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，以及表面分析和性能檢測(cè)技術(shù)的種類與方法。書中重點(diǎn)介紹了表面工程技術(shù)的基礎(chǔ)理論、噴涂技術(shù)、堆焊與金屬增材制造技術(shù)、電鍍和化學(xué)鍍技術(shù)、金屬轉(zhuǎn)化膜技術(shù)、氣相沉積技術(shù)、高能束表面改性技術(shù)、熱擴(kuò)滲技術(shù)、涂裝技術(shù)、表面微細(xì)加工技術(shù)以及其他表面工程技術(shù)，并對(duì)金屬增材制造技術(shù)、納米壓印技術(shù)、自組裝膜技術(shù)、復(fù)合表面工程技術(shù)等表面工程技術(shù)的最新成果和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了必要的說明。
本書涉及多學(xué)科領(lǐng)域，內(nèi)容豐富，知識(shí)面廣，既可供從事表面工程技術(shù)研究與應(yīng)用的科研人員、工程技術(shù)人員參考，又可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的本科生和碩士研究生的教材。

表面工程技術(shù)在節(jié)約能源和資源、延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命、裝飾美化環(huán)境、開發(fā)新型材料等方面發(fā)揮著越來越突出的作用。近年來，許多高新技術(shù)逐漸滲透到表面工程技術(shù)領(lǐng)域，促進(jìn)了表面工程技術(shù)的飛速發(fā)展，新工藝、新方法層出不窮。 《材料表面工程技術(shù)》是一本綜合性的表面技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)圖書，旨在幫助表面工程技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員、研發(fā)人員以及相關(guān)院校師生全面認(rèn)識(shí)表面工程技術(shù)的基礎(chǔ)上，加深其對(duì)具體表面技術(shù)和工藝的理解和掌握。全書將結(jié)合近年來表面技術(shù)的發(fā)展情況，全面介紹表面工程技術(shù)的基礎(chǔ)理論、預(yù)處理工藝、各種實(shí)用表面工程技術(shù)及表面分析與檢測(cè)手段。

前言
表面工程技術(shù)作為材料科學(xué)與工程的前沿，是高新技術(shù)發(fā)展的支撐學(xué)科之一，對(duì)推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)揮著重要作用。表面工程技術(shù)涉及知識(shí)和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，具有學(xué)科的綜合性、手段的多樣性、潛在的創(chuàng)新性、很強(qiáng)的實(shí)用性和巨大的增效性，在機(jī)械、材料、冶金、化工、航天、軍工、生物等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
《材料表面工程技術(shù)》自2010年出版以來，深受讀者歡迎。由于該書已經(jīng)出版十多年，在這期間表面工程技術(shù)得到飛速發(fā)展，出現(xiàn)了很多新工藝和新方法，所以我們對(duì)第1版內(nèi)容進(jìn)行了修訂。
本次再版在第1版的基礎(chǔ)上，根據(jù)近十多年來表面工程技術(shù)的發(fā)展情況，對(duì)原有內(nèi)容進(jìn)行整合、補(bǔ)充和完善，刪除了部分陳舊和過時(shí)內(nèi)容，更新了原有表面工程技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)，并增加了一些表面工程領(lǐng)域的新技術(shù)和新方法。例如，熱噴涂技術(shù)中增補(bǔ)了低壓和超低壓等離子噴涂、液相等離子噴涂；熱擴(kuò)滲技術(shù)中增補(bǔ)了輝光離子滲氮和活性屏離子滲氮；表面微細(xì)加工技術(shù)中新增了納米壓印技術(shù)和生物芯片技術(shù)；將特種表面工程技術(shù)修改為其他表面工程技術(shù)，刪除了粘涂技術(shù)，新增了自組裝膜技術(shù)和復(fù)合表面工程技術(shù)；對(duì)堆焊技術(shù)進(jìn)行了大幅度修訂，增加了雙絲三電弧堆焊和摩擦堆焊技術(shù)；新增了金屬增材制造技術(shù)原理、工藝及研究進(jìn)展，并將金屬增材制造技術(shù)與原堆焊技術(shù)合并為一章；表面分析與性能檢測(cè)技術(shù)中增加了場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、紅外光譜、拉曼光譜、電化學(xué)腐蝕等檢測(cè)技術(shù)。
本書修訂的具體章節(jié)分工如下：第1章、第4章～第6章、第8章由呂迎修訂；第2章、第3章、第7章和第14章由李俊剛修訂；第9章～第13章由吳明忠修訂。全書由李慕勤主審。感謝莊明輝、馬振以及部分研究生對(duì)本書修訂工作的支持與幫助。
鑒于編者水平有限，書中難免有疏漏和不當(dāng)之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編著者



第1版前言
表面工程技術(shù)是由多學(xué)科相互交叉與融合而形成的通用性工程技術(shù)，它涉及到材料科學(xué)、物理、化學(xué)、機(jī)械、電子和生物等多個(gè)領(lǐng)域。表面工程技術(shù)以最經(jīng)濟(jì)和最有效的方法在基體材料表面制備涂鍍層或薄膜，或通過對(duì)材料的表面改性，賦予材料一種全新的表面。表面工程技術(shù)在節(jié)約能源和資源、延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命、裝飾美化環(huán)境、開發(fā)新型材料等方面發(fā)揮著越來越突出的作用，該技術(shù)在20世紀(jì)80年代就已成為世界十項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。近些年來，許多高新技術(shù)逐漸滲透到表面工程技術(shù)領(lǐng)域，促進(jìn)了表面工程技術(shù)的飛速發(fā)展，新工藝、新方法層出不窮，目前已達(dá)數(shù)百種之多。
本書是作者在多年科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，容納了學(xué)院部分教師和研究生的科研成果，并參閱了大量相關(guān)書籍和文獻(xiàn)資料編寫而成的。本書以理論為指導(dǎo)，以技術(shù)應(yīng)用為目標(biāo)，在內(nèi)容上力求做到系統(tǒng)性、實(shí)用性和先進(jìn)性。本書在簡(jiǎn)要地闡述表面工程技術(shù)的基礎(chǔ)理論和預(yù)處理工藝的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了各種實(shí)用表面工程技術(shù)的基本原理、特點(diǎn)、工藝和應(yīng)用，并在相關(guān)章節(jié)中介紹了學(xué)科最新成果和發(fā)展趨勢(shì)，此外，還增加了對(duì)微弧氧化、冷噴涂、納米涂層制備等技術(shù)的介紹。最后，本書還扼要介紹了一些表面分析與檢測(cè)技術(shù)。本書涉及多學(xué)科領(lǐng)域，內(nèi)容豐富，知識(shí)面廣，既可作為從事表面工程技術(shù)研究與應(yīng)用的科研人員、工程技術(shù)人員的參考資料，又可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生的教材。
本書共14章，由佳木斯大學(xué)的李慕勤、李俊剛、呂迎和吳明忠編寫。其中第1章～第3章、第7章和第14章由李俊剛編寫；第4章和第5章由李慕勤、呂迎編寫；第6章、第8章和第12章由呂迎編寫；第9章～第11章、第13章由吳明忠編寫。全書由李慕勤和李俊剛負(fù)責(zé)統(tǒng)稿。
本書在編寫過程中參考了許多書籍和文獻(xiàn)資料，在此，對(duì)本書中被引用文獻(xiàn)資料的作者們表示衷心的感謝。同時(shí)，也感謝佳木斯大學(xué)的王軍、榮守范、程漢池及部分博士生、碩士研究生對(duì)本書編寫工作的大力支持與幫助。
由于表面工程技術(shù)種類繁多，應(yīng)用廣泛，限于本書的篇幅及編者的水平，書中不當(dāng)之處難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編者

第1章緒論001
1.1表面工程學(xué)科體系與技術(shù)分類001
1.1.1表面工程學(xué)科體系001
1.1.2表面工程技術(shù)的分類002
1.2表面工程技術(shù)的應(yīng)用003
1.2.1表面工程技術(shù)的作用003
1.2.2表面工程技術(shù)的意義004
1.2.3表面工程技術(shù)的應(yīng)用005
1.3表面工程技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)008
參考文獻(xiàn)010

第2章表面工程技術(shù)的基礎(chǔ)理論012
2.1固體材料的表面特性012
2.1.1固體的表面能012
2.1.2固體的表面結(jié)構(gòu)012
2.1.3固體表面的吸附現(xiàn)象016
2.2材料表面腐蝕基礎(chǔ)019
2.2.1腐蝕的分類019
2.2.2金屬的電化學(xué)腐蝕021
2.2.3金屬表面的鈍化026
2.2.4材料表面腐蝕控制與防護(hù)027
2.3材料表面摩擦與磨損基礎(chǔ)028
2.3.1摩擦的定義及分類028
2.3.2磨損的定義及評(píng)定028
2.3.3磨損的分類029
2.3.4提高材料耐磨性的途徑032
參考文獻(xiàn)033

第3章表面工程技術(shù)的預(yù)處理工藝034
3.1表面預(yù)處理034
3.1.1表面預(yù)處理的目的034
3.1.2表面預(yù)處理的指標(biāo)034
3.2表面預(yù)處理工藝035
3.2.1機(jī)械清理035
3.2.2除油037
3.2.3浸蝕039
3.2.4除油-浸蝕聯(lián)合處理040
3.2.5化學(xué)和電化學(xué)拋光041
參考文獻(xiàn)041

第4章噴涂技術(shù)042
4.1熱噴涂的原理和特點(diǎn)042
4.1.1熱噴涂的定義042
4.1.2熱噴涂基本原理042
4.1.3熱噴涂分類和特點(diǎn)045
4.2熱噴涂材料046
4.2.1熱噴涂材料的分類及特點(diǎn)046
4.2.2熱噴涂線材047
4.2.3熱噴涂粉末048
4.3熱噴涂工藝051
4.3.1工件表面預(yù)處理051
4.3.2預(yù)熱051
4.3.3噴涂051
4.3.4后處理052
4.4熱噴涂技術(shù)053
4.4.1火焰噴涂技術(shù)053
4.4.2氧-乙炔線材火焰噴涂053
4.4.3氧-乙炔粉末火焰噴涂054
4.4.4火焰噴涂特點(diǎn)及工藝055
4.4.5氧-乙炔粉末火焰噴焊056
4.4.6火焰噴涂和噴焊應(yīng)用舉例056
4.5電弧噴涂技術(shù)060
4.5.1電弧噴涂原理和特點(diǎn)060
4.5.2電弧噴涂設(shè)備061
4.5.3電弧噴涂工藝062
4.5.4電弧噴涂的應(yīng)用實(shí)例062
4.6等離子噴涂技術(shù)063
4.6.1等離子噴涂的原理及特點(diǎn)064
4.6.2等離子噴涂設(shè)備065
4.6.3等離子噴涂工藝065
4.6.4等離子噴涂的應(yīng)用066
4.7特種噴涂技術(shù)068
4.7.1爆炸噴涂068
4.7.2超音速噴涂069
4.7.3特種等離子噴涂071
4.8冷噴涂技術(shù)073
4.8.1冷噴涂的原理及特點(diǎn)073
4.8.2冷噴涂設(shè)備系統(tǒng)075
4.8.3冷噴涂材料075
4.8.4冷噴涂的應(yīng)用076
4.9熱噴涂涂層的選擇及應(yīng)用077
4.9.1熱噴涂工藝的選擇原則077
4.9.2涂層材料的選擇078
4.9.3熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景078
參考文獻(xiàn)081

第5章堆焊與金屬增材制造技術(shù)083
5.1堆焊的基本概念083
5.1.1堆焊的原理、特點(diǎn)及類型083
5.1.2堆焊層的控制084
5.2堆焊材料的種類及選擇087
5.2.1堆焊材料的種類087
5.2.2堆焊材料的選擇090
5.3堆焊方法091
5.3.1常用堆焊方法091
5.3.2堆焊新方法096
5.3.3堆焊方法的選擇101
5.3.4堆焊技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)102
5.4金屬增材制造技術(shù)104
5.4.1增材制造技術(shù)概述104
5.4.2金屬增材制造工藝106
5.4.3金屬增材制造研究進(jìn)展109
參考文獻(xiàn)113

第6章電鍍和化學(xué)鍍技術(shù)115
6.1電鍍定義及分類115
6.1.1電鍍的定義115
6.1.2鍍層的分類115
6.2電鍍的基本原理及工藝116
6.2.1電鍍的基本原理116
6.2.2電鍍?nèi)芤旱幕窘M成118
6.2.3金屬的電沉積過程119
6.2.4電鍍工藝過程121
6.3單金屬電鍍121
6.3.1電鍍鋅122
6.3.2電鍍鉻122
6.3.3電鍍鎳123
6.3.4電鍍銅124
6.4合金電鍍125
6.4.1合金電鍍的特點(diǎn)125
6.4.2合金共沉積的條件125
6.4.3合金共沉積的類型126
6.4.4合金電鍍的應(yīng)用126
6.5電刷鍍128
6.5.1電刷鍍?cè)砑疤攸c(diǎn)128
6.5.2電刷鍍?cè)O(shè)備129
6.5.3電刷鍍?nèi)芤?29
6.5.4電刷鍍工藝131
6.5.5電刷鍍的應(yīng)用133
6.6化學(xué)鍍133
6.6.1化學(xué)鍍?cè)砼c特點(diǎn)134
6.6.2化學(xué)鍍鎳135
6.6.3化學(xué)鍍銅137
6.7復(fù)合鍍138
6.7.1復(fù)合鍍層的種類及特點(diǎn)138
6.7.2復(fù)合鍍的原理139
6.7.3復(fù)合鍍層的應(yīng)用139
6.8非金屬材料的電鍍140
6.8.1塑料電鍍140
6.8.2玻璃和陶瓷電鍍141
6.8.3石膏和木材電鍍142
6.9電鍍的發(fā)展趨勢(shì)142
參考文獻(xiàn)144

第7章金屬轉(zhuǎn)化膜技術(shù)146
7.1金屬轉(zhuǎn)化膜的基本特性及用途146
7.1.1金屬轉(zhuǎn)化膜的形成方法146
7.1.2金屬轉(zhuǎn)化膜的分類146
7.1.3金屬轉(zhuǎn)化膜的主要用途146
7.2化學(xué)氧化147
7.2.1鋼鐵的化學(xué)氧化147
7.2.2鋁及鋁合金的化學(xué)氧化148
7.3陽極氧化149
7.3.1鋁及鋁合金陽極氧化機(jī)理150
7.3.2陽極氧化膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)151
7.3.3陽極氧化工藝151
7.3.4陽極氧化膜的著色154
7.3.5氧化膜的封閉處理156
7.3.6其他金屬的陽極氧化157
7.4等離子體微弧氧化157
7.4.1微弧氧化原理157
7.4.2微弧氧化裝置及工藝158
7.4.3微弧氧化膜的結(jié)構(gòu)與性能159
7.4.4微弧氧化的應(yīng)用159
7.5鋼鐵的磷化處理164
7.5.1磷化膜形成機(jī)理164
7.5.2磷化膜的性能及應(yīng)用164
7.5.3鋼鐵的磷化工藝165
7.6鉻酸鹽鈍化處理166
7.6.1鉻酸鹽膜的形成機(jī)理167
7.6.2鉻酸鹽膜的特性167
7.6.3鉻酸鹽鈍化工藝168
參考文獻(xiàn)168

第8章氣相沉積技術(shù)170
8.1物理氣相沉積概述170
8.1.1物理氣相沉積基本過程170
8.1.2物理氣相沉積的分類及特點(diǎn)171
8.2真空蒸發(fā)鍍膜172
8.2.1蒸發(fā)鍍膜基本原理172
8.2.2蒸發(fā)源173
8.2.3合金膜和化合物膜的制備174
8.2.4蒸發(fā)鍍膜的應(yīng)用及發(fā)展175
8.3濺射鍍膜176
8.3.1濺射鍍膜原理及特點(diǎn)176
8.3.2濺射鍍膜方法178
8.3.3合金膜和化合物膜的制備181
8.3.4濺射鍍膜應(yīng)用和發(fā)展181
8.4離子鍍膜183
8.4.1離子鍍膜原理及特點(diǎn)183
8.4.2常用離子鍍方法184
8.4.3離子鍍膜的應(yīng)用及發(fā)展186
8.5物理氣相沉積工藝及方法比較187
8.5.1PVD工藝流程187
8.5.2PVD三種基本方法的比較188
8.6化學(xué)氣相沉積189
8.6.1化學(xué)氣相沉積裝置189
8.6.2化學(xué)氣相沉積原理及特點(diǎn)190
8.6.3特種化學(xué)氣相沉積方法192
8.6.4化學(xué)氣相沉積的應(yīng)用193
8.6.5CVD技術(shù)的發(fā)展195
8.6.6PVD和CVD工藝對(duì)比195
參考文獻(xiàn)196

第9章高能束表面改性技術(shù)198
9.1激光表面改性198
9.1.1激光表面改性原理198
9.1.2激光表面改性技術(shù)的特點(diǎn)200
9.1.3激光表面改性技術(shù)200
9.2電子束表面改性204
9.2.1電子束表面改性原理204
9.2.2電子束表面改性方法及應(yīng)用205
9.3離子注入表面改性206
9.3.1離子注入的原理和特點(diǎn)206
9.3.2離子注入機(jī)簡(jiǎn)介209
9.3.3離子注入的應(yīng)用210
參考文獻(xiàn)212

第10章熱擴(kuò)滲技術(shù)213
10.1熱擴(kuò)滲的基本原理及分類213
10.1.1熱擴(kuò)滲的基本原理213
10.1.2熱擴(kuò)滲工藝的分類214
10.2熱浸鍍215
10.2.1熱浸鍍?cè)?15
10.2.2熱浸鍍工藝方法216
10.2.3常用熱浸鍍鍍層217
10.3滲碳和滲氮219
10.3.1滲碳219
10.3.2滲氮220
參考文獻(xiàn)222

第11章涂裝技術(shù)223
11.1涂料223
11.1.1涂料的基本組成223
11.1.2涂料的分類和命名224
11.1.3涂料成膜機(jī)理226
11.1.4涂料涂層的作用226
11.1.5涂料基礎(chǔ)產(chǎn)品簡(jiǎn)介227
11.2涂裝工藝228
11.3涂裝方法228
11.4涂裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)232
參考文獻(xiàn)233

第12章表面微細(xì)加工技術(shù)234
12.1常用微細(xì)加工技術(shù)簡(jiǎn)介234
12.1.1光刻加工234
12.1.2LIGA微細(xì)加工技術(shù)236
12.1.3高能束微細(xì)加工237
12.1.4微細(xì)電火花加工239
12.1.5電解微細(xì)加工239
12.1.6超聲波微細(xì)加工239
12.1.7納米壓印技術(shù)240
12.2微細(xì)加工技術(shù)典型應(yīng)用實(shí)例242
12.2.1集成電路的制造過程242
12.2.2微型機(jī)電系統(tǒng)244
12.2.3生物芯片技術(shù)245
12.3納米技術(shù)247
12.3.1納米電子技術(shù)247
12.3.2原子操縱加工技術(shù)248
參考文獻(xiàn)249

第13章其他表面工程技術(shù)251
13.1表面噴丸強(qiáng)化技術(shù)251
13.1.1噴丸強(qiáng)化原理251
13.1.2噴丸強(qiáng)化設(shè)備及彈丸材料252
13.1.3噴丸強(qiáng)化應(yīng)用253
13.2電火花表面強(qiáng)化254
13.2.1電火花表面強(qiáng)化原理254
13.2.2電火花表面強(qiáng)化工藝255
13.2.3電火花強(qiáng)化的應(yīng)用255
13.3溶膠-凝膠法成膜256
13.3.1溶膠-凝膠法成膜工藝256
13.3.2溶膠-凝膠法的應(yīng)用257
13.4搪瓷涂敷技術(shù)258
13.4.1瓷釉258
13.4.2搪瓷涂敷工藝259
13.4.3搪瓷的應(yīng)用259
13.5自組裝膜260
13.5.1自組裝形成的條件260
13.5.2分子自組裝膜的類型260
13.5.3自組裝膜的應(yīng)用263
13.6復(fù)合表面工程技術(shù)264
13.6.1物理氣相沉積與其他表面技術(shù)復(fù)合265
13.6.2高能束與其他表面技術(shù)復(fù)合265
13.6.3噴丸強(qiáng)化與其他表面技術(shù)復(fù)合266
13.6.4化學(xué)熱處理與其他復(fù)合表面技術(shù)267
參考文獻(xiàn)268

第14章表面分析與性能檢測(cè)270
14.1表面分析技術(shù)270
14.1.1表面分析技術(shù)概述270
14.1.2常用表面分析儀器簡(jiǎn)介272
14.2表面覆蓋層性能檢測(cè)技術(shù)280
14.2.1覆蓋層常規(guī)性能檢測(cè)280
14.2.2覆蓋層功能性能檢測(cè)288
參考文獻(xiàn)293