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页数:217

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出版时间:2008-6

价格:29.00元

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isbn号码:9787122023995

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金属表面处理工艺与技术前沿 本书深入剖析了现代金属表面处理领域最前沿的工艺、技术及相关应用，旨在为行业从业者、研究人员及对精密制造感兴趣的读者提供一份详实且具有前瞻性的技术指南。内容涵盖了从基础理论到尖端实践的广泛范畴，力求勾勒出金属表面处理技术发展的全貌。 第一部分：基础理论与关键技术解析 本部分将从原子层面、微观结构以及宏观性能等多个维度，系统阐述金属表面处理的基础理论。我们首先将回顾不同金属材料的表面特性，包括其化学活性、晶体结构、表面能以及易氧化性等，这些都是理解后续处理工艺的关键。随后，我们将深入探讨表面形成机理，例如物理吸附、化学吸附、原子键合以及相变等，为理解各种表面处理方法的本质奠定理论基础。 在关键技术方面，本书将重点聚焦于几种代表性的表面处理技术。 1. 物理气相沉积（PVD）技术详解： PVD原理与分类： 详细介绍PVD的基本原理，即在真空环境下，通过物理方法将固体材料转化为气相，再沉积到基材表面形成薄膜。重点阐述蒸发（如电阻加热蒸发、电子束蒸发）、溅射（如直流溅射、射频溅射、磁控溅射）和离子镀（如离子束溅射）等主要PVD方法的工作机制、设备结构、工艺参数控制（如真空度、靶材成分、基材温度、溅射功率、气体流量等）及其优缺点。 薄膜形成与微观结构： 深入分析薄膜在基材表面的成核、生长过程，探讨不同生长模式（如Volmer-Weber、Frank-van der Merwe、Stranski-Krastanov）对薄膜微观结构（如晶粒尺寸、取向、界面、缺陷密度）的影响。详细阐述薄膜的致密性、孔隙率、粗糙度等关键形貌特征如何影响其性能。 主流PVD薄膜材料与应用： 详细介绍各类PVD薄膜材料的制备工艺、微观结构特点及其优异性能，包括： 氮化物薄膜： 如TiN、CrN、AlTiN、TiSiN等。分析其硬度、耐磨性、耐腐蚀性、摩擦系数等，并结合实际应用，如刀具涂层、模具保护层、装饰性涂层、生物医用材料涂层等。 碳化物薄膜： 如TiC、CrC、WC等。探讨其高温强度、耐磨性、化学稳定性，以及在切削工具、耐磨部件中的应用。 氧化物薄膜： 如Al2O3、TiO2、SiO2等。分析其耐高温、耐腐蚀、光学特性、介电性能，重点阐述其在耐磨涂层、隔热涂层、光学膜、电子器件中的应用。 金属及合金薄膜： 如Ti、Cr、Al、Ni、Cu等及其合金。探讨其导电性、导热性、装饰性、阻挡层功能，在电子封装、传感器、集成电路、装饰件中的应用。 类金刚石碳（DLC）薄膜： 详细介绍DLC薄膜的结构（sp2/sp3键比）、制备方法（如射频等离子体增强化学气相沉积 - PECVD、磁控溅射辅助DLC等）、优异性能（超高硬度、低摩擦系数、化学惰性），并深入探讨其在汽车零部件（活塞环、气门）、医疗器械、精密机械、光学元件等领域的广泛应用。 PVD工艺优化与挑战： 探讨如何通过优化工艺参数（如溅射功率、气体压力、基材预处理、辅助偏压）来控制薄膜的晶体结构、化学组成、表面形貌和界面特性。分析PVD工艺在薄膜结合力、内应力、厚度均匀性、成本效益等方面面临的挑战，并介绍相应的解决方案，如多弧源技术、脉冲磁控溅射、反应式溅射等。 2. 化学气相沉积（CVD）技术精讲： CVD基本原理与反应过程： 详细阐述CVD的基本原理，即通过在高温下，气态前驱体在基材表面发生化学反应，生成固体薄膜。重点解析不同CVD方法，如常压CVD、低压CVD（LPCVD）、等离子体增强CVD（PECVD）、脉冲CVD（PCVD）等的工作原理、设备特点和工艺优势。 前驱体选择与反应动力学： 探讨不同元素（如C、N、O、Si、B）或化合物（如烷烃、卤化物、有机金属化合物）前驱体的选择原则、化学性质及其对薄膜成分、结构和性能的影响。深入分析CVD过程中的质量传输、表面反应动力学，以及温度、压力、气体组成等参数对反应速率和薄膜质量的调控作用。 主流CVD薄膜材料与性能： 金刚石及类金刚石薄膜： 介绍金刚石CVD的工艺流程，包括基材预处理、生长环境（微波等离子体、热丝等）、气体配比（如CH4/H2）、生长温度等。重点分析其超高硬度、导热性、耐磨性、耐腐蚀性，并探讨其在硬质刀具、热沉材料、声学器件、光学窗口等领域的应用。 碳氮化硅（SiCN）等复合薄膜： 介绍SiCN薄膜的制备及其优异的耐高温、耐氧化、高硬度等特性，以及在航空航天、高温密封等领域的应用潜力。 氮化硅（Si3N4）薄膜： 探讨Si3N4薄膜的优异绝缘性、耐化学腐蚀性和机械强度，在半导体、传感器、微机电系统（MEMS）等领域的应用。 氧化铝（Al2O3）及氧化硅（SiO2）薄膜： 介绍CVD制备Al2O3和SiO2薄膜的工艺，分析其在绝缘层、介电层、保护层等方面的应用。 CVD工艺的挑战与前沿： 分析CVD工艺在薄膜形貌控制、内应力管理、高纵横比结构填充（如ALD的共形沉积特性）等方面的挑战，并介绍原子层沉积（ALD）作为CVD的延伸，其自限性表面反应带来的超高精度、高均匀性和优异的共形性，以及在先进半导体器件、纳米技术等领域的革命性应用。 3. 湿法表面处理技术进展： 电镀新工艺与合金电镀： 深入研究先进电镀技术，如脉冲电镀、超声波辅助电镀、高速旋转电镀等，及其对镀层性能（如致密性、均匀性、晶粒细化、内应力控制）的提升。重点介绍各种合金电镀，如镍-磷、镍-钨、铜-锡、锌-镍等合金镀层的制备工艺、组织结构、性能特点（耐腐蚀、耐磨、硬度、导电性等）及其在汽车、电子、航空航天等领域的应用。 阳极氧化与着色新进展： 详细分析铝及铝合金、镁合金等的阳极氧化工艺，包括不同电解液体系（如硫酸、草酸、酒石酸、硼酸）的选择，以及氧化膜的孔隙结构、厚度、硬度和耐腐蚀性。重点介绍新型着色技术，如电解着色、有机着色、等离子体着色等，及其在装饰性、功能性方面的应用。 化学转化膜与钝化技术： 探讨不同金属（如锌、铝、镁）的化学转化膜处理，包括磷化、铬化（及无铬替代技术）、锆化等，分析其提高金属基材耐腐蚀性、改善涂层附着力的作用。重点介绍金属及其合金的钝化处理机理和工艺，以及其在提高材料表面稳定性方面的作用。 微弧氧化（MAO）与溶胶-凝胶法： 深入研究微弧氧化技术在陶瓷复合涂层制备中的应用，分析其在提高铝、镁、钛等轻质合金的耐磨性、耐腐蚀性和绝缘性方面的优势。介绍溶胶-凝胶法制备功能性纳米涂层（如TiO2、SiO2、ZnO等）的工艺原理、优势（如低温制备、成分可调、纳米结构）及其在催化、光学、生物医学等领域的应用。 第二部分：前沿技术与复合应用 本部分将聚焦于当前金属表面处理领域最活跃、最具创新性的技术方向，并探讨多种技术的协同应用，以实现性能的突破。 1. 功能性纳米涂层技术： 纳米晶及超硬纳米涂层： 介绍纳米晶结构薄膜的制备方法（如PVD、CVD、ALD）及其独特的性能优势，如更高的硬度、强度、更好的耐磨性和耐腐蚀性。重点关注类金刚石（DLC）、氮化钛（TiN）、氮化硅（Si3N4）等纳米晶或超硬纳米涂层的制备工艺与应用。 智能及响应性涂层： 探讨能够感知外部环境变化（如温度、pH值、光照、电场）并做出相应响应的智能涂层。例如，自修复涂层、形状记忆合金涂层、温敏变色涂层、抗菌自清洁涂层等。分析其工作机理、制备方法以及在航空航天、医疗、建筑等领域的潜在应用。 多层及梯度功能涂层： 详细介绍通过多层沉积或梯度设计来优化涂层性能。例如，采用具有高韧性的底层与高硬度的表层结合，以提高整体涂层的抗开裂能力；或者设计化学成分或微观结构随深度变化的梯度涂层，以实现性能的平滑过渡和优化。重点分析其在提高刀具寿命、耐磨部件性能等方面的实际案例。 2. 绿色、环保表面处理技术： 无铬钝化与转化膜技术： 深入研究替代传统六价铬钝化的环保技术，如三价铬钝化、锆基转化膜、钛基转化膜、有机硅转化膜等。分析这些技术的原理、工艺流程、性能表现以及其在降低环境污染、保障人体健康方面的优势。 环保型电镀液与无氰电镀： 关注新型环保型电镀液的开发，如酸性镀锌、碱性无氰镀铜、无氰镀银等。分析其在提高电流效率、降低废水处理难度、改善镀层质量等方面的优势，以及在满足日益严格的环保法规方面的作用。 等离子体处理与表面改性： 探讨常温等离子体技术在表面清洗、活化、粗化、键合等方面的应用，其能够有效去除表面污染物，并改变表面能，提高后续涂层或粘接的附着力。分析其在无溶剂处理、降低能耗方面的环保优势。 生物基与可降解表面处理材料： 探索使用生物基材料或可降解材料开发新型表面处理技术，以实现可持续发展。例如，生物基聚合物涂层、可生物降解的防腐蚀添加剂等。 3. 表面处理技术的复合应用与性能提升： PVD/CVD与湿法处理协同： 探讨将PVD、CVD等干法技术与电镀、阳极氧化等湿法技术相结合，以获得具有独特复合性能的表面。例如，在阳极氧化铝基材上进行PVD涂层，以同时获得优异的耐腐蚀性和硬度；或者在电镀铜层上进行CVD氮化硅涂层，以提高其耐高温和耐腐蚀性能。 多工艺集成与智能制造： 关注将多种表面处理工艺集成到自动化生产线上，实现工艺参数的精确控制和在线监测。介绍基于大数据分析和人工智能的工艺优化方法，以实现高效、稳定、高质量的表面处理。 表面工程在特定领域的应用： 深入分析表面处理技术在航空航天（耐高温、耐腐蚀、抗氧化）、汽车工业（耐磨、防腐蚀、装饰）、能源领域（催化、导电、隔热）、医疗器械（生物相容性、抗菌、耐磨）等关键领域的最新应用案例和技术挑战。 本书力求通过严谨的科学阐述和详实的工程实例，为读者提供一个全面、深入、前沿的金属表面处理技术知识体系。无论是希望提升现有产品性能，还是探索创新性表面解决方案，本书都将是您宝贵的参考资料。

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从一个侧重于产品成本核算角度来看，这本书在理论与经济性之间的平衡做得相当巧妙。虽然主体是技术，但作者在描述每一种镀种的特性时，总会不经意地提及相关的材料成本和能耗趋势。例如，在介绍贵金属镀层时，它没有停留在介绍性能，而是提及了在特定行业中如何通过优化厚度或替代材料来控制总成本。这种“技术为价值服务”的视角，对于项目经理或采购人员来说，是阅读这本书的重要收获之一。它让你明白，每一个技术决策背后都有经济上的考量。这本书的价值在于，它不仅仅是一本“怎么镀”的工具书，更像是一本“如何高效、合理地进行电镀生产”的综合参考资料，将化学、工程学和基础的成本意识融合在了一起。

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我最欣赏的是它在“工艺参数控制”这一块的详尽程度。这部分内容写得极其细致，简直就像是一份超详细的SOP（标准作业程序）手册的理论基础版。作者似乎把多年来的经验都倾注在了对温度、pH值、添加剂浓度这些关键变量的描述上。举例来说，在讲到镍电镀的特定工艺时，它不仅列出了推荐的温度范围，还用表格的形式对比了温度偏高和偏低的微观形貌差异，甚至还提到了不同品牌光亮剂在相同参数下可能产生的细微区别。这种对细节的执着，真的体现了“实务”二字的分量。我感觉这本书不仅仅是告诉我们“怎么做”，更重要的是解释了“为什么这么做”，这种知其所以然的感觉，对于提升操作者的专业素养至关重要。如果这本书能再增加一些关于自动化控制系统在电镀过程中的应用案例，那就更完美了。

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这本书的排版布局和图文配比，给我的阅读体验带来了不少惊喜。很多技术书籍为了节省篇幅，常常把图文挤压在一起，导致阅读路线跳跃性很大。但这本书在这方面做得相当克制和专业。它很好地平衡了理论文字和辅助图形的比例。那些结构示意图、流程图都设计得很大方，留白恰到好处，让人在阅读密集的文字后，可以有视觉上的喘息。特别值得一提的是，某些复杂的截面结构图，作者使用了多层次的剖视图来展示镀层与基材的结合情况，这种处理方式极其清晰，远胜于市面上很多采用低分辨率扫描图的教材。唯一稍微让我感到不便的是，书后的索引部分似乎可以做得更细致一些，如果能针对特定的污染物或缺陷做一个交叉索引，查找起来会更快捷方便。

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这本书的文字叙述风格，说实话，一开始让我有点摸不着头脑。它不像我以前看过的那些入门级教材那样，用大量的比喻或者非常口语化的方式来解释复杂的概念。相反，它采用了非常严谨的、近乎教科书式的表达方式，很多地方的定义和术语都非常精准，甚至带有一点学术论文的严谨感。这对我理解一些深层的化学原理非常有帮助，因为它不回避那些硬核的理论知识，而是直接把它们呈现出来。比如讲到电流密度和极化现象那几章，作者没有一笔带过，而是详细推导了相关的公式，这对于需要深入研究电化学基础的人来说，简直是如获至宝。但是，对于初学者，尤其是那些只想快速掌握操作技能的人来说，可能门槛稍微高了一些，阅读起来需要保持高度集中的注意力，时不时需要停下来查阅一下相关的化学词典来确保理解无误。这种深度，无疑让这本书的价值提升了一个档次，但同时也筛选了它的读者群体。

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这本书的装帧设计挺有意思的，封面那种深邃的蓝色调，配上简洁的银色字体，给人一种专业又沉稳的感觉。我拿到手的时候，首先注意到纸张的质感，不是那种很光滑的反光纸，而是略带哑光的纹理，拿在手里分量感十足。我本来以为这种技术类的书籍会比较枯燥，但翻开目录后，发现它的结构组织得相当有逻辑性。章节的划分很清晰，从基础的材料学原理讲到具体的工艺流程，再到后期的质量控制，层层递进。尤其是那些图表的排版，虽然是黑白印刷，但线条和示意图都绘制得非常精细，即便是复杂的电化学反应过程，也能通过图示快速理解。不过，我有点遗憾的是，作为一本讲“实务”的书，希望能多一些实际的案例分析，比如在实际生产中遇到的疑难杂症以及对应的解决方案，这样对一线操作人员的帮助会更大一些。总体来说，从视觉和触觉上，这本书给人的第一印象是非常扎实的，让人有信心去深入学习里面的内容。

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