本書系統(tǒng)地闡述了表面工程技術的基礎理論，各種實用表面工程技術的基本原理、特點、工藝和應用，以及表面分析和性能檢測技術的種類與方法。書中重點介紹了表面工程技術的基礎理論、噴涂技術、堆焊與金屬增材制造技術、電鍍和化學鍍技術、金屬轉化膜技術、氣相沉積技術、高能束表面改性技術、熱擴滲技術、涂裝技術、表面微細加工技術以及其他表面工程技術，并對金屬增材制造技術、納米壓印技術、自組裝膜技術、復合表面工程技術等表面工程技術的最新成果和發(fā)展趨勢進行了必要的說明。
本書涉及多學科領域，內容豐富，知識面廣，既可供從事表面工程技術研究與應用的科研人員、工程技術人員參考，又可作為高等院校相關專業(yè)的本科生和碩士研究生的教材。

表面工程技術在節(jié)約能源和資源、延長產品使用壽命、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，許多高新技術逐漸滲透到表面工程技術領域，促進了表面工程技術的飛速發(fā)展，新工藝、新方法層出不窮。 《材料表面工程技術》是一本綜合性的表面技術基礎知識圖書，旨在幫助表面工程技術領域技術人員、研發(fā)人員以及相關院校師生全面認識表面工程技術的基礎上，加深其對具體表面技術和工藝的理解和掌握。全書將結合近年來表面技術的發(fā)展情況，全面介紹表面工程技術的基礎理論、預處理工藝、各種實用表面工程技術及表面分析與檢測手段。

前言
表面工程技術作為材料科學與工程的前沿，是高新技術發(fā)展的支撐學科之一，對推動傳統(tǒng)產業(yè)的技術進步、促進產業(yè)結構調整發(fā)揮著重要作用。表面工程技術涉及知識和技術密集型產業(yè)，具有學科的綜合性、手段的多樣性、潛在的創(chuàng)新性、很強的實用性和巨大的增效性，在機械、材料、冶金、化工、航天、軍工、生物等領域得到了廣泛的應用。
《材料表面工程技術》自2010年出版以來，深受讀者歡迎。由于該書已經出版十多年，在這期間表面工程技術得到飛速發(fā)展，出現(xiàn)了很多新工藝和新方法，所以我們對第1版內容進行了修訂。
本次再版在第1版的基礎上，根據(jù)近十多年來表面工程技術的發(fā)展情況，對原有內容進行整合、補充和完善，刪除了部分陳舊和過時內容，更新了原有表面工程技術的應用和發(fā)展趨勢，并增加了一些表面工程領域的新技術和新方法。例如，熱噴涂技術中增補了低壓和超低壓等離子噴涂、液相等離子噴涂；熱擴滲技術中增補了輝光離子滲氮和活性屏離子滲氮；表面微細加工技術中新增了納米壓印技術和生物芯片技術；將特種表面工程技術修改為其他表面工程技術，刪除了粘涂技術，新增了自組裝膜技術和復合表面工程技術；對堆焊技術進行了大幅度修訂，增加了雙絲三電弧堆焊和摩擦堆焊技術；新增了金屬增材制造技術原理、工藝及研究進展，并將金屬增材制造技術與原堆焊技術合并為一章；表面分析與性能檢測技術中增加了場發(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、電化學腐蝕等檢測技術。
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之處，敬請讀者批評指正。

編著者



第1版前言
表面工程技術是由多學科相互交叉與融合而形成的通用性工程技術，它涉及到材料科學、物理、化學、機械、電子和生物等多個領域。表面工程技術以最經濟和最有效的方法在基體材料表面制備涂鍍層或薄膜，或通過對材料的表面改性，賦予材料一種全新的表面。表面工程技術在節(jié)約能源和資源、延長產品使用壽命、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，該技術在20世紀80年代就已成為世界十項關鍵技術之一。近些年來，許多高新技術逐漸滲透到表面工程技術領域，促進了表面工程技術的飛速發(fā)展，新工藝、新方法層出不窮，目前已達數(shù)百種之多。
本書是作者在多年科學研究的基礎上，容納了學院部分教師和研究生的科研成果，并參閱了大量相關書籍和文獻資料編寫而成的。本書以理論為指導，以技術應用為目標，在內容上力求做到系統(tǒng)性、實用性和先進性。本書在簡要地闡述表面工程技術的基礎理論和預處理工藝的基礎上，重點介紹了各種實用表面工程技術的基本原理、特點、工藝和應用，并在相關章節(jié)中介紹了學科最新成果和發(fā)展趨勢，此外，還增加了對微弧氧化、冷噴涂、納米涂層制備等技術的介紹。最后，本書還扼要介紹了一些表面分析與檢測技術。本書涉及多學科領域，內容豐富，知識面廣，既可作為從事表面工程技術研究與應用的科研人員、工程技術人員的參考資料，又可作為高等院校相關專業(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責統(tǒng)稿。
本書在編寫過程中參考了許多書籍和文獻資料，在此，對本書中被引用文獻資料的作者們表示衷心的感謝。同時，也感謝佳木斯大學的王軍、榮守范、程漢池及部分博士生、碩士研究生對本書編寫工作的大力支持與幫助。
由于表面工程技術種類繁多，應用廣泛，限于本書的篇幅及編者的水平，書中不當之處難免，敬請讀者批評指正。

編者

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

第2章表面工程技術的基礎理論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固體的表面結構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019
2.2.1腐蝕的分類019
2.2.2金屬的電化學腐蝕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027
2.3材料表面摩擦與磨損基礎028
2.3.1摩擦的定義及分類028
2.3.2磨損的定義及評定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033

第3章表面工程技術的預處理工藝034
3.1表面預處理034
3.1.1表面預處理的目的034
3.1.2表面預處理的指標034
3.2表面預處理工藝035
3.2.1機械清理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化學和電化學拋光041
參考文獻041

第4章噴涂技術042
4.1熱噴涂的原理和特點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045
4.2熱噴涂材料046
4.2.1熱噴涂材料的分類及特點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工件表面預處理051
4.3.2預熱051
4.3.3噴涂051
4.3.4后處理052
4.4熱噴涂技術053
4.4.1火焰噴涂技術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火焰噴涂和噴焊應用舉例056
4.5電弧噴涂技術060
4.5.1電弧噴涂原理和特點060
4.5.2電弧噴涂設備061
4.5.3電弧噴涂工藝062
4.5.4電弧噴涂的應用實例062
4.6等離子噴涂技術063
4.6.1等離子噴涂的原理及特點064
4.6.2等離子噴涂設備065
4.6.3等離子噴涂工藝065
4.6.4等離子噴涂的應用066
4.7特種噴涂技術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073
4.8.1冷噴涂的原理及特點073
4.8.2冷噴涂設備系統(tǒng)075
4.8.3冷噴涂材料075
4.8.4冷噴涂的應用076
4.9熱噴涂涂層的選擇及應用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熱噴涂技術的應用及發(fā)展前景078
參考文獻081

第5章堆焊與金屬增材制造技術083
5.1堆焊的基本概念083
5.1.1堆焊的原理、特點及類型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堆焊技術的應用及發(fā)展趨勢102
5.4金屬增材制造技術104
5.4.1增材制造技術概述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展109
參考文獻113

第6章電鍍和化學鍍技術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電鍍溶液的基本組成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合金電鍍的應用126
6.5電刷鍍128
6.5.1電刷鍍原理及特點128
6.5.2電刷鍍設備129
6.5.3電刷鍍溶液129
6.5.4電刷鍍工藝131
6.5.5電刷鍍的應用133
6.6化學鍍133
6.6.1化學鍍原理與特點134
6.6.2化學鍍鎳135
6.6.3化學鍍銅137
6.7復合鍍138
6.7.1復合鍍層的種類及特點138
6.7.2復合鍍的原理139
6.7.3復合鍍層的應用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142
參考文獻144

第7章金屬轉化膜技術146
7.1金屬轉化膜的基本特性及用途146
7.1.1金屬轉化膜的形成方法146
7.1.2金屬轉化膜的分類146
7.1.3金屬轉化膜的主要用途146
7.2化學氧化147
7.2.1鋼鐵的化學氧化147
7.2.2鋁及鋁合金的化學氧化148
7.3陽極氧化149
7.3.1鋁及鋁合金陽極氧化機理150
7.3.2陽極氧化膜的結構和性質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微弧氧化膜的結構與性能159
7.4.4微弧氧化的應用159
7.5鋼鐵的磷化處理164
7.5.1磷化膜形成機理164
7.5.2磷化膜的性能及應用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168

第8章氣相沉積技術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183
8.4.2常用離子鍍方法184
8.4.3離子鍍膜的應用及發(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化學氣相沉積189
8.6.1化學氣相沉積裝置189
8.6.2化學氣相沉積原理及特點190
8.6.3特種化學氣相沉積方法192
8.6.4化學氣相沉積的應用193
8.6.5CVD技術的發(fā)展195
8.6.6PVD和CVD工藝對比195
參考文獻196

第9章高能束表面改性技術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激光表面改性技術的特點200
9.1.3激光表面改性技術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206
9.3.2離子注入機簡介209
9.3.3離子注入的應用210
參考文獻212

第10章熱擴滲技術213
10.1熱擴滲的基本原理及分類213
10.1.1熱擴滲的基本原理213
10.1.2熱擴滲工藝的分類214
10.2熱浸鍍215
10.2.1熱浸鍍原理215
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222

第11章涂裝技術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涂料成膜機理226
11.1.4涂料涂層的作用226
11.1.5涂料基礎產品簡介227
11.2涂裝工藝228
11.3涂裝方法228
11.4涂裝技術的發(fā)展趨勢232
參考文獻233

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

第13章其他表面工程技術251
13.1表面噴丸強化技術251
13.1.1噴丸強化原理251
13.1.2噴丸強化設備及彈丸材料252
13.1.3噴丸強化應用253
13.2電火花表面強化254
13.2.1電火花表面強化原理254
13.2.2電火花表面強化工藝255
13.2.3電火花強化的應用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-凝膠法的應用257
13.4搪瓷涂敷技術258
13.4.1瓷釉258
13.4.2搪瓷涂敷工藝259
13.4.3搪瓷的應用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自組裝膜的應用263
13.6復合表面工程技術264
13.6.1物理氣相沉積與其他表面技術復合265
13.6.2高能束與其他表面技術復合265
13.6.3噴丸強化與其他表面技術復合266
13.6.4化學熱處理與其他復合表面技術267
參考文獻268

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