材料表面強化技術(shù)

第1章緒論1

11表面工程學科體系1

111表面工程的功能1

112表面強化技術(shù)是表面工程的核心內(nèi)容3

113表面強化技術(shù)的分類4

114強化層的性能取決于成分與結(jié)構(gòu)6

115材料物理基礎(chǔ)和表面物理化學是表面工程的基礎(chǔ)理論6

116磨損理論、腐蝕理論和斷裂理論是表面工程的相關(guān)理論8

12表面預(yù)處理8

121除油8

122除銹9

123機械法清理10

13涂層的機械加工11

131涂層的切削加工11

132涂層的磨削加工11

14表面分析技術(shù)11

141顯微鏡12

142表面成分和原子狀態(tài)分析14

143表面晶體結(jié)構(gòu)分析16

15表面層性能測試與檢驗17

151層（膜）的外觀檢查17

152層（膜）的厚度測量17

153硬度測量19

參考文獻20

第2章表面熔融強化21

21基本理論21

211熔體的結(jié)晶過程21

212熔體非晶化過程22

213表面熔融強化的分類23

22堆焊23

221概述23

222電弧堆焊24

223埋弧堆焊26

224等離子弧堆焊30

225氣體保護自動堆焊34

226氧乙炔焰堆焊37

227電渣堆焊38

228堆焊合金39

23熱噴涂40

231基本原理40

232火焰噴涂42

233電弧噴涂（ARC）44

234等離子弧噴涂44

235激光噴涂46

236熱噴涂材料49

237熱噴涂應(yīng)用54

24熱熔結(jié)55

241基本理論55

242真空熔結(jié)56

243激光熔凝57

244電子束熔凝59

25熱鍍60

251概述60

252熱鍍鋅62

253熱鍍鋁65

254熱鍍錫68

255熱鍍鉛錫69

26電火花表面強化70

261電火花表面強化及其原理70

262電火花強化層的組織與性能72

263電火花強化工藝73

264電火花強化的應(yīng)用75

27鑄滲77

271鑄滲及其原理77

272鑄滲工藝79

273鑄滲在耐磨方面的應(yīng)用80

28自蔓延高溫合成陶瓷涂層83

281基本原理83

282合成Al2O3復合陶瓷鋼管84

29搪瓷85

291搪瓷及其基本原理85

292搪瓷工藝88

293搪瓷工藝流程93

294搪瓷及其應(yīng)用97

210陶瓷上釉103

2101陶瓷103

2102上釉105

2103上釉工藝112

參考文獻114

第3章氣相沉積技術(shù)116

31概述116

311氣相沉積及分類116

312氣相沉積的物理基礎(chǔ)117

313氣相沉積層的組織結(jié)構(gòu)118

32物理氣相沉積（PVD）119

321真空蒸發(fā)鍍膜（蒸鍍）119

322濺射鍍膜121

323離子鍍124

33化學氣相沉積128

331化學氣相沉積及分類128

332常壓化學氣相沉積裝置128

34等離子化學氣相沉積（PCVD）131

341基本原理131

342PCVD沉積裝置132

35氣相沉積的應(yīng)用134

351耐磨膜134

352潤滑膜135

353防蝕膜136

參考文獻136

第4章水溶液沉積表面強化138

41概述138

42電鍍139

421電鍍的基本原理139

422電鍍工藝145

43電刷鍍159

431刷鍍的基本原理159

432刷鍍液162

433刷鍍工藝164

434刷鍍的應(yīng)用166

44化學鍍169

441基本原理169

442化學鍍鎳及其合金170

443化學鍍銅173

444化學鍍其他合金173

445復合化學鍍173

45轉(zhuǎn)化膜175

451基本原理175

452化學轉(zhuǎn)化膜176

453電化學轉(zhuǎn)化膜185

46金屬表面著色194

461引言194

462不銹鋼著色194

463銅及其合金著色195

464鋅層著色196

465其他金屬著色196

47溶膠凝膠鍍膜196

471引言196

472溶膠凝膠的基本原理197

473溶膠凝膠法鍍膜工藝200

474溶膠凝膠鍍膜的應(yīng)用201

參考文獻205

第5章表面固態(tài)相變強化——表面淬火207

51基本原理207

52較高能量密度加熱表面淬火208

521感應(yīng)加熱表面淬火208

522快速加熱表面淬火214

53高能量密度加熱表面淬火217

531激光加熱表面淬火218

532電子束加熱表面淬火222

533等離子弧加熱表面淬火224

534其他高能量密度加熱表面淬火228

參考文獻230

第6章固態(tài)擴滲表面強化——化學熱處理232

61概述232

611化學熱處理的基本原理232

612化學熱處理的滲層結(jié)構(gòu)233

613化學熱處理的分類及目的234

62提高疲勞強度及耐磨性的化學熱處理237

621滲氮237

622氮碳共滲246

623滲碳250

624碳氮共滲259

63提高耐磨性的化學熱處理261

631滲硼263

632滲釩和滲其他碳化物形成元素266

633以硼為主的共滲268

64減磨的化學熱處理269

641硫氮共滲269

642蒸氣處理270

643石墨化滲層270

644鍍滲合金層270

65提高耐蝕性的化學熱處理271

651滲鉻271

652滲硅275

653滲鋅276

66提高抗高溫氧化的化學熱處理276

661滲鋁277

662以鉻、鋁為主的共滲279

參考文獻281

第7章表面粉末冶金強化283

71引言283

72軋制燒結(jié)表面冶金強化284

73電接觸觸熱焊涂層285

731基本原理285

732電接觸觸熱焊工藝與性能288

733電接觸強化的應(yīng)用292

參考文獻294

第8章表面形變強化295

81基本原理295

811概述295

812表面噴丸與滾壓、孔擠壓強化原理296

82噴丸強化301

821噴丸強化用設(shè)備及彈丸301

822噴丸工藝310

823噴丸強化的應(yīng)用313

83表面滾壓和孔擠壓強化320

831滾壓和孔擠壓強化用設(shè)備320

832滾壓和孔擠壓強化321

833滾壓、擠壓強化的應(yīng)用321

84機械鍍323

841機械鍍的分類324

842機械鍍鍍層形成機理324

843機械鍍用設(shè)備325

844機械鍍工藝326

845機械鍍的應(yīng)用328

參考文獻329

第9章離子注入與沖擊硬化330

91基本理論330

911離子注入特點330

912發(fā)展概況330

913離子注入的物理基礎(chǔ)331

914離子注入層的組織結(jié)構(gòu)336

92離子注入裝置 340

921離子源340

922加速器342

923質(zhì)量分析器342

924聚焦、偏轉(zhuǎn)和掃描343

925靶室344

93離子注入工藝344

931材料表面強化用離子注入344

932離子注入工藝345

94離子注入的應(yīng)用346

941提高表面硬度346

942提高耐磨性347

943提高疲勞性能350

944提高耐蝕性351

945提高抗高溫氧化性354

946離子注入在半導體方面的應(yīng)用356

947離子注入應(yīng)用于其他材料的表面強化358

參考文獻358

第10章化學粘接涂層359

101概論359

102涂料涂層 359

1021涂料的組成359

1022涂料的成膜過程368

1023涂料的分類和命名370

1024涂裝方法371

1025防銹和防腐蝕涂料375

1026裝飾性涂料383

1027功能性涂料386

1028高固體分涂料391

1029水溶性涂料391

10210非水分散型涂料392

10211防腐蝕涂裝實例393

103塑料涂層395

1031引言395

1032粉末涂料的種類396

1033涂塑方法401

1034涂塑的應(yīng)用405

參考文獻410

本書按表面強化層形成的物理化學過程對表面強化技術(shù)進行分類，形成了表面強化技術(shù)的系統(tǒng)化與科學體系。重點闡述了水溶液沉積、固態(tài)相變等。

《模具材料及表面強化技術(shù)》作為高等工科院校模具設(shè)計與制造類專業(yè)的專業(yè)課教材，與傳統(tǒng)的相關(guān)教材相比，采用案例教學的方法，理論與實踐相結(jié)合，全書注重模具材料的分類及熱處理，模具材料失效分析以及材料的表面強化技術(shù)的原理及應(yīng)用。做到由淺入深，易學易懂，突出模具材料的表面強化技術(shù)，兼顧原理與應(yīng)用。

本書主要包括兩大部分：*篇是鋁及鋁合金表面強化技術(shù)，介紹了鋁及鋁合金的特性、應(yīng)用和表面強化前處理技術(shù)，鋁及鋁合金的化學氧化、陽極氧化、微弧氧化、化學鍍和陽極氧化后處理工藝；第二篇是鎂及鎂合金表面強化技術(shù)，介紹了鎂及鎂合金的特性、應(yīng)用與表面強化前處理技術(shù)，鎂及鎂合金的化學轉(zhuǎn)化、陽極氧化、微弧氧化、化學鍍、電鍍和其他表面強化技術(shù)。

本書可供表面處理、腐蝕與防護、電化學工程等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和生產(chǎn)技術(shù)人員使用和參考，也可供大中專院校有關(guān)專業(yè)的師生使用及參考。

第一篇鋁及鋁合金表面強化技術(shù)

第一章鋁及鋁合金的特性及應(yīng)用2

第一節(jié)鋁及鋁合金的特性2

一、變形鋁合金3

二、鑄造鋁合金5

第二節(jié)鋁及鋁合金的應(yīng)用5

第三節(jié)鋁及鋁合金的腐蝕及表面強化技術(shù)6

一、鋁及鋁合金的腐蝕特點6

二、鋁及鋁合金的表面強化技術(shù)11

參考文獻15

第二章鋁及鋁合金表面強化前處理17

第一節(jié)粗糙表面的整平17

一、噴砂和噴丸17

二、磨光和機械拋光23

第二節(jié)脫脂27

一、有機溶劑脫脂28

二、化學脫脂29

三、電化學脫脂32

四、超聲波脫脂34

五、乳化液脫脂35

第三節(jié)浸鋅和鋅鎳合金35

一、有氰浸鋅36

二、無氰浸鋅37

參考文獻40

第三章鋁及鋁合金化學氧化處理42

第一節(jié)概述42

第二節(jié)六價鉻化學氧化工藝43

一、鉻酸鹽處理44

二、磷鉻酸鹽處理45

第三節(jié)無鉻化學氧化工藝46

一、磷酸鹽處理47

二、硅烷處理50

三、稀土鹽處理53

四、分子自組裝處理55

參考文獻58

第四章鋁及鋁合金陽極氧化處理62

第一節(jié)概述62

一、變形鋁合金62

二、鑄造鋁合金63

第二節(jié)陽極氧化原理64

一、陽極氧化膜的結(jié)構(gòu)65

二、陽極氧化膜的生長機理66

第三節(jié)硫酸陽極氧化工藝67

一、硫酸陽極氧化規(guī)范67

二、硫酸陽極氧化工藝參數(shù)的影響68

第四節(jié)硬質(zhì)陽極氧化工藝70

一、硬質(zhì)陽極氧化概述70

二、硬質(zhì)陽極氧化工藝參數(shù)的影響73

第五節(jié)其他陽極氧化工藝75

一、瓷質(zhì)陽極氧化工藝75

二、草酸陽極氧化工藝77

三、鉻酸陽極氧化工藝78

四、有機酸硬質(zhì)陽極氧化工藝79

參考文獻80

第五章鋁及鋁合金微弧氧化處理83

第一節(jié)概述83

第二節(jié)微弧氧化原理85

一、微弧氧化的生長過程85

二、微弧氧化的生長模型86

第三節(jié)微弧氧化工藝88

一、微弧氧化預(yù)處理工藝88

二、微弧氧化制備工藝88

第四節(jié)微弧氧化影響因素90

一、合金材料及表面狀態(tài)的影響90

二、電解質(zhì)溶液及其組分的影響91

三、電流密度及氧化電壓的影響92

四、溫度與攪拌的影響93

五、微弧氧化時間的影響93

六、陰極材料、掛具及極間距的影響94

七、微弧氧化的能量參數(shù)控制94

八、膜層的后處理95

參考文獻96

第六章鋁及鋁合金化學鍍處理98

第一節(jié)化學鍍鎳工藝99

一、化學鍍鎳原理99

二、鋁合金化學鍍鎳工藝100

三、高溫化學鍍鎳工藝及配制方法104

四、中低溫化學鍍鎳工藝105

五、鍍液各成分的作用106

六、鍍液工藝條件的影響107

第二節(jié)化學鍍鈷工藝107

一、化學鍍鈷工藝及配制方法108

二、鍍液各成分的作用及影響因素110

參考文獻110

第七章鋁及鋁合金陽極氧化后處理113

第一節(jié)高溫封閉工藝113

一、沸水封閉113

二、水蒸氣封閉114

第二節(jié)重鉻酸鹽和鎳鈷鹽封閉115

一、重鉻酸鹽封閉115

二、鎳鹽和鈷鹽封閉116

第三節(jié)常溫封閉工藝117

一、常溫封閉原理117

二、常溫封閉工藝要求118

第四節(jié)綠色封閉工藝119

一、溶膠封閉119

二、有機物封閉120

三、微波水合封閉121

第五節(jié)其他封閉工藝122

一、稀土鹽封閉122

二、乙酸鹽封閉124

三、磷酸鹽封閉124

四、氟鈦酸鹽封閉124

五、復合方法封閉125

參考文獻125

第二篇鎂及鎂合金表面強化技術(shù)

第八章鎂及鎂合金的特性及應(yīng)用129

第一節(jié)鎂及鎂合金的特性129

一、鎂及鎂合金的物理、化學性質(zhì)129

二、鎂合金的分類130

三、合金元素對鎂合金性能的影響131

第二節(jié)鎂及鎂合金的應(yīng)用133

一、鎂合金在航空航天方面的應(yīng)用133

二、鎂合金在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用134

三、鎂合金在電子通信行業(yè)中的應(yīng)用134

四、鎂合金在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用135

五、鎂合金在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用135

六、鎂合金在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用136

七、鎂合金應(yīng)用發(fā)展趨勢136

第三節(jié)鎂及鎂合金的腐蝕及表面強化技術(shù)136

一、鎂及鎂合金的腐蝕特點137

二、鎂合金的表面強化技術(shù)139

參考文獻143

第九章鎂及鎂合金表面強化前處理145

第一節(jié)粗糙表面的整平145

一、噴砂和噴丸146

二、磨光和機械拋光146

第二節(jié)脫脂147

一、有機溶劑脫脂148

二、化學脫脂和電化學脫脂148

三、超聲波脫脂150

四、乳化液脫脂151

第三節(jié)浸蝕151

參考文獻153

第十章鎂及鎂合金化學轉(zhuǎn)化處理及陽極氧化處理155

第一節(jié)鎂及鎂合金化學轉(zhuǎn)化處理155

一、鉻酸鹽化學轉(zhuǎn)化處理155

二、磷酸鹽化學轉(zhuǎn)化處理157

三、磷酸鹽-高錳酸鹽化學轉(zhuǎn)化處理160

四、稀土鹽化學轉(zhuǎn)化處理162

五、錫酸鹽化學轉(zhuǎn)化處理165

六、鉬酸鹽化學轉(zhuǎn)化處理167

七、植酸化學轉(zhuǎn)化處理169

第二節(jié)鎂及鎂合金陽極氧化處理171

一、概述171

二、鎂合金傳統(tǒng)陽極氧化工藝172

三、鎂合金環(huán)保陽極氧化工藝174

四、陽極氧化膜的形成過程及組成177

五、陽極氧化膜的封孔179

參考文獻181

第十一章鎂及鎂合金微弧氧化處理185

第一節(jié)鎂及鎂合金微弧氧化技術(shù)185

一、微弧氧化技術(shù)發(fā)展歷史185

二、氧化膜的生長機理及膜層性能185

三、微弧氧化電源形式187

四、電解液體系及添加劑188

五、存在的問題及未來發(fā)展190

第二節(jié)鎂及鎂合金的微弧氧化工藝及后處理190

一、鎂合金微弧氧化工藝190

二、溶液組成和工藝參數(shù)的影響191

三、鎂合金微弧氧化著色工藝192

四、鎂及鎂合金微弧氧化封孔處理194

參考文獻198

第十二章鎂及鎂合金化學鍍、電鍍處理201

第一節(jié)鎂及鎂合金鍍前處理工藝201

一、酸洗及活化201

二、預(yù)制中間層207

第二節(jié)鎂合金化學鍍鎳工藝215

一、鎂合金化學鍍鎳鍍液成分及工藝參數(shù)的影響216

二、化學鍍?nèi)辖鸷蛷秃襄?24

三、鎂合金化學鍍鎳成核機制的初步研究224

第三節(jié)電鍍工藝228

一、電鍍銅229

二、電鍍鋅230

三、電鍍鎳231

四、電鍍銅/鎳/鉻組合鍍層232

參考文獻233

第十三章鎂及鎂合金其他表面強化技術(shù)237

第一節(jié)鎂合金表面超疏水膜層237

一、水熱法238

二、化學刻蝕法238

三、沉積法239

四、模板法240

第二節(jié)鎂合金表面氣相沉積241

一、物理氣相沉積242

二、化學氣相沉積243

第三節(jié)激光表面處理245

一、激光表面重熔246

二、激光表面合金化247

三、激光熔覆247

第四節(jié)離子注入表面改性249

一、離子注入原理249

二、離子注入在鎂合金中的應(yīng)用250

第五節(jié)表面噴涂252

一、熱噴涂253

二、冷噴涂254

參考文獻256