材料的激光表面改性技术及应用
《材料的激光表面改性技术及应用》是化学工业出版社2013年2月出版的图书，作者是杨玉玲和董丹阳。
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《材料的激光表面改性技术及应用》是化学工业出版社2013年2月出版的图书，作者是杨玉玲和董丹阳。
《材料的激光表面改性技术及应用》在对激光技术的相关理论和激光表面改性技术进行综述的基础上，主要对硅和铁表面的激光气体氮化技术、激光氮化改善取向硅钢磁畴分布及降低铁损、硅钢表面激光辅助渗硅技术、工业钛合金及医用钛合金表面的激光熔覆技术等进行了阐述。
第1章 激光加工概述
1.1 激光产生的物理基础
1.1.1 激光的发展简史
1.1.2 产生激光的典型能级结构
1.1.3 原子能级及粒子数分布
1.1.4 原子能级跃迁
1.1.5 激光产生机理
1.1.6 激光器基本结构
1.2 激光的特性
1.2.1 单色性好
1.2.2 高方向性
1.2.3 高相干性
1.2.4 高亮度
1.3 激光与材料的相互作用
1.3.1 简介
1.3.2 激光的吸收过程
1.3.3 激光的热效应
1.3.4 等离子体产生过程
1.3.5 激光烧蚀过程
第2章 激光表面改性技术简介
2.1 概述
2.2 激光表面处理技术分类及特点
2.2.1 激光相变硬化
2.2.2 激光冲击硬化
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术简介
2.3 激光表面改性设备
2.3.1 激光器系统
2.3.2 光路及导光系统
2.3.3 激光加工数控系统
2.4 激光表面改性存在的问题及展望
第3章 激光气体氮化(LGN)技术与应用
3.1 硅表面激光气体氮化工艺及特性
3.1.1 实验材料及设备
3.1.2 激光工艺参数的确定及工艺
3.1.3 激光氮化处理后样品的表面物相组成
3.1.4 激光与半导体材料相互作用与氮化成膜机理
3.2 铁表面激光气体氮化
3.2.1 激光气体氮化工艺参数的确定
3.2.2 激光氮化样品表面物相分析
3.2.3 铁氮化合物热稳定性及相结构转变
第4章 高磁感取向硅钢微区激光气体氮化
4.1 取向硅钢简介
4.1.1 高磁感取向硅钢的发展趋势
4.1.2 改善磁畴分布及提高取向硅钢铁损方法简介
4.2 改进型Fe304磁流体的研制
4.2.1 Fe304磁流体的配置
4.2.2 Fe304磁流体性能影响因素
4.3 取向硅钢片激光扫描间距的理论计算.
4.3.1 实验材料及计算方法
4.3.2 平均晶粒尺度的计算
4.4 最佳晶粒尺度、氮化扫描间距及特性曲线的确立
4.4.1 计算原理及方法简介
4.4.2 最佳晶粒尺度计算
4.4.3 激光气体氮化扫描间距的确立
4.4.4 取向硅钢特性曲线的确立
4.5 激光气体氮化对取向硅钢性能的影响
4.5.1 激光氮化机制及工艺确定
4.5.2 微区激光气体氮化成分标定
4.5.3 微区激光气体氮化对取向硅钢磁畴结构分布的影响
4.5.4 微区激光气体氮化对取向硅钢时效性能的改善.
4.5.5 激光刻痕和激光气体氮化对降低硅钢片铁损的影响-
第5章 硅钢激光辅助渗硅技术
5.1 硅钢及高硅钢制备工艺简介
5.1.1 硅钢的分类和发展
5.1.2 铁硅合金特性
5.1.3 高硅钢特性
5.1.4 高硅钢制备工艺
5.1.5 激光熔覆工艺
5.2 单道激光熔覆涂层的制备技术
5.2.1 单道激光熔覆涂层制备
5.2.2 单道激光熔覆工艺探索与优化
5.2.3 影响激光熔覆涂层质量的因素
5.2.4 熔覆涂层组织与凝固行为分析
5.2.5 熔覆涂层硅含量测定及硬度分布
5.3 多道搭接激光熔覆涂层的制备技术
5.3.1 多道搭接激光熔覆涂层制备
5.3.2 影响激光熔覆涂层质量的因素
5.3.3 激光熔覆涂层中存在的缺陷
5.3.4 熔覆涂层显微组织分析
5.3.5 熔覆涂层凝固行为分析
5.3.6 熔覆涂层微结构分析
5.3.7 熔覆涂层硅含量测定及硬度分布
5.4 退火处理激光熔覆高硅涂层磁性能研究
5.4.1 铁磁性物质磁饱和及磁滞现象
5.4.2 熔覆样品扩散退火与表面相组成
5.4.3 熔覆退火样品硬度与硅含量分布
5.4.4 熔覆退火样品的室温磁性能
第6章 工业钛合金激光表面改性技术
6.1 工业钛合金简介
6.2 激光氮化改性技术研究
6.2.1 简介
6.2.2 实验材料及设备
6.2.3 激光氮化工艺确定
6.2.4 氮化处理后表面物相及显微硬度分布
6.2.5 激光氮化样品显微硬度分布
6.2.6 氮化机制及合金成分对氮化影响
6.3 激光熔覆制备耐磨涂层技术
6.3.1 激光熔覆技术简介
6.3.2 钛合金表面激光熔覆技术研究进展
6.3.3 激光熔覆TiCN/Ti陶瓷涂层工艺
6.3.4 激光熔覆参数确定及熔覆层物相、组织结构
6.3.5 熔覆层力学性能
6.4 激光诱导原位自生耐磨涂层技术
6.4.1 实验材料及设备方法
6.4.2 原位自生热力学判据及工艺确定:
6.4.3 原位自生涂层的物相标定、显微结构及力学性能
第7章 医用钛合金表面激光熔覆改性
7.1 医用钛合金表面改性简介
7.2 激光熔覆HA/Si()2生物涂层
7.2.1 Si-HA涂层简介
7.2.2 实验材料及熔覆工艺确定
7.2.3 熔覆层表面形貌及物相标定
7.2.4 HA/Si()2生物涂层的润湿性
7.2.5 HA/Si()2生物涂层的体外活性
7.3 激光熔覆合成'FiCN/Ti3Si(:2复合生物涂层技术
7.3.1 原理及方法简介
7.3.2 实验过程及方法
7.3.3 扫描速度对熔覆层物相、组织结构及硬度影响
7.3.4 离焦量对熔覆层物相、显微结构及硬度影响
7.3.5 熔覆层显微结构及微区成分分析
7.4 TICNN/SiO 2生物涂层润湿性及体外活性
7.4.1 引言
7.4.2 实验设备
7.4.3 实验过程及方法
7.4.4 润湿性结果
7.4.5 SBF溶液浸泡后表面物相分析
7.4.6 SBF浸泡中离子沉积速率
7.4.7 SBF浸泡后沉积层表面形貌及微区成分分析
参考文献
《材料的激光表面改性技术及应用》在对激光技术的相关理论和激光表面改性技术进行综述的基础上，主要对硅和铁表面的激光气体氮化技术、激光氮化改善取向硅钢磁畴分布及降低铁损、硅钢表面激光辅助渗硅技术、工业钛合金及医用钛合金表面的激光熔覆技术等进行了阐述。
《材料的激光表面改性技术及应用》内容丰富，素材新颖，层次分明。可作为从事激光技术、材料表面改性和激光加工等相关领域的工程技术人员、研究人员及高等院校相关专业的本科生和研究生的参考书。
平光，皱纹，砂纹，亚光这几种常见粉末喷涂时，比重不一样，因而喷涂时方法、技巧是不一样的，有皱纹的粉末不管是否是金属粉，都是喷得越厚花纹越大，所以在喷涂时应该适当控制粉层的厚度，尽量做到厚度均匀。金属含...
可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅。其他尚处于开发阶...
激光表面改性油管与接箍磨损配合研究
激光表面改性油管与接箍磨损配合研究
油田机采井抽油杆接箍与油管在工作状态下构成滑动摩擦副,同时还承受介质腐蚀和交变载荷,产生磨损、腐蚀和疲劳断裂失效。为了解决有杆泵井的管杆偏磨问题,采用5 kW横流CO2激光器对油管内壁和接箍表面进行强化处理,并进行摩擦磨损试验。结合激光强化层的组织分析,对比研究不同油管接箍构成的摩擦副的摩擦磨损性能。结果表明:激光相变硬化油管与激光熔覆Ni35接箍的配合效果比较理想;在摩擦磨损过程中,管杆间磨损以磨粒磨损为主。
激光表面改性用新型光热转换涂料
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公开日：2009．03．18，申请人：大连理工大学，地址：（116024）辽宁省大连市甘井子区凌工路2号，发明人：潘学民 高尚 李牧谷，专利代理机构：大连八方知识产权代理有限公司，代理人：卫茂才。
激光熔覆高硬度、耐磨和耐高温涂层
为了防止在高速、高温、高压和腐蚀环境下工作的零部件因表面局部损坏而报废，提高零部件的使用寿命，世界各国都在致力于研发各种提高零件表面性能的技术。传统的表面改性技术（如喷涂、喷镀、堆焊等）由于层间结合力差和受固态扩散差的限制，应用效果并不理想。大功率激光器和宽带扫描装置的出现，为材料表面改性提供了一种新的有效手段。激光熔覆是经济效益高的新型表面改性技术，它可以在廉价、低性能基材上制备出高性能的熔覆层，从而降低材料成本，节约贵重的稀有金属，提高金属零件的使用寿命。
现代飞机制造中大量使用钛合金和铝合金，例如美国的第四代战机F-22机体钛合金的使用量已达到41%，而美国先进的V2500发动机钛合金的用量也达到了30%左右。钛及钛合金具有高比强度、优良的耐腐蚀、良好的耐高温性能，可以减轻机体重量、提高推重比。钛合金的缺点是硬度低、耐磨性差。纯钛的硬度为150～200HV，钛合金通常不超过350HV。在很多情况下，由于钛及钛合金表面会生成一层致密的氧化膜从而起到防腐蚀的作用，但是在氧化膜破裂、环境恶劣或发生缝隙腐蚀时，钛合金的耐腐蚀性能将大大降低。
2000年首飞的美国F-35战机上铝合金总用量在30%以上。但是铝合金的强度不够高，使用时易生产塑性变形，特别是铝合金表面硬度低、耐磨性很差，在某种程度上制约了它的应用。
经过激光熔覆的钛合金表面显微硬度为800-3000HV。用激光熔覆技术对铝合金表面进行表面强化是解决铝合金表面耐磨性差、易塑性变形等问题的有效方法。与其他表面强化方法相比，该方法强化层与铝基体之间具有冶金结合特点，结合强度高。熔覆层的厚度达到1～3mm，组织非常细小，熔覆层的硬度高、耐磨性好，并具有较强的承载能力，从而避免了软基体与强化层之间应变不协调而产生裂纹。另外，在钛合金、铝合金表面熔覆高性能的陶瓷涂层，材料的耐磨性、耐高温性能等可以得到大幅度提高。
激光熔覆获得热障涂层
近年来，航空发动机燃气涡轮机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展，燃烧室的燃气温度和燃气压力不断提高，例如军用飞机发动机涡轮前温度已达1800℃，燃烧室温度达到2000℃～2200℃，这样高的温度已超过现有高温合金的熔点。除了改进冷却技术外，在高温合金热端部件表面制备热障涂层（Thermal Bamer Coating，TBCs）也是很有效的手段，它可达到1700℃或更高的隔热效果，以满足高性能航空发动机降低温度梯度、热诱导应力和基体材料服役稳定性的要求。20世纪70年代陶瓷热障涂层（TBCs）被成功用于J-75型燃气轮机叶片，世界各国投入巨资对其从材料到制备工艺展开了深入的研究。
20世纪80年代以来，在材料表面激光熔覆陶瓷层获得了致密的柱体晶组织，提高了应变容限；致密、均匀的激光重熔组织以及较低的气孔率可降低粘结层的氧化率，阻止腐蚀介质的渗透。可利用大功率激光器直接辐射陶瓷或金属粉末，将其熔化后在金属表面形成冶金结合，得到垂直于表面的柱状晶组织。由于熔覆层凝固的次序由表到里，表层组织相对细小，这样的结构有利于缓和热应力，例如用激光熔敷方法得到了8%（质量分数）氧化钇部分稳定氧化锆（YPSZ）热障涂层。也可将混合均匀的粉末置于基体上，利用大功率激光器辐射混合粉末，通过调节激光功率、光斑尺寸和扫描速度使粉末熔化良好、形成熔池，在此基础上进一步通过改变成分向熔池中不断加入合金粉末，重复上述过程，即可获得梯度涂层。
关键部件表面通过激光熔覆超耐磨抗蚀合金，可以在零部件表面不变形的情况下提高零部件的使用寿命、缩短制造周期。激光熔覆生产的热障涂层有良好的隔热效果，可以满足高性能航空发动机降低温度梯度、热诱导应力和基体材料服役稳定的要求。
来源：热喷涂与再制造
进入21世纪以来，材料学被誉为人类科学的三大支柱之一，随着空间技术、光电技术、红外技术、传感技术、能源技术等新技术的出现、发展，要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、耐磨等优越的性能，才能在比较苛刻的环境中使用。材料表面处理是材料表面改性和新材料制备的重要手段，材料表面改性是目前材料科学最活跃的领域之一。通过表面改性可以改善材料表面及近表面区的形态、化学组成、组织结构并赋予材料表面新的复合性能，实现新的工程应用。陶瓷材料由于其自身优异的性能，成为新材料的发展中心而受到广泛关注：表面改性技术在陶瓷材料改性方面的应用克服了陶瓷的弱点，使陶瓷材料能够以其优良的物理、化学性能，在航天、航空、电力、电子、冶金、机械等工业，甚至现代生物医学中得到广泛应用。
关于表面改性技术方面的科技书籍已有不少，但是目前还没有一本专门介绍关于陶瓷材料表面改性技术的专著。本书编者利用在教学科研实践工作中积累的资料，编写此书。本书从材料表面改性技术入手，详细介绍了传统的表面改性技术，如表面涂层法、渗氮、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积、离子束溅射沉积等；以及近几十年来发展的新型表面改性技术，如金属蒸气真空弧离子源离子注入（MEVVA）、离子束增强/辅助沉积（IBED/IBAD）、等离子源离子注入（PSⅡ/PⅢ）、激光表面合金化（laseralloying）、激光化学气相沉积（laserCVD）、等离子体辅助化学气相沉积（PCVD）、双层辉光等离子体表面合金化（Xu"_blank" href="/item/结构陶瓷/1962665" data-lemmaid="1962665">结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷等方面详细介绍了表面改性技术在陶瓷材料中的应用，最后介绍了陶瓷材料表面改性测试与表征方法。全书给出了大量实验数据、实验分析、图表，使读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。
本书总体章节题目由曾令可提出思路与设想。第1、6、7章由王慧撰写；第2章由侯来广、王慧撰写；第3章由李萍、王慧撰写；第4章由曾令可、任雪谭撰写；第5章由盛文彦、曾令可撰写；第8章由曾令可、邓伟强撰写；第9章由刘平安撰写。曾令可、王慧负责全书统稿、定稿、绘图等工作。书中引用了一些国内外学者的著作、论文的观点、论述及成果，在此谨对他们的工作致以深深的谢意。
虽然我们力求把最新的应用知识和信息奉献给读者，但本书所介绍的内容仍难以涵盖表面改性在陶瓷材料改性中的所有应用领域，且由于编者的学识有限，阐述的内容难免有疏漏和不当之处，敬请读者批评指正。
编者
2005年12月
进入21世纪以来，材料学被誉为人类科学的三大支柱之一，随着空间技术、光电技术、红外技术、传感技术、能源技术等新技术的出现、发展，要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、耐磨等优越的性能，才能在比较苛刻的环境中使用。材料表面处理是材料表面改性和新材料制备的重要手段，材料表面改性是目前材料科学最活跃的领域之一。通过表面改性可以改善材料表面及近表面区的形态、化学组成、组织结构并赋予材料表面新的复合性能，实现新的工程应用。陶瓷材料由于其自身优异的性能，成为新材料的发展中心而受到广泛关注:表面改性技术在陶瓷材料改性方面的应用克服了陶瓷的弱点，使陶瓷材料能够以其优良的物理、化学性能，在航天、航空、电力、电子、冶金、机械等工业，甚至现代生物医学中得到广泛应用。
关于表面改性技术方面的科技书籍已有不少，但是目前还没有一本专门介绍关于陶瓷材料表面改性技术的专著。本书编者利用在教学科研实践工作中积累的资料，编写此书。本书从材料表面改性技术入手，详细介绍了传统的表面改性技术，如表面涂层法、渗氮、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积、离子束溅射沉积等;以及近几十年来发展的新型表面改性技术，如金属蒸气真空弧离子源离子注入(MEVVA)、离子束增强/辅助沉积(IBED/IBAD)、等离子源离子注入(PSⅡ/PⅢ)、激光表面合金化(laseralloying)、激光化学气相沉积(laserCVD)、等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)、双层辉光等离子体表面合金化(Xu?Tec)等;接下来便从传统陶瓷的表面改性、陶瓷纤维、陶瓷粉体、结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷等方面详细介绍了表面改性技术在陶瓷材料中的应用，最后介绍了陶瓷材料表面改性测试与表征方法。全书给出了大量实验数据、实验分析、图表，使读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。
本书总体章节题目由曾令可提出思路与设想。第1、6、7章由王慧撰写;第2章由侯来广、王慧撰写;第3章由李萍、王慧撰写;第4章由曾令可、任雪谭撰写;第5章由盛文彦、曾令可撰写;第8章由曾令可、邓伟强撰写;第9章由刘平安撰写。曾令可、王慧负责全书统稿、定稿、绘图等工作。书中引用了一些国内外学者的著作、论文的观点、论述及成果，在此谨对他们的工作致以深深的谢意。
虽然我们力求把最新的应用知识和信息奉献给读者，但本书所介绍的内容仍难以涵盖表面改性在陶瓷材料改性中的所有应用领域，且由于编者的学识有限，阐述的内容难免有疏漏和不当之处，敬请读者批评指正。
编者
2005年12月
激光熔覆在航空材料表面改性中的应用