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第1章 绪论1

1-1 材料表面工程技术的意义、目的和作用1

1-1-1 材料表面工程技术的意义1

1-1-2 材料表面工程技术的目的和作用4

1-2 材料表面工程技术的发展与分类5

1-2-1 材料表面工程技术的发展概况5

1-2-2 材料表面工程技术的分类7

思考题8

第2章 表面物理化学基础9

2-1 表面晶体学基础9

2-1-1 表面原子的点阵9

2-1-2 表面原子重组机理11

2-1-3 几种重要材料的表面晶体结构13

2-2 表面能与表面张力14

2-2-1 表面能概念14

2-2-2 液体的表面张力σ15

2-2-3 表面自由能17

2-2-4 固体的表面张力及表面能18

2-3 固体表面结构21

2-3-1 不同晶面的表面能21

2-3-2 晶体的平衡形状22

2-3-3 表面结构的小面化23

2-3-4 表面缺陷24

2-3-5 金属表面的特点25

2-4-1 润湿现象及润湿角26

2-4 固体表面的润湿26

2-4-2 内聚功(Wc)和粘附功(Wa)28

2-4-3 铺展系数28

2-4-4 润湿理论的应用29

2-4-5 弯曲液面的附加压力29

2-4-6 气泡最大压力法测定表面张力31

2-5 Kelvin公式及其应用33

2-5-1 饱和蒸气压与液面曲率半径的关系--Kelvin公式33

2-5-2 微小固体颗粒的特性35

2-5-3 介安状态36

2-6-1 吸附现象及其基本分类38

2-6 表面吸附热力学及表面力38

2-6-2 吸附活化能40

2-6-3 吸附热力学41

2-6-4 表面吸附力42

2-6-5 表面化合物46

2-7 固体表面的吸附理论46

2-7-1 吸附曲线46

2-7-2 几种吸附理论47

2-8 液体表面和固体表面对溶液的吸附50

2-8-1 溶液表面的吸附现象50

2-8-2 表面活性物质与表面非活性物质51

2-8-3 液体表面吸附的Gibbs等温方程式51

2-8-4 固体对液体的吸附52

2-8-5 固体表面之间的吸附54

2-9 表面原子的扩散55

2-9-1 晶体表面缺陷的动能学55

2-9-2 随机行走(Random Walk)理论57

2-9-3 宏观扩散的扩散系数57

2-9-4 表面扩散定律58

2-9-5 表面的自扩散和多相扩散59

2-9-6 表面向体内的扩散60

思考题63

3-1 扭转件的表面强度65

3-1-1 扭转时剪应力沿截面的分布65

第3章 表面强度65

3-1-2 表面强化层66

3-1-3 表面的最大抗扭强度67

3-2 弯曲件的表面强度68

3-2-1 弯曲时应力沿截面的分布68

3-2-2 弯曲件的表面强化69

3-3 疲劳载荷下的表面强度71

3-3-1 疲劳裂纹萌生于表面71

3-3-2 影响疲劳强度的因素72

3-4 表面膜层的应力74

3-4-1 薄膜应力的起因74

3-4-2 沉积工艺对应力的影响75

3-5-1 Ребингер效应77

3-5 表面活性介质对力学性能的影响77

3-5-2 影响Ребингер效应的因素78

3-5-3 Ребингер效应中的断裂理论79

3-5-4 Реσингер效应的利用及防止79

3-6 表面抗磨强度80

3-6-1 磨损概念80

3-6-2 固体表面接触的基本理论81

3-6-3 磨损的机制84

3-6-4 耐磨设计与表面强化85

3-7 表面抗腐蚀强度87

3-7-1 腐蚀的起因87

3-7-2 腐蚀的分类87

3-7-3 腐蚀速率89

3-7-4 电位-pH图90

3-7-5 金属的钝化及表面膜91

3-7-6 控制腐蚀的途径94

思考题94

第4章 热渗镀96

4-1 概述96

4-2 热渗镀原理99

4-2-1 热渗镀的基本过程99

4-2-2 渗层的形成条件100

4-2-3 渗层的形成及特点103

4-2-4 热渗镀速率104

4-3-2 影响涂层厚度的因素106

4-3-3 镀层性能106

4-3 TRD渗镀法106

4-3-1 处理方法106

4-3-4 TRD处理的应用及PVD和CVD镀层性能的比较107

4-4 热浸镀108

4-4-1 热镀锌108

4-4-2 热渗镀铝109

4-5 渗金属111

4-5-1 渗铬111

4-5-2 渗硼114

4-5-3 渗其它元素115

4-5-4 多元共渗117

4-6-1 概述118

4-6 离子轰击渗镀原理118

4-6-2 气体的放电过程119

4-6-3 气体放电方式及其伏安特性曲线120

4-6-4 辉光放电的光区和有关特性曲线122

4-6-5 阴极溅射124

4-6-6 辉光放电中的化学反应125

4-7 离子氮化125

4-7-1 离子氮化机理126

4-7-2 离子氮化装置126

4-7-3 主要工艺参数对氮化层组织的影响126

4-7-4 钢离子氮化后的性能127

4-7-6 离子氮化的应用128

4-7-5 离子氮化与其它氮化方法的比较128

4-8 离子渗碳129

4-8-1 离子渗碳原理129

4-8-2 等离子渗碳的特点130

4-8-3 等离子渗碳的应用131

思考题133

第5章 热喷涂134

5-1 概述134

5-1-1 热喷涂方法的分类134

5-1-2 热喷涂技术的特点135

5-1-3 热喷涂技术与其它表面技术的比较136

5-1-4 热喷涂技术的发展136

5-1-5 各种热喷涂方法比较137

5-2 热喷涂的一般原理139

5-2-1 粒子流的特点139

5-2-2 涂层的形成140

5-2-3 喷涂粒子与基体的结合强度140

5-3 火焰喷涂142

5-3-1 线材火焰喷涂142

5-3-2 粉末火焰喷涂143

5-3-3 基体表面预处理144

5-3-4 火焰喷涂的应用145

5-4 等离子喷涂146

5-4-1 等离子的形成及其特点146

5-4-2 等离子弧喷涂原理147

5-4-3 等离子喷涂设备147

5-4-4 等离子喷涂工艺149

5-4-5 等离子喷涂的应用150

5-4-6 等离子喷涂法的新进150

5-5 爆炸喷涂和超音速喷涂151

5-5-1 爆炸喷涂151

5-5-2 超音速喷涂152

5-6 热喷涂用材155

5-6-1 金属、合金及陶瓷喷涂线材155

5-6-2 非复合型热喷涂用粉末157

5-6-3 复合型热喷涂用粉末159

5-7 热喷涂涂层的特性161

5-7-1 热喷涂涂层的基本特点161

5-7-2 防锈防蚀性能163

5-7-3 耐磨性能164

5-7-4 耐高温性能164

5-7-5 热喷涂涂层的改质165

5-8 涂层设计165

5-8-1 喷涂工艺的选择原则166

5-8-2 根据使用条件设计热喷涂层166

5-8-3 喷涂材料的选择原则169

思考题170

第6章 堆焊171

6-1 概述171

6-1-1 堆焊概念171

6-1-2 堆焊金属组织的一般规律172

6-2-1 熔合区的形成与结构173

6-2 异种金属熔焊(堆焊)理论173

6-2-2 扩散过渡层的产生174

6-2-3 碳化物形成元素对扩散层的影响176

6-2-4 非碳化物形成元素对扩散层的影响176

6-2-5 液相合金元素同固相中的扩散177

6-3 手工电弧堆焊177

6-3-1 手工电弧堆焊工艺177

6-3-2 堆焊材料177

6-3-3 堆焊材料的选择180

6-3-4 手工堆焊的几个要点182

6-4-3 埋弧自动堆焊用材183

6-4-2 埋弧自动堆焊设备183

6-4-1 埋弧自动堆焊原理183

6-4 埋弧自动堆焊183

6-4-4 埋弧自动堆焊工艺规范184

6-5 振动电弧堆焊184

6-5-1 振动电弧堆焊基本原理184

6-5-2 振动电弧堆焊主要设备185

6-5-3 振动电弧堆焊工艺规范185

6-6 等离子喷焊与氧乙炔粉末喷焊186

6-6-1 等离子喷焊186

6-6-2 氧-乙炔火焰金属粉末喷焊188

6-7 其它堆焊方法188

6-7-1 气体保护堆焊法的特点188

6-7-2 电渣堆焊189

思考题189

7-1 概述190

第7章 电镀190

7-2 电沉积的基本原理191

7-2-1 电镀溶液192

7-2-2 金属的电沉积过程193

7-2-3 金属离子的放电位置195

7-3 金属的电结晶196

7-3-1 过电位在电结晶中的意义196

7-3-2 电极反应与极化196

7-3-3 形核理论198

7-4-1 镀液的影响199

7-4 影响电镀层质量的基本因素199

7-3-5 镀层的组织结构199

7-3-4 螺旋位错生长理论199

7-4-2 电镀规范的影响200

7-4-3 pH值及析氢的影响200

7-4-4 基体金属对镀层的影响200

7-4-5 前处理的影响201

7-5 合金电镀201

7-5-1 电镀合金的特点201

7-5-2 合金电镀原理201

7-5-3 合金共沉积的类型202

7-5-4 阴极极化曲线在合金共沉积理论中的作用203

7-6 复合镀204

7-6-1 复合镀层的沉积机理204

7-5-5 电镀合金的阳极204

7-6-2 复合镀的条件205

7-6-3 复合镀的性能特点及应用205

7-7 电刷镀206

7-7-1 电刷镀的原理与特点206

7-7-2 刷镀电源207

7-7-3 刷镀溶液207

7-7-4 刷镀工艺简介208

7-7-5 刷镀技术的应用208

思考题209

8-1-2 化学镀的条件210

8-1-1 离子还原的电子来源210

8-1 概述210

第8章 化学镀210

8-1-3 化学镀的特点211

8-2 化学镀镍211

8-2-1 化学镀镍原理212

8-2-2 化学镀镍工艺214

8-2-3 化学镀镍层的组织结构和性能217

8-2-4 化学镀镍合金技术的发展前景220

8-3 化学镀铜221

8-3-1 化学镀铜原理221

8-3-2 化学镀铜工艺223

思考题225

9-1 概述226

9-1-1 转化膜形成的基本方式226

第9章 化学转化膜226

9-1-2 转化膜的基本用途227

9-1-3 转化膜技术的发展动向227

9-2 化学成膜的基础理论227

9-2-1 磷酸盐膜化学反应机理227

9-2-2 铬酸盐膜化学反应机理232

9-2-3 草酸盐膜化学反应机理233

9-2-4 化学氧化机理233

9-3 铝的电化学氧化理论234

9-3-1 一般原理234

9-3-2 铝上阳极氧化膜的形成235

9-3-3 氧化膜的微观结构236

9-4-1 假转化型磷化(成膜溶液的磷化)237

9-4 磷化膜237

9-4-2 转化型磷化(非成膜型溶液的磷化)242

9-5 铬酸盐膜242

9-5-1 铬酸盐膜成膜工艺243

9-5-2 铬酸盐膜的性质244

9-6 铝的阳极氧化工艺及性质246

9-6-1 铝的阳极氧化工艺246

9-6-2 铝的阳极氧化膜的性质248

9-7 化学氧化与草酸盐钝化249

9-7-1 化学氧化249

9-7-2 草酸盐钝化251

9-8-2 溶胶-凝胶工艺252

9-8-1 概述252

9-8 溶胶-凝胶成膜252

9-8-3 溶胶-凝胶膜的应用255

思考题256

第10章 金属表面彩色化257

10-1 金属表面着色机理257

10-1-1 电解发色法257

10-1-2 涂料浸渍着色法259

10-1-3 电解着色法(二步法)259

10-2 铝和铝合金的着色261

10-2-1 电解发色工艺262

10-2-2 氧化膜染色工艺262

10-2-4 采用周期换向电流所得的铝氧化层的特殊着色法263

10-2-3 电解着色工艺263

10-3 铬酸盐及磷酸盐钝化膜的彩色264

10-3-1 铬酸盐膜的彩色264

10-3-2 磷化膜的彩色265

10-4 化学法生成彩色氧化膜266

10-4-1 化学彩色氧化膜工艺266

10-4-2 不锈钢的化学彩色267

10-4-3 铜的化学彩色氧化膜267

思考题267

第11章 涂料及涂装269

11-1 概述269

11-1-1 涂料及其进步269

11-1-2 涂料的性能及特点269

11-1-3 涂料的基本组成270

11-1-4 涂料的分类271

11-2 高分子涂料成膜机理272

11-2-1 涂膜形成的物理化学变化272

11-2-2 非交联型成膜273

11-2-3 交联型成膜275

11-3 涂膜防护机理277

11-3-1 涂膜对介质的屏蔽作用277

11-3-2 电解质对涂膜的渗透278

11-3-3 防锈颜色的防蚀机理279

11-3-4 涂膜的综合防蚀作用280

11-3-5 涂膜的破坏280

11-4-1 一般涂料282

11-4 涂料品种简介282

11-4-2 水性涂料284

11-4-3 粉末涂料285

11-4-4 元素有机聚合物涂料286

11-4-5 橡胶涂料287

11-4-6 特殊用途的涂料288

11-5 涂装方法简介290

11-5-1 一般涂装方法290

11-5-2 静电涂装法291

11-5-3 电泳涂装法292

11-5-4 粉末静电喷涂法293

11-5-5 其它粉末涂覆法294

思考题294

12-1 概述295

第12章 气相沉积295

12-2-1 气相沉积的基本过程297

12-2-2 蒸发镀膜297

12-2 物理气相沉积(PVD)297

12-2-3 溅射镀膜300

12-2-4 离子镀膜305

12-3 化学气相沉积(CVD)309

12-3-1 CVD的化学反应和特点309

12-3-2 CVD的方法310

12-3-3 CVD的应用311

12-3-4 金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)312

12-3-5 等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)312

12-4 PVD和CVD两种工艺的对比313

12-3-6 激光化学气相沉积(LCVD)313

12-5 膜/基体系的选择314

12-5-1 硬质膜的选材314

12-5-2 硬质膜的结构和性能的关系316

思考题316

第13章 高能束表面改性317

13-1 概述317

13-2 激光束与材料表面的交互作用318

13-2-1 激光器的种类318

13-2-2 激光束与金属的交互作用318

13-2-3 激光加工的种类320

13-3-1 激光相变硬化中的几个问题321

13-3 激光相变硬化321

13-3-2 激光相变硬化的特点322

13-3-3 激光相变硬化的效果323

13-3-4 激光相变硬化的实际应用323

13-3-5 激光熔化淬火324

13-3-6 激光非晶化324

13-3-7 激光退火325

13-3-8 激光冲击硬化325

13-4 激光表面合金化与激光熔覆325

13-4-1 激光表面合金化325

13-4-2 表面激光熔覆328

13-5-1 注入离子的产生329

13-5 离子注入基本原理与特点329

13-5-2 注入元素的浓度分布330

13-5-3 离子注入改性的一般机理331

13-5-4 离子注入的极限浓度332

13-6 离子注入技术的应用333

13-6-1 离子注入技术的优缺点333

13-6-2 用离子注入改变材料的摩擦磨损性能333

13-6-3 离子注入对疲劳性能的影响335

13-6-4 离子注入在腐蚀工程中的应用335

13-6-5 离子注入--研究合金基础理论的工具336

13-6-6 离子注入发展动向336

13-7-1 电子束对材料表面的作用337

13-7-2 电子束加热和冷却337

13-7 电子束技术337

13-7-3 电子束表面改性338

思考题339

第14章 表面分析与测试340

14-1 表面分析340

14-1-1 表面分析的一般概念340

14-1-2 表面分析方法概述340

14-1-3 探针与材料表面的相互作用342

14-1-4 表面成分分析技术343

14-1-5 表面结构分析技术347

14-2 表面机械性能测试348

14-2-1 表面硬度的测试348

14-2-2 结合强度的测试349

14-2-3 膜层残余应力的测量351

14-2-4 耐磨性能试验353

14-2-5 膜层脆性测试法354

14-3 表面物理性能测试355

14-3-1 表面粗糙度的测试355

14-3-2 膜厚的测试356

14-3-3 耐热性能测试358

14-3-4 绝缘性能测试358

14-4 表面化学性能测试359

14-4-1 孔隙度测试359

14-4-2 耐腐蚀性能测试360

思考题361