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第1章 概论1

1.1纳米表面工程的产生1

1.1.1表面工程的发展历程1

1.1.2表面工程发展的三个阶段2

1.2纳米表面工程的内涵3

1.3实现表面纳米化的三条途径4

1.4实用纳米表面工程技术5

1.6纳米表面工程中的科学问题8

1.5纳米表面工程的优越性8

1.7发展纳米表面工程的意义9

1.8纳米表面工程展望13

第2章 纳米材料的特性及制备方法15

2.1引言15

2.2纳米材料的特性、性能及应用15

2.2.1纳米材料的特性15

2.2.2纳米材料的性能及应用前景17

2.3纳米材料的液相制备法24

2.3.1沉淀法25

2.3.2水解法33

2.3.3纳米微粒的胶体化制备法35

2.3.4有机配合物前驱体法42

2.3.5溶剂蒸发法43

2.3.6氧化法46

2.3.7液相还原法48

2.3.8电化学合成法52

2.3.9化学分解法53

2.3.10超声波辅助合成法57

2.3.11脉冲激光诱导液-固界面反应合成法58

2.4纳米材料固相制备法59

2.4.1机械合成法59

2.4.2固相化学反应法63

2.4.3激光消融法66

2.4.4激波纳米晶化法／退火纳米晶化法67

2.4.5冲击波法68

2.5纳米材料气相制备法70

2.5.1气相物理蒸发法71

2.5.2气相化学反应法72

2.5.4溅射法73

2.5.3化学气相凝聚法73

2.6纳米材料制备过程中的干燥技术74

2.6.1溶剂置换法74

2.6.2超临界干燥技术75

2.6.3冷冻干燥法75

2.6.4恒沸蒸馏干燥法76

2.7纳米材料制备过程中的粒度控制76

参考文献77

2.8纳米微粒的储运77

第3章 纳米颗粒的表面改性81

3.1概述81

3.2纳米颗粒的团聚与分散82

3.2.1纳米颗粒团聚的原因82

3.2.2空气中纳米颗粒的团聚与分散83

3.2.3液体介质中纳米颗粒的存在行为84

3.2.4改善纳米颗粒在液体介质中分散性的途径92

3.3纳米颗粒表面改性方法93

3.3.1纳米颗粒表面物理改性94

3.3.2纳米颗粒表面化学改性96

3.3.3机械／化学复合改性98

3.3.4沉淀反应改性99

3.3.5胶囊化改性99

3.3.6高能表面改性99

3.4纳米颗粒表面改性剂99

3.4.1改性剂性质与分类99

3.4.2常见偶联剂的种类及性质102

3.4.3超分散剂107

3.4.4改性剂作用机理109

3.5表面活性剂111

3.6纳米颗粒表面改性技术应用实例114

3.6.1纳米TiO2颗粒的表面改性114

3.6.2纳米SiO2颗粒的表面改性119

参考文献120

第4章 纳米涂覆层分析方法122

4.1扫描电子显微分析123

4.1.1扫描电镜的构造和原理124

4.1.2扫描电子显微镜中常用的谱仪简介127

4.1.3扫描电子显微镜的主要性能及应用129

4.2透射电子显微分析131

4.2.1透射电子显微镜的结构及成像原理131

4.2.2薄膜样品的制备135

4.2.3应用举例138

4.3扫描隧道显微镜和原子力显微镜分析140

4.3.1扫描隧道显微镜与应用140

4.3.2原子力显微镜及应用143

参考文献146

第5章 纳米硬膜技术147

5.1概述147

5.2纳米多层膜148

5.2.1纳米多层膜的制备方法149

5.2.2纳米多层膜的分类149

5.2.3典型的纳米多层膜体系以及对超硬性起源的各种探讨150

5.3纳米复合膜153

5.3.1沉积纳米复合涂层的方法154

5.3.2纳米复合涂层体系的分类155

5.3.3典型的纳米复合涂层体系156

5.3.4超硬纳米复合涂层高硬度、高弹性恢复以及高断裂韧性的起源161

5.3.5超硬纳米复合涂层的结构163

5.3.6硬及超硬纳米复合涂层的力学性能164

5.4纳米多层膜与复合膜中的界面165

5.5其他超硬膜166

5.6超硬膜的应用与产业化167

5.7今后的发展方向168

参考文献169

6.1.1热喷涂技术及其分类172

第6章 微／纳米热喷涂技术172

6.1概述172

6.1.2热喷涂技术的应用特点173

6.1.3热喷涂技术的工艺流程174

6.1.4微／纳米热喷涂175

6.2热喷涂纳米结构颗粒喂料的制备176

6.2.1制备方法176

6.2.2实例：Al2O3-TiO2纳米结构颗粒喂料178

6.3.1等离子喷涂原理及特点180

6.3等离子喷涂技术制备微／纳米结构涂层180

6.3.2等离子喷涂设备系统181

6.3.3等离子喷涂工艺参数的确定182

6.3.4等离子喷涂纳米结构涂层183

6.3.5国内外纳米材料等离子喷涂研究状况187

6.4超音速火焰喷涂制备微／纳米结构涂层189

6.4.1超音速火焰喷涂设备及工艺189

6.4.2高速火焰喷涂纳米结构涂层192

6.5.2电弧喷涂设备193

6.5.1电弧喷涂技术原理及特点193

6.5电弧喷涂微／纳米结构涂层193

6.5.3电弧喷涂材料194

6.5.4电弧喷涂纳米结构涂层197

6.6微／纳米热喷涂技术的应用前景198

参考文献198

第7章 纳米复合镀技术200

7.1纳米复合镀技术概述200

7.1.1复合镀技术201

7.1.2纳米复合镀技术202

7.2.1概述204

7.2.2纳米复合镀溶液的配制工艺204

7.2纳米复合镀溶液204

7.2.3纳米不溶性固体颗粒的选择原则205

7.2.4对纳米复合镀溶液的要求205

7.2.5纳米复合镀溶液的特点206

7.2.6纳米复合镀溶液的性能207

7.2.7常用纳米复合电刷镀溶液体系208

7.3.1纳米复合镀层的形成机理209

7.3纳米复合镀层209

7.3.2纳米复合镀层的组织210

7.3.3纳米复合镀层的性能212

7.3.4纳米复合镀层的结合机理217

7.3.5纳米复合镀层的强化机理220

7.4纳米复合镀工艺221

7.4.1纳米复合电镀工艺221

7.4.2纳米复合电刷镀工艺223

7.5纳米复合镀技术的应用225

7.5.1纳米复合镀技术的应用范围225

7.4.3纳米复合化学镀工艺225

7.5.2纳米复合镀技术展望227

第8章 纳米润滑材料的表面优化行为和自修复作用228

8.1概述228

8.2纳米润滑材料表面优化行为作用机理229

8.2.1对现有机理的评述229

8.2.2油润滑介质纳米润滑材料摩擦学作用机理230

8.3.2硬修复作用234

8.3.1软修复作用234

8.3纳米润滑材料表面自修复作用机理234

8.4纳米润滑材料的表面优化行为235

8.4.1无机单质纳米粉体的表面优化行为235

8.4.2纳米氧化物和氢氧化物的摩擦学性能238

8.4.3纳米硫属化合物的摩擦学性能239

8.4.4纳米硼酸盐的摩擦学性能249

8.4.5纳米稀土化合物的摩擦学性能250

8.4.6高分子纳米微球的摩擦学性能251

8.5纳米润滑材料的表面自修复功能252

参考文献254

第9章 纳米固体润滑技术258

9.1纳米固体润滑技术的产生背景258

9.2纳米固体润滑技术分类259

9.3纳米固体润滑系统的组成及其摩擦学设计原则259

9.3.1纳米固体润滑系统的组成260

9.3.2摩擦学设计原则262

9.4纳米固体润滑组元的制备方法266

9.5.1LB膜270

9.5润滑特性分子有序膜和高分子聚合物超薄膜的自组装270

9.5.2SAMs膜271

9.5.3MD膜276

9.5.4高分子聚合物超薄膜277

9.6纳米固体润滑／耐磨超薄膜278

9.6.1纳米固体润滑单层膜279

9.6.2纳米固体润滑／耐磨多层膜283

9.6.3纳米润滑／耐磨多层叠膜284

9.7.1超固体润滑发展现状285

9.7超固体润滑膜285

9.7.2超润滑的实现条件286

9.7.3MEMS中的摩擦问题287

9.7.4超固体润滑在MEMS装置中的应用前景288

9.8金属基原位加工的纳米润滑／耐磨涂层290

9.9非金属基纳米润滑／耐磨涂层291

9.9.1高分子基纳米润滑／耐磨涂层291

9.9.2陶瓷基纳米耐磨涂层296

参考文献297

第10章 纳米粘接粘涂技术299

10.1概述299

10.2粘接粘涂技术的组成及形成机理299

10.2.1粘接涂层的组成299

10.2.2胶黏剂与被粘表面产生粘接力的过程301

10.2.3胶黏剂产生粘接力的基本理论302

10.3有机胶黏剂的主要分类以及基本性能304

10.3.1环氧树脂胶黏剂304

10.3.2酚醛树脂胶黏剂316

10.3.3聚氨酯胶黏剂318

10.3.4有机硅树脂胶黏剂320

10.3.5聚酰亚胺胶黏剂322

10.4无机胶黏剂324

10.4.1磷酸盐型无机胶黏剂324

10.4.2硅酸盐型无机胶黏剂325

10.5纳米胶黏剂325

10.5.1纳米有机胶黏剂的制备方法326

10.5.2纳米粒子对有机胶黏剂性能的影响327

10.6.1被粘材料的粘接工艺329

10.6被粘材料的粘接工艺及常见缺陷的处理329

10.6.2纳米胶黏剂应用实例331

10.6.3常见缺陷的处理方法333

参考文献333

第11章 纳米复合功能涂料技术335

11.1功能涂料335

11.1.1涂料基本概念335

11.1.2功能涂料基本概念336

11.2纳米复合功能涂料336

11.2.1纳米改性涂料337

11.2.3纳米颗粒填充复合功能涂料338

11.2.2纳米结构涂料338

11.3涂料用纳米颗粒填料及在树脂中的分散339

11.3.1纳米颗粒填料339

11.3.2纳米颗粒填料在树脂中的分散技术340

11.4涂料制备设备340

11.5涂料结构及性能表征341

11.6纳米复合功能涂料应用343

11.6.1纳米复合抗紫外线涂料343

11.6.2纳米复合热障涂料344

11.6.3纳米复合电磁涂料345

11.6.4纳米复合抗静电涂料346

11.6.5纳米复合抗菌防污涂料347

11.6.6纳米复合透明耐磨涂料348

11.6.7纳米复合阻燃涂料348

11.7纳米复合功能涂料研究进展349

11.7.1纳米复合激光涂料349

11.7.2纳米复合界面涂料349

11.7.3纳米复合高强度涂料350

参考文献350

12.2表面自身纳米化的基本原理与制备方法352

第12章 金属材料的表面自身纳米化352

12.1概述352

12.2.1表面机械处理法353

12.2.2非平衡热力学法354

12.3微观变形方式354

12.3.1形变组织354

12.3.2形变机制355

12.3.3影响塑性变形的因素357

12.4.1表面纳米化的结构特征359

12.4组织结构特征359

12.4.2表面纳米化的组织演变361

12.4.3表面纳米化的微观机理373

12.5表面纳米化对性能的影响378

12.5.1表面性能378

12.5.2整体性能382

12.5.3化学处理384

12.6表面纳米化应用前景预测385

参考文献386

13.1.1再制造工程的概念388

第13章 纳米表面工程与再制造工程388

13.1概述388

13.1.2再制造工程的国外发展现状390

13.1.3再制造工程的国内发展现状391

13.2产品再制造设计基础393

13.2.1废旧产品的再制造性评价393

13.2.2废旧产品的失效机理、剩余寿命评估及再制造产品的寿命预测394

13.3纳米表面工程在再制造工程中的应用实例395

13.3.1纳米表面工程在发动机再制造中的应用395

13.2.3废旧产品的再制造建模395

13.3.2纳米表面工程在机床再制造中的应用397

13.3.3纳米表面工程在装备再制造中的应用398

13.4特殊环境下的应急再制造399

13.4.1应急快速维修技术及其基础399

13.4.2再制造毛坯快速成形技术及其基础400

参考文献400

第14章 纳米表面工程技术设计402

14.1概述402

14.2.1满足零件表面服役的性能要求403

14.2表面技术设计的基本原则403

14.2.2经济性好404

14.2.3有利于环境保护405

14.3表面技术设计的基本程序405

14.4分析零件表面的工况条件和失效形式406

14.4.1零件表面的工况条件406

14.4.2零件表面的失效406

14.5纳米表面技术的分类及功用408

14.6.1表面技术对零件整体性能的影响409

14.6纳米表面技术的选用409

14.6.2涂覆层及表面改性层的尺寸411

14.6.3涂覆层与基体的结合强度412

14.6.4常用纳米表面技术的生产效率413

14.7选择表面处理材料414

14.8复合表面技术的运用415

14.9确定表面技术设计方案的方法417

14.9.1联想对比法417

14.9.2试验法417

参考文献418