剂摩尔分数相同时,单位表面积上(1cm2)的组元i超过体相区内同一组元的摩尔分数) 。
显然，对于合金来说（见1-6式），fs≠б，但fs≈б。因而，在讨论时常常没有严格区别，特别是当溶质（合金元素）含量很低时。
1．金属的力学性能与表面自由能的关系。
a。活性介质与金属接触后，使金属的表面自由能下降，导致金属材料强度和塑性发生变化的效应称为莱宾杰尔效应。且任何固体表面均存在这种现象。 例如：玻璃和石膏吸附水蒸汽后，使其强度显著下降；Cu表面覆盖熔融薄膜后，使其高塑性丧失等。
b莱宾杰尔效应的特点。
（1）有明显的选择性。只有那些对金属表面来说是活性的介质才会产生莱宾杰尔 效应。例如，只有对该金属为表面活性的液体金属才能改变某一固体金属的力学性能，降低其强度及塑性。
（2）与溶解和腐蚀不同，只需很少的活性物质就会产生莱宾杰尔效应。
（3）莱宾杰尔效应产生的速度极快，表面活性介质与金属表面一接触，立即会改变材料的力学性能。通常，金属表面浸润一定的熔融金属，或其他表面活性物质后，其力学性能实际上很快改变。
（4）莱宾杰尔效应具有可逆性，一旦去除金属表面的活性介质，其力学性能会立即恢复到原状。
（5）莱宾杰尔效应的产生需要拉应力和表面活性物质同时起作用。活性介质（液体金属）对无应力试样的作用不显著。
c莱宾杰尔效应的实质。
我们知道材料的力学性能与其表面力学性能之间有密切的关系，而表面强度又与表面能密切相关，它们均属原子间结合力的宏观特征。当金属表面吸附了活性介质之后，使表面原子的不饱和键得到了一定程度的补偿，从而降低了表面能，改变了表面原子间的相互作用，降低了金属表面层的强度，从而降低了金属材料的力学性能，这就是 莱宾杰尔效应产生的根本原因。
d 莱宾杰尔效应的作用。生产上利用此效应提高金属加工（压力加工）、切削、磨制和破碎的效率，大量节能；另外，应当注意因莱宾杰尔效应而产生的材料的早期破坏。
三．金属表面的结构。 1．金属表面形貌。
a基本特征。由表面的粗糙度和波度构成了金属的表面形貌。
b粗糙度。加工表面所具有的微小凹凸和微小峰谷所组成的微观几何形状就构成了
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其特征，粗糙度的波距与波深之比常常为150：1~5。
c波度 。金属表面呈波浪形的有规律和无规律的表面反复结构误差称为波。波度的浓距与波深的比为：1000：1~100。
经过精磨和精研的金属表面从峰顶到峰谷高度约为0.05μm；一般研磨加工后为1—10μm；粗加工的表面可达到50μm以上，而沿表面峰顶间的距离为0.5~10μm，但波度峰间距要大得多。
常用触针计量法测得的轮廓线及水平方向缩尺测的轮廓线来绘制金属表面的轮廓图，见图1.5示。
a. 用触针计量法得到的表面轮廓线 b. 经水平方向缩尺的表面轮廓线 图1.5 触针计量法与水平方向缩尺
2．金属的表面形貌对表面性能的影响。
显然，金属的表面形貌特征对金属的表面性能，对金属与金属之间，金属与环境间的接触面积，对表面的化学成分和组织等均会产生影响。具体为：
a位于粗糙表面的原子具有较正常相邻原子数目的原子有更高的能量，更高的表面自由能和表面流动性。
b影响金属表面间的实际接触面积和接触性质。金属表面间的接触是微凸体间的接触，故实际接触面积小于表观几何面积。而微凸体间的接触性质有弹性接触和塑性接触两种。当然，实际接触性质与实际接触面积除与表面形貌有关外，还和材料的弹性模量，硬度及外加载荷等有关。
c金属的实际表面积大于表观几何面积（投影面积）。即是经过仔细磨研的金属的实际表面积也较表观面积大2倍以上。因而增大了与介质接触的实际面积，降低了抗蚀能力。可举一例说明： 抛光的金属材料在同一介质环境中较未抛光者更耐腐蚀 。
d粗糙不同的金属表面常具有与内部不相同的成分和组织。这是由于加工时的高应力和高温造成的，或者是金属间的摩擦造成的。
金属的表面形貌对研究金属的疲劳强度、耐磨性、耐蚀性和化学热处理过程等均有极为重要的影响。
3．加工后的表面层组织。
金属经磨削、研磨及抛光后，会形成如图1.6那样的具有特殊结构的表面层。说明：
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图1.6 金属表层组织结构示意图
a微晶层。Beilby指出：经过磨削和抛光的金属表面会形成约1—100nm厚的特殊结构的表面层，即微晶层又称为Beilby层。该层具有非金属液膜似的外观，不仅能将表面覆盖得很平滑，而且能流入裂纹及划痕等表面不规则处。由晶体表面的电子衍射证明：该层是晶粒微小的微晶层。
b塑性变形层。在Beilby层的内部是塑性变形层。塑变程度和它的深度有关（见图 1.7）。
ε变形量 5 4 3 2 1 0 10 20 30 (μm) 塑变深度 图1.7 研磨后的黄铜的塑性变形量和深度有关
c其它变质层。由于机加工的高应力和高温作用,金属表面还可能产生一些变质层: (1) 形成孪晶。Zn,Ti等非立方结构的金属表层会形成孪晶;
(2) 发生相变 。18-8型奥代体不锈钢，β黄铜、钢中的残余奥氏体，高锰钢等会形成相变质；
(3) 发生再结晶。Sn、Pb、Zn等低熔点金属加工后表层能够形成再结晶层。 (4) 发生时效和出现表层裂纹等。
§1—3金属表面的晶体结构 The Crytal Structure of Metal Surface .
金属表面的原子不象体相区的原子那样彼此间是处于平衡受力状态，故为使其表面原子尽可能地具有最低的表面自由能及表面张力，金属的表面原子将不再处于象体相区
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的原子那样的平衡位置，因而应当研究其表面的晶体结构。
一 理想表面与实际表面 1．理想表面
a定义。向无限晶体内插入一个平面并切断插入面两侧的原子结合键能后，将其分为两部分而形成的两个新的表面称为理想表面（见图1.8）。
图1.8 理想表面形成示意图
b 特点。此过程中除了晶体附加了一组边界条件外，无任何其它改变。在半无限晶体内部，原子和电子的状态与原来无限晶体的情况一样。然而，这种理想表面实际不存在。
2．实际表面。
a表面相。表面相是与理想表面不相同的实际表面。此概念由 J、W、Gibbs由于1877年首先提出的，他指出：在气固相界面处存在一种二维凝聚物相。 b实际表面的特点。
(1)表面原子会产生驰豫及重构。如图1-9示，当新表面形成时，因晶体的三维对称 性和连续性被破坏，表面产生自由能和表面张力。虽然固体表面的原子不能象液体那样流动而改变表面的形状，但能产生偏离原三维晶体的平衡位置的移动。上、下移动而形成“驰豫”；平行表面方向上原子的位移称为“重构”。
重构
驰豫 图1.9 表面原子的驰豫与重构
由于垂直方向上的驰豫和水平方向上的重构，使金属表面上原子的排列与内部不同，甚至形成另一种结构相。如Au、Pt的纯净表面（001）与体内不同，表面原子呈密排六方结构排列，而体内依旧为面心立方晶格。
(2) 合金的表面偏析，合金表面的化学成分通常不同于体相内部，表面上溶质原子
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