《表面工程的理論與技術(shù)(第2版)》闡述了表面工程的內(nèi)涵、學(xué)科體系及發(fā)展表面工程的意義,探討了貫穿于各種表面技術(shù)之中的基本科學(xué)技術(shù)問題,融入了復(fù)合表面工程、納米表面工程、表面自修復(fù)技術(shù)和自動化表面技術(shù)等方面的最新研究成果,介紹了表面技術(shù)設(shè)計及表面工程技術(shù)經(jīng)濟分析。書中重點介紹了作者最新研究成果,同時匯集了國內(nèi)外的相關(guān)資料。
《表面工程的理論與技術(shù)(第2版)》供從事表面工程技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的科研院所、高等院校、廠礦企業(yè)的科研與工程技術(shù)人員、在校的材料和機械學(xué)科相關(guān)專業(yè)的師生閱讀。
隨著科學(xué)技術(shù)的進步和生產(chǎn)發(fā)展的需求,表面工程做為一門新型的綜合性學(xué)科,在國內(nèi)外得到了迅速發(fā)展,尤其是在當今全球循環(huán)經(jīng)濟和低碳經(jīng)濟發(fā)展的需求下,表面工程在機械、材料、冶金、化工、軍工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。實踐證明,表面工程的運用能有效改善材料表面性能,延長零件的使用壽命,并能有效節(jié)約資源能源,減少環(huán)境污染,具有很高的投入產(chǎn)出比。特別是一些常用的表面工程技術(shù)已成為提高產(chǎn)品質(zhì)量,實施設(shè)備維修和技術(shù)改造的有力保障。由于表面工程對生產(chǎn)的巨大推動作用,表面工程成為了近20年來發(fā)展最快的學(xué)科之一,已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分,為制造業(yè)和維修、再制造領(lǐng)域注入了活力,推動了制造業(yè)的技術(shù)進步,并成為具有中國特色的、自主創(chuàng)新的再制造產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)支撐。
表面工程一直以來在不斷完善自身的學(xué)科體系。理論上,表面工程在有關(guān)邊緣學(xué)科交叉滲透的基礎(chǔ)上形成了具有特色的基礎(chǔ)理論和技術(shù)理論;應(yīng)用上,表面工程已深入到國民經(jīng)濟的方方面面,并將產(chǎn)生越來越大的經(jīng)濟效益和社會效益。為了與有關(guān)學(xué)者、工程技術(shù)人員共同推進表面工程的發(fā)展,我們于1999年編著了《表面工程的理論與技術(shù)》一書,后經(jīng)2001年第二次印刷。應(yīng)國防工業(yè)出版社的邀請,我們對《表面工程的理論與技術(shù)》的第1版進行了修訂。本書在表面工程學(xué)科體系的總體構(gòu)思下,側(cè)重討論表面工程的基礎(chǔ)理論和技術(shù)理論,表面工程技術(shù)的工藝要點、保證質(zhì)量的措施及技術(shù)的復(fù)合與發(fā)展,力圖探討貫穿于各種表面技術(shù)之中的基本科學(xué)技術(shù)問題及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系。本修訂版對第一版中的部分章節(jié)做了刪減,并重點添加了近10年來表面工程領(lǐng)域研究的新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝、新材料,在單一表面工程、復(fù)合表面工程的基礎(chǔ)上,融入了納米表面工程、自修復(fù)技術(shù)、自動化表面工程、表面工程技術(shù)設(shè)計等表面工程領(lǐng)域的新成果。
第1章 表面工程概論
1.1 表面工程的內(nèi)涵及功能
1.1.1 表面工程的內(nèi)涵
1.1.2 表面工程的功能
1.2 表面工程技術(shù)的分類
1.2.1 表面改性技術(shù)
1.2.2 表面處理技術(shù)
1.2.3 表面涂覆
1.2.4 復(fù)合表面工程技術(shù)
1.2.5 納米表面工程技術(shù)
1.3 表面工程的發(fā)展
1.3.1 表面工程發(fā)展的歷史性標志
1.3.2 表面工程發(fā)展的三個階段
1.4 發(fā)展表面工程的意義
參考文獻
第2章 表面覆層的形成與結(jié)合機理
2.1 表面覆層界面結(jié)合概述
2.1.1 表面覆層含義
2.1.2 覆層界面結(jié)合的類型
2.1.3 覆層界面的結(jié)合性能及其影響因素
2.2 堆焊層的形成與結(jié)合
2.2.1 堆焊覆層與基體的冶金結(jié)合
2.2.2 熔合區(qū)的性能特點
2.2.3 堆焊覆層質(zhì)量的控制
2.3 熱熔融涂層的形成與結(jié)合
2.3.1 熱噴涂涂層的形成
2.3.2 熱熔融涂層與基材的結(jié)合形式
2.3.3 影響結(jié)合強度的主要因素
2.3.4 提高涂層結(jié)合強度的措施
2.4 電化學(xué)沉積鍍層的形成與結(jié)合
2.4.1 金屬電沉積過程
2.4.2 金屬的電結(jié)晶過程
2.4.3 鍍層的結(jié)合及其影響因素
2.4.4 復(fù)合鍍層的結(jié)合機理
2.5 氣相沉積層的形成與結(jié)合
2.5.1 氣體與固體的相互結(jié)合
2.5.2 薄膜的生長
2.5.3 不同晶態(tài)的形成
2.5.4 不同沉積方法的成膜及薄膜結(jié)構(gòu)特點
2.5.5 薄膜的附著力及其影響因素
2.6 粘涂層的形成與結(jié)合
2.6.1 粘接的基本條件
2.6.2 粘接現(xiàn)象的各種理論解釋
2.6.3 粘涂層的形成機理
2.6.4 粘接強度的影響因素與控制
2.7 摩擦化學(xué)膜的形成與結(jié)合
2.7.1 摩擦化學(xué)膜的形成
2.7.2 摩擦化學(xué)膜的形成機理
參考文獻
第3章 表面熔覆技術(shù)
3.1 堆焊技術(shù)
3.1.1 堆焊合金的分類及應(yīng)用
3.1.2 堆焊金屬的合金化
3.1.3 堆焊方法
3.2 熱噴涂技術(shù)
3.2.1 概述
3.2.2 熱噴涂技術(shù)的工藝流程
3.2.3 等離子噴涂原理及特點
3.2.4 超聲速火焰噴涂原理及特點
3.2.5 高速電弧噴涂原理及特點
3.3 激光熔覆技術(shù)
3.3.1 激光熔覆技術(shù)原理與特點
3.3.2 激光熔覆設(shè)備與材料
3.3.3 激光熔覆層的組織、性能
3.3.4 激光熔覆工藝及其對熔覆層質(zhì)量影響
3.3.5 基于激光熔覆的快速成形技術(shù)
3.4 等離子熔覆技術(shù)
3.4.1 等離子熔覆原理
3.4.2 等離子弧熔覆材料
3.4.3 等離子熔覆結(jié)晶特征
3.4.4 等離子束熔覆層中的缺陷及防止
3.4.5 等離子束熔覆工藝參數(shù)優(yōu)化
3.4.6 等離子束熔覆技術(shù)應(yīng)用前景
3.5 電火花表面強化技術(shù)
3.5.1 電火花沉積原理
3.5.2 電火花表面強化機理
3.5.3 電火花表面強化層的特性
3.5.4 電火花表面強化的工藝特點
3.5.5 電火花強化的工藝參數(shù)及質(zhì)量控制
3.5.6 電火花表面強化技術(shù)應(yīng)用和注意事項
參考文獻
第4章 表面涂裝與粘涂技術(shù)
4.1 表面涂裝技術(shù)
4.1.1 表面涂裝涂層的組成
4.1.2 表面涂裝工藝
4.2 表面粘涂技術(shù)
4.2.1 表面粘涂層的組成
4.2.2 常用的表面粘涂層
4.2.3 表面粘涂工藝
4.3 粘結(jié)固體潤滑膜技術(shù)
4.3.1 粘結(jié)固體潤滑膜的特征
4.3.2 粘結(jié)固體潤滑膜的組成與類型
4.3.3 粘結(jié)固體潤滑膜的摩擦行為
4.3.4 粘結(jié)固體潤滑膜的應(yīng)用領(lǐng)域
參考文獻
第5章 表面沉積技術(shù)
5.1 電鍍、電刷鍍技術(shù)
5.1.1 電鍍與電刷鍍技術(shù)基礎(chǔ)
5.1.2 電沉積納米結(jié)構(gòu)鍍層技術(shù)
5.1.3 電刷鍍納米復(fù)合鍍層技術(shù)
5.2 氣相沉積技術(shù)
5.2.1 真空蒸發(fā)鍍膜
5.2.2 濺射鍍膜
5.2.3 離子鍍膜
5.2.4 化學(xué)氣相沉積
5.2.5 離子注入
5.2.6 氣相沉積技術(shù)的應(yīng)用與進展
5.3 摩擦化學(xué)邊界膜技術(shù)
5.3.1 摩擦化學(xué)邊界膜的形成和分析
5.3.2 摩擦化學(xué)邊界膜技術(shù)及應(yīng)用
參考文獻
第6章 表面改性及表面處理技術(shù)
6.1 表面滲擴技術(shù)
6.1.1 概述
6.1.2 普通表面滲擴
6.1.3 真空化學(xué)熱處理
6.1.4 等離子體化學(xué)熱處理
6.2 表面熱處理技術(shù)
6.2.1 傳統(tǒng)表面熱處理技術(shù)
6.2.2 幾種新型表面熱處理技術(shù)
6.3 摩擦副運行中的表面自修復(fù)技術(shù)
6.3.1 微納米自修復(fù)材料的分類
6.3.2 微納米自修復(fù)材料的作用機理
6.3.3 微納米自修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用
6.3.4 微納米自修復(fù)技術(shù)的發(fā)展前景
6.4 金屬材料的表面自身納米化
6.4.1 概述
6.4.2 表面自身納米化的基本原理與制備方法
6.4.3 微觀變形方式
6.4.4 表面納米化對性能的影響
參考文獻
第7章 自動化表面技術(shù)裝備設(shè)計及應(yīng)用
7.1 自動化高速電弧噴涂技術(shù)及設(shè)備
……
第8章 表面工程技術(shù)設(shè)計
表面工程的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用被認為是制造領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新點之一,對提高機械設(shè)備及電子電器產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、增強產(chǎn)品的競爭力,以及加速對引進設(shè)備零(部)件的國產(chǎn)化等都發(fā)揮著巨大的作用。德國大眾汽車公司總裁Volkswagen認為:下一代的發(fā)動機性能,在很大程度上取決于幾百平方厘米的表面上。
機械產(chǎn)品的故障往往是個別零件失效造成的,而零件失效往往是由于局部表面造成的。如果應(yīng)用表面工程技術(shù)將機械產(chǎn)品中那些易損零件的易損表面的失效期延長,則產(chǎn)品的整體性能就可以得到提高。
(1)表面工程的實施可促進機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。西陵長江大橋懸索調(diào)整結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新就是一個典型的實例。西陵長江大橋和汕頭海灣大橋都是懸索式結(jié)構(gòu),這種懸索橋的特點是在橋的兩端分別建起兩個約100m高的橋墩,在橋墩上放置兩塊平面鋼板稱為鞍座底板,鞍座底板上放置兩排懸索鞍座,再把兩條主纜分別架‘在兩排懸索鞍座上,然后在兩條主纜上吊掛橋梁板。在建橋的過程中,為了力的平衡,需要多次縱向推移懸索鞍座,由于懸索鞍座對底板有很大的正壓力,這就給縱向推移帶來了很大的困難,為了減少縱向推移力,唯一的辦法就是降低懸索鞍座與鞍座底板之間的摩擦因數(shù)。國外的辦法是在摩擦副間加上幾千枚滾針,把滑動摩擦改為滾動摩擦,這樣可以有效減少摩擦力,從而減少縱向推移力。但是,這種辦法給制造工藝增加了難度,首先要對每件幾十噸重的懸索鞍座和鞍座底板進行熱處理,保證摩擦副表面的力學(xué)性能。其次,要對摩擦副表面和滾針進行精加工。我國目前的加工能力和水平很難保證摩擦副表面及數(shù)千枚滾針的尺寸精度和幾何形狀精度。向國外訂購整件或委托加工,價格都是十分昂貴。在這種情況下,全軍裝備維修表面工程研究中心成功地采用了表面工程技術(shù)的方案,在懸索鞍座和鞍座底板上制備出復(fù)合減摩表面涂層,以減少摩擦副的摩擦因數(shù),從而顯著減少縱向推力。這種方案是表面工程在橋梁建設(shè)上的一次創(chuàng)新應(yīng)用,在國內(nèi)外建橋史上均為首次,它大大降低了大型懸索鞍座及鞍座底板的制造難度,節(jié)約了大批經(jīng)費,保證了大橋順利建成通車。
(2)表面工程的實施可以促進產(chǎn)品材料的優(yōu)化。例如大慶石化總廠8個直徑6m,高20m的ABS料倉的防腐問題,采用碳鋼材料加內(nèi)表面電弧噴涂防腐層的方法代替了昂貴的不銹鋼倉體。
(3)表面工程的實施還可以促進機械產(chǎn)品性能的提升。例如在切削刀具上應(yīng)用離子鍍新技術(shù),可使刀具壽命延長2倍~10倍,切削速度、進給量大幅度提高,零件的粗糙度大幅度降低為加工自動化提供了有力的支持。