材料表面科学与工程(吴玉程)

《材料表面科学与工程》是教育部高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材。本书阐述了材料表面科学与工程中的基本概念与基本理论，同时结合本领域最新成果，系统介绍了各类现代表面工程技术的基本原理、基本工艺、典型设备和应用实例等内容。全书共分为十三章，主要内容有：表面科学与工程概论，包括概念、发展历程及发展意义等；表面科学基本理论，包括材料表界面的相关理化特征、摩擦与磨损、腐蚀与防护；表面检测与分析方法系统整合了表面质量评价技术；表面工程技术，包括涂（镀）覆层技术、气相沉积技术、高能束轰击技术、表面热处理技术、化学热处理技术、表面形变强化技术、表面转化膜、浸浴技术以及表面精整与加工技术。 本书可作为高等学校材料、机械、化工等专业的专业课教材，也可作为从事表面科学与工程技术的研究、设计、生产和应用等相关人员的参考用书。

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绪论 0.1 表面科学与工程的概念 001 0.2 表面科学与工程的发展 002 0.2.1 表面技术发展由来 002 0.2.2 表面技术迅速发展态势 003 0.3 表面工程技术分类 005 0.4 表面工程技术的应用领域 006 0.5 表面工程技术发展的意义 011 第1章 材料的表面结构与特征 1.1 固体材料表面的基本概念 013 1.2 固体的表面基本理论 013 1.2.1 固体表面的结构 013 1.2.2 固体表面热力学 017 1.2.3 固体表面的润湿 018 1.2.4 纳米材料的表面效应 020 思考题 023 第2章 材料表面摩擦与磨损 2.1 摩擦的基本理论 024 2.1.1 古典摩擦理论 025 2.1.2 黏着和犁沟摩擦理论 025 2.1.3 分子-机械摩擦理论 026 2.2 磨损的基本理论 026 2.2.1 磨损的定义与类型 026 2.2.2 磨料磨损 027 2.2.3 黏着磨损 028 2.2.4 疲劳磨损 029 2.2.5 腐蚀磨损 030 2.2.6 微动磨损 031 2.2.7 气蚀磨损 031 2.3 提高材料耐磨性能的基本途径 032 思考题 032 第3章 材料表面腐蚀理论基础 3.1 材料腐蚀的基本概念 033 3.2 材料常见腐蚀形态与腐蚀机理 034 3.2.1 均匀腐蚀 034 3.2.2 电偶腐蚀 034 3.2.3 点腐蚀 037 3.2.4 缝隙腐蚀 041 3.2.5 晶间腐蚀 044 3.2.6 应力腐蚀 048 3.2.7 其他形式的腐蚀 051 3.3 材料在不同环境中的腐蚀 053 3.3.1 大气腐蚀 053 3.3.2 海水腐蚀 057 3.3.3 土壤腐蚀 061 3.4 提高材料抵抗腐蚀能力的基本途径 065 3.4.1 缓蚀技术 065 3.4.2 阴极保护 066 3.4.3 阳极保护 066 3.4.4 涂层保护 067 思考题 068 第4章 材料表面检测与分析技术 4.1 表面外观质量检测 069 4.1.1 表面缺陷 069 4.1.2 表面粗糙度 070 4.1.3 表面光泽度 072 4.2 覆盖层附着力检测 072 4.2.1 覆盖层附着力的定性检测方法 072 4.2.2 覆盖层附着力的定量检测方法 073 4.3 覆盖层厚度检测 074 4.4 覆盖层硬度检测 076 4.4.1 宏观硬度测试 076 4.4.2 显微硬度测试 077 4.5 覆盖层孔隙率检测 079 4.6 覆盖层耐蚀性检测与评定 080 4.6.1 覆盖层耐蚀性检测 080 4.6.2 覆盖层耐蚀性评定 080 4.7 表面成分与结构分析技术 083 4.7.1 表面成分分析 083 4.7.2 表面形貌分析 084 4.7.3 表面结构分析 085 4.7.4 表面电子态分析 085 4.7.5 表面原子态分析 085 思考题 086 第5章 涂（镀）覆层技术 5.1 热喷涂技术 087 5.1.1 热喷涂的原理及工艺分类 087 5.1.2 热喷涂材料及设备 088 5.1.3 喷焊技术与工艺 089 5.1.4 等离子喷涂技术 089 5.1.5 热喷涂技术的应用 091 5.2 电镀技术 092 5.2.1 电镀的基本原理 092 5.2.2 单一金属电镀 098 5.2.3 合金电镀 106 5.2.4 纳米晶镀层 111 5.2.5 复合电镀 116 5.2.6 电刷镀 119 5.3 化学镀技术 121 5.3.1 化学镀基本理论 121 5.3.2 化学镀镍/镍磷合金 122 5.3.3 化学镀其他金属和合金 132 5.3.4 化学复合镀 134 5.4 涂料与涂装技术 140 5.4.1 涂料与涂装概论 140 5.4.2 涂料种类与用途 140 5.4.3 涂料装备与应用 142 思考题 143 第6章 气相沉积技术 6.1 气相沉积概述 144 6.2 物理气相沉积 144 6.2.1 真空蒸发镀膜 145 6.2.2 溅射镀膜 151 6.2.3 离子镀膜 157 6.3 化学气相沉积 160 6.3.1 化学气相沉积过程与反应方程式 160 6.3.2 化学气相沉积反应物质源 161 6.3.3 化学气相沉积层质量影响因素 162 6.3.4 化学气相沉积装置 163 思考题 166 第7章 高等束表面改性技术 7.1 高能束与材料相互作用理论 167 7.1.1 激光束与材料相互作用 167 7.1.2 电子束与材料相互作用 168 7.1.3 离子束与材料相互作用 168 7.1.4 等离子体与材料相互作用 169 7.2 激光束表面改性技术 170 7.2.1 激光束表面改性技术概述 170 7.2.2 激光束表面改性技术特点 171 7.2.3 激光束表面改性技术分类 171 7.2.4 激光束表面改性技术设备 173 7.2.5 激光束表面改性技术应用 175 7.3 电子束表面改性技术 176 7.3.1 电子束表面改性技术概述 176 7.3.2 电子束表面改性技术特点 176 7.3.3 电子束表面改性技术分类 176 7.3.4 电子束表面改性技术设备 179 7.3.5 电子束表面改性技术应用 181 7.4 离子束表面改性技术 181 7.4.1 离子束表面改性技术概述 181 7.4.2 离子束表面改性技术特点 182 7.4.3 离子注入的基本原理 183 7.4.4 离子束表面改性技术设备 183 7.4.5 离子束表面改性技术应用 183 7.5 等离子束表面改性技术 186 7.5.1 等离子束表面改性技术概述 186 7.5.2 等离子束表面改性基本原理 186 7.5.3 等离子束表面改性设备 188 7.5.4 等离子束表面改性技术应用 189 思考题 191 第8章 表面热处理技术 8.1 表面热处理概述 193 8.2 感应加热表面淬火 194 8.2.1 高频感应淬火 195 8.2.2 渗碳后高频感应淬火 197 8.2.3 渗氮后高频感应淬火 197 8.2.4 超高频脉冲淬火 197 8.2.5 大功率高频脉冲淬火 199 8.2.6 超音频感应淬火 199 8.2.7 中频感应淬火 199 8.2.8 双频感应淬火 200 8.2.9 工频感应淬火 201 8.3 火焰加热表面淬火 201 8.3.1 火焰加热表面淬火的原理与特点 201 8.3.2 火焰加热表面淬火工艺 204 8.4 电解液淬火 204 8.5 接触电阻加热淬火 206 8.6 浴炉加热表面淬火 208 8.6.1 盐浴加热表面淬火 208 8.6.2 铅浴加热表面淬火 209 8.7 激光表面淬火 209 8.7.1 激光表面淬火工艺 210 8.7.2 激光表面淬火层性能 211 8.8 其他表面淬火方法 212 8.8.1 电子束淬火 212 8.8.2 IR淬火 212 8.8.3 混合加热表面淬火 213 8.9 表面光亮热处理 213 思考题 214 第9章 化学热处理技术 9.1 化学热处理的基本原理 216 9.2 化学热处理的基本类型 216 9.3 钢的渗碳与碳氮共渗 217 9.3.1 钢的渗碳 217 9.3.2 钢的碳氮共渗 220 9.4 钢的渗氮与氮碳共渗 221 9.4.1 钢的渗氮 221 9.4.2 钢的氮碳共渗 223 9.5 渗金属 223 9.5.1 渗金属的原理 224 9.5.2 常见的渗金属工艺 224 9.6 真空化学热处理 226 9.6.1 真空化学热处理原理 226 9.6.2 真空化学热处理的种类 226 9.7 等离子体化学热处理 227 9.8 共渗与复合渗 227 思考题 228 第10章 表面形变强化技术 10.1 表面形变强化相关概念 229 10.2 表面形变强化工艺及原理 229 10.2.1 滚压强化工艺 229 10.2.2 喷丸强化工艺 231 10.3 表面形变强化新技术—金属材料的表面纳米化 235 10.3.1 表面纳米化基本原理 235 10.3.2 金属材料表面纳米化后的性能 235 思考题 236 第11章 表面转化膜、浸浴技术 11.1 表面反应原理 237 11.2 氧化处理 237 11.2.1 化学氧化膜的性质和用途 237 11.2.2 化学氧化的工艺 237 11.2.3 化学氧化的机理 238 11.2.4 氧化膜的后处理 239 11.3 磷化处理 239 11.3.1 磷化反应 240 11.3.2 磷化膜的性质和用途 240 11.3.3 转化型磷化 241 11.3.4 假转化型磷化 242 11.4 铬酸盐钝化处理 243 11.4.1 铬酸盐膜的形成机理 244 11.4.2 锌的铬酸盐钝化工艺 244 11.4.3 铝和铝合金的铬酸盐钝化工艺 247 11.5 阳极氧化技术 248 11.5.1 阳极氧化机理 248 11.5.2 阳极氧化工艺 249 11.6 微弧氧化技术 255 11.6.1 微弧氧化膜的生长过程及影响因素 255 11.6.2 微弧氧化膜主要工艺 256 11.6.3 微弧氧化工艺的主要应用 257 11.7 着色技术与封闭处理 258 11.7.1 铝及铝合金的着色 258 11.7.2 其他金属的着色 260 11.7.3 封孔技术 261 11.8 热浸镀技术 261 11.8.1 热浸镀技术概述 261 11.8.2 热浸镀锡 262 11.8.3 热浸镀锌 263 11.8.4 热浸镀铝 268 11.9 溶胶-凝胶（sol-gel）技术 271 11.9.1 溶胶-凝胶工艺概述 271 11.9.2 溶胶-凝胶法制备薄膜的基本方法 271 11.9.3 溶胶-凝胶工艺的应用 273 思考题 274 第12章 材料表面精整与加工技术 12.1 表面清洁及预处理 275 12.1.1 表面除油 275 12.1.2 表面清洁除锈及浸蚀 278 12.2 表面结构及评定 284 12.2.1 评定参数及定义 284 12.2.2 表面粗糙度的参数 285 12.3 表面性质及要求 287 12.4 表面精整与加工技术 290 12.4.1 研磨 290 12.4.2 抛光 292 12.4.3 珩磨 297 12.3.4 超精密加工 300 思考题 301 参考文献