具体描述
本书以机械镀的工艺过程、应用方法、设备原理、原料品种和特性、对环境的影响等方面为主题。系统介绍了机械镀的原理及其应用，其中涉及镀层的形成过程的观察结果、图片及镀层形成理论的探讨均为首次公开发表，在书中所涉及的各个方面均注重基础本原理的阐述、工业应用情况的介绐以及经济和社会效益分析。
本书在结构和形式上考虑了读者的知识层次和兴趣，以从事表面处理行业的工程技术人员、实业界人士（加工商和销售商），相关专业在校师生和研究人员为主要读者。
现代工业中的表面工程技术：从基础到前沿 图书简介 本书深入探讨了现代制造业中至关重要的一个领域——表面工程技术。它并非聚焦于单一的电化学沉积方法，而是以宏观的视角，系统性地梳理了旨在改善材料表面性能的各类先进技术、理论基础及其在各工业部门的广泛应用。 本书内容涵盖了从材料科学的微观结构到宏观力学性能的转变，旨在为工程师、研究人员及高级专业学生提供一个全面、深入且具有实践指导意义的参考手册。 --- 第一部分：表面科学基础与材料改性原理 第一章：材料表面特性的决定因素与评价体系 本章首先界定了“表面”在材料学中的特殊地位，强调其与体相材料在晶格结构、电子能带和化学活性上的显著差异。随后，详细阐述了影响表面性能的关键因素，包括表面能、表面缺陷（如位错、空位簇）和环境相互作用。 重点介绍表面性能的量化评价手段： 1. 形貌分析技术： 扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）及其在粗糙度、形貌特征提取中的应用。 2. 成分分析技术： X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES），用于确定表面元素组成和化学态。 3. 结构分析技术： 低能电子衍射（LEED）、X射线衍射（XRD），揭示表面晶体结构和残余应力。 第二章：热力学与动力学在表面沉积中的作用 本章将表面工程过程置于相图与反应动力学的框架下进行分析。讨论了薄膜生长模式（如岛状生长、层状生长、螺旋岛生长）如何受限于表面能和界面能的平衡。深入解析了成核理论，包括临界成核半径、成核密度与沉积速率之间的复杂关系。此外，还探讨了温度梯度和气氛控制对沉积过程稳定性和最终薄膜质量的决定性影响。 第三章：界面工程与粘附力的增强机制 材料表面工程成功的核心在于确保功能层与基体之间的可靠结合。本章聚焦于界面行为： 1. 化学键合机制： 探讨离子键、共价键、范德华力在不同涂层体系中的贡献。 2. 机械互锁效应： 分析通过基体预处理（如喷砂、拉毛）实现的微观锚固作用。 3. 梯度过渡层的设计： 引入中间层概念，用于缓冲热膨胀系数（CTE）失配和化学惰性差异，从而显著提高涂层的抗剥落能力。 --- 第二部分：先进表面功能化技术 本部分系统介绍了当前工业界和研究领域中主流的、与电化学方法相区别的表面改性技术。 第四章：真空物理气相沉积（PVD）技术精讲 PVD技术是制备高性能、高纯度薄膜的关键手段。本章细致剖析了三种主要的PVD技术： 1. 磁控溅射（Magnetron Sputtering）： 详细介绍直流和射频溅射的原理、靶材选择、工作气体的选择（如氩气、氮气）及其对薄膜微观结构（柱状晶、柱状结构）的影响。探讨了高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）在实现高致密化方面的优势。 2. 电子束蒸发（Electron Beam Evaporation）： 阐述高真空下电子束加热熔化难熔材料的能力，及其在光学膜制备中的应用。 3. 物理气相沉积（PVD）薄膜的应力管理： 分析薄膜内源性应力（残余拉应力或压应力）的来源，以及通过基板偏压和工艺温度调控应力以避免裂纹和鼓泡的方法。 第五章：化学气相沉积（CVD）及其衍生技术 CVD过程依赖于气相反应物在基体表面发生化学反应并沉积固体薄膜。 1. 热力学CVD（T-CVD）： 探讨反应温度、压力对沉积速率和选择性的影响。 2. 等离子体增强CVD（PECVD）： 重点介绍等离子体如何降低反应活化能，实现在较低温度下沉积高质量薄膜（如氮化硅、非晶硅）的应用，尤其在半导体和光伏领域的应用。 3. 原子层沉积（ALD）： 作为一种自限制性的CVD技术，本章详细阐述了其“脉冲-清洗-脉冲”的循环过程，强调其实现完美共形覆盖和厚度原子级精确控制的独特优势，以及在柔性电子器件中的潜力。 第六章：热喷涂技术与高能粒子束改性 本章侧重于制备厚膜和在复杂几何表面进行快速材料堆积的技术。 1. 热喷涂技术族群： 区分等离子喷涂、电弧喷涂和高速火焰喷涂（HVOF）。深入分析HVOF技术中颗粒的加速机制和熔化行为，以及如何利用其制备高密度、低孔隙率的陶瓷或金属基涂层（如热障涂层）。 2. 离子注入与表面辐照： 介绍利用高能离子束将特定元素注入基体表层，实现硬化、抗腐蚀性增强的固态扩散过程。讨论了辐照对晶格损伤和后续退火修复的影响。 --- 第三部分：功能性涂层与工业应用 第七章：耐磨损与润滑性表面设计 本章聚焦于摩擦学优化。详细分析了硬质涂层（如TiN, CrN, DLC）的抗磨损机理（磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损）。特别探讨了类金刚石碳（DLC）薄膜的微观结构（sp2/sp3碳原子比例）如何直接决定其超低摩擦系数和高硬度。同时，介绍了自润滑涂层（如金属间化合物或嵌入石墨烯的复合涂层）的摩擦学性能设计。 第八章：抗腐蚀与耐高温表面屏障 针对苛刻工作环境，本章分析了腐蚀防护涂层。 1. 屏障效应： 阐述致密氧化物或氮化物涂层如何物理隔离腐蚀介质。 2. 牺牲阳极保护机制： 讨论某些涂层体系中发生的电化学反应，以保护基材。 3. 热障涂层（TBCs）： 重点介绍航空发动机涡轮叶片中应用的陶瓷/金属界面系统，分析氧化钇稳定氧化锆（YSZ）作为隔热层的作用，以及其在热循环下的抗剥落寿命预测。 第九章：电子、光学与生物医学表面应用 本章展示表面工程如何跨界服务于高新技术产业。 1. 半导体与存储： 讨论低介电常数（Low-k）材料在集成电路互连中的应用，以及磁性存储器中隧道势垒层的精确制备。 2. 光学元件： 介绍用于激光系统、太阳能电池和显示器的多层介质膜的设计，关注增透膜、高反射膜的介入角度依赖性。 3. 生物相容性表面： 讨论如何通过表面改性（如羟基化、接枝生物活性分子）来改善植入物（如骨科、牙科）的骨整合（Osseointegration）性能，以及抗生物膜形成涂层的设计策略。 --- 结语：表面工程的未来趋势与挑战 总结当前表面工程领域面临的主要挑战，包括降低能耗、实现复杂三维结构件的均匀化处理，以及向更智能、可自修复的“活体”表面发展。探讨了人工智能与机器学习在优化工艺参数和预测涂层寿命中的新兴作用。
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