表面保护层设计与加工指南
2012-5
化学工业出版社
李金桂
298
375000
“我国改革开放三十多年来，材料的研究、开发、应用有了快速的发展，水泥、钢铁、有色金属、稀土材料、织物等许多材料的产量多年居世界第一，我国已经成为世界上材料的生产、销售和消费大国，支撑着“中国制造”的产品遍布世界、“中国建造”的重大工程建设项目遍布全国，促进了国家GDP连续高速发展，中国已经成为世界上第二经济大国。但是，我国还不是材料强国，我国的材料多处于中、低档水平，支撑起来的“中国制造”的产品水平不高、价格太低、无缘名牌；“中国建造”的重大工程中的主要结构件、专用件、关键件和重要件许多还依赖进口；我国在材料的选用、材料制成品的设计、加工、制造和材料保护等方面与先进国家相比还存在较大差距，导致材料制成品在制造环境、运行环境和自然环境的侵蚀下，容易出现腐蚀、摩擦磨损磨蚀、断裂（疲劳），引发“中国制造”的产品和“中国建造”的重大工程项目出现种种问题。 材料寿命是人类所用材料的核心。材料性能优良，质量稳定，使用安全、可靠、经济，是材料寿命的前提；没有使用安全、可靠、经济，就谈不上使用寿命。材料寿命的延长表达了上述性能的全面提升；材料延寿，就是提高材料制成品使用的可靠性、安全性、经济性和耐久性，就是延长材料制成品的使用寿命，就是节约了资源、能源、实施了低碳经济、减少了环境污染、支持了人类可持续发展。 我国建国以来材料研究取得了显著的成绩，在满足经济建设需求的同时，一大批材料研究、材料应用研究、材料加工研究和材料保护研究相继发展壮大起来，并为材料及其制成品的使用可靠性、安全性、经济性和耐久性做了大量的工作，积累了丰富的理论和实践经验，在材料全生命周期中凝炼出一些重要的原则、技术和措施。 “材料延寿与可持续发展”有两方面的工作：一是总结过去。总结系统控制材料提前损伤、提前破坏和提前失效的因素的理论、原则、技术和措施，使各个行业的产品设计师，制造、使用和管理工程师有所启示、有所参考、有所作为、有所贡献；尽可能地延长材料的使用寿命，提高材料制成品的可靠性、安全性、经济性和耐久性。这项工作实质上是针对过去与现在，总结现有成果，及早服务于国家建设。 二是研究未来。面对未来，材料的优质化、高性能化、高强化、长寿命化，多品质、多规格化、标准化、传统材料的综合优化、新材料的不断创新，由此促进我国从“材料生产、销售、消费大国”转变为“材料强国”。为此，我们组织了“材料延寿与可持续发展”的战略研究，在开展大量的调查研究基础上，从国家长远发展的眼光提出一整套的理论、原则、政策和建议，促使我国早日成为“材料强国”，支持国家“节约资源、节能减排”、“可持续发展”和“保卫地球”战略。 目前，在中国科协和中国工程院的领导与支持下，一批材料科学工作者在努力地开展工作，提出研究报告，编写并出版发行《材料延寿与可持续发展》系列图书，供相关方面领导和工作人员参考。 希望通过我们的努力，既能为设计师、制造、使用和管理工程师提高其产品对环境抗力的理论、原则、技术和措施；又为国家成为“材料强国”，提出种种设想、原则、措施和政策建议。 由于我们水平有限，不当之处，敬请批评指正。 中国工程院院士 观察物体，映入我们眼帘的，首先是该物体的表面。任何物体离有表面，没有表面谈不上物体，设计产品必当设计表面。腐蚀从表面开始，摩擦磨损在表面发生，美好装饰在表面进行，赋予产品特种功能在表面施加。人类对表面的关注和研究始于远古，在20世纪后期，由于三束(电子束、激光束和离子束)的进入，极大地促进了对表面的认识，催生了一门新的科学，称为表面工程学。 本世纪初出版的《国防科技名词大典》对“表面工程”的定义是：“将材料表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用表面改性转化技术、薄膜技术和涂镀层技术，使材料表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。”指出表面工程“可有效地改善和提高材料和产品的性能（耐蚀、耐磨、装饰性能），确保产品使用可靠和安全，延长使用寿命，或赋予材料和器件特殊的物理和化学性能，例如声光磁电的转换和存储性能，使电子器件多功能化和超小型化，有效地节约有限的资源和能源，减少环境污染，维护可持续发展。” 表面工程技术所形成的材料表面保护层，能够防止腐蚀，调整摩擦匹配（利用摩擦、减少磨损），装饰美化生活，赋予特种功能（给以物体原本没有而又希望拥有的种种性能）。 材料表面保护层是预防与控制引发材料提前失效三大因素［腐蚀、摩擦和疲劳（腐蚀疲劳）］最普遍、最常见、最有效、最经济、最成功的技术措施。经过千百万人的研究和应用，形成的表面工程技术，造就了那么多的表面层，我们拾到了其中的一部分，以《表面保护层设计与加工指南》为题成书，力图以比较简练的方式，告诉设计师和工程师们如何利用、如何设计、如何制造，以求材料制成品（产品、设备和工程建设项目）拥有比较理想的使用可靠性、安全性、经济性和耐久性。 本书编写过程中得到了许多专家的指导和帮助，徐滨士、刘世参、魏士丞、范瑞麟、高玉魁、刘若愚、刘颖、赵闺彦等参与了本书的立题、编写和审稿工作，尤其徐滨士院士对本书进行了全面审定，在此表示衷心的感谢，并对所有为本书做出过贡献的同仁表示感激之情！ 表面工程发展迅速，表面保护层和功能层日新月异。本书中可能存在不当之处，欢迎批评指正。 李金桂
本书是《材料延寿与可持续发展》丛书之一。为了预防与控制引发材料提前失效的腐蚀、摩擦磨损和断裂（疲劳与腐蚀疲劳等），可广泛采用材料表面防护层，包括形变与相变强化、化学与电化学转化膜、热扩散层，以及电镀、热喷涂层、热浸镀、有机涂层、无机漆层、复合涂镀层和气相沉积层等。本书简明地阐述各种保护层的性能、特点、适用范围、不适用范围、相关标准，特别提出了它们的设计与加工指南。
可供各种产品和工程建设项目的设计、制造、使用、检验、维护维修和管理等部门的设计师、工程师们使用，也可供相关专业工程技术人员，尤其是工学院大学生、研究生、博士生和教师参考。
第1章 绪言
1.1 表面工程技术的概念和内涵
1.2 表面工程工艺技术的近代发展
1.3 表面工程技术的应用
1.4 表面工程学的形成
1.5 表面工程技术与国家可持续发展
参考文献
第2章 表面形变强化和相变强化层
2.1 概述
2.2 表面形变强化层
2.3 表面相变硬化层
2.4 离子注入层
参考文献
第3章 化学处理膜层
3.1 概述
3.2 铝合金化学氧化膜
3.3 镁合金化学氧化膜
3.4 钢铁化学氧化膜
3.5 铜及铜合金化学氧化膜
3.6 铜及铜合金钝化膜
3.7 银及银镀层的钝化膜
3.8 钢铁磷化膜
3.9 金属表面着色
3.10 化学镀
参考文献
第4章 电化学转化膜
4.1 概述
4.2 铝与铝合金耐腐蚀硫酸阳极化膜
4.3 铝及其合金耐腐蚀铬酸阳极化膜
4.4 铝及铝合金耐摩擦磨损阳极化膜
4.5 铝合金磷酸阳极化胶接膜
4.6 铝合金草酸阳极化绝缘膜
4.7 铝及铝合金瓷质阳极化装饰膜
4.8 微弧阳极氧化陶瓷膜层
4.9 镁合金的阳极化膜
4.10 钛合金的阳极化膜
4.11 铜和铜合金的阳极化膜
4.12 硅、锗和钽的阳极化
4.13 锆合金的阳极化膜
参考文献
第5章 热扩散层
第6章 电镀层
第7章 热浸镀层
第8章 热喷涂层
第9章 有机涂层
第10章 无机涂层
第11章 复合层
第12章 气相沉积层
