傷 若不用切削液進行干磨時超過相變的臨界溫度，由於工件金屬表層空冷冷卻速度較慢 ,使磨削後強度、表面硬度急劇下降，則產生了退火燒傷。
磨削燒傷時，表面會出現黃、褐、紫、青等燒傷色。這是工件表面在瞬時高溫下產生的氧化膜顏色，不同燒傷色表面燒傷程度不同。較深的燒傷層，雖然在加工後期採用無進給磨削可除掉燒傷色，但燒傷層卻未除掉，成為將來使用中的隱患。

（二）防止磨削燒傷的工藝措施
1 ．合理選擇磨削用量
減小磨削深度可以減少工件表面的溫度，故有利於減輕燒傷。增加工件速度和進給量，由於熱源作用時間減少，使金相組織來不及變化，因而能減輕燒傷，但會導致表面粗糙度值增大。一般採用提高砂輪速度和較寬砂輪來彌補。

2 ．合理選擇砂輪並及時修整
若砂輪的粒度越細、硬度越高時自礪性差，則磨削溫度也增高。砂輪組織太緊密時磨屑堵塞砂輪，易出現燒傷。砂輪鈍化時，大多數磨粒只在加工表面擠壓和摩擦而不起切削作用，使磨削溫度增高，故應及時修整砂輪。
3 ．改善冷卻方法
採用切削液可帶走磨削區的熱量，避免燒傷。常用的冷卻方法效果較差，由於砂輪高速旋轉時，圓周方向產生強大氣流，使切削液很難進入磨削區，因此不能有效地降溫。為改善冷卻方法，可採用圖 5—4所示的內冷卻砂輪。切削液從中心通入，靠離心力作用，通過砂輪內部的空隙從砂輪四周的邊緣甩出，因此切削液可直接進入磨削區，冷卻效果甚好。但必須採用特製的多孔砂輪，並要求切削液經過仔細過濾以免堵塞砂輪。
三、表面層的殘余應力

工件經機械加工後，其表面層都存在殘余應力。殘余壓應力可提高工件表面的耐磨性和受拉應力時的疲勞強度，殘余拉應力的作用正好相反。若拉應力值超過工件材料的疲勞強度極限時，則使工件表面產生裂紋，加速工件的損壞。引起殘余應力的原因有以下三個方面：
( 一 )冷塑性變形引起的殘余應力
在切削力作用下，已加工表面受到強烈的冷塑性變形，其中以刀具後刀面對已加工表面的擠壓和摩擦產生的塑性變形最為突出，此時基體金屬受到影響而處於彈性變形狀態。切削力除去後，基體金屬趨向恢復，但受到已產生塑性變形的表面層的限制，恢復不到原狀，因而在表面層產生殘余壓應力。
( 二 )熱塑性變形引起的殘余應力
工件加工表面在切削熱作用下產生熱膨脹，此時基體金屬溫度較低，因此表層金屬產生熱壓應力。當切削過程結束時，表面溫度下降較快，故收縮變形大於里層，由於表層變形受到基體金屬的限制，故而產生殘余拉應力。切削溫度越高，熱塑性變形越大，殘余拉應力也越大，有時甚至產生裂紋。磨削時產生的熱塑性變形比較明顯。
( 三 )金相組織變化引起的殘余應力

切削時產生的高溫會引表面層的金相組織變化。不同的金相組織有不同的密度，表面層金相組織變化的結果造成了體積的變化。表面層體積膨脹時，因為受到基體的限制，產生了壓應力；反之，則產生拉應力。

⑶ 物理學分支有哪些

物理學大可以分為六個大類：力學、光學、聲學、電磁學、量子物理學、固體物理學。

1.力學（力學作為物理學發展的最重要模塊，其分支也是最為龐大的）

靜力學 動力學 流體力學 分析力學 運動學 固體力學 材料力學 復合材料力學 流變學 結構力學 彈性力學 塑性力學 爆炸力學 磁流體力學 空氣動力學 理性力學 物理力學 天體力學 生物力學 計算力學 熱學 熱力學
2.光學

幾何光學 波動光學 大氣光學 海洋光學 量子光學 光譜學 生理光學 電子光學 集成光學 空間光學
3.聲學

次聲學 超聲學 電聲學 大氣聲學 音樂聲學 語言聲學 建築聲學 生理聲學 生物聲學 水聲學
4.電磁學

磁學 電學 電動力學
5.量子物理學

量子力學 核物理學 高能物理學 原子物理學 分子物理學
6.固體物理學

高壓物理學 金屬物理學 表面物理學

此外，物質的各種存在形式和運動形式之間普遍存在著聯系。隨著學科的發展，這種聯系逐步顯示出來。物理學也和其他學科相互滲透，產生一系列交叉學科，如：化學物理、生物物理、大氣物理、海洋物理、地球物理、天體物理等等。

數學對物理學的發展起了重要的作用，反過來物理學也促進數學的發展。在物理學的基礎性研究過程中，形成和發展出來的基本概念、基本理論、基本實施手段和精密的測試方法，已成為其他許多學科的重要組成部分，並產生了良好的效果。這對於天文學、化學、生物學、地學、醫學、農業科學都是如此。

物理學研究的重大突破導致生產技術的飛躍已經是歷史事實。反過來，發展技術和生產力的要求，也有力地推動物理學研究的發展，固體物理、原子核物理、等離子體物理、激光研究、現代宇宙學等之所以迅速發展，是和技術及生產力發展的要求分不開的。

⑷ 材料表面物理與化學和腐蝕科學學什麼

腐蝕主要是學腐蝕原理比如說縫隙腐蝕 晶間腐蝕等，還有就是如何進行防護和預防金屬腐蝕。
表面物理與化學就是通過對材料表面進行改性從而獲得良好性能等

⑸ 表面物理化學是研究什麼的

主要介紹了液體表面張力的基本概念及測定方法，固 液界面及濕潤與黏附，溶液吸附等基本專概念。介紹了固屬 固界面與黏附及固體表面的吸附。介紹了表面電化學及其應用。簡述了表面物理化學在一些領域的應用，其中包括在膜科學、表面改性與功能材料及表面活性劑上的應用。主要介紹了有關表面研究的一些測試方法。

⑹ 物理學專業分支有那些

物理學分支太多具體有：
物理學分支
力學
1靜力學
2動力學
3流體力學
4分析力學 5.運動學 6固體力學 7.材料力學 8.復合材料力學
9.流變學 10.結構學 11.彈性力學 12.爆炸力學 13.次流體力學
14.空氣動力學 15.塑性力學 16..物理力學 17..理性力學 18.天體力學
19.計算力學
熱學 1.熱力學
光學
1．幾何光學 2.波動光學 3大氣光學 4.海洋光學 5.量子光學
6.光譜學 7.生理光學 8. 電子光學 9.集成光學 10.空間光學
聲學
1.次生學 2.超聲學 3.電聲學 4.大氣聲學 5.音樂聲學 6.語言聲學
7.建築聲學 8.生理聲學 9.生物聲學 10.水聲學
電磁學
1.磁學 2.電學 3.電動力學 4.量子物理學 5.量子力學
核物理學
1.高能物理學 2.原子力學 3分子物理學 4.固體物理學 5.高壓物理學
6.金屬物理學 7.表面物理學
希望對樓主有所幫助
望採納！

⑺ 表面物理力學性能對零件加工有什麼影響

機械加工過程中，工件由於受到切削力、切削熱的作用，其表面與基體材料性能有很大不同，在物理力學性能方面發生較大的變化。
一、加工表面層的冷作硬化
在切削或磨削加工過程中，若加工表面層產生的塑性變形使晶體間產生剪切滑移，晶格嚴重扭曲，並產生晶粒的拉長、破碎和纖維化，引起表面層的強度和硬度提高的現象，稱為冷作硬化現象。
表面層的硬化程度取決於產生塑性變形的力、變形速度及變形時的溫度。力越大，塑性變形越大，產生的硬化程度也越大。變形速度越大，塑性變形越不充分，產生的硬化程度也就相應減小。變形時的溫度影響塑性變形程度，溫度高硬化程度減小。
( 一 )影響表面層冷作硬化的因素
1 ．刀具
刀具的刃口圓角和後刀面的磨損對表面層的冷作硬化有很大影響，刃口圓角和後刀面的磨損量越大，冷作硬化層的硬度和深度也越大。
2 ．切削用量
在切削用量中，影響較大的是切削速度 V C和進給量 f。當 V C增大時，則表面層的硬化程度和深度都有所減小。這是由於一方面切削速度增大會使溫度增高，有助於冷作硬化的回復；另一方面由於切削速度的增大，刀具與工件接觸時間短 ,使工件的塑性變形程度減小。當進給量 f增大時，則切削力增大，塑性變形程度也增大，因此表面層的冷作硬化現象也嚴重。但當 f較小時，由於刀具的刃口圓角在加工表面上的擠壓次數增多，因此表面層的冷作硬化現象也會增大。
3 ．被加工材料
被加工材料的硬度越低和塑性越大，則切削加工後其表面層的冷作硬化現象越嚴重。
( 二 )減少表面層冷作硬化的措施
1 ．合理選擇刀具的幾何參數，採用較大的前角和後角，並在刃磨時盡量減小其切削刃口圓角半徑；
2 ．使用刀具時，應合理限制其後刀面的磨損程度；
3 ．合理選擇切削用量，採用較高的切削速度和較小的進給量；
4 ．加工時採用有效的切削液。
二、表面層的金相組織變化
（一）影響表面層的金相組織變化的因素
機械加工時，切削所消耗的能量絕大部分轉化為熱能而使加工表面出現溫度升高。當溫度升高到超過金相組織變化的臨界點時，就會產生金相組織的變化。一般的切削加工，由於單位切削截面所消耗的功率不是太大，故產生金相組織變化的現象較少。但磨削加工因切削速度高，產生的切削熱比一般的切削加工大幾十倍，這些熱量部分由切屑帶走，很小一部分傳入砂輪，若冷卻效果不好，則很大一部分將傳入工件表面，使工件表面層的金相組織發生變化，引起表面層的硬度和強度下降，產生殘余應力甚至引起顯微裂紋，這種現象稱為磨削燒傷。因此，磨削加工是一種典型的易於出現加工表面金相組織變化的加工方法。根據磨削燒傷時溫度的不同，可分為：
1. 回火燒傷 當磨削淬火鋼時，若磨削區溫度超過馬氏體轉變溫度，則工件表面原來的馬氏體組織將轉化成硬度降低的回火屈氏體或索氏體組織，此稱之為回火燒傷。
2. 淬火燒傷 磨削淬火鋼時 ,若磨削區溫度超過相變臨界溫度，在切削液的急冷作用，使工件表面最外層金屬轉變為二次淬火馬氏體組織。其硬度比原來的回火馬氏體高，但是又硬又脆，而其下層因冷卻速度較慢仍為硬度降低的回火組織，這種現象稱之為淬火燒傷。
3. 退火燒傷 若不用切削液進行干磨時超過相變的臨界溫度，由於工件金屬表層空冷冷卻速度較慢 ,使磨削後強度、表面硬度急劇下降，則產生了退火燒傷。
磨削燒傷時，表面會出現黃、褐、紫、青等燒傷色。這是工件表面在瞬時高溫下產生的氧化膜顏色，不同燒傷色表面燒傷程度不同。較深的燒傷層，雖然在加工後期採用無進給磨削可除掉燒傷色，但燒傷層卻未除掉，成為將來使用中的隱患。
（二）防止磨削燒傷的工藝措施

1 ．合理選擇磨削用量
減小磨削深度可以減少工件表面的溫度，故有利於減輕燒傷。增加工件速度和進給量，由於熱源作用時間減少，使金相組織來不及變化，因而能減輕燒傷，但會導致表面粗糙度值增大。一般採用提高砂輪速度和較寬砂輪來彌補。
2 ．合理選擇砂輪並及時修整
若砂輪的粒度越細、硬度越高時自礪性差，則磨削溫度也增高。砂輪組織太緊密時磨屑堵塞砂輪，易出現燒傷。砂輪鈍化時，大多數磨粒只在加工表面擠壓和摩擦而不起切削作用，使磨削溫度增高，故應及時修整砂輪。
3 ．改善冷卻方法
採用切削液可帶走磨削區的熱量，避免燒傷。常用的冷卻方法效果較差，由於砂輪高速旋轉時，圓周方向產生強大氣流，使切削液很難進入磨削區，因此不能有效地降溫。為改善冷卻方法，可採用圖 5—4所示的內冷卻砂輪。切削液從中心通入，靠離心力作用，通過砂輪內部的空隙從砂輪四周的邊緣甩出，因此切削液可直接進入磨削區，冷卻效果甚好。但必須採用特製的多孔砂輪，並要求切削液經過仔細過濾以免堵塞砂輪。

三、表面層的殘余應力
工件經機械加工後，其表面層都存在殘余應力。殘余壓應力可提高工件表面的耐磨性和受拉應力時的疲勞強度，殘余拉應力的作用正好相反。若拉應力值超過工件材料的疲勞強度極限時，則使工件表面產生裂紋，加速工件的損壞。引起殘余應力的原因有以下三個方面：
( 一 )冷塑性變形引起的殘余應力
在切削力作用下，已加工表面受到強烈的冷塑性變形，其中以刀具後刀面對已加工表面的擠壓和摩擦產生的塑性變形最為突出，此時基體金屬受到影響而處於彈性變形狀態。切削力除去後，基體金屬趨向恢復，但受到已產生塑性變形的表面層的限制，恢復不到原狀，因而在表面層產生殘余壓應力。
( 二 )熱塑性變形引起的殘余應力
工件加工表面在切削熱作用下產生熱膨脹，此時基體金屬溫度較低，因此表層金屬產生熱壓應力。當切削過程結束時，表面溫度下降較快，故收縮變形大於里層，由於表層變形受到基體金屬的限制，故而產生殘余拉應力。切削溫度越高，熱塑性變形越大，殘余拉應力也越大，有時甚至產生裂紋。磨削時產生的熱塑性變形比較明顯。
( 三 )金相組織變化引起的殘余應力
切削時產生的高溫會引表面層的金相組織變化。不同的金相組織有不同的密度，表面層金相組織變化的結果造成了體積的變化。表面層體積膨脹時，因為受到基體的限制，產生了壓應力；反之，則產生拉應力。