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低温等离子体具有化学活性高,能够和电磁场产生相互作用的特点,在表面强化领域有着得天独厚的优势。将等离子体作为表面强化的处理环境或处理材料,可以降低处理温度、加快处理速度、提高处理质量、增强强化效果、降低处理成本、延长零部件使用寿命。
从实际应用角度阐述低温等离子体在表面强化领域的应用。首先对低温等离子体的本质、不同等离子体源的特性进行了探讨,然后介绍等离子体辅助物理气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、等离子体辅助热处理、等离子体浸没离子注入与沉积、电弧喷涂、等离子喷涂以及堆焊等各种低温等离子体表面强化技术的原理、设备和应用。
本书可作为从事材料表面强化工作的技术人员、高等学校相关专业研究生和高年级本科生的参考书。
第1章绪论
1.1机械零部件的失效
1.2磨损失效
1.3腐蚀失效
1.4低温等离子体表面强化
参考文献
第2章等离子体与等离子体源
2.1等离子体的概念和特点
2.1.1等离子体
2.1.2等离子体产生的方式
2.1.3等离子体的温度
2.1.4等离子体的特点
2.2冷等离子体
2.2.1直流辉光放电等离子体
2.2.2脉冲辉光放电等离子体
2.2.3磁控等离子体
2.2.4电容耦合射频等离子体
2.2.5电感耦合射频等离子体
2.2.6微波等离子体
2.3热等离子体
2.3.1电弧
2.3.2真空电弧等离子体
2.3.3等离子弧
2.3.4等离子弧的压缩作用
2.3.5等离子弧的分类
2.3.6等离子弧的特点
2.4等离子体源
2.4.1热阴极等离子体源
2.4.2电容耦合射频等离子体源
2.4.3电感耦合射频等离子体(ICP)源
2.4.4螺旋波等离子体源
2.4.5微波等离子体源
2.4.6空心阴极等离子体源
2.4.7金属蒸气真空电弧(MEVVA)等离子体源
2.4.8磁控管
参考文献
第3章等离子体辅助物理气相沉积
3.1物理气相沉积的概念和分类
3.2溅射沉积
3.2.1溅射沉积的原理
3.2.2直流溅射沉积
3.2.3射频溅射沉积
3.2.4磁控溅射沉积
3.3真空电弧沉积
3.3.1真空电弧沉积的原理及其优缺点
3.3.2真空电弧沉积的宏观颗粒污染
3.3.3阳极电弧沉积
3.4离子镀
参考文献
第4章等离子体增强化学气相沉积
4.1等离子体增强化学气相沉积的原理
4.1.1等离子体对CVD过程的影响
4.1.2PECVD沉积薄膜的形成过程
4.2等离子体增强化学气相沉积的特点
4.2.1PECVD的优点
4.2.2PECVD的缺点
4.3等离子体增强化学气相沉积技术
4.3.1PECVD技术分类
4.3.2PECVD工艺装置
4.3.3PECVD工艺参数
4.3.4直流等离子体增强化学气相沉积技术(DC—PECVD)
4.3.5脉冲直流等离子体增强化学气相沉积(脉冲DC—PECVD)
4.3.6射频等离子体增强化学气相沉积(RF—PECVD)
4.3.7微波等离子体增强化学气相沉积(MW—PECVD)
4.3.8电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积(ECR—PECVD)
参考文献
第5章等离子化学热处理
5.1等离子渗氮
5.1.1等离子渗氮原理
5.1.2等离子渗氮钢的组织
5.1.3等离子渗氮工艺参数
5.1.4等离子渗氮设备
5.1.5等离子渗氮优缺点
5.1.6等离子渗氮新进展
5.2等离子渗碳
5.2.1等离子渗碳原理
5.2.2等离子渗碳组织
5.2.3等离子渗碳工艺参数
5.2.4等离子渗碳设备
5.2.5等离子渗碳优缺点
5.3等离子渗氮碳
5.3.1等离子渗氮碳原理
5.3.2等离子渗氮碳组织
5.3.3等离子渗氮碳工艺参数
5.4等离子渗金属
5.4.1双层辉光等离子渗金属原理
5.4.2双层辉光等离子渗金属组织
5.4.3双层辉光等离子渗金属工艺参数
5.4.4双层辉光等离子渗金属特点
5.4.5双层辉光等离子渗金属设备
5.4.6双层辉光等离子渗金属技术的发展
参考文献
第6章等离子体浸没离子注入与沉积
6.1等离子体浸没离子注人原理
6.1.1等离子体浸没离子注入原理
6.1.2动态鞘层扩展模型
6.1.3PIII的优缺点
6.2PIII设备
6.2.1真空系统
6.2.2等离子体源
6.2.3高压系统
6.2.4供气系统
6.3等离子体浸没离子注入与沉积
6.4金属等离子体浸没离子注入与沉积
6.5PIIID在耐磨防腐方面的应用
参考文献
国内外企业利用低温等离子体技术在环保方面开发出了“低温等离子体有机废气净化设备”、“低温等离子体废水净化设备”及“低温等离子体汽车尾气净化技术”。1、低温等离子体在保鲜、杀菌、除臭等方面产品开发,目前...
低温等离子体物理与技术经历了一个由60年代初的空间等离子体研究向80年代和90年代以材料为导向研究领域的大转变,高速发展的微电子科学、环境科学、能源与材料科学等,为低温等离子体科学发展带来了新的机遇和...
低温等离子体放电过程中虽然电子温度很高,但重粒子温度很低,整个体系呈现低温状态,所以称为低温等离子体,也叫非平衡态等离子体。 如果电子的温度和重粒子温度差不多,则为高温等离子体,或平衡态等离子体。低...
低温等离子体氯化聚氯乙烯(CPVC)气固相合成技术
提出了一种采用低温等离子体快速引发PVC氯化的气固相氯化聚氯乙烯(CPVC)合成方法。通过等离子体振动床在线氯化分析方法,探究了等离子体的高效引发氯化效率。通过拉曼光谱、固相NMR、GPC等典型表征手段,证明产品CPVC具有较为理想的微观结构。
等离子体电子工程(22)-电晕放电与高压低温等离子体
等离子体电子工程(22)-电晕放电与高压低温等离子体
本书按表面强化层形成的物理化学过程对表面强化技术进行分类,形成了表面强化技术的系统化与科学体系。重点阐述了水溶液沉积、固态相变等。
低温等离子体技术原理,当外加电压达到气体的放电电压时,气体被击穿,产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。低温等离子体技术在气态污染物治理方面优势显著,低温等离子体等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子,如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应,最终转化为CO2和H2O等物质,从而达到净化废气的目的。
其净化作用机理包含两个方面:一是在产生等离子体的过程中,高频放电所产生的瞬间高能足够打开一些有害气体分子的化学能,使之分解为单质原子或无害分子;二是等离子体中包含大量的高能电子、正负离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基,这些活性粒子和部分臭气分子碰撞结合,在电场作用下,使臭气分子处于激发态。当臭气分子获得的能量大于其分子键能的结合能时,臭气分子的化学键断裂,直接分解成单质原子或由单一原子构成得无害气体分子。同时产生的大量·OH、·HO2、·O等活性自由基和氧化性极强的O3,与有害气体分子发生化学反应,最终生成无害产物。
低温等离子体中的高能电子可使电负性高的气体分子(如氧分子、氮分子)带上电子而成为负离子,它具有许多良好的健康效应,对人体及其他生物的生命活动有着十分重要的影响,被人们誉为“空气维生素”、“长寿素”。
低温等离子体的净化作用还具备显著的生物效应。发生的静电作用在各种细菌、病毒等微生物表面产生的电能剪切力大于细胞膜表面张力,使细胞膜遭到破坏,导致微生物死亡。因此低温等离子体除臭技术具有优秀的消毒杀菌之功效。
第1章绪论1
11表面工程学科体系1
111表面工程的功能1
112表面强化技术是表面工程的核心内容3
113表面强化技术的分类4
114强化层的性能取决于成分与结构6
115材料物理基础和表面物理化学是表面工程的基础理论6
116磨损理论、腐蚀理论和断裂理论是表面工程的相关理论8
12表面预处理8
121除油8
122除锈9
123机械法清理10
13涂层的机械加工11
131涂层的切削加工11
132涂层的磨削加工11
14表面分析技术11
141显微镜12
142表面成分和原子状态分析14
143表面晶体结构分析16
15表面层性能测试与检验17
151层(膜)的外观检查17
152层(膜)的厚度测量17
153硬度测量19
参考文献20
第2章表面熔融强化21
21基本理论21
211熔体的结晶过程21
212熔体非晶化过程22
213表面熔融强化的分类23
22堆焊23
221概述23
222电弧堆焊24
223埋弧堆焊26
224等离子弧堆焊30
225气体保护自动堆焊34
226氧乙炔焰堆焊37
227电渣堆焊38
228堆焊合金39
23热喷涂40
231基本原理40
232火焰喷涂42
233电弧喷涂(ARC)44
234等离子弧喷涂44
235激光喷涂46
236热喷涂材料49
237热喷涂应用54
24热熔结55
241基本理论55
242真空熔结56
243激光熔凝57
244电子束熔凝59
25热镀60
251概述60
252热镀锌62
253热镀铝65
254热镀锡68
255热镀铅锡69
26电火花表面强化70
261电火花表面强化及其原理70
262电火花强化层的组织与性能72
263电火花强化工艺73
264电火花强化的应用75
27铸渗77
271铸渗及其原理77
272铸渗工艺79
273铸渗在耐磨方面的应用80
28自蔓延高温合成陶瓷涂层83
281基本原理83
282合成Al2O3复合陶瓷钢管84
29搪瓷85
291搪瓷及其基本原理85
292搪瓷工艺88
293搪瓷工艺流程93
294搪瓷及其应用97
210陶瓷上釉103
2101陶瓷103
2102上釉105
2103上釉工艺112
参考文献114
第3章气相沉积技术116
31概述116
311气相沉积及分类116
312气相沉积的物理基础117
313气相沉积层的组织结构118
32物理气相沉积(PVD)119
321真空蒸发镀膜(蒸镀)119
322溅射镀膜121
323离子镀124
33化学气相沉积128
331化学气相沉积及分类128
332常压化学气相沉积装置128
34等离子化学气相沉积(PCVD)131
341基本原理131
342PCVD沉积装置132
35气相沉积的应用134
351耐磨膜134
352润滑膜135
353防蚀膜136
参考文献136
第4章水溶液沉积表面强化138
41概述138
42电镀139
421电镀的基本原理139
422电镀工艺145
43电刷镀159
431刷镀的基本原理159
432刷镀液162
433刷镀工艺164
434刷镀的应用166
44化学镀169
441基本原理169
442化学镀镍及其合金170
443化学镀铜173
444化学镀其他合金173
445复合化学镀173
45转化膜175
451基本原理175
452化学转化膜176
453电化学转化膜185
46金属表面着色194
461引言194
462不锈钢着色194
463铜及其合金着色195
464锌层着色196
465其他金属着色196
47溶胶凝胶镀膜196
471引言196
472溶胶凝胶的基本原理197
473溶胶凝胶法镀膜工艺200
474溶胶凝胶镀膜的应用201
参考文献205
第5章表面固态相变强化——表面淬火207
51基本原理207
52较高能量密度加热表面淬火208
521感应加热表面淬火208
522快速加热表面淬火214
53高能量密度加热表面淬火217
531激光加热表面淬火218
532电子束加热表面淬火222
533等离子弧加热表面淬火224
534其他高能量密度加热表面淬火228
参考文献230
第6章固态扩渗表面强化——化学热处理232
61概述232
611化学热处理的基本原理232
612化学热处理的渗层结构233
613化学热处理的分类及目的234
62提高疲劳强度及耐磨性的化学热处理237
621渗氮237
622氮碳共渗246
623渗碳250
624碳氮共渗259
63提高耐磨性的化学热处理261
631渗硼263
632渗钒和渗其他碳化物形成元素266
633以硼为主的共渗268
64减磨的化学热处理269
641硫氮共渗269
642蒸气处理270
643石墨化渗层270
644镀渗合金层270
65提高耐蚀性的化学热处理271
651渗铬271
652渗硅275
653渗锌276
66提高抗高温氧化的化学热处理276
661渗铝277
662以铬、铝为主的共渗279
参考文献281
第7章表面粉末冶金强化283
71引言283
72轧制烧结表面冶金强化284
73电接触触热焊涂层285
731基本原理285
732电接触触热焊工艺与性能288
733电接触强化的应用292
参考文献294
第8章表面形变强化295
81基本原理295
811概述295
812表面喷丸与滚压、孔挤压强化原理296
82喷丸强化301
821喷丸强化用设备及弹丸301
822喷丸工艺310
823喷丸强化的应用313
83表面滚压和孔挤压强化320
831滚压和孔挤压强化用设备320
832滚压和孔挤压强化321
833滚压、挤压强化的应用321
84机械镀323
841机械镀的分类324
842机械镀镀层形成机理324
843机械镀用设备325
844机械镀工艺326
845机械镀的应用328
参考文献329
第9章离子注入与冲击硬化330
91基本理论330
911离子注入特点330
912发展概况330
913离子注入的物理基础331
914离子注入层的组织结构336
92离子注入装置 340
921离子源340
922加速器342
923质量分析器342
924聚焦、偏转和扫描343
925靶室344
93离子注入工艺344
931材料表面强化用离子注入344
932离子注入工艺345
94离子注入的应用346
941提高表面硬度346
942提高耐磨性347
943提高疲劳性能350
944提高耐蚀性351
945提高抗高温氧化性354
946离子注入在半导体方面的应用356
947离子注入应用于其他材料的表面强化358
参考文献358
第10章化学粘接涂层359
101概论359
102涂料涂层 359
1021涂料的组成359
1022涂料的成膜过程368
1023涂料的分类和命名370
1024涂装方法371
1025防锈和防腐蚀涂料375
1026装饰性涂料383
1027功能性涂料386
1028高固体分涂料391
1029水溶性涂料391
10210非水分散型涂料392
10211防腐蚀涂装实例393
103塑料涂层395
1031引言395
1032粉末涂料的种类396
1033涂塑方法401
1034涂塑的应用405
参考文献410