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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