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第一章材料的磨损1

一、概述1

（一）研究磨损的范围及其重要性1

目 录1

（二）研究磨损的历史和发展3

（三）磨损的定义和分类9

1．磨损的定义9

2．磨损的分类10

2．正常磨损阶段15

（四）磨损过程的几个阶段15

1．磨合阶段15

3．严重磨损阶段16

二、磨损的基本理论16

（一）固体表面特性及表面膜16

1．固体表面的几何特性16

2．固体表面的物理机械特性20

3．固体表面的化学特性22

4．固体表面的边界膜26

（二）固体表面接触的基本理论30

1．理想光滑表面弹性接触的应力计算30

2．实际粗糙表面对弹性接触应力的影响32

3．实际粗糙表面的接触及接触面积35

4．切向力对接触面积的影响41

（三）固体的摩擦与磨损43

1．早期的摩擦理论43

2．摩擦的能量理论45

3．摩擦引起的各种效应50

4．摩擦与磨损60

三、研究磨损的基本方法65

（一）磨损问题的系统分析65

1．系统分析的基本概念66

2．摩擦学的“封闭系统”67

3．系统分析数据表的应用70

4．系统分析在磨损研究中的应用举例72

（二）磨损零件的失效分析76

1．失效分析的意义及其发展76

2．磨损失效分析的特点和方法77

3．磨损失效分析举例87

（三）磨损试验95

1．磨损试验的意义和分类95

2．实验室磨损试验的特点和选择96

3．实验室磨损试验机99

4．磨损试验结果的测定101

5．磨损过程的定量评定方法113

（四）磨损过程的计算114

1．关于磨损率的计算115

2．摩擦副中磨损量的计算119

3．关于磨损极限的计算127

四、材料耐磨性和耐磨材料的选择134

（一）材料耐磨性的定义和评定方法134

（二）提高材料耐磨性的途径和方法135

1．零件的使用寿命和材料的耐磨性135

2．选择耐磨材料及表面涂层的一般原则和方法137

3．耐磨材料及表面涂层选择的指南139

4．国内的典型耐磨钢和农机具用耐磨材料149

参考文献162

第二章材料腐蚀与防护172

一、概述172

（一）金属腐蚀的定义和分类172

（二）发展的回顾174

（三）腐蚀防护的重要性175

二、金属腐蚀的基础理论176

（一）金属的化学腐蚀——金属的高温氧化176

1．金属高温氧化热力学176

2．金属高温氧化动力学179

3．氧化膜的晶格结构及传质机制183

4．合金的氧化185

（二）金属的电化学腐蚀188

1．腐蚀原电池188

2．电化学腐蚀的热力学189

3．平衡电极电位191

4．不平衡电极电位192

5．电极过程的极化193

1．E——pH图204

三、研究方法及测试技术204

（一）腐蚀的图解分析204

2．混合电位207

3．几种典型情况腐蚀图解分析210

（二）失效分析217

1．失效分析的步骤217

2．腐蚀失效分析实例219

（三）实验研究224

（四）测试技术226

1．现场及模拟性腐蚀评价试验226

2．腐蚀程度的测定226

3．微观表面测试227

4．电化学方法228

四、几种主要的电化学腐蚀232

（一）金属的局部腐蚀232

1．缝隙腐蚀232

2．点腐蚀234

3．晶间腐蚀235

1．大气腐蚀237

（二）金属在各种环境中的腐蚀237

2．海水腐蚀241

3．土壤腐蚀242

（三）金属在机械力作用下的腐蚀248

1．应力腐蚀断裂（SCC）249

3．提高材料耐蚀性的途径251

2．氢致应力开裂（HSC）252

（一）材料的耐蚀性及提高耐蚀性的途径253

3．腐蚀疲劳（CF）255

2．表面结构的形成258

五、材料的耐蚀性及腐蚀防护258

1．材料的耐蚀性258

（二）耐蚀材料264

1．耐大气腐蚀钢264

2．耐大气腐蚀钢的类型及应用265

3．不锈钢267

1．设计及选材273

（三）腐蚀的防护273

2．电化学保护274

3．表面覆层及表面处理275

4．缓蚀剂278

参考文献279

第三章材料表面强化技术283

一、概述283

（一）历史的回顾283

1充分发挥材料潜力285

（二）表面强化技术的目的和作用285

2．节约材料资源287

3．制备具有特殊性能的表面层288

（三）表面强化技术的分类289

1．表面形变强化289

2．表面热处理强化291

3．化学热处理强化292

4．表面冶金强化292

5．表面薄膜强化294

（四）表面硬化层的性能295

1．提高耐磨性能296

2．提高抗蚀性能299

（三）试样的准备问题300

4．提高热硬性303

3．提高疲劳强度303

二、表面热处理及其应用304

（一）表面热处理的特点与分类304

（二）低能量密度加热的表面淬火306

1．感应加热表面淬火307

2．快速加热表面淬火309

（三）高能量密度加热表面淬火310

1．高频电流直接加热表面淬火310

2．脉冲电流感应加热淬火和脉冲电流直接加热淬火311

3．激光加热表面淬火311

4．电子束加热表面淬火313

5．太阳能加热表面淬火313

三、化学热处理及其应用314

（一）化学热处理的基本原理及分类314

1．分解315

2．吸附315

3．扩散316

（二）提高耐磨性的化学热处理322

1．渗硼323

2．渗金属325

（三）提高疲劳强度和耐磨性的化学热处理326

1．渗碳、碳氮共渗326

2．渗氮、氮碳共渗328

（四）以减摩为目的的化学热处理331

1．渗硫、硫氮及硫氮碳共渗331

2．石墨化渗层332

3．镀渗合金层332

4．蒸汽处理333

（五）提高抗蚀性的化学热处理334

1．渗铬334

2．渗硅335

3．渗锌、渗锡336

（六）提高抗高温氧化性的化学热处理336

1．渗铝336

2．铬铝共渗和铬铝硅共渗337

（一）表面冶金强化目的与特点338

四、表面冶金强化及其应用338

1．表面涂层工艺339

（二）表面涂层339

2．自熔性合金340

3．复合粉束345

（三）其他表面冶金强化346

1．表面熔化—结晶处理346

2．表面熔化—非晶态处理348

3．表面合金化348

五、表面薄膜强化及其应用350

（一）化学和电化学法351

1．电镀351

2．化学镀353

3．复合镀354

4．刷镀355

5．转化处理357

（二）气相沉积法358

1．沉积方法358

2．气相沉积的应用363

（三）离子注入369

参考文献370

第四章材料表面分析技术374

一、概述374

（一）基本定义和概念374

（二）表面分析的内容和工程意义375

1．表面形貌分析375

3．表面成分和原子状态分析376

2．表面晶体结构分析376

（三）表面分析仪器的分类377

（四）常用表面分析仪器和分析技术380

二、表面形貌观察及其分析技术382

（一）近代显微镜的发展382

1．发展概况382

2．光学显微镜383

3．透射电子显微镜384

4．扫描电子显微镜389

5．分析电子显微镜392

6．原子观察与场离子显微镜393

7．应用前景395

（二）表面几何轮廓的立体观察和立体分析397

1．目的397

2．体视效应397

3．立体分析在显微镜中的应用398

1．基本前提400

2．金相试样400

3．复型试样402

4．薄膜试样404

5．粉末（微粒）试样405

（四）辅助图像分析技术407

1．统计定最分析407

2．彩色图像分析409

（一）微探针分析技术的分类411

三、表面成分和原子状态分析411

（二）表面深层（1～10μm）的元素分析412

1．电子探针显微分析的基本原理412

2．仪器结构和分析特点414

8．数据资料和分析结果417

（三）几个原子表层的元素分析420

1．俄歇电子能谱分析的基本原理420

2．仪器结构和分析特点422

3．数据资料和分析结果424

（四）对100A微区内成分变化的分析427

1．电子能量损失谱分析的基本原理427

2．仪器结构和分析特点428

3．数据资料和分析结果430

（五）几个原子表层的全元素和同位素分析431

1．二次离子质谱分析的基本原理431

2．仪器结构和分析特点432

3．数据资料和分析结果434

1．离子散射谱分析的基本原理435

（六）最外表面单原子层的痕量元素分析435

2．仪器结构和分析特点436

3．数据资料和分析结果437

（七）对轻基体中重杂质元素的分析439

1．卢瑟福背散射谱分析的基本原理439

2．谱仪的基本结构442

3．分析特点443

1．粒子激发X射线谱分析的基本原理444

（八）表面成分和原子密度的分析444

2．实验装置446

3．分析特点447

（九）表面化学状态分析448

1．光电子能谱化学分析的基本原理448

2．仪器结构和分析特点449

3．数据资料和分析结果452

（十）表面分子状态的分析452

1．激光拉曼谱分析的基本原理452

2．仪器结构和分析特点453

3．数据资料和分析结果454

（十一）展望455

四、表面微区晶体结构分析技术457

（一）基本原理457

（二）低能电子衍射技术459

1．分析原理459

2．仪器结构和分析特点462

（三）反射式高能电子衍射技术463

1．分析原理463

3．衍射花样分析463

2．仪器结构和分析特点465

3．衍射花样分析467

（四）反射电子衍射技术468

（五）电子通道花样技术469

1．分析原理469

2．获得ECP的必要条件和光路471

3．电子通道花样的分析473

（六）电子背散射花样技术473

（七）X射线柯塞尔花样技术475

（八）各种晶体结构分析技术的评价476

五、核物理分析技术479

（一）表面微观结构的物理和化学变化分析技术479

1．穆斯堡尔谱分析（M？SS）的基本原理479

2．穆斯堡尔谱的测量方法481

3．谱形分析和穆斯堡尔参数483

4．分析特点486

1．正电子湮灭技术的分析原理487

（二）表面50μm深层空位型缺陷的分析技术487

2．正电子湮灭的实验方法492

3．谱分析特点497

（三）放射性同位素分析技术497

1．直接加入法498

2．后活化法499

3．氪化法500

参考文献503

中英对照506