材料表面技术原理与应用(高等学校教材)

第1章绪论1
1.1从表面技术到表面工程1
1.2表面技术在现代工业中发挥巨大作用的原因4
1.2.1采用表面技术可以解决某些零部件采用单一材料无法满足的性能要求4
1.2.2节约贵重材料，大幅度提高性价比5
1.2.3电子信息技术飞速发展的需要6
1.2.4节能、开发新能源的需求6
1.3表面工程中的设计概念7
1.4表面技术的发展与环境保护9
1.4.1开发各种材料表面防腐蚀新技术是重要的研究方向9
1.4.2应重视新型复合表面技术的研发11
1.4.3几种值得注意的表面改性技术13
1.4.4开发新型薄膜太阳能电池技术是研究热点14
1.4.5涂镀层技术中钢板、钢梁、钢管的镀层新技术开发15
1.4.6表面技术中的环保问题16
习题17
参考文献18

第2章利用相变原理设计表面改性技术19
2.1马氏体相变基本特征概述及其在设计表面改性技术中的应用19
2.2残余应力的产生原理与分析方法23
2.2.1冷却过程中的残余应力产生原理24
2.2.2残余应力综合分析与控制26
2.3表面组织金相分析方法29
2.3.1阿贝成像原理29
2.3.2利用阿贝成像原理分析金相组织31
2.4表面相变强化工艺设计与典型工艺分析33
2.4.1工艺设计的基本思路与一般规律34
2.4.2感应加热淬火工艺设计与分析36
2.4.3激光表面相变强化工艺46
2.5表面相变强化工艺设计案例51
2.6非钢铁材料表面相变强化工艺设计与贝氏体组织应用57
习题59
参考文献60

第3章利用扩散与相变原理设计表面改性工艺61
3.1基本原理概述61
3.2扩散基本规律63
3.2.1纯扩散理论63
3.2.2反应扩散理论65
3.3利用反应扩散方法设计表面改性工艺的思路67
3.4利用纯扩散理论设计表面改性工艺68
3.4.1钢的渗碳工艺分析68
3.4.2渗碳过程中炉内碳势的控制73
3.4.3渗碳件残余应力分析77
3.4.4渗碳的数值模拟技术简介78
3.5利用反应扩散理论设计表面改性工艺83
3.5.1设计思想与基本原理83
3.5.2氮化工艺85
3.5.3氮碳共渗92
3.5.4气体氮氧共渗94
3.5.5渗硼工艺设计94
3.5.6固体粉末渗锌97
3.5.7盐浴渗金属方法：TD技术98
3.5.8氮化与渗金属过程中产生的残余应力100
3.6工艺设计案例102
3.6.1案例1齿轮表面改性工艺设计103
3.6.2案例2导线夹制备工艺的设计106
3.6.3案例3对小模数齿轮设计多元共渗代替渗碳的技术方案110
3.6.4案例4利用TD方法提高热作模具寿命111
3.7几种典型的表面改性工艺112
3.7.1碳氮共渗技术112
3.7.2真空渗碳112
3.7.3二段及三段氮化113
3.7.4提高钢件抗腐蚀能力的氮化法115
3.7.5TD方法渗金属115
3.7.6抗蚀、抗氧化表面改性工艺设计116
3.7.7多元共渗工艺设计118
3.7.8快速电加热渗铝118
3.8表面改性技术中的污染问题119
3.9稀土化学热处理技术120
3.9.1稀土渗碳及碳氮共渗121
3.9.2稀土渗氮及氮碳共渗124
习题131
参考文献131

第4章薄膜技术133
4.1薄膜的定义与薄膜形成133
4.1.1薄膜的定义及其在现代科技中的作用133
4.1.2薄膜形成过程简介134
4.2化学气相沉积技术的基本原理与典型工艺分析136
4.2.1化学原理在化学气相沉积中的作用与典型工艺分析137
4.2.2TCVD薄膜的沉积过程与特点142
4.2.3CVD技术的应用143
4.2.4TCVD应用范围探讨145
4.3真空技术基础146
4.3.1真空的定义与单位146
4.3.2气体分子能量运动速度与分子间碰撞147
4.3.3真空的获得148
4.3.4真空系统配置150
4.4等离子体技术基础153
4.4.1等离子体的基本概念153
4.4.2等离子体的产生方法155
4.5粒子间碰撞161
4.5.1弹性碰撞的能量转移161
4.5.2非弹性碰撞的能量转移162
4.6等离子体化学气相沉积技术165
4.7物理气相沉积——真空蒸发镀膜技术168
4.7.1基本原理168
4.7.2蒸发源与合金膜的蒸发镀171
4.8物理气相沉积——离子镀技术172
4.8.1基本原理172
4.8.2典型工艺分析174
4.9物理气相沉积技术——溅射镀膜175
4.9.1离子溅射中的一些理论问题175
4.9.2典型溅射镀膜技术177
4.9.3磁控溅射技术179
4.10离子注入与离子束合成薄膜技术原理183
4.10.1离子注入的原理*183
4.10.2离子注入机与注入工艺190
4.10.3离子束与镀膜复合技术191
4.10.4离子注入技术实际应用状况195
4.11薄膜中的应力分析198
4.11.1薄膜中的应力198
4.11.2薄膜的附着力201
4.12薄膜设计应用案例203
4.12.1用TCVD技术沉积TiN提高硬质合金刀具切削速度203
4.12.2在蓝宝石上沉积TiN薄膜204
4.12.3光盘记录系统206
4.12.4太阳能电池的原理与薄膜材料设计208
习题209
参考文献210

第5章涂镀层技术211
5.1电沉积技术的基本原理与典型工艺211
5.1.1金属电化学腐蚀模型与标准电极电位211
5.1.2电沉积的基本过程213
5.1.3电沉积中的定量计算214
5.1.4电沉积的后处理与镀层残余应力217
5.1.5典型电沉积工艺分析——电镀锌工艺218
5.1.6电沉积技术中的污染问题223
5.2电刷镀技术224
5.2.1基本原理224
5.2.2电刷镀工艺步骤与应用领域228
5.3电沉积技术在高科技中的应用230
5.3.1利用电沉积技术制备薄膜太阳能电池材料231
5.3.2利用电沉积技术制备镍网材料231
5.3.3电沉积铜用于IC铜布线232
5.4电沉积零件的失效分析233
5.5化学镀技术235
5.5.1化学镀的原理235
5.5.2化学镀的典型工艺及应用237
5.5.3化学镀中的残余应力问题241
5.6热浸镀技术241
5.6.1热浸镀的基本原理与工艺过程241
5.6.2热浸镀典型工艺分析——热镀锌工艺243
5.7化学转移膜技术*245
5.7.1化学转移膜的基本原理与用途246
5.7.2典型化学转移膜技术的分析247
5.7.3化学转移膜技术中的污染问题254
5.8热喷涂技术254
5.8.1热喷涂技术的基本原理254
5.8.2喷涂层中的残余应力258
5.8.3典型喷涂技术258
习题262
参考文献263

第6章复合表面处理技术264
6.1表面技术复合的设计原则264
6.2几种复合表面技术267
6.2.1硫与氮共渗复合处理267
6.2.2渗氮与感应表面淬火复合267
6.2.3溅射Al膜与离子氮化工艺复合268
6.2.4多元共渗与高分子材料复合268
6.2.5喷涂与火焰、激光快速加热复合271
6.2.6铸渗复合处理工艺271
习题272
参考文献273

第7章金属粉体材料的表面改性处理及应用274
7.1高强塑Fe-Ni-P合金的制备274
7.2Fe-N合金粉末的制备与应用276
7.3Ti-N-O复合材料的制备278
参考文献279

附录1金属材料表面技术实验设计280
实验一表面感应加热淬火与组织性能分析280
一、实验目的280
二、实验设备与材料280
三、实验步骤与过程280
四、分析与讨论280
实验二多元共渗工艺与组织性能分析282
一、实验目的282
二、实验设备与材料282
三、实验工艺282
四、实验原理282
五、实验步骤与过程284
六、分析与讨论285
实验三化学镀镍工艺与组织性能分析285
一、实验目的285
二、实验材料285
三、实验内容286
四、实验报告要求286
五、分析与讨论286
实验四二极溅射工艺与组织性能分析286
一、实验目的286
二、实验设备与材料286
三、实验原理287
四、工艺流程288
五、分析与讨论288
实验五热镀锌工艺与组织及抗蚀性能分析289
一、实验目的289
二、实验设备与材料289
三、实验工艺290
四、实验原理290
五、实验内容与过程290
六、实验报告要求291
七、分析与讨论291

附录2总复习题292

附录3总复习题答案要点（二维码）296

附录4材料表面技术国内外标准（二维码）297