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》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。

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