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微弧氧化原理与功能涂层设计及应用
作者：王亚明,王树棋
出版社：科学出版社
出版时间：2025-06-01
ISBN：9787030769442
定价：¥168.00
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内容简介
《微弧氧化原理与功能涂层设计及应用》*先系统全面阐述了微弧氧化技术概论、涂层形成过程与机理、涂层基本特征、工艺参数与涂层优化策略；其次，基于金属表面耐磨减摩、抗腐蚀、热防护、热控、介电绝缘、催化、生物医用涂层等特殊功能需求，探讨了功能涂层的设计原则，以及如何通过微弧氧化工艺-组成-结构-性能调控获取高性能功能涂层，并介绍典型的功能涂层应用案例；再次，基于改善涂层关键性能的*特设计理念，特别介绍了新涂层与新工艺的发展前沿；*后，介绍了微弧氧化生产线及其辅助装置，并总结提炼出微弧氧化工艺技术80问，为工程实践中遇到的问题答疑解惑。
作者简介
暂缺《微弧氧化原理与功能涂层设计及应用》作者简介
目录
目录
序
前言
第1章 微弧氧化技术概论 1
1.1 微弧氧化技术简介 1
1.1.1 微弧氧化技术定义 1
1.1.2 微弧氧化技术特点 1
1.1.3 微弧氧化与阳极氧化对比 2
1.2 微弧氧化技术的产生与发展 3
1.3 微弧氧化技术的应用 5
1.4 微弧氧化技术面临的挑战与未来发展方向 6
1.4.1 面临的挑战 6
1.4.2 未来发展方向 8
参考文献 8
第2章 微弧氧化涂层形成过程与机理 10
2.1 概述 10
2.2 微弧氧化涂层生长过程与机理模型 10
2.2.1 微弧氧化生长过程 12
2.2.2 涂层生长规律和等离子体放电模型 13
2.2.3 涂层的组织结构形成与特点 15
2.2.4 击穿-反应-熔凝效应与涂层形成机制模型 19
2.3 微弧氧化涂层生长过程中的阴极放电 22
2.4 微弧氧化涂层生长过程中的气体演化 23
2.4.1 电解液与电参数对气体演化的影响 24
2.4.2 氢气释放对涂层生长的影响 25
2.5 微弧氧化涂层生长过程中的能量损耗与控制 25
2.6 本章小结与未来发展方向 26
参考文献 26
第3章 微弧氧化涂层基本特征 28
3.1 概述 28
3.2 涂层多微孔性与微孔可控性 28
3.2.1 涂层多微孔性 28
3.2.2 微孔结构特征 30
3.2.3 涂层微孔可控性 30
3.3 涂层的高硬度/高弹性模量 31
3.3.1 维氏硬度 31
3.3.2 纳米硬度与弹性模量 33
3.4 涂层膜基界面高的结合强度 35
3.5 涂层内的压应力特性 36
3.6 涂层界面“过生长”特性及对力学衰减的影响 37
3.7 涂层界面拉应力特性诱导疲劳寿命衰减及改进措施 39
3.8 本章小结与未来发展方向 41
第4章 工艺参数与涂层优化策略 42
4.1 概述 42
4.2 电源输出模式与涂层优化 42
4.3 微弧氧化放电过程控制与涂层优化 46
4.4 电参数调整制度与涂层优化 46
4.5 “软火花”放电制度与涂层优化 49
4.5.1 脉冲频率对阴极放电的影响与涂层优化 49
4.5.2 “软火花”放电条件形成与涂层优化 51
4.6 电解液影响与涂层优化 52
4.6.1 电解液的作用及分类 52
4.6.2 基础电解液体系与涂层优化 54
4.6.3 特殊离子/粒子添加的电解液体系与涂层优化 56
4.6.4 自封孔涂层的电解液体系与涂层优化 59
4.6.5 非水电解液体系与涂层优化 61
4.7 金属成分影响与涂层优化 63
4.7.1 金属发生微弧氧化反应难易程度与热力学解释 63
4.7.2 金属合金成分对涂层生长的影响 64
4.7.3 不同冶金状态的基体对涂层生长的影响 68
4.7.4 金属基复合材料对涂层生长的影响 69
4.7.5 高熵合金对涂层生长的影响 71
4.8 本章小结与未来发展方向 71
参考文献 72
第5章 微弧氧化耐磨减摩涂层设计与应用 73
5.1 概述 73
5.2 微弧氧化耐磨减摩涂层设计 73
5.2.1 摩擦磨损与润滑原理 73
5.2.2 微弧氧化耐磨减摩涂层设计原则 73
5.3 钛合金微弧氧化涂层的摩擦学行为 74
5.3.1 微弧氧化涂层的摩擦学行为 74
5.3.2 微弧氧化同步沉积烧结PTFE涂层的摩擦学行为 76
5.3.3 微弧氧化喷涂石墨复合涂层的摩擦学行为 78
5.4 铝合金微弧氧化涂层的摩擦学行为 79
5.4.1 铝合金纳米晶层的摩擦学行为 79
5.4.2 铝合金表面微弧氧化涂层的摩擦学行为 80
5.4.3 纳米化-微弧氧化复合改性层的摩擦学行为 81
5.4.4 耐磨性能比较 82
5.5 微弧氧化耐磨减摩涂层应用实例 83
5.5.1 滑动摩擦工况下应用 84
5.5.2 微动摩擦工况下应用 85
5.6 本章小结与未来发展方向 86
第6章 微弧氧化抗腐蚀涂层设计与应用 87
6.1 概述 87
6.2 微弧氧化抗腐蚀涂层设计原则 87
6.3 铝合金微弧氧化抗腐蚀涂层设计与制备 88
6.3.1 微弧氧化涂层的组织结构与抗腐蚀性能 88
6.3.2 纳米化-微弧氧化复合改性层的组织结构与抗腐蚀性能 91
6.4 微弧氧化涂层的电偶腐蚀 95
6.4.1 钛合金微弧氧化涂层的组织结构 95
6.4.2 钛合金微弧氧化涂层的电偶腐蚀行为 96
6.5 微弧氧化对焊缝抗腐蚀性能的影响 98
6.5.1 焊缝与微弧氧化涂层的动电位极化*线 99
6.5.2 焊缝与微弧氧化涂层在层状腐蚀溶液中的腐蚀行为 100
6.5.3 焊缝与微弧氧化涂层在中性盐雾中的腐蚀行为 103
6.6 微弧氧化抗腐蚀涂层应用实例 104
6.7 本章小结与未来发展方向 107
第7章 微弧氧化热防护涂层设计与应用 108
7.1 概述 108
7.2 微弧氧化高温热防护涂层设计原则 108
7.2.1 微弧氧化高发射率涂层设计原则 108
7.2.2 微弧氧化隔热涂层设计原则 109
7.2.3 微弧氧化高温抗氧化耐烧蚀涂层设计原则 109
7.3 钛合金表面高发射率热防护涂层 110
7.3.1 不同添加剂对涂层组织结构的影响 110
7.3.2 不同添加剂对涂层热辐射性能的影响 115
7.3.3 组织结构对微弧氧化陶瓷涂层高温发射率的影响 116
7.3.4 微弧氧化陶瓷涂层的热辐射机理 117
7.4 微弧氧化热防护涂层应用实例 118
7.5 本章小结与未来发展方向 119
第8章 微弧氧化热控涂层设计与应用 120
8.1 概述 120
8.2 热控涂层设计原理及设计原则 120
8.2.1 热控涂层设计原理 120
8.2.2 微弧氧化热控涂层设计原则 121
8.3 微弧氧化热控涂层设计与制备 122
8.3.1 铝合金表面微弧氧化热控涂层 122
8.3.2 镁合金表面微弧氧化热控涂层 127
8.3.3 钛合金表面微弧氧化热控涂层 130
8.4 微弧氧化热控涂层的影响因素分析 134
8.5 微弧氧化热控涂层应用实例 135
8.6 本章小结与未来发展方向 137
参考文献 137
第9章 微弧氧化介电绝缘涂层设计与应用 139
9.1 概述 139
9.2 介电绝缘原理 139
9.3 微弧氧化绝缘涂层设计原则 139
9.4 钛合金微弧氧化绝缘涂层设计与制备 140
9.5 铝合金微弧氧化绝缘涂层设计与制备 144
9.6 SiCp/Al复合材料表面微弧氧化绝缘涂层设计与制备 146
9.7 微弧氧化绝缘涂层应用实例 149
9.8 本章小结与未来发展方向 150
第10章 微弧氧化催化涂层设计与应用 151
10.1 概述 151
10.2 催化原理及过程 151
10.2.1 光/光电催化原理及过程 151
10.2.2 气相/液相反应催化原理及过程 151
10.3 微弧氧化催化涂层设计原则 152
10.3.1 微弧氧化光催化设计改性原则 152
10.3.2 微弧氧化其他催化设计原则 153
10.4 微弧氧化催化涂层及其载体设计与制备 154
10.4.1 光催化涂层及其载体设计与制备 154
10.4.2 光电催化涂层及其载体设计与制备 160
10.4.3 气相/液相反应催化剂及其载体的设计与制备 161
10.4.4 微弧放电-催化水处理技术 164
10.5 微弧氧化催化涂层应用实例 164
10.6 本章小结与未来发展方向 166
参考文献 166
第11章 微弧氧化生物医用涂层设计与应用 167
11.1 概述 167
11.2 微弧氧化生物医用涂层设计原则 167
11.2.1 生物医用涂层设计原则 167
11.2.2 抗菌涂层设计原则 168
11.3 钛合金微弧氧化生物医用涂层设计与制备 168
11.3.1 钛合金一步微弧氧化生物医用涂层 168
11.3.2 钛合金亚毫米/微米多级生物医用涂层 170
11.4 镁合金微弧氧化可控降解涂层设计与制备 177
11.4.1 微弧氧化可控降解涂层 177
11.4.2 镁合金微弧氧化涂层的骨内降解 179
11.5 微弧氧化抗菌涂层设计与制备 181
11.5.1 钛合金微弧氧化抗菌涂层 181
11.5.2 镁合金微弧氧化抗菌涂层 182
11.6 微弧氧化生物医用涂层实例 185
11.7 本章小结与未来发展方向 186
参考文献 186
第12章 微弧氧化新功能涂层与新工艺 188
12.1 概述 188
12.2 新功能涂层设计 188
12.2.1 彩色涂层设计与制备 188
12.2.2 磁性涂层材料设计与制备 190
12.2.3 电池活性电极材料设计与制备 191
12.2.4 染料敏化太阳能电池设计与制备 193
12.2.5 光致发光涂层材料设计与制备 193
12.2.6 其他新功能涂层材料设计与制备 194
12.3 新工艺探索 195
12.3.1 微弧氧化后处理复合工艺 195
12.3.2 微弧氧化前预处理复合工艺 196
12.3.3 微弧氧化-纳米粒子同步沉积烧结工艺 197
12.3.4 液相等离子辅助原位合成工艺 199
12.3.5 适于局部修复或大面积涂层制备的喷射微弧氧化工艺 199
12.3.6 微弧等离子体抛光去除工艺 200
12.4 本章小结与未来发展方向 202
参考文献 202
第13章 微弧氧化生产线及其辅助装置 203
13.1 概述 203
13.2 微弧氧化生产线构成 203
13.2.1 微弧氧化电源 205
13.2.2 微弧氧化生产线控制系统 210
13.2.3 生产槽线系统 210
13.3 微弧氧化生产线辅助装置 211
13.4 本章小结与未来发展方向 212
第14章 微弧氧化工艺技术80问 213
14.1 一般问题 213
14.2 工艺问题 215
14.3 性能问题 223
序
前言
第1章 微弧氧化技术概论 1
1.1 微弧氧化技术简介 1
1.1.1 微弧氧化技术定义 1
1.1.2 微弧氧化技术特点 1
1.1.3 微弧氧化与阳极氧化对比 2
1.2 微弧氧化技术的产生与发展 3
1.3 微弧氧化技术的应用 5
1.4 微弧氧化技术面临的挑战与未来发展方向 6
1.4.1 面临的挑战 6
1.4.2 未来发展方向 8
参考文献 8
第2章 微弧氧化涂层形成过程与机理 10
2.1 概述 10
2.2 微弧氧化涂层生长过程与机理模型 10
2.2.1 微弧氧化生长过程 12
2.2.2 涂层生长规律和等离子体放电模型 13
2.2.3 涂层的组织结构形成与特点 15
2.2.4 击穿-反应-熔凝效应与涂层形成机制模型 19
2.3 微弧氧化涂层生长过程中的阴极放电 22
2.4 微弧氧化涂层生长过程中的气体演化 23
2.4.1 电解液与电参数对气体演化的影响 24
2.4.2 氢气释放对涂层生长的影响 25
2.5 微弧氧化涂层生长过程中的能量损耗与控制 25
2.6 本章小结与未来发展方向 26
参考文献 26
第3章 微弧氧化涂层基本特征 28
3.1 概述 28
3.2 涂层多微孔性与微孔可控性 28
3.2.1 涂层多微孔性 28
3.2.2 微孔结构特征 30
3.2.3 涂层微孔可控性 30
3.3 涂层的高硬度/高弹性模量 31
3.3.1 维氏硬度 31
3.3.2 纳米硬度与弹性模量 33
3.4 涂层膜基界面高的结合强度 35
3.5 涂层内的压应力特性 36
3.6 涂层界面“过生长”特性及对力学衰减的影响 37
3.7 涂层界面拉应力特性诱导疲劳寿命衰减及改进措施 39
3.8 本章小结与未来发展方向 41
第4章 工艺参数与涂层优化策略 42
4.1 概述 42
4.2 电源输出模式与涂层优化 42
4.3 微弧氧化放电过程控制与涂层优化 46
4.4 电参数调整制度与涂层优化 46
4.5 “软火花”放电制度与涂层优化 49
4.5.1 脉冲频率对阴极放电的影响与涂层优化 49
4.5.2 “软火花”放电条件形成与涂层优化 51
4.6 电解液影响与涂层优化 52
4.6.1 电解液的作用及分类 52
4.6.2 基础电解液体系与涂层优化 54
4.6.3 特殊离子/粒子添加的电解液体系与涂层优化 56
4.6.4 自封孔涂层的电解液体系与涂层优化 59
4.6.5 非水电解液体系与涂层优化 61
4.7 金属成分影响与涂层优化 63
4.7.1 金属发生微弧氧化反应难易程度与热力学解释 63
4.7.2 金属合金成分对涂层生长的影响 64
4.7.3 不同冶金状态的基体对涂层生长的影响 68
4.7.4 金属基复合材料对涂层生长的影响 69
4.7.5 高熵合金对涂层生长的影响 71
4.8 本章小结与未来发展方向 71
参考文献 72
第5章 微弧氧化耐磨减摩涂层设计与应用 73
5.1 概述 73
5.2 微弧氧化耐磨减摩涂层设计 73
5.2.1 摩擦磨损与润滑原理 73
5.2.2 微弧氧化耐磨减摩涂层设计原则 73
5.3 钛合金微弧氧化涂层的摩擦学行为 74
5.3.1 微弧氧化涂层的摩擦学行为 74
5.3.2 微弧氧化同步沉积烧结PTFE涂层的摩擦学行为 76
5.3.3 微弧氧化喷涂石墨复合涂层的摩擦学行为 78
5.4 铝合金微弧氧化涂层的摩擦学行为 79
5.4.1 铝合金纳米晶层的摩擦学行为 79
5.4.2 铝合金表面微弧氧化涂层的摩擦学行为 80
5.4.3 纳米化-微弧氧化复合改性层的摩擦学行为 81
5.4.4 耐磨性能比较 82
5.5 微弧氧化耐磨减摩涂层应用实例 83
5.5.1 滑动摩擦工况下应用 84
5.5.2 微动摩擦工况下应用 85
5.6 本章小结与未来发展方向 86
第6章 微弧氧化抗腐蚀涂层设计与应用 87
6.1 概述 87
6.2 微弧氧化抗腐蚀涂层设计原则 87
6.3 铝合金微弧氧化抗腐蚀涂层设计与制备 88
6.3.1 微弧氧化涂层的组织结构与抗腐蚀性能 88
6.3.2 纳米化-微弧氧化复合改性层的组织结构与抗腐蚀性能 91
6.4 微弧氧化涂层的电偶腐蚀 95
6.4.1 钛合金微弧氧化涂层的组织结构 95
6.4.2 钛合金微弧氧化涂层的电偶腐蚀行为 96
6.5 微弧氧化对焊缝抗腐蚀性能的影响 98
6.5.1 焊缝与微弧氧化涂层的动电位极化*线 99
6.5.2 焊缝与微弧氧化涂层在层状腐蚀溶液中的腐蚀行为 100
6.5.3 焊缝与微弧氧化涂层在中性盐雾中的腐蚀行为 103
6.6 微弧氧化抗腐蚀涂层应用实例 104
6.7 本章小结与未来发展方向 107
第7章 微弧氧化热防护涂层设计与应用 108
7.1 概述 108
7.2 微弧氧化高温热防护涂层设计原则 108
7.2.1 微弧氧化高发射率涂层设计原则 108
7.2.2 微弧氧化隔热涂层设计原则 109
7.2.3 微弧氧化高温抗氧化耐烧蚀涂层设计原则 109
7.3 钛合金表面高发射率热防护涂层 110
7.3.1 不同添加剂对涂层组织结构的影响 110
7.3.2 不同添加剂对涂层热辐射性能的影响 115
7.3.3 组织结构对微弧氧化陶瓷涂层高温发射率的影响 116
7.3.4 微弧氧化陶瓷涂层的热辐射机理 117
7.4 微弧氧化热防护涂层应用实例 118
7.5 本章小结与未来发展方向 119
第8章 微弧氧化热控涂层设计与应用 120
8.1 概述 120
8.2 热控涂层设计原理及设计原则 120
8.2.1 热控涂层设计原理 120
8.2.2 微弧氧化热控涂层设计原则 121
8.3 微弧氧化热控涂层设计与制备 122
8.3.1 铝合金表面微弧氧化热控涂层 122
8.3.2 镁合金表面微弧氧化热控涂层 127
8.3.3 钛合金表面微弧氧化热控涂层 130
8.4 微弧氧化热控涂层的影响因素分析 134
8.5 微弧氧化热控涂层应用实例 135
8.6 本章小结与未来发展方向 137
参考文献 137
第9章 微弧氧化介电绝缘涂层设计与应用 139
9.1 概述 139
9.2 介电绝缘原理 139
9.3 微弧氧化绝缘涂层设计原则 139
9.4 钛合金微弧氧化绝缘涂层设计与制备 140
9.5 铝合金微弧氧化绝缘涂层设计与制备 144
9.6 SiCp/Al复合材料表面微弧氧化绝缘涂层设计与制备 146
9.7 微弧氧化绝缘涂层应用实例 149
9.8 本章小结与未来发展方向 150
第10章 微弧氧化催化涂层设计与应用 151
10.1 概述 151
10.2 催化原理及过程 151
10.2.1 光/光电催化原理及过程 151
10.2.2 气相/液相反应催化原理及过程 151
10.3 微弧氧化催化涂层设计原则 152
10.3.1 微弧氧化光催化设计改性原则 152
10.3.2 微弧氧化其他催化设计原则 153
10.4 微弧氧化催化涂层及其载体设计与制备 154
10.4.1 光催化涂层及其载体设计与制备 154
10.4.2 光电催化涂层及其载体设计与制备 160
10.4.3 气相/液相反应催化剂及其载体的设计与制备 161
10.4.4 微弧放电-催化水处理技术 164
10.5 微弧氧化催化涂层应用实例 164
10.6 本章小结与未来发展方向 166
参考文献 166
第11章 微弧氧化生物医用涂层设计与应用 167
11.1 概述 167
11.2 微弧氧化生物医用涂层设计原则 167
11.2.1 生物医用涂层设计原则 167
11.2.2 抗菌涂层设计原则 168
11.3 钛合金微弧氧化生物医用涂层设计与制备 168
11.3.1 钛合金一步微弧氧化生物医用涂层 168
11.3.2 钛合金亚毫米/微米多级生物医用涂层 170
11.4 镁合金微弧氧化可控降解涂层设计与制备 177
11.4.1 微弧氧化可控降解涂层 177
11.4.2 镁合金微弧氧化涂层的骨内降解 179
11.5 微弧氧化抗菌涂层设计与制备 181
11.5.1 钛合金微弧氧化抗菌涂层 181
11.5.2 镁合金微弧氧化抗菌涂层 182
11.6 微弧氧化生物医用涂层实例 185
11.7 本章小结与未来发展方向 186
参考文献 186
第12章 微弧氧化新功能涂层与新工艺 188
12.1 概述 188
12.2 新功能涂层设计 188
12.2.1 彩色涂层设计与制备 188
12.2.2 磁性涂层材料设计与制备 190
12.2.3 电池活性电极材料设计与制备 191
12.2.4 染料敏化太阳能电池设计与制备 193
12.2.5 光致发光涂层材料设计与制备 193
12.2.6 其他新功能涂层材料设计与制备 194
12.3 新工艺探索 195
12.3.1 微弧氧化后处理复合工艺 195
12.3.2 微弧氧化前预处理复合工艺 196
12.3.3 微弧氧化-纳米粒子同步沉积烧结工艺 197
12.3.4 液相等离子辅助原位合成工艺 199
12.3.5 适于局部修复或大面积涂层制备的喷射微弧氧化工艺 199
12.3.6 微弧等离子体抛光去除工艺 200
12.4 本章小结与未来发展方向 202
参考文献 202
第13章 微弧氧化生产线及其辅助装置 203
13.1 概述 203
13.2 微弧氧化生产线构成 203
13.2.1 微弧氧化电源 205
13.2.2 微弧氧化生产线控制系统 210
13.2.3 生产槽线系统 210
13.3 微弧氧化生产线辅助装置 211
13.4 本章小结与未来发展方向 212
第14章 微弧氧化工艺技术80问 213
14.1 一般问题 213
14.2 工艺问题 215
14.3 性能问题 223
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