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| 內容簡介： |
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《材料表面技术原理与应用》对材料三大类表面技术的基本原理进行了归纳与论述，从每类技术中选出一些典型技术进行详细分析，并列出一些常用表面技术规范。在部分章节中以具体零部件为例，尝试与其他学科交叉实现表面工艺的设计。经过表面技术处理的零部件，一般均存在残余应力，也会出现失效情况， 本书介绍了残余应力定性分析方法及一些失效案例。对一些表面技术工艺中存在的污染问题也给予了较详细的说明。《材料表面技术原理与应用》可供高等院校研究生、本科生或高职高专学生作为教材使用，适用于材料科学与工程、机械制造等与表面技术有关的专业，也可作为从事表面技术工作的科技人员的参考书。
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| 目錄：
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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
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| 內容試閱：
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表面技术是处理材料表面的一门技术，是直接与各种表面现象或过程有关的，目的是使材料表面获得需要的某种性能，能为人类造福或被人们利用的技术。
几千年前，我国人民就会利用表面技术提高零部件的某些性能，只不过当时是将其作为一门技艺代代相传的，没有将其上升为一门学问。表面技术的迅速发展是从19世纪工业革命开始的，人们在广泛使用和不断试验摸索的过程中积累了丰富的经验，进而有力地促进了表面科学的形成。表面技术真正引起人们高度重视并发展成为一门新型学科的时间是20世纪80年代，人们于20世纪80年代初期提出了表面工程的概念。
现代表面技术的基础理论是表面科学，它包括表面分析技术、表面物理、表面化学三个分支。表面技术的基本理论包括表面的原子排列结构、原子类型和电子能态结构等，是揭示表面现象的微观实质和各种动力学过程的必要手段。表面物理和表面化学分别是研究任何两相之间的界面上发生的物理和化学过程的科学。从理论体系来看，表面技术的基础理论包括微观理论和宏观理论，一方面在原子、分子尺度上研究表面的组成、原子结构和输运现象、电子结构与运动及其对表面宏观性质的影响；另一方面在宏观尺度上，从能量的角度研究各种表面现象。
表面技术不仅有重要的基础研究意义，而且蕴含着许多先进技术，具有广泛的应用前景。表面技术的应用理论包括表面失效分析、摩擦与磨损理论、表面腐蚀与防护理论、表面结合与复合理论等，这些理论对表面技术的发展和应用有着直接和重要的影响。
西南交通大学在20世纪90年代就为材料专业本科生开设了表面技术课程并延续至今。1992年，以吴大兴教授为主编，编写出了《材料表面改性讲义》。2000年，针对材料表面技术课程开设了对应的实验课程。2005年，崔国栋高级工程师编写了《材料表面技术实验指导书》，并沿用至今。2014年，杨川、高国庆、崔国栋共同编著了《金属材料表面技术原理与工艺》，该书是表面技术课程主要参考教材。
在多年的研究基础和实践教学过程中，笔者对表面技术的教学形成如下一些理念：
① 材料表面技术是理论性与实践性非常强的技术，在教学过程中即使有一些实验，学生也不可能熟练掌握哪怕是少数几种表面技术工艺细节。所以，大学阶段的学习，可仅以学生掌握基本原理及培养应用意识为目的，以便在将来实践中起到指导性作用。
② 目前一般将表面技术分为三大类，不同技术既然归属于一类就必有“共性”。教学应该以这些“共性”为主，教学重点是分析出共性内容，使学生掌握其共性原理。教材中对典型工艺进行详细分析也是为了加深学生对共性原理的认识。
③ 应将课程定位为工科类“设计型”课程，而不是文科类“叙述型”课程，在教学中应该体现这种思路。表面技术的应用，最后必然要落实到具体零部件上，而零部件是设计出来的。所以教学应与设计过程联系，说明表面技术的具体应用。学生今后应用表面技术时，也应该有“设计”的理念。
④ 教学中应尽量多结合基础知识分析表面技术。一方面使学生掌握表面技术基础，另一方面使学生认识到如何利用基础理论开发新型表面技术。
⑤ 经过表面技术处理后的零部件，一般均存在内应力（残余应力），这些应力是影响表面性能的重要因素。学生应认识到其重要性，并掌握其分析方法（定性）。经过表面技术处理后的零部件也会出现失效情况，这些均应该在教学中有所体现。
本书是在前期编写的《金属材料表面技术原理与工艺》《材料表面技术实验指导书》《材料表面改性讲义》基础上编写的，共分为7章，进一步丰富了表面淬火、表面化学热处理等内容，增加了带答案提示的总习题集和表面技术课程相关的综合实验设计等内容。全书完成后，请杨川教授对本书作了认真和细致的审校。
本书在编写过程中引用并参考了许多专家、学者出版的相关专著、教材及论文，在此向他们致以真诚的谢意。
本书出版得到了西南交通大学本科教育教材建设研究经费的支持，在此真诚致谢。
由于编著者水平有限，书中的疏漏和不妥之处在所难免，殷切希望专家和读者批评指正。
编著者
2022年1月
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