Laser Fabrication and Machining of Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Springer Verlag

作者:Not Available (NA)

出品人:

页数:576

译者:

出版时间:2007-11

价格:$ 168.37

装帧:HRD

isbn号码:9780387723433

丛书系列:

图书标签:

• 激光制造
• 激光加工
• 材料加工
• 材料科学
• 工程学
• 激光技术
• 精密制造
• 表面处理
• 先进制造
• 材料工程

现代工程材料的增材制造与表面工程 聚焦前沿技术，赋能高端制造 本书概述 本书全面深入地探讨了当代工程领域两大核心技术——增材制造（Additive Manufacturing, AM）和先进表面工程技术在各类关键材料上的应用、机理及其发展趋势。随着全球制造业向高精度、高性能、高可靠性方向迈进，传统加工方法的局限性日益凸显。本书旨在为研究人员、工程师以及高年级本科生提供一个系统、严谨的学习平台，以掌握如何利用增材技术制造复杂几何形状部件，并结合先进的表面处理技术，赋予材料卓越的功能性，从而应对航空航天、生物医学、能源装备等领域对材料性能的极端要求。 本书内容侧重于材料科学、制造工艺与功能设计相结合的前沿交叉领域，力求在理论深度与工程实用性之间取得完美平衡。我们将详细剖析增材制造过程中材料的微观结构演变，以及不同表面改性技术如何精确调控材料表面的物理、化学和力学特性。 --- 第一部分：增材制造技术原理与材料行为 本部分着重于增材制造技术的基础理论、关键工艺流程，以及材料在快速、高能输入环境下的特殊行为模式。 第一章：增材制造技术概览与分类 本章首先界定增材制造（3D打印）的内涵、发展历程及其在现代工业体系中的战略地位。随后，详细分类介绍了当前主流的增材制造技术路线，包括基于熔融的（如选区激光熔化SLM、电子束熔化EBM、熔丝制造FDM）、基于粉末粘合的、基于光固化的（如立体光刻SLA、数字光处理DLP）以及基于材料喷射的技术。重点分析了每种技术的工艺窗口、优势、局限性及其适用的材料体系。特别关注面向高性能金属和陶瓷部件制造的粉末床熔融技术（Powder Bed Fusion, PBF）。 第二章：增材制造过程中的材料科学 本章深入探讨增材制造过程中，粉末材料在极高能量密度输入下的热物理过程与微观结构演变。 1. 粉末特性与预处理： 分析金属、高分子和陶瓷粉末的粒度分布、形貌、流动性对打印质量的影响。讨论预处理技术，如雾化法制备球形粉末的工艺控制。 2. 熔池动力学与凝固行为： 详细阐述激光/电子束与粉末相互作用的物理模型，包括吸收率、能量密度控制。重点分析快速冷却速率下液相到固相转变的非平衡凝固现象，如柱状晶生长、枝晶间距的调控，以及由此引发的偏析问题。 3. 缺陷的形成与控制： 系统识别并量化增材制造部件中常见的内部缺陷，如未熔合孔隙（Lack of Fusion）、残余应力导致的开裂（Cracking）、以及由快速凝固引起的微观组织异常。提出基于工艺参数优化（如扫描策略、铺粉厚度）的缺陷抑制策略。 第三章：增材制造的后处理与性能表征 增材制造出的零件往往需要特定的后处理步骤来达到最终的使用性能。本章聚焦于这些关键环节。 1. 残余应力管理与消除： 剖析增材制造过程中由于剧烈的温度梯度和相变导致的内应力分布特征。详细介绍热等静压（HIP）、热处理（Stress Relief Annealing）等消除残余应力的有效方法，并探讨热循环对材料微观结构再结晶的影响。 2. 机械性能的各向异性： 研究由于扫描方向和铺粉方向的差异，增材制造部件表现出的显著的力学性能各向异性（Anisotropy）。通过拉伸、疲劳和蠕变测试，对比构建方向与垂直方向的性能差异，并探究其微观机理（如晶粒取向、残余孔隙分布）。 3. 表面形貌与精度： 评估增材制造零件的初始表面粗糙度（Roughness）及其对后续加工需求的影响。讨论如何通过优化工艺参数来最小化熔池重叠区的“熔球效应”和分层结构。 --- 第二部分：先进表面工程技术及其功能化 本部分转向对材料表面进行精确功能化改造的技术，旨在显著提升材料在复杂工况下的服役性能，特别是耐磨损、耐腐蚀和生物相容性。 第四章：表面涂层技术基础与热喷涂工艺 本章作为表面工程的基石，首先梳理了表面与体相材料的界面科学，然后详细介绍了工业应用最广泛的热喷涂技术。 1. 界面粘结机理： 探讨涂层与基体之间粘附力的物理和化学本质，包括机械互锁、冶金结合和化学键合。分析界面处的应力状态对涂层剥落的影响。 2. 等离子喷涂（APS/VPS）： 深入解析等离子体射流的产生、粒子加热和加速过程。重点讨论真空等离子喷涂（VPS）在制备高密度、低氧化物含量的功能涂层（如热障涂层TBCs）中的优势。 3. 高能堆焊（Harsurfacing）： 介绍激光熔覆（Laser Cladding）和等离子转移弧熔覆（PTA）技术。分析熔覆层与基体之间冶金结合的形成过程，及其在制备高耐磨损或耐腐蚀过渡层的应用。 第五章：薄膜沉积技术与功能化界面 本章聚焦于气相沉积和离子束辅助沉积技术，这些技术能够精确控制薄膜的厚度和化学计量比。 1. 物理气相沉积（PVD）： 详细介绍磁控溅射（Magnetron Sputtering）和真空电弧蒸发（Arc Evaporation）的原理。着重讨论如何通过控制工作气体压力和基底偏压来调控薄膜的结构（非晶态、多晶态、纳米结构）和硬度，例如超硬的类金刚石（DLC）涂层和过渡金属氮化物涂层（TiN, CrN）。 2. 化学气相沉积（CVD）： 探讨CVD的化学反应机理、反应器设计以及在制备高纯度陶瓷薄膜方面的应用。对比PECVD（等离子体增强CVD）在低温沉积方面的优势。 3. 离子注入技术： 分析高能离子束对材料表层晶格的置换和掺杂效应。探讨离子注入在改善金属材料表面硬度、降低摩擦系数和提高抗疲劳性能中的作用，特别是针对复杂合金体系的应用案例。 第六章：先进表面改性与生物材料界面 本章关注非沉积类的表面改性技术，以及在生物医学工程中对材料表面生物活性和相容性的特殊要求。 1. 热化学处理与渗杂： 详细阐述渗碳、渗氮、渗硼等传统热化学处理工艺的动力学模型，重点分析扩散过程和碳/氮原子在奥氏体或铁素体中的溶解与析出对表面硬度的贡献。 2. 表面显微织构与润湿性控制： 探讨如何通过激光烧蚀或电化学刻蚀等方式在材料表面制造出特定的微米/纳米尺度的结构（如超疏水、超亲水表面）。分析表面几何形状对摩擦学性能和液滴动力学的影响。 3. 生物医学材料的表面生物功能化： 针对植入物材料，讨论如何通过表面改性技术（如生物活性涂层、羟基磷灰石沉积、蛋白质吸附层）来调控细胞粘附、增殖和骨整合反应，确保材料的长期生物相容性与功能稳定性。 --- 第三部分：增材制造与表面工程的集成应用 本书的最后部分将前两部分的知识融会贯通，展示增材制造与表面工程技术协同作用的巨大潜力，特别是在高性能复杂结构件的制造中。 第七章：增材制造件的功能性表面集成 本章聚焦于如何将先进的表面工程技术直接应用于增材制造的零件上，实现“制造即功能化”的理念。 1. 选择性表面强化： 讨论如何针对增材制造件的特定区域（如受力高的应力集中点或易磨损区域）进行选择性激光熔覆或局部热喷涂，以提升局部性能，同时保留主体结构优化的拓扑结构。 2. 多材料与梯度功能结构： 探讨利用增材制造技术（如多喷头FDM或多激光束PBF）制造出内部材料成分或微观结构梯度变化的部件，结合梯度功能涂层技术，实现从硬到韧、从耐磨到导电的平滑过渡。 3. 应对增材制造缺陷的表面修复： 介绍先进表面技术（如超声波辅助热喷涂、微米级激光修复）在对增材制造过程中遗留的微小孔隙或表面不规则性进行高效、精确修复中的应用，从而提高零件的整体可靠性和寿命。 第八章：案例研究与未来展望 本章通过详细的工程案例，展示增材制造与表面工程在尖端行业的实际价值，并展望该交叉领域的发展方向。 1. 航空发动机叶片的制造与服役： 分析如何利用PBF制造高精度复杂冷却通道的涡轮叶片，并结合热障涂层（TBC）技术，使其在极端高温燃气环境中保持结构完整性和热效率。 2. 增材制造的生物植入体： 探讨定制化骨小梁结构钛合金植入物的制造，以及如何通过表面氧化或等离子体处理来优化其生物活性。 3. 发展趋势： 预测下一代增材制造对表面工程的挑战，包括对超细粉末的处理、在线质量监控（In-situ Monitoring）的集成，以及向超快激光技术在表面改性中的应用发展。 本书特色 本书的结构设计旨在引导读者从宏观的制造概念逐步深入到微观的材料界面科学。内容涵盖了从粉末的制备到最终零件的性能验证的全流程，强调了跨学科知识的整合能力。书中包含大量的工艺参数图表、微观结构照片和性能对比数据，确保理论阐述的严谨性和工程指导的有效性。它不仅仅是一本技术手册，更是激发创新思维、指导下一代高性能材料系统研发的重要参考资料。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆