表面及特種表面加工

第一章表面工程基礎(chǔ)1

第一節(jié)表面熱力學(xué)基礎(chǔ)1

一、物理界面1

二、表面自由能2

三、表面厚度3

四、表面熱力學(xué)函數(shù)6

五、金屬的力學(xué)性能與表面自由能10

第二節(jié)二維晶體結(jié)構(gòu)及表面缺陷12

一、二維布拉菲晶格12

二、二維晶列指數(shù)12

三、TLK模型（表面臺階結(jié)構(gòu)）13

四、表面結(jié)構(gòu)中的晶格缺陷14

五、固體表面的粗糙性20

六、固體表面的多孔性21

第三節(jié)固體表面的吸附22

一、物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別22

二、活化吸附理論23

三、分子在表面上的滯留時間25

第四節(jié)金屬表面的鈍化及活化27

一、金屬表面鈍化現(xiàn)象27

二、鈍化理論27

三、金屬表面的活化28

第五節(jié)荷能粒子和固體表面的交互

作用28

參考文獻(xiàn)30

第二章電鍍技術(shù)及特種電鍍加工32

第一節(jié)電鍍的電化學(xué)原理32

一、電鍍的基本概念32

二、電鍍過程中的計算33

第二節(jié)電鍍基本理論35

一、金屬電沉積35

二、電結(jié)晶過程中的晶體生長37

三、電流在陰極上的分布38

四、金屬在陰極表面上的分布44

第三節(jié)普通電鍍45

一、鍍鉻層的性質(zhì)和用途45

二、鍍鉻溶液的種類46

三、防護(hù)裝飾性鍍鉻47

四、鍍耐磨鉻49

五、鍍松孔鉻49

六、鍍黑鉻50

七、鍍鉻、鎳添加劑的發(fā)展50

第四節(jié)合金電鍍層加工54

一、概述54

二、鍍銅錫合金（青銅）55

第五節(jié)復(fù)合電鍍57

一、復(fù)合電鍍的沉積機(jī)理57

二、復(fù)合電鍍的條件58

三、復(fù)合鍍層的分類及應(yīng)用59

第六節(jié)非金屬電鍍62

一、概述62

二、非金屬表面金屬化63

三、塑料電鍍63

四、玻璃和陶瓷電鍍64

第七節(jié)電刷鍍65

一、概述65

二、刷鍍的原理與特點(diǎn)65

三、刷鍍電源66

四、刷鍍?nèi)芤?6

五、刷鍍工藝簡介67

第八節(jié)電刷鍍鉻及其加工67

一、刷鍍鉻基本原理67

二、陰陽極相對運(yùn)動影響分析70

三、刷鍍鉻加工的鍍液配方及工藝73

參考文獻(xiàn)74

第三章表面化學(xué)處理技術(shù)75

第一節(jié)化學(xué)表面清洗75

一、脫脂75

二、表面除銹77

三、不銹鋼表面清洗79

四、除垢79

五、化學(xué)浸蝕80

六、中和82

七、表面調(diào)整82

第二節(jié)化學(xué)Ni"para" label-module="para">

一、化學(xué)鍍原理84

二、化學(xué)鍍的特點(diǎn)84

三、化學(xué)鍍的熱力學(xué)和動力學(xué)85

四、化學(xué)鍍鎳溶液組分影響86

五、化學(xué)鍍工藝及鍍層形貌90

六、化學(xué)鍍Ni"para" label-module="para">

第三節(jié)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)93

一、概述93

二、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的基本原理95

三、化學(xué)氧化處理96

四、磷化處理102

五、鉻酸鹽的鈍化處理108

六、草酸鹽轉(zhuǎn)化膜111

參考文獻(xiàn)114

第四章熱噴涂及其噴涂加工技術(shù)115

第一節(jié)熱噴涂技術(shù)基礎(chǔ)115

一、熱噴涂技術(shù)定義115

二、熱噴涂技術(shù)的分類和特點(diǎn)115

三、熱噴涂技術(shù)的原理116

四、涂層結(jié)構(gòu)117

五、涂層與基體結(jié)合機(jī)理118

六、基體表面預(yù)處理119

第二節(jié)火焰熱噴涂121

一、火焰噴涂的原理與特點(diǎn)121

二、火焰噴涂設(shè)備123

三、火焰噴涂工藝125

四、火焰噴涂常見的問題及預(yù)防

措施126

第三節(jié)電弧噴涂127

一、電弧噴涂的原理與特點(diǎn)127

二、電弧噴涂設(shè)備128

三、電弧噴涂工藝129

四、易氧化材料的電弧噴涂技術(shù)130

第四節(jié)等離子噴涂技術(shù)134

一、等離子噴涂的原理與特點(diǎn)134

二、大氣等離子噴涂設(shè)備135

三、大氣等離子噴涂常見的問題137

四、不同等離子噴涂技術(shù)簡介137

第五節(jié)噴焊技術(shù)及加工139

一、氧"para" label-module="para">

二、等離子噴焊141

三、感應(yīng)重熔144

四、激光熔覆技術(shù)145

五、熱噴焊加工中常見的問題147

第六節(jié)熱噴涂材料148

一、熱噴涂材料分類和要求148

二、純金屬及其合金噴涂材料148

三、自熔性合金材料153

四、熱噴涂用陶瓷材料157

五、熱噴涂用復(fù)合材料160

第七節(jié)塑料粉末噴涂技術(shù)162

一、塑料靜電噴涂的特點(diǎn)162

二、塑料靜電噴涂的基本原理163

三、靜電噴涂工藝流程165

四、幾種常見的塑料噴涂方法166

五、塑料噴涂粉末168

第八節(jié)熱噴涂技術(shù)的發(fā)展170

一、熱噴涂制備納米粉末170

二、熱噴涂制備非晶材料172

三、熱噴涂制備梯度涂層175

四、在線控制系統(tǒng)進(jìn)行涂層制備基礎(chǔ)

理論研究178

參考文獻(xiàn)179

第五章表面沉積加工技術(shù)181

第一節(jié)表面沉積技術(shù)基礎(chǔ)181

一、表面沉積分類及特點(diǎn)181

二、表面沉積加工的物理基礎(chǔ)182

三、表面沉積層的組織結(jié)構(gòu)183

第二節(jié)物理氣相沉積技術(shù)184

一、物理氣相沉積的基本原理、特點(diǎn)

及分類184

二、真空蒸發(fā)沉積鍍膜技術(shù)186

三、濺射沉積技術(shù)190

四、離子鍍技術(shù)198

五、閉合場非平衡磁控濺射離子鍍

技術(shù)204

第三節(jié)化學(xué)氣相沉積技術(shù)208

一、化學(xué)氣相沉積技術(shù)的分類和

特點(diǎn)209

二、化學(xué)氣相沉積的原理209

三、影響化學(xué)氣相沉積層質(zhì)量的

因素210

四、化學(xué)氣相沉積裝置210

五、特種化學(xué)氣相沉積方法211

第四節(jié)等離子化學(xué)氣相沉積212

一、等離子化學(xué)氣相沉積原理213

二、PECVD沉積裝置214

參考文獻(xiàn)216

第六章金屬電化學(xué)加工218

第一節(jié)陽極氧化加工技術(shù)219

一、鋁的陽極氧化原理219

二、鋁及其合金的陽極氧化工藝223

三、陽極氧化膜的染色229

四、氧化膜的封閉與退除232

第二節(jié)微弧氧化加工技術(shù)234

一、微弧氧化原理235

二、微弧氧化的基本設(shè)備237

三、微弧氧化工藝238

四、幾種典型的微弧氧化加工242

第三節(jié)電化學(xué)拋光244

一、電化學(xué)拋光的定義及特點(diǎn)244

二、電化學(xué)拋光原理245

三、影響電化學(xué)拋光效果的因素248

四、電化學(xué)拋光工藝及設(shè)備250

五、銅和鋁材料表面的環(huán)保型電化學(xué)

拋光加工253

六、電化學(xué)拋光技術(shù)的研究進(jìn)展254

參考文獻(xiàn)256

第七章表面形變強(qiáng)化技術(shù)258

第一節(jié)表面形變強(qiáng)化概述258

第二節(jié)表面形變強(qiáng)化原理259

一、表面形變強(qiáng)化層的組織結(jié)構(gòu)259

二、形變強(qiáng)化對表面形貌的影響261

三、形變強(qiáng)化層內(nèi)宏觀殘余應(yīng)力對

材料疲勞性能的影響261

四、零件表層的殘余壓應(yīng)力的熱穩(wěn)

定性265

五、零件表層的殘余壓應(yīng)力在交變

載荷作用下的變化265

第三節(jié)噴丸強(qiáng)化技術(shù)266

一、噴丸強(qiáng)化原理266

二、噴丸強(qiáng)化設(shè)備及彈丸材料267

三、噴丸工藝及其質(zhì)量控制273

四、噴丸強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用277

第四節(jié)滾壓和孔擠壓強(qiáng)化技術(shù)280

一、滾壓和孔擠壓強(qiáng)化原理281

二、滾壓和孔擠壓強(qiáng)化設(shè)備282

三、滾壓和孔擠壓強(qiáng)化的影響因素284

四、滾壓和孔擠壓強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用285

第五節(jié)機(jī)械鍍技術(shù)286

一、機(jī)械鍍技術(shù)的分類及特點(diǎn)287

二、機(jī)械鍍層形成原理287

三、機(jī)械鍍用設(shè)備289

四、機(jī)械鍍工藝290

五、機(jī)械鍍加工常見的問題及處理

方法291

參考文獻(xiàn)291 2100433B

本書系統(tǒng)地闡述了表面工程技術(shù)的基礎(chǔ)理論，各種實(shí)用表面工程技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)、工藝和應(yīng)用，以及表面分析和檢測技術(shù)的內(nèi)容與方法。

一. 超聲波表面加工簡述

頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。人類耳朵能聽到的聲波頻率為20～20，000赫茲，所以人耳是聽不到超聲波的（每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲）。

超聲波具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。超聲波在清洗方面,醫(yī)學(xué)方面,檢驗(yàn)方面,金屬焊接，表面加工等方面已經(jīng)應(yīng)用開來。

超聲波在金屬表面加工方面的應(yīng)用，是通過高頻振動的硬質(zhì)滾輪作用于待加工金屬工件表面，使工件表層金屬產(chǎn)生塑性變形，在塑性變形的過程中，產(chǎn)生了冷作硬化，達(dá)到了改善表面質(zhì)量的目的。這種表面質(zhì)量的改善是綜合的，既有硬度的提高，又有表面粗糙度降低，同時也彌合了一些微觀裂紋，提高了工件的疲勞強(qiáng)度。

超聲波利用金屬在常溫狀態(tài)下冷塑性的特點(diǎn)，運(yùn)用超聲波對金屬零件表面進(jìn)行無研磨劑的研磨、強(qiáng)化和微小形變處理，使金屬零件表面達(dá)到更理想的表面粗糙度要求，也可以形象的說是利用超聲波將零件的表面熨平；同時在零件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高零件表面的顯微硬度、耐磨性及耐腐蝕性，延長疲勞壽命。

二. 加工原理

超聲波金屬表面加工利用金屬在常溫狀態(tài)下冷塑性的特點(diǎn)，運(yùn)用超聲波對金屬零件表超聲波表面加工相比，面進(jìn)行無研磨劑的研磨、強(qiáng)化和微小形變處理，使金屬零件表面達(dá)到更理想的表面粗糙度要求，也可以形象的說是利用超聲波將零件的表面熨平；同時在零件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，提高零件表面的顯微硬度、耐磨性及耐腐蝕性，延長疲勞壽命。

三.設(shè)備組成

超聲波設(shè)備由超聲波刀具總成、超聲波控制箱等組成，以車代磨！

四.加工過程

在機(jī)床上，用普通刀具將工件尺寸加工基本到位后，再用超聲波金屬表面加工設(shè)備的超聲波刀具代替原普通刀具加工一遍，即可使被加工工件表面光潔度提高3級以上（粗糙度Ra值可達(dá)0.2以下）；表面顯微硬度提高20%以上；并大大提高了工件的表面耐磨性和耐腐蝕性。告別磨床、滾壓、磨頭、砂帶磨……

五.超聲波表面加工的優(yōu)勢

表面粗糙度直達(dá)Ra<0.2μm,鏡面效果；

零件表面顯微硬度提高20%以上

零件表面耐磨性提高50%

零件表面耐腐蝕性提高40%倍以上

零件疲勞強(qiáng)度提高2倍以上

與傳統(tǒng)工藝相比，效率提高3被以上。

六.應(yīng)用范圍

超聲波金屬表面加工設(shè)備可在臥車、立車、磨床、鏜床、刨床、球面車床、加工中心等多種機(jī)床上使用，以車代磨，達(dá)到鏡面效果

超聲波表面加工設(shè)備可加工工件類型外圓，內(nèi)孔，R弧，曲面，端面，球面等等，例如加工淬火R弧滾輪，柴油機(jī)用R弧工件，雙向液壓桿，車后橋R弧，薄壁銅管，鋁盤，軋輥，軸類，鏡板等。

超聲波表面加工設(shè)備可加工的材料包括碳鋼、工具鋼、合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、鑄鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鋁鎂合金等材料，2100433B

1) 理想、清潔半導(dǎo)體表面：理想表面產(chǎn)生表面能級(表面態(tài))的原因是塔姆(Tamm)首先提出的,他認(rèn)為晶體的周期性勢場在表面處發(fā)生中斷引起了附加能級.因此,這種表面能級稱為塔姆表面能級或塔姆能級(Tamm Level).塔姆曾計算了半無限克龍尼克–潘納模型情形,證明在一定條件下每個表面原子在禁帶中對應(yīng)一個表面能級.上述結(jié)論可推廣到三維情形,可以證明,在三維晶體中,仍是每個表面原子對應(yīng)禁帶中一個表面能級,這些表面能級組成表面能帶.因單位面積上的原子數(shù)約為,故單位面積上的表面態(tài)數(shù)也具有相同的數(shù)量級.表面態(tài)的概念還可以從化學(xué)鍵的方面來說明.以硅晶體為例,因晶格在表面處突然終止,在表面的最外層的每個硅原子將有一個未配對的電子,即有一個未飽和的鍵.這個鍵稱為懸掛鍵,與之對應(yīng)的電子能態(tài)就是表面態(tài).因每平方厘米表面約有個原子,故相應(yīng)的懸掛鍵數(shù)也應(yīng)為約個.表面態(tài)的存在是肖克萊等首先從實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)的.以后有人在超真空對潔凈硅表面進(jìn)行測量,證實(shí)表面態(tài)密度與上述理論結(jié)果相符。

2) 實(shí)際表面：在表面處還存在由于晶體缺陷或吸附原子等原因引起的表面態(tài)這種表面態(tài)的特點(diǎn)是其數(shù)值(表面態(tài)密度)與表面經(jīng)過的處理方法及所處的環(huán)境有關(guān)。