材料耐磨抗蚀及其表面技术概论PDF电子书下载

第一章材料的磨损 1

一、概述 1

（一）研究磨损的范围及其重要性 1

目 录 1

（二）研究磨损的历史和发展 3

（三）磨损的定义和分类 9

1．磨损的定义 9

2．磨损的分类 10

2．正常磨损阶段 15

（四）磨损过程的几个阶段 15

1．磨合阶段 15

3．严重磨损阶段 16

二、磨损的基本理论 16

（一）固体表面特性及表面膜 16

1．固体表面的几何特性 16

2．固体表面的物理机械特性 20

3．固体表面的化学特性 22

4．固体表面的边界膜 26

（二）固体表面接触的基本理论 30

1．理想光滑表面弹性接触的应力计算 30

2．实际粗糙表面对弹性接触应力的影响 32

3．实际粗糙表面的接触及接触面积 35

4．切向力对接触面积的影响 41

（三）固体的摩擦与磨损 43

1．早期的摩擦理论 43

2．摩擦的能量理论 45

3．摩擦引起的各种效应 50

4．摩擦与磨损 60

三、研究磨损的基本方法 65

（一）磨损问题的系统分析 65

1．系统分析的基本概念 66

2．摩擦学的“封闭系统” 67

3．系统分析数据表的应用 70

4．系统分析在磨损研究中的应用举例 72

（二）磨损零件的失效分析 76

1．失效分析的意义及其发展 76

2．磨损失效分析的特点和方法 77

3．磨损失效分析举例 87

（三）磨损试验 95

1．磨损试验的意义和分类 95

2．实验室磨损试验的特点和选择 96

3．实验室磨损试验机 99

4．磨损试验结果的测定 101

5．磨损过程的定量评定方法 113

（四）磨损过程的计算 114

1．关于磨损率的计算 115

2．摩擦副中磨损量的计算 119

3．关于磨损极限的计算 127

四、材料耐磨性和耐磨材料的选择 134

（一）材料耐磨性的定义和评定方法 134

（二）提高材料耐磨性的途径和方法 135

1．零件的使用寿命和材料的耐磨性 135

2．选择耐磨材料及表面涂层的一般原则和方法 137

3．耐磨材料及表面涂层选择的指南 139

4．国内的典型耐磨钢和农机具用耐磨材料 149

参考文献 162

第二章材料腐蚀与防护 172

一、概述 172

（一）金属腐蚀的定义和分类 172

（二）发展的回顾 174

（三）腐蚀防护的重要性 175

二、金属腐蚀的基础理论 176

（一）金属的化学腐蚀——金属的高温氧化 176

1．金属高温氧化热力学 176

2．金属高温氧化动力学 179

3．氧化膜的晶格结构及传质机制 183

4．合金的氧化 185

（二）金属的电化学腐蚀 188

1．腐蚀原电池 188

2．电化学腐蚀的热力学 189

3．平衡电极电位 191

4．不平衡电极电位 192

5．电极过程的极化 193

1．E——pH图 204

三、研究方法及测试技术 204

（一）腐蚀的图解分析 204

2．混合电位 207

3．几种典型情况腐蚀图解分析 210

（二）失效分析 217

1．失效分析的步骤 217

2．腐蚀失效分析实例 219

（三）实验研究 224

（四）测试技术 226

1．现场及模拟性腐蚀评价试验 226

2．腐蚀程度的测定 226

3．微观表面测试 227

4．电化学方法 228

四、几种主要的电化学腐蚀 232

（一）金属的局部腐蚀 232

1．缝隙腐蚀 232

2．点腐蚀 234

3．晶间腐蚀 235

1．大气腐蚀 237

（二）金属在各种环境中的腐蚀 237

2．海水腐蚀 241

3．土壤腐蚀 242

（三）金属在机械力作用下的腐蚀 248

1．应力腐蚀断裂（SCC） 249

3．提高材料耐蚀性的途径 251

2．氢致应力开裂（HSC） 252

（一）材料的耐蚀性及提高耐蚀性的途径 253

3．腐蚀疲劳（CF） 255

2．表面结构的形成 258

五、材料的耐蚀性及腐蚀防护 258

1．材料的耐蚀性 258

（二）耐蚀材料 264

1．耐大气腐蚀钢 264

2．耐大气腐蚀钢的类型及应用 265

3．不锈钢 267

1．设计及选材 273

（三）腐蚀的防护 273

2．电化学保护 274

3．表面覆层及表面处理 275

4．缓蚀剂 278

参考文献 279

第三章材料表面强化技术 283

一、概述 283

（一）历史的回顾 283

1充分发挥材料潜力 285

（二）表面强化技术的目的和作用 285

2．节约材料资源 287

3．制备具有特殊性能的表面层 288

（三）表面强化技术的分类 289

1．表面形变强化 289

2．表面热处理强化 291

3．化学热处理强化 292

4．表面冶金强化 292

5．表面薄膜强化 294

（四）表面硬化层的性能 295

1．提高耐磨性能 296

2．提高抗蚀性能 299

（三）试样的准备问题 300

4．提高热硬性 303

3．提高疲劳强度 303

二、表面热处理及其应用 304

（一）表面热处理的特点与分类 304

（二）低能量密度加热的表面淬火 306

1．感应加热表面淬火 307

2．快速加热表面淬火 309

（三）高能量密度加热表面淬火 310

1．高频电流直接加热表面淬火 310

2．脉冲电流感应加热淬火和脉冲电流直接加热淬火 311

3．激光加热表面淬火 311

4．电子束加热表面淬火 313

5．太阳能加热表面淬火 313

三、化学热处理及其应用 314

（一）化学热处理的基本原理及分类 314

1．分解 315

2．吸附 315

3．扩散 316

（二）提高耐磨性的化学热处理 322

1．渗硼 323

2．渗金属 325

（三）提高疲劳强度和耐磨性的化学热处理 326

1．渗碳、碳氮共渗 326

2．渗氮、氮碳共渗 328

（四）以减摩为目的的化学热处理 331

1．渗硫、硫氮及硫氮碳共渗 331

2．石墨化渗层 332

3．镀渗合金层 332

4．蒸汽处理 333

（五）提高抗蚀性的化学热处理 334

1．渗铬 334

2．渗硅 335

3．渗锌、渗锡 336

（六）提高抗高温氧化性的化学热处理 336

1．渗铝 336

2．铬铝共渗和铬铝硅共渗 337

（一）表面冶金强化目的与特点 338

四、表面冶金强化及其应用 338

1．表面涂层工艺 339

（二）表面涂层 339

2．自熔性合金 340

3．复合粉束 345

（三）其他表面冶金强化 346

1．表面熔化—结晶处理 346

2．表面熔化—非晶态处理 348

3．表面合金化 348

五、表面薄膜强化及其应用 350

（一）化学和电化学法 351

1．电镀 351

2．化学镀 353

3．复合镀 354

4．刷镀 355

5．转化处理 357

（二）气相沉积法 358

1．沉积方法 358

2．气相沉积的应用 363

（三）离子注入 369

参考文献 370

第四章材料表面分析技术 374

一、概述 374

（一）基本定义和概念 374

（二）表面分析的内容和工程意义 375

1．表面形貌分析 375

3．表面成分和原子状态分析 376

2．表面晶体结构分析 376

（三）表面分析仪器的分类 377

（四）常用表面分析仪器和分析技术 380

二、表面形貌观察及其分析技术 382

（一）近代显微镜的发展 382

1．发展概况 382

2．光学显微镜 383

3．透射电子显微镜 384

4．扫描电子显微镜 389

5．分析电子显微镜 392

6．原子观察与场离子显微镜 393

7．应用前景 395

（二）表面几何轮廓的立体观察和立体分析 397

1．目的 397

2．体视效应 397

3．立体分析在显微镜中的应用 398

1．基本前提 400

2．金相试样 400

3．复型试样 402

4．薄膜试样 404

5．粉末（微粒）试样 405

（四）辅助图像分析技术 407

1．统计定最分析 407

2．彩色图像分析 409

（一）微探针分析技术的分类 411

三、表面成分和原子状态分析 411

（二）表面深层（1～10μm）的元素分析 412

1．电子探针显微分析的基本原理 412

2．仪器结构和分析特点 414

8．数据资料和分析结果 417

（三）几个原子表层的元素分析 420

1．俄歇电子能谱分析的基本原理 420

2．仪器结构和分析特点 422

3．数据资料和分析结果 424

（四）对100A微区内成分变化的分析 427

1．电子能量损失谱分析的基本原理 427

2．仪器结构和分析特点 428

3．数据资料和分析结果 430

（五）几个原子表层的全元素和同位素分析 431

1．二次离子质谱分析的基本原理 431

2．仪器结构和分析特点 432

3．数据资料和分析结果 434

1．离子散射谱分析的基本原理 435

（六）最外表面单原子层的痕量元素分析 435

2．仪器结构和分析特点 436

3．数据资料和分析结果 437

（七）对轻基体中重杂质元素的分析 439

1．卢瑟福背散射谱分析的基本原理 439

2．谱仪的基本结构 442

3．分析特点 443

1．粒子激发X射线谱分析的基本原理 444

（八）表面成分和原子密度的分析 444

2．实验装置 446

3．分析特点 447

（九）表面化学状态分析 448

1．光电子能谱化学分析的基本原理 448

2．仪器结构和分析特点 449

3．数据资料和分析结果 452

（十）表面分子状态的分析 452

1．激光拉曼谱分析的基本原理 452

2．仪器结构和分析特点 453

3．数据资料和分析结果 454

（十一）展望 455

四、表面微区晶体结构分析技术 457

（一）基本原理 457

（二）低能电子衍射技术 459

1．分析原理 459

2．仪器结构和分析特点 462

（三）反射式高能电子衍射技术 463

1．分析原理 463

3．衍射花样分析 463

2．仪器结构和分析特点 465

3．衍射花样分析 467

（四）反射电子衍射技术 468

（五）电子通道花样技术 469

1．分析原理 469

2．获得ECP的必要条件和光路 471

3．电子通道花样的分析 473

（六）电子背散射花样技术 473

（七）X射线柯塞尔花样技术 475

（八）各种晶体结构分析技术的评价 476

五、核物理分析技术 479

（一）表面微观结构的物理和化学变化分析技术 479

1．穆斯堡尔谱分析（M？SS）的基本原理 479

2．穆斯堡尔谱的测量方法 481

3．谱形分析和穆斯堡尔参数 483

4．分析特点 486

1．正电子湮灭技术的分析原理 487

（二）表面50μm深层空位型缺陷的分析技术 487

2．正电子湮灭的实验方法 492

3．谱分析特点 497

（三）放射性同位素分析技术 497

1．直接加入法 498

2．后活化法 499

3．氪化法 500

参考文献 503

中英对照 506