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出版者:化学工业

作者:马瑞娜

出品人:

页数:310

译者:

出版时间:2007-1

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787502597467

丛书系列:

图书标签:

• 钢铁制品
• 表面处理
• 着色技术
• 涂装
• 防腐
• 金属材料
• 工艺技术
• 工业应用
• 表面工程
• 材料科学

冶金学前沿：新型功能性涂层材料的制备与应用 内容简介： 本书深入探讨了当代冶金工业与材料科学交叉领域的前沿研究热点——新型功能性涂层材料的制备技术、性能优化及其在高端制造中的多元化应用。全书旨在构建一个系统、深入且与工业实践紧密结合的知识体系，为材料工程师、研发人员以及相关专业的高年级本科生和研究生提供一本兼具理论深度与工程实践指导价值的参考著作。 第一部分：功能性涂层材料的理论基础与设计原则 本部分奠定了理解高性能涂层所需的基础理论框架。首先，详细阐述了涂层材料的微观结构与宏观性能之间的构效关系。我们不再局限于传统的保护性涂层，而是聚焦于那些赋予基体材料特殊功能（如超硬性、耐腐蚀性、电磁屏蔽性、热障性或催化活性）的先进材料体系。 第一章：先进涂层材料的分类与选择标准 本章系统梳理了当前主流的功能性涂层分类，包括但不限于：陶瓷涂层（如氮化物、碳化物、氧化物）、金属间化合物涂层、高熵合金涂层（HEA Coatings）以及复合与梯度功能材料涂层（FGM）。重点分析了不同涂层体系在特定工作环境下的服役特性和失效模式。同时，提出了基于应用需求的涂层材料多目标优化选择矩阵，指导设计者如何平衡硬度、韧性、附着力和成本等关键指标。 第二章：薄膜沉积的物理化学机制 详细剖析了当前最尖端的薄膜沉积技术背后的物理化学过程。我们着重分析了原子级尺度的成膜机理，包括气-固界面反应动力学、成核与生长模式（如岛屿生长、层状生长）。讨论了热力学驱动力与动力学控制在形成特定晶体结构和微观缺陷中的作用。内容涵盖了从物理气相沉积（PVD，特别是磁控溅射和电子束蒸发）到化学气相沉积（CVD，特别是原子层沉积ALD）的详细过程控制参数，强调了等离子体特性对薄膜质量的决定性影响。 第二章的重点深入到ALD技术在精密构形材料中的应用，探讨如何通过精确控制前驱体的脉冲和反应循环，实现亚纳米级的厚度均匀性和极佳的共面性，这对于微电子和生物医学植入物领域至关重要。 第二部分：尖端制备技术与工艺优化 本部分聚焦于实现高性能涂层所依赖的先进制造工艺，并探讨如何通过工艺创新来突破现有性能瓶颈。 第三章：高能输入法制备超硬与耐磨涂层 本章着重介绍采用高能量输入技术（如反应性溅射、高功率脉冲磁控溅射 HPPMS）来制备超硬涂层（如类金刚石 DLC、TiAlN/AlCrN 多层结构）的技术细节。深入分析了高能离子轰击对薄膜致密化、残余应力调控以及抑制晶界扩散的积极作用。提供了详细的工艺窗口图谱，指导操作人员如何通过调整功率密度、工作气压和衬底偏压来精确控制涂层的内应力状态，避免早期剥落。 第四章：热障涂层（TBCs）与环境屏障涂层（EBCs）的界面工程 针对航空发动机和燃气轮机等极端热环境应用，本章详细探讨了新型热障涂层的设计。重点分析了氧化钇稳定氧化锆（YSZ）涂层在循环热负荷下的相变和微裂纹扩展机制。更进一步，本书引入了先进的界面工程概念，例如通过引入中间层（Bond Coat）来优化热膨胀系数匹配，并利用先进的激光熔覆和等离子喷涂技术来控制涂层的孔隙率梯度，以最大化热阻隔效率和抗热震寿命。对于EBCs，则深入讨论了硅酸盐基材料在高温水蒸气环境中的抗烧蚀机制。 第五章：功能性梯度材料（FGM）的梯度设计与连续沉积策略 梯度涂层是实现功能无缝过渡的关键技术。本章阐述了梯度设计的数学模型，从第一代到更复杂的非线性梯度设计。重点介绍了如何利用多靶位溅射或连续改变反应气体流量的方式，在单次沉积过程中实现材料组分和微结构从基体到表层的平滑连续变化，从而消除传统涂层系统中常见的应力集中点和界面脱层风险。 第三部分：涂层材料的性能表征与服役评估 涂层性能的可靠性依赖于精确和全面的表征手段。本部分详细介绍了评估涂层各项功能指标所需的先进测试方法。 第六章：力学性能的微观与原位表征 本章详细介绍了用于纳米级力学性能测量的尖端技术。包括纳米压入硬度（Nanoindentation）测试中的载荷-位移曲线分析、粘附力评估（如划痕试验、拉拔试验）的临界载荷确定。尤为重要的是，书中介绍了原位（In-situ）测试技术，例如在扫描电镜（SEM）或透射电镜（TEM）内对涂层施加应力，实时观察裂纹萌生与扩展过程，以揭示微观结构缺陷对宏观力学性能的真实影响。 第七章：环境耐久性与失效分析 本章聚焦于涂层在苛刻工况下的长期可靠性评估。详细介绍了高温氧化/腐蚀动力学测试、高周疲劳试验中涂层寿命的预测模型。重点讲解了如何利用X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱对涂层表面的化学态变化进行追踪，以及使用聚焦离子束（FIB）技术进行精确定位失效点的微观截面分析（Cross-section Analysis），从而建立起从材料成分到服役寿命的闭环反馈系统。 第八章：先进涂层在特定领域的应用案例研究 本章通过多个深入的工程案例，展示功能性涂层技术如何解决现实世界中的关键挑战。案例包括：航空发动机叶片上的高熵合金抗氧化涂层、生物植入体（如人工关节）的类金刚石（DLC）低摩擦涂层、以及用于高效催化剂载体的多孔结构金属氧化物涂层。每个案例都详细分析了涂层设计思路、制备工艺选择、最终性能指标的达成情况，以及与传统解决方案的对比优势。 本书内容覆盖面广，理论深度高，侧重于解决当前先进制造中对材料表面功能化提出的严苛要求，是理解和掌握现代功能性涂层技术的权威指南。

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这本书的结构安排和逻辑递进做得极为出色，读起来有一种非常流畅的体验。它不是简单地罗列各种工艺流程，而是建立了一个清晰的知识框架：从基础的材料科学原理出发，逐步深入到具体的表面改性技术，最后落脚于质量控制与检测标准。最让我欣赏的是，作者在介绍每种技术时，都会同时对比其优缺点、适用范围以及经济性评估。这种多维度的分析视角，极大地帮助读者建立起一个全面的技术评估体系。例如，在比较不同耐腐蚀涂层时，书中不仅对比了它们的物理屏障效应，还量化分析了它们的成本效益比，这对于实际工程项目的决策制定者来说，简直是太重要了。它不像某些技术手册那样只提供单一答案，而是鼓励读者进行批判性思考和选择最适合特定场景的方案。

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对于我们这些长期从事设备维护和老旧金属翻新工作的技术人员来说，这本书简直是如获至宝。我们面对的往往不是全新的、标准化的部件，而是充满各种不确定性的、有历史磨损的金属件。这本书中专门辟出章节来讨论如何处理表面缺陷，如何应对不同合金基材的特殊反应，这些内容在标准化的教材中是很难找到的。我尤其注意到了关于非标件表面清洁流程优化的那一节，它提供的解决方案，有效解决了我们车间长期以来困扰我们的一个顽固问题——如何确保在不损伤底层金属结构的前提下，彻底去除陈旧的油污和锈蚀层。作者用大量的案例分析来佐证其方法的有效性，使得书中的指导具有极强的可操作性和说服力。这本书不仅仅是知识的传递，更像是现场工作经验的结晶，对于提升一线人员的技术水平有着立竿见影的效果。

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这本书的封面设计就挺有意思，很有那种工业风的质感，拿在手里沉甸甸的，感觉内容肯定不会太水。我本来是想找一本关于金属表面处理的通俗读物，了解一下不同涂层是怎么做出来的，没想到这本书的深度远超我的预期。它不仅仅停留在“怎么做”的层面，更深入地探讨了“为什么会这样”的科学原理。比如，它对不同化学浴液的配方和反应机理的阐述，简直像是在给我们展示一个微观世界的化学剧场。我尤其对其中关于电镀过程中的电流密度和温度控制对膜层结构影响的章节印象深刻，那部分内容写得非常严谨，引用了大量的实验数据和图表，让人不得不信服。对于那些想从基础开始构建完整知识体系的专业人士来说，这本书绝对是份宝贵的参考资料，它提供的不仅仅是技术指导，更是一种看待和解决表面工程问题的全新视角。看完后，我对那些闪闪发光的金属物件背后的复杂工艺肃然起敬，感觉自己好像真的摸到了现代制造业的脉搏。

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我是一个刚踏入材料科学领域的研究生，手上堆了不少理论教材，但真正能指导实际操作的“干货”却不多，这本书恰好填补了这个空白。与其他晦涩难懂的学术专著不同，作者在讲解复杂工艺时，总能巧妙地穿插一些工程上的“小窍门”和“避坑指南”，这些经验之谈比教科书上的公式推导来得更实在、更接地气。比如，它详细描述了在处理高应力部件时，如何通过特定的预处理步骤来避免后续涂层产生微裂纹，这种细节的处理简直是救命稻草。我特别欣赏作者那种对细节的偏执，无论是对清洗剂残留物的检测方法，还是对不同基材预热曲线的精确控制，都写得一丝不苟。读这本书的过程，与其说是阅读，不如说更像是在一位经验丰富的老工程师的指导下进行实战演练，每次翻阅都能发现新的可以立即应用到实验室工作中的技巧。

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说实话，我最初是被这本书的“历史溯源”部分吸引的。我原以为这只是一本纯粹介绍现代技术的工具书，没想到它竟然花了不少篇幅去追溯金属表面美化工艺的起源和演变，从古代的鎏金、发蓝到近代的化学转化膜技术，那种时间跨度带来的厚重感，让人感受到人类对材料美学的执着追求。作者的文笔在描述历史时，带着一种近乎诗意的叙述感，将冰冷的化学反应与工匠的智慧完美结合。这使得即便是像我这样非专业背景的读者，也能被深深吸引，而不是在那些复杂的化学方程式前望而却步。它让我意识到，我们现在使用的先进技术，无一不是建立在无数先辈的经验积累和试错之上的，这种对前人智慧的尊重，让这本书的价值提升了好几个档次。

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