表面处理技术概论(第2版)

前言

本书自2011年出版以来，历时6年并经多次重印，受到广大技术人员的欢迎，并在多所高校作为教材使用。在使用过程中读者和教师反馈了一些宝贵意见，在此深表谢意。

当今表面技术发展日新月异，锌镍合金电镀已在工业生产中得以规模生产，光固化电泳漆也进入市场，激光表面处理在生产中得到更广泛应用……，同时表面处理的环保要求也越来越高。本书作为表面处理技术的入门书籍，高校材料专业学生的专业导论课程教材，需紧跟学科发展的前沿、体现新技术进展。为此，本书编写组在第1版的基础上对部分内容进行了更新。第2版添加了锌镍合金电镀、PCB板化学镀、水性电泳漆以及钛合金微弧氧化等新内容。为方便读者阅读，对书中部分理论较深的内容进行了简化，使之更为简洁、易懂。表面处理涂（镀）层制备及检测标准也是表面处理技术的重要组成部分，本次在书后添加附录，介绍了表面处理中的两种常用仪器，添加了与本书章节对应的部分国家标准，以方便读者查询，在实验及工程中可按照相关标准实施操作。

本书第2版编写过程中武汉科思特仪器股份有限公司、法国凯璞科技集团、深圳宏达秋科技有限公司、深圳市志邦科技有限公司、深圳市思源达科技有限公司等单位提供了一些宝贵的数据资料，在此表示感谢！

在本书的第2版编撰过程中得到了第1版编写组人员的支持，南昌航空大学研究生谢小武、黄丽琴、洪嘉、朱亦晨、刘红、蓝秀玲、朱阳存、傅乐煕、李飙、赵超等做了一些具体工作，在此一并致谢！

由于编者水平有限，不足之处在所难免，恳请广大读者批评指正并提出宝贵意见。

编者

2018年7月

第1版前言

人类应用表面处理技术已有上千年的历史，从19世纪工业革命开始表面处理技术开始迅速发展，尤其是近几十年来，表面处理技术更是获得飞速的发展，涌现了大量的现代表面技术，在工、农业生产，生物、医学、人们日常生活中得到越来越多的应用。表面工程技术已经发展成为横跨材料学、摩擦学、物理学、化学、界面力学和表面力学、材料失效与防护、金属热处理学、焊接学、腐蚀与防护学、光电子学等学科的边缘型、综合型、复合型学科。表面工程技术具有学科的综合性、手段的多样性、广泛的功能性、潜在的创新性、极强的实用性和巨大的增效性，因而受到各行业的重视，产生的经济效益令人瞩目。

由于表面处理技术应用范围越来越广，在许多工程应用中的重要地位日益凸显。包括化工、环境、冶金、机械制造和设计、金属材料工程等相关工科专业在教学中都会不同程度地涉及表面技术的知识。为此，我们结合教师多年来在教学、科研和生产实践中的成果，参考国内外该领域中的著作与技术资料编写了此书。鉴于表面技术涉及的内容非常丰富，本书挑选了表面工程领域中常用的一些技术作为本教材的内容，着重介绍了传统的表面技术知识，也特别介绍了表面工程领域的前沿动态和进展。本书第1章由刘光明博士（南昌航空大学）和孙建春博士（重庆科技学院）执笔；第2章由朱明博士(西安科技大学)执笔；第3章由刘红波博士(深圳职业技术学院) 执笔；第4章由曾荣昌博士(山东科技大学)执笔；第5章由李多生博士(南昌航空大学) 执笔；第6章由罗英（江西师范科技学院）和尹孝辉博士（安徽工业大学）执笔；第7章由李超博士（辽宁大学）执笔；第8章由刘光明博士（南昌航空大学）执笔；第9章由周圣丰博士（南昌航空大学）执笔。全书由刘光明博士统稿。

在全书编写过程中得到了杜楠教授、赵晴教授、张国光博士和周雅教授等人的支持和帮助，在此致以衷心感谢。

在本书的编写过程中，编者参考了大量国内外相关文献，在此向原作者表示衷心的感谢！

本书可作为高等院校材料学、材料物理与化学、材料科学与工程等专业的本科生教材或参考书，也可供相关专业的师生和有关工程技术人员参考。

鉴于参编人员水平所限，书中难免有不当之处，恳请读者批评指正。

编者

南昌航空大学

2011年1月

第1章绪论1

1.1表面技术的分类和内容1

1.2表面工程技术的作用4

1.3表面工程技术的发展趋势5

第2章电镀与化学镀10

2.1电镀的基本原理11

2.1.1电镀的基本过程11

2.1.2电镀电源12

2.1.3电镀电极13

2.1.4电镀挂具14

2.1.5电镀槽15

2.1.6电镀溶液的组成及其作用15

2.1.7影响镀层质量的因素17

2.2单金属电镀18

2.2.1镀锌18

2.2.2镀镍22

2.2.3镀铬28

2.2.4镀铜34

2.2.5镀银37

2.3合金电镀40

2.3.1合金电镀简介40

2.3.2电镀铜锡合金(青铜)43

2.3.3电镀铜锌合金(黄铜)45

2.3.4电镀锌镍合金47

2.4复合电镀49

2.4.1复合镀层的沉积原理50

2.4.2耐磨复合镀层52

2.4.3自润滑复合镀层53

2.5特种电镀53

2.5.1脉冲电镀53

2.5.2电刷镀55

2.6化学镀57

2.6.1化学镀镍58

2.6.2化学镀铜62

2.6.3非金属表面化学镀63

2.6.4化学复合镀64

思考题64

第3章涂料与涂装技术66

3.1涂料67

3.1.1涂料的发展简史67

3.1.2涂料的组成68

3.1.3涂料的分类70

3.1.4涂料的作用70

3.1.5涂料的成膜方式71

3.1.6常用涂料的特点74

3.1.7涂料的发展方向及功能涂料76

3.2涂装技术86

3.2.1涂装前处理87

3.2.2涂装技术91

思考题106

第4章转化膜技术107

4.1转化膜技术简介107

4.1.1转化膜的分类107

4.1.2化学转化膜常用处理方法108

4.1.3防护性能108

4.1.4表面转化膜用途109

4.2阳极氧化109

4.2.1铝及铝合金的阳极氧化110

4.2.2铝阳极氧化膜的着色和封闭115

4.2.3镁合金阳极氧化117

4.3微弧氧化118

4.3.1铝及铝合金的微弧氧化119

4.3.2镁合金的微弧阳极氧化128

4.3.3钛合金的微弧阳极氧化129

4.4化学氧化129

4.5金属的磷化135

4.5.1钢铁的磷化136

4.5.2有色金属的磷化处理139

4.6金属的铬酸盐钝化142

4.7着色处理技术144

4.7.1铝合金的着色144

4.7.2不锈钢的着色146

思考题150

第5章气相沉积技术151

5.1物理气相沉积152

5.1.1真空蒸发沉积153

5.1.2电阻蒸发沉积154

5.1.3电子束蒸发沉积156

5.1.4溅射沉积156

5.1.5离子镀161

5.1.6外延沉积(生长)离子镀162

5.2化学气相沉积技术166

5.2.1化学气相沉积技术的特征168

5.2.2化学气相沉积反应物质源168

5.2.3化学气相沉积沉积层质量影响因素169

5.2.4化学气相沉积装置169

5.3气相沉积技术制备薄膜173

5.3.1等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术173

5.3.2PECVD过程的动力学174

5.3.3PECVD装置175

5.3.4PECVD技术制备薄膜材料176

思考题181

第6章热喷涂与堆焊182

6.1热喷涂183

6.1.1热喷涂简介183

6.1.2热喷涂工艺188

6.1.3热喷涂材料196

6.1.4冷喷涂技术199

6.2堆焊技术203

6.2.1堆焊技术简介203

6.2.2氧-乙炔火焰堆焊206

6.2.3手工电弧堆焊210

6.2.4埋弧堆焊213

6.2.5等离子弧堆焊221

6.2.6电渣堆焊228

6.2.7堆焊方法的选择230

思考题231

第7章化学热处理232

7.1化学热处理概述232

7.2化学热处理的分类与特点233

7.2.1化学热处理的分类233

7.2.2化学热处理的特点234

7.3典型的化学热处理234

7.3.1渗碳234

7.3.2渗氮239

7.3.3碳氮共渗240

7.3.4渗硼241

7.3.5渗硅242

7.3.6渗硫243

7.3.7渗金属243

7.4化学热处理技术的新发展246

7.4.1稀土化学热处理246

7.4.2机械能助渗化学热处理247

7.4.3真空化学热处理的发展247

7.4.4等离子体化学热处理248

7.4.5流态床化学热处理248

7.4.6高能束化学热处理249

思考题249

第8章热浸镀250

8.1热浸镀锌252

8.1.1热浸镀锌的基本原理252

8.1.2热浸镀锌层的形成过程254

8.1.3热镀锌生产工艺255

8.1.4影响热浸镀锌的因素257

8.1.5热浸镀锌的应用259

8.2热浸镀铝259

8.2.1热浸镀铝的基本原理260

8.2.2热浸镀铝层的形成过程261

8.2.3热镀铝生产工艺262

8.2.4影响热浸镀铝的因素263

8.2.5热浸镀铝钢的性能和应用266

8.3热浸镀锡267

8.3.1热浸镀锡的基本原理267

8.3.2热浸镀锡工艺268

8.3.3热浸镀锡层的性能及应用269

思考题269

第9章高能束表面处理技术270

9.1激光表面强化技术270

9.1.1概述270

9.1.2激光相变硬化(激光淬火)272

9.1.3激光表面合金化277

9.1.4激光熔覆287

9.2电子束表面强化技术294

9.2.1电子束表面处理工艺295

9.2.2电子束表面处理的特点296

9.2.3电子束表面处理的应用296

9.3离子束表面强化技术297

9.3.1离子注入的基本原理297

9.3.2离子注入强化及非晶化297

9.3.3离子注入强化的特点299

9.3.4离子注入强化的应用及发展方向300

思考题300

附录几种常见的涂层性能测试方法及国家标准301

参考文献310