本书系统地阐述了表面工程技术的基础理论，各种实用表面工程技术的基本原理、特点、工艺和应用，以及表面分析和性能检测技术的种类与方法。书中重点介绍了表面工程技术的基础理论、喷涂技术、堆焊与金属增材制造技术、电镀和化学镀技术、金属转化膜技术、气相沉积技术、高能束表面改性技术、热扩渗技术、涂装技术、表面微细加工技术以及其他表面工程技术，并对金属增材制造技术、纳米压印技术、自组装膜技术、复合表面工程技术等表面工程技术的最新成果和发展趋势进行了必要的说明。
本书涉及多学科领域，内容丰富，知识面广，既可供从事表面工程技术研究与应用的科研人员、工程技术人员参考，又可作为高等院校相关专业的本科生和硕士研究生的教材。

第1章绪论001
1.1表面工程学科体系与技术分类001
1.1.1表面工程学科体系001
1.1.2表面工程技术的分类002
1.2表面工程技术的应用003
1.2.1表面工程技术的作用003
1.2.2表面工程技术的意义004
1.2.3表面工程技术的应用005
1.3表面工程技术的发展趋势008
参考文献010

第2章表面工程技术的基础理论012
2.1固体材料的表面特性012
2.1.1固体的表面能012
2.1.2固体的表面结构012
2.1.3固体表面的吸附现象016
2.2材料表面腐蚀基础019
2.2.1腐蚀的分类019
2.2.2金属的电化学腐蚀021
2.2.3金属表面的钝化026
2.2.4材料表面腐蚀控制与防护027
2.3材料表面摩擦与磨损基础028
2.3.1摩擦的定义及分类028
2.3.2磨损的定义及评定028
2.3.3磨损的分类029
2.3.4提高材料耐磨性的途径032
参考文献033

第3章表面工程技术的预处理工艺034
3.1表面预处理034
3.1.1表面预处理的目的034
3.1.2表面预处理的指标034
3.2表面预处理工艺035
3.2.1机械清理035
3.2.2除油037
3.2.3浸蚀039
3.2.4除油-浸蚀联合处理040
3.2.5化学和电化学抛光041
参考文献041

第4章喷涂技术042
4.1热喷涂的原理和特点042
4.1.1热喷涂的定义042
4.1.2热喷涂基本原理042
4.1.3热喷涂分类和特点045
4.2热喷涂材料046
4.2.1热喷涂材料的分类及特点046
4.2.2热喷涂线材047
4.2.3热喷涂粉末048
4.3热喷涂工艺051
4.3.1工件表面预处理051
4.3.2预热051
4.3.3喷涂051
4.3.4后处理052
4.4热喷涂技术053
4.4.1火焰喷涂技术053
4.4.2氧-乙炔线材火焰喷涂053
4.4.3氧-乙炔粉末火焰喷涂054
4.4.4火焰喷涂特点及工艺055
4.4.5氧-乙炔粉末火焰喷焊056
4.4.6火焰喷涂和喷焊应用举例056
4.5电弧喷涂技术060
4.5.1电弧喷涂原理和特点060
4.5.2电弧喷涂设备061
4.5.3电弧喷涂工艺062
4.5.4电弧喷涂的应用实例062
4.6等离子喷涂技术063
4.6.1等离子喷涂的原理及特点064
4.6.2等离子喷涂设备065
4.6.3等离子喷涂工艺065
4.6.4等离子喷涂的应用066
4.7特种喷涂技术068
4.7.1爆炸喷涂068
4.7.2超音速喷涂069
4.7.3特种等离子喷涂071
4.8冷喷涂技术073
4.8.1冷喷涂的原理及特点073
4.8.2冷喷涂设备系统075
4.8.3冷喷涂材料075
4.8.4冷喷涂的应用076
4.9热喷涂涂层的选择及应用077
4.9.1热喷涂工艺的选择原则077
4.9.2涂层材料的选择078
4.9.3热喷涂技术的应用及发展前景078
参考文献081

第5章堆焊与金属增材制造技术083
5.1堆焊的基本概念083
5.1.1堆焊的原理、特点及类型083
5.1.2堆焊层的控制084
5.2堆焊材料的种类及选择087
5.2.1堆焊材料的种类087
5.2.2堆焊材料的选择090
5.3堆焊方法091
5.3.1常用堆焊方法091
5.3.2堆焊新方法096
5.3.3堆焊方法的选择101
5.3.4堆焊技术的应用及发展趋势102
5.4金属增材制造技术104
5.4.1增材制造技术概述104
5.4.2金属增材制造工艺106
5.4.3金属增材制造研究进展109
参考文献113

第6章电镀和化学镀技术115
6.1电镀定义及分类115
6.1.1电镀的定义115
6.1.2镀层的分类115
6.2电镀的基本原理及工艺116
6.2.1电镀的基本原理116
6.2.2电镀溶液的基本组成118
6.2.3金属的电沉积过程119
6.2.4电镀工艺过程121
6.3单金属电镀121
6.3.1电镀锌122
6.3.2电镀铬122
6.3.3电镀镍123
6.3.4电镀铜124
6.4合金电镀125
6.4.1合金电镀的特点125
6.4.2合金共沉积的条件125
6.4.3合金共沉积的类型126
6.4.4合金电镀的应用126
6.5电刷镀128
6.5.1电刷镀原理及特点128
6.5.2电刷镀设备129
6.5.3电刷镀溶液129
6.5.4电刷镀工艺131
6.5.5电刷镀的应用133
6.6化学镀133
6.6.1化学镀原理与特点134
6.6.2化学镀镍135
6.6.3化学镀铜137
6.7复合镀138
6.7.1复合镀层的种类及特点138
6.7.2复合镀的原理139
6.7.3复合镀层的应用139
6.8非金属材料的电镀140
6.8.1塑料电镀140
6.8.2玻璃和陶瓷电镀141
6.8.3石膏和木材电镀142
6.9电镀的发展趋势142
参考文献144

第7章金属转化膜技术146
7.1金属转化膜的基本特性及用途146
7.1.1金属转化膜的形成方法146
7.1.2金属转化膜的分类146
7.1.3金属转化膜的主要用途146
7.2化学氧化147
7.2.1钢铁的化学氧化147
7.2.2铝及铝合金的化学氧化148
7.3阳极氧化149
7.3.1铝及铝合金阳极氧化机理150
7.3.2阳极氧化膜的结构和性质151
7.3.3阳极氧化工艺151
7.3.4阳极氧化膜的着色154
7.3.5氧化膜的封闭处理156
7.3.6其他金属的阳极氧化157
7.4等离子体微弧氧化157
7.4.1微弧氧化原理157
7.4.2微弧氧化装置及工艺158
7.4.3微弧氧化膜的结构与性能159
7.4.4微弧氧化的应用159
7.5钢铁的磷化处理164
7.5.1磷化膜形成机理164
7.5.2磷化膜的性能及应用164
7.5.3钢铁的磷化工艺165
7.6铬酸盐钝化处理166
7.6.1铬酸盐膜的形成机理167
7.6.2铬酸盐膜的特性167
7.6.3铬酸盐钝化工艺168
参考文献168

第8章气相沉积技术170
8.1物理气相沉积概述170
8.1.1物理气相沉积基本过程170
8.1.2物理气相沉积的分类及特点171
8.2真空蒸发镀膜172
8.2.1蒸发镀膜基本原理172
8.2.2蒸发源173
8.2.3合金膜和化合物膜的制备174
8.2.4蒸发镀膜的应用及发展175
8.3溅射镀膜176
8.3.1溅射镀膜原理及特点176
8.3.2溅射镀膜方法178
8.3.3合金膜和化合物膜的制备181
8.3.4溅射镀膜应用和发展181
8.4离子镀膜183
8.4.1离子镀膜原理及特点183
8.4.2常用离子镀方法184
8.4.3离子镀膜的应用及发展186
8.5物理气相沉积工艺及方法比较187
8.5.1PVD工艺流程187
8.5.2PVD三种基本方法的比较188
8.6化学气相沉积189
8.6.1化学气相沉积装置189
8.6.2化学气相沉积原理及特点190
8.6.3特种化学气相沉积方法192
8.6.4化学气相沉积的应用193
8.6.5CVD技术的发展195
8.6.6PVD和CVD工艺对比195
参考文献196

第9章高能束表面改性技术198
9.1激光表面改性198
9.1.1激光表面改性原理198
9.1.2激光表面改性技术的特点200
9.1.3激光表面改性技术200
9.2电子束表面改性204
9.2.1电子束表面改性原理204
9.2.2电子束表面改性方法及应用205
9.3离子注入表面改性206
9.3.1离子注入的原理和特点206
9.3.2离子注入机简介209
9.3.3离子注入的应用210
参考文献212

第10章热扩渗技术213
10.1热扩渗的基本原理及分类213
10.1.1热扩渗的基本原理213
10.1.2热扩渗工艺的分类214
10.2热浸镀215
10.2.1热浸镀原理215
10.2.2热浸镀工艺方法216
10.2.3常用热浸镀镀层217
10.3渗碳和渗氮219
10.3.1渗碳219
10.3.2渗氮220
参考文献222

第11章涂装技术223
11.1涂料223
11.1.1涂料的基本组成223
11.1.2涂料的分类和命名224
11.1.3涂料成膜机理226
11.1.4涂料涂层的作用226
11.1.5涂料基础产品简介227
11.2涂装工艺228
11.3涂装方法228
11.4涂装技术的发展趋势232
参考文献233

第12章表面微细加工技术234
12.1常用微细加工技术简介234
12.1.1光刻加工234
12.1.2LIGA微细加工技术236
12.1.3高能束微细加工237
12.1.4微细电火花加工239
12.1.5电解微细加工239
12.1.6超声波微细加工239
12.1.7纳米压印技术240
12.2微细加工技术典型应用实例242
12.2.1集成电路的制造过程242
12.2.2微型机电系统244
12.2.3生物芯片技术245
12.3纳米技术247
12.3.1纳米电子技术247
12.3.2原子操纵加工技术248
参考文献249

第13章其他表面工程技术251
13.1表面喷丸强化技术251
13.1.1喷丸强化原理251
13.1.2喷丸强化设备及弹丸材料252
13.1.3喷丸强化应用253
13.2电火花表面强化254
13.2.1电火花表面强化原理254
13.2.2电火花表面强化工艺255
13.2.3电火花强化的应用255
13.3溶胶-凝胶法成膜256
13.3.1溶胶-凝胶法成膜工艺256
13.3.2溶胶-凝胶法的应用257
13.4搪瓷涂敷技术258
13.4.1瓷釉258
13.4.2搪瓷涂敷工艺259
13.4.3搪瓷的应用259
13.5自组装膜260
13.5.1自组装形成的条件260
13.5.2分子自组装膜的类型260
13.5.3自组装膜的应用263
13.6复合表面工程技术264
13.6.1物理气相沉积与其他表面技术复合265
13.6.2高能束与其他表面技术复合265
13.6.3喷丸强化与其他表面技术复合266
13.6.4化学热处理与其他复合表面技术267
参考文献268

第14章表面分析与性能检测270
14.1表面分析技术270
14.1.1表面分析技术概述270
14.1.2常用表面分析仪器简介272
14.2表面覆盖层性能检测技术280
14.2.1覆盖层常规性能检测280
14.2.2覆盖层功能性能检测288
参考文献293

前言
表面工程技术作为材料科学与工程的前沿，是高新技术发展的支撑学科之一，对推动传统产业的技术进步、促进产业结构调整发挥着重要作用。表面工程技术涉及知识和技术密集型产业，具有学科的综合性、手段的多样性、潜在的创新性、很强的实用性和巨大的增效性，在机械、材料、冶金、化工、航天、军工、生物等领域得到了广泛的应用。
《材料表面工程技术》自2010年出版以来，深受读者欢迎。由于该书已经出版十多年，在这期间表面工程技术得到飞速发展，出现了很多新工艺和新方法，所以我们对第1版内容进行了修订。
本次再版在第1版的基础上，根据近十多年来表面工程技术的发展情况，对原有内容进行整合、补充和完善，删除了部分陈旧和过时内容，更新了原有表面工程技术的应用和发展趋势，并增加了一些表面工程领域的新技术和新方法。例如，热喷涂技术中增补了低压和超低压等离子喷涂、液相等离子喷涂；热扩渗技术中增补了辉光离子渗氮和活性屏离子渗氮；表面微细加工技术中新增了纳米压印技术和生物芯片技术；将特种表面工程技术修改为其他表面工程技术，删除了粘涂技术，新增了自组装膜技术和复合表面工程技术；对堆焊技术进行了大幅度修订，增加了双丝三电弧堆焊和摩擦堆焊技术；新增了金属增材制造技术原理、工艺及研究进展，并将金属增材制造技术与原堆焊技术合并为一章；表面分析与性能检测技术中增加了场发射扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、红外光谱、拉曼光谱、电化学腐蚀等检测技术。
本书修订的具体章节分工如下：第1章、第4章～第6章、第8章由吕迎修订；第2章、第3章、第7章和第14章由李俊刚修订；第9章～第13章由吴明忠修订。全书由李慕勤主审。感谢庄明辉、马振以及部分研究生对本书修订工作的支持与帮助。
鉴于编者水平有限，书中难免有疏漏和不当之处，敬请读者批评指正。

编著者



第1版前言
表面工程技术是由多学科相互交叉与融合而形成的通用性工程技术，它涉及到材料科学、物理、化学、机械、电子和生物等多个领域。表面工程技术以最经济和最有效的方法在基体材料表面制备涂镀层或薄膜，或通过对材料的表面改性，赋予材料一种全新的表面。表面工程技术在节约能源和资源、延长产品使用寿命、装饰美化环境、开发新型材料等方面发挥着越来越突出的作用，该技术在20世纪80年代就已成为世界十项关键技术之一。近些年来，许多高新技术逐渐渗透到表面工程技术领域，促进了表面工程技术的飞速发展，新工艺、新方法层出不穷，目前已达数百种之多。
本书是作者在多年科学研究的基础上，容纳了学院部分教师和研究生的科研成果，并参阅了大量相关书籍和文献资料编写而成的。本书以理论为指导，以技术应用为目标，在内容上力求做到系统性、实用性和先进性。本书在简要地阐述表面工程技术的基础理论和预处理工艺的基础上，重点介绍了各种实用表面工程技术的基本原理、特点、工艺和应用，并在相关章节中介绍了学科最新成果和发展趋势，此外，还增加了对微弧氧化、冷喷涂、纳米涂层制备等技术的介绍。最后，本书还扼要介绍了一些表面分析与检测技术。本书涉及多学科领域，内容丰富，知识面广，既可作为从事表面工程技术研究与应用的科研人员、工程技术人员的参考资料，又可作为高等院校相关专业的本科生和研究生的教材。
本书共14章，由佳木斯大学的李慕勤、李俊刚、吕迎和吴明忠编写。其中第1章～第3章、第7章和第14章由李俊刚编写；第4章和第5章由李慕勤、吕迎编写；第6章、第8章和第12章由吕迎编写；第9章～第11章、第13章由吴明忠编写。全书由李慕勤和李俊刚负责统稿。
本书在编写过程中参考了许多书籍和文献资料，在此，对本书中被引用文献资料的作者们表示衷心的感谢。同时，也感谢佳木斯大学的王军、荣守范、程汉池及部分博士生、硕士研究生对本书编写工作的大力支持与帮助。
由于表面工程技术种类繁多，应用广泛，限于本书的篇幅及编者的水平，书中不当之处难免，敬请读者批评指正。

编者