材料的激光表面改性技術(shù)及應(yīng)用

《材料的激光表面改性技術(shù)及應(yīng)用》在對(duì)激光技術(shù)的相關(guān)理論和激光表面改性技術(shù)進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，主要對(duì)硅和鐵表面的激光氣體氮化技術(shù)、激光氮化改善取向硅鋼磁疇分布及降低鐵損、硅鋼表面激光輔助滲硅技術(shù)、工業(yè)鈦合金及醫(yī)用鈦合金表面的激光熔覆技術(shù)等進(jìn)行了闡述。

第1章 激光加工概述

1.1 激光產(chǎn)生的物理基礎(chǔ)

1.1.1 激光的發(fā)展簡(jiǎn)史

1.1.2 產(chǎn)生激光的典型能級(jí)結(jié)構(gòu)

1.1.3 原子能級(jí)及粒子數(shù)分布

1.1.4 原子能級(jí)躍遷

1.1.5 激光產(chǎn)生機(jī)理

1.1.6 激光器基本結(jié)構(gòu)

1.2 激光的特性

1.2.1 單色性好

1.2.2 高方向性

1.2.3 高相干性

1.2.4 高亮度

1.3 激光與材料的相互作用

1.3.1 簡(jiǎn)介

1.3.2 激光的吸收過程

1.3.3 激光的熱效應(yīng)

1.3.4 等離子體產(chǎn)生過程

1.3.5 激光燒蝕過程

第2章 激光表面改性技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 概述

2.2 激光表面處理技術(shù)分類及特點(diǎn)

2.2.1 激光相變硬化

2.2.2 激光沖擊硬化

2.2.3 激光熔覆

2.2.4 激光表面合金化

2.2.5 其他激光表面改性技術(shù)簡(jiǎn)介

2.3 激光表面改性設(shè)備

2.3.1 激光器系統(tǒng)

2.3.2 光路及導(dǎo)光系統(tǒng)

2.3.3 激光加工數(shù)控系統(tǒng)

2.4 激光表面改性存在的問題及展望

第3章 激光氣體氮化(LGN)技術(shù)與應(yīng)用

3.1 硅表面激光氣體氮化工藝及特性

3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

3.1.2 激光工藝參數(shù)的確定及工藝

3.1.3 激光氮化處理后樣品的表面物相組成

3.1.4 激光與半導(dǎo)體材料相互作用與氮化成膜機(jī)理

3.2 鐵表面激光氣體氮化

3.2.1 激光氣體氮化工藝參數(shù)的確定

3.2.2 激光氮化樣品表面物相分析

3.2.3 鐵氮化合物熱穩(wěn)定性及相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變

第4章 高磁感取向硅鋼微區(qū)激光氣體氮化

4.1 取向硅鋼簡(jiǎn)介

4.1.1 高磁感取向硅鋼的發(fā)展趨勢(shì)

4.1.2 改善磁疇分布及提高取向硅鋼鐵損方法簡(jiǎn)介

4.2 改進(jìn)型Fe304磁流體的研制

4.2.1 Fe304磁流體的配置

4.2.2 Fe304磁流體性能影響因素

4.3 取向硅鋼片激光掃描間距的理論計(jì)算.

4.3.1 實(shí)驗(yàn)材料及計(jì)算方法

4.3.2 平均晶粒尺度的計(jì)算

4.4 最佳晶粒尺度、氮化掃描間距及特性曲線的確立

4.4.1 計(jì)算原理及方法簡(jiǎn)介

4.4.2 最佳晶粒尺度計(jì)算

4.4.3 激光氣體氮化掃描間距的確立

4.4.4 取向硅鋼特性曲線的確立

4.5 激光氣體氮化對(duì)取向硅鋼性能的影響

4.5.1 激光氮化機(jī)制及工藝確定

4.5.2 微區(qū)激光氣體氮化成分標(biāo)定

4.5.3 微區(qū)激光氣體氮化對(duì)取向硅鋼磁疇結(jié)構(gòu)分布的影響

4.5.4 微區(qū)激光氣體氮化對(duì)取向硅鋼時(shí)效性能的改善.

4.5.5 激光刻痕和激光氣體氮化對(duì)降低硅鋼片鐵損的影響-

第5章 硅鋼激光輔助滲硅技術(shù)

5.1 硅鋼及高硅鋼制備工藝簡(jiǎn)介

5.1.1 硅鋼的分類和發(fā)展

5.1.2 鐵硅合金特性

5.1.3 高硅鋼特性

5.1.4 高硅鋼制備工藝

5.1.5 激光熔覆工藝

5.2 單道激光熔覆涂層的制備技術(shù)

5.2.1 單道激光熔覆涂層制備

5.2.2 單道激光熔覆工藝探索與優(yōu)化

5.2.3 影響激光熔覆涂層質(zhì)量的因素

5.2.4 熔覆涂層組織與凝固行為分析

5.2.5 熔覆涂層硅含量測(cè)定及硬度分布

5.3 多道搭接激光熔覆涂層的制備技術(shù)

5.3.1 多道搭接激光熔覆涂層制備

5.3.2 影響激光熔覆涂層質(zhì)量的因素

5.3.3 激光熔覆涂層中存在的缺陷

5.3.4 熔覆涂層顯微組織分析

5.3.5 熔覆涂層凝固行為分析

5.3.6 熔覆涂層微結(jié)構(gòu)分析

5.3.7 熔覆涂層硅含量測(cè)定及硬度分布

5.4 退火處理激光熔覆高硅涂層磁性能研究

5.4.1 鐵磁性物質(zhì)磁飽和及磁滯現(xiàn)象

5.4.2 熔覆樣品擴(kuò)散退火與表面相組成

5.4.3 熔覆退火樣品硬度與硅含量分布

5.4.4 熔覆退火樣品的室溫磁性能

第6章 工業(yè)鈦合金激光表面改性技術(shù)

6.1 工業(yè)鈦合金簡(jiǎn)介

6.2 激光氮化改性技術(shù)研究

6.2.1 簡(jiǎn)介

6.2.2 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

6.2.3 激光氮化工藝確定

6.2.4 氮化處理后表面物相及顯微硬度分布

6.2.5 激光氮化樣品顯微硬度分布

6.2.6 氮化機(jī)制及合金成分對(duì)氮化影響

6.3 激光熔覆制備耐磨涂層技術(shù)

6.3.1 激光熔覆技術(shù)簡(jiǎn)介

6.3.2 鈦合金表面激光熔覆技術(shù)研究進(jìn)展

6.3.3 激光熔覆TiCN/Ti陶瓷涂層工藝

6.3.4 激光熔覆參數(shù)確定及熔覆層物相、組織結(jié)構(gòu)

6.3.5 熔覆層力學(xué)性能

6.4 激光誘導(dǎo)原位自生耐磨涂層技術(shù)

6.4.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備方法

6.4.2 原位自生熱力學(xué)判據(jù)及工藝確定:

6.4.3 原位自生涂層的物相標(biāo)定、顯微結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能

第7章 醫(yī)用鈦合金表面激光熔覆改性

7.1 醫(yī)用鈦合金表面改性簡(jiǎn)介

7.2 激光熔覆HA/Si()2生物涂層

7.2.1 Si-HA涂層簡(jiǎn)介

7.2.2 實(shí)驗(yàn)材料及熔覆工藝確定

7.2.3 熔覆層表面形貌及物相標(biāo)定

7.2.4 HA/Si()2生物涂層的潤(rùn)濕性

7.2.5 HA/Si()2生物涂層的體外活性

7.3 激光熔覆合成'FiCN/Ti3Si(:2復(fù)合生物涂層技術(shù)

7.3.1 原理及方法簡(jiǎn)介

7.3.2 實(shí)驗(yàn)過程及方法

7.3.3 掃描速度對(duì)熔覆層物相、組織結(jié)構(gòu)及硬度影響

7.3.4 離焦量對(duì)熔覆層物相、顯微結(jié)構(gòu)及硬度影響

7.3.5 熔覆層顯微結(jié)構(gòu)及微區(qū)成分分析

7.4 TICNN/SiO 2生物涂層潤(rùn)濕性及體外活性

7.4.1 引言

7.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

7.4.3 實(shí)驗(yàn)過程及方法

7.4.4 潤(rùn)濕性結(jié)果

7.4.5 SBF溶液浸泡后表面物相分析

7.4.6 SBF浸泡中離子沉積速率

7.4.7 SBF浸泡后沉積層表面形貌及微區(qū)成分分析

參考文獻(xiàn)

《材料的激光表面改性技術(shù)及應(yīng)用》在對(duì)激光技術(shù)的相關(guān)理論和激光表面改性技術(shù)進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，主要對(duì)硅和鐵表面的激光氣體氮化技術(shù)、激光氮化改善取向硅鋼磁疇分布及降低鐵損、硅鋼表面激光輔助滲硅技術(shù)、工業(yè)鈦合金及醫(yī)用鈦合金表面的激光熔覆技術(shù)等進(jìn)行了闡述。

《材料的激光表面改性技術(shù)及應(yīng)用》內(nèi)容豐富，素材新穎，層次分明。可作為從事激光技術(shù)、材料表面改性和激光加工等相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、研究人員及高等院校相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生的參考書。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，材料學(xué)被譽(yù)為人類科學(xué)的三大支柱之一，隨著空間技術(shù)、光電技術(shù)、紅外技術(shù)、傳感技術(shù)、能源技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展，要求材料必須有耐高溫、抗腐蝕、耐磨等優(yōu)越的性能，才能在比較苛刻的環(huán)境中使用。材料表面處理是材料表面改性和新材料制備的重要手段，材料表面改性是目前材料科學(xué)最活躍的領(lǐng)域之一。通過表面改性可以改善材料表面及近表面區(qū)的形態(tài)、化學(xué)組成、組織結(jié)構(gòu)并賦予材料表面新的復(fù)合性能，實(shí)現(xiàn)新的工程應(yīng)用。陶瓷材料由于其自身優(yōu)異的性能，成為新材料的發(fā)展中心而受到廣泛關(guān)注:表面改性技術(shù)在陶瓷材料改性方面的應(yīng)用克服了陶瓷的弱點(diǎn)，使陶瓷材料能夠以其優(yōu)良的物理、化學(xué)性能，在航天、航空、電力、電子、冶金、機(jī)械等工業(yè)，甚至現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)于表面改性技術(shù)方面的科技書籍已有不少，但是目前還沒有一本專門介紹關(guān)于陶瓷材料表面改性技術(shù)的專著。本書編者利用在教學(xué)科研實(shí)踐工作中積累的資料，編寫此書。本書從材料表面改性技術(shù)入手，詳細(xì)介紹了傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)，如表面涂層法、滲氮、陽極氧化、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、離子束濺射沉積等;以及近幾十年來發(fā)展的新型表面改性技術(shù)，如金屬蒸氣真空弧離子源離子注入(MEVVA)、離子束增強(qiáng)/輔助沉積(IBED/IBAD)、等離子源離子注入(PSⅡ/PⅢ)、激光表面合金化(laseralloying)、激光化學(xué)氣相沉積(laserCVD)、等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PCVD)、雙層輝光等離子體表面合金化(Xu?Tec)等;接下來便從傳統(tǒng)陶瓷的表面改性、陶瓷纖維、陶瓷粉體、結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷等方面詳細(xì)介紹了表面改性技術(shù)在陶瓷材料中的應(yīng)用，最后介紹了陶瓷材料表面改性測(cè)試與表征方法。全書給出了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)分析、圖表，使讀者能更加形象地理解表面改性在陶瓷材料改性方面的作用。

本書總體章節(jié)題目由曾令可提出思路與設(shè)想。第1、6、7章由王慧撰寫;第2章由侯來廣、王慧撰寫;第3章由李萍、王慧撰寫;第4章由曾令可、任雪譚撰寫;第5章由盛文彥、曾令可撰寫;第8章由曾令可、鄧偉強(qiáng)撰寫;第9章由劉平安撰寫。曾令可、王慧負(fù)責(zé)全書統(tǒng)稿、定稿、繪圖等工作。書中引用了一些國(guó)內(nèi)外學(xué)者的著作、論文的觀點(diǎn)、論述及成果，在此謹(jǐn)對(duì)他們的工作致以深深的謝意。

雖然我們力求把最新的應(yīng)用知識(shí)和信息奉獻(xiàn)給讀者，但本書所介紹的內(nèi)容仍難以涵蓋表面改性在陶瓷材料改性中的所有應(yīng)用領(lǐng)域，且由于編者的學(xué)識(shí)有限，闡述的內(nèi)容難免有疏漏和不當(dāng)之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

編者

2005年12月