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【推荐语】
本书详细讲解了TiN、TiAlN、AlTiN、CrN和CrAlN五种PVD氮化物涂层材料的制备及特性，着重探讨PVD氮化物涂层的高温摩擦磨损特性及磨损机理。
【作者】
刘爱华，从2008年至今，一直PVD氮化物刀具涂层的研究工作，以此为基础获得主持山东省优秀中青年科学家奖励基金1项，济南市高校科技计划项目1项，主持本单位科研基金研究项目1项；在《International Journal of Refractory Metals and Hard Materials》、《Surface Engineering》、《材料热处理学报》、《Advanced Materials Research》和《Materials Science Forum》等国内外核心期刊及国际学术会议发表论文10余篇，其中SCI收录2篇，Ei收录8篇，核心6篇。与企业合作横向课题1项。 所负责建设的《机械设计基础》课程获批山东省优秀本科课程；山东省课程思政示范课程；山东省优秀共享课程一等奖，山东省优秀共享案例三等奖；学校“专业育人”示范课程，首批混合式课改立项课程，校内课程评估等级A类；山东省教育科学优秀成果二等奖（教材类）；获得校级教学设计比赛一等奖1项；课程信息化建设一等奖2项；课堂教学比赛一等奖、三等奖各1项；教师教学创新大赛二等奖一项（团队），线上教学优秀教师；主持参与教育教学研究课题20余项，其中省级5项，与课程思政相关课题2项。
【内容】
本书着眼于目前常用的PVD氮化物涂层在高温环境下的摩擦学特性，模拟涂层使用的真实环境，分析了五种PVD氮化物涂层的制备、性能、高温氧化特性，着重探讨了PVD氮化物涂层的高温摩擦磨损特性及磨损机理，总结了PVD氮化物涂层材料的研究现状及发展趋势，从而为开发新的涂层材料提供有效的理论依据。
本书可为机械领域和材料领域的工程技术人员及科研人员提供帮助，也可供高校相关专业师生学习参考。
本书可为机械领域和材料领域的工程技术人员及科研人员提供帮助，也可供高校相关专业师生学习参考。
【目录】
第1章 绪论001
1.1 引言002
1.2 PVD涂层的制备工艺003
1.3 PVD涂层的应用及特点004
1.3.1 PVD涂层在摩擦学中的应用005
1.3.2 TiN、TiAlN和AlTiN涂层006
1.3.3 CrN和CrAlN涂层008
1.4 PVD氮化物涂层摩擦学研究现状009
1.4.1 常温摩擦学研究现状009
1.4.2 高温摩擦学研究现状011
1.5 本书主要研究内容015
1.5.1 存在问题及待解决问题015
1.5.2 本书主要阐述的问题016
第2章 PVD氮化物涂层的制备、物理力学性能及微观结构018
2.1 PVD氮化物涂层的制备019
2.2 涂层成分及物相组成021
2.3 涂层的物理力学性能022
2.3.1 涂层的厚度和硬度023
2.3.2 涂层与基体之间的结合力024
2.4 涂层的微观形貌025
2.4.1 表面微观形貌025
2.4.2 断面微观形貌025
2.4.3 表面粗糙度029
第3章 高温下PVD氮化物涂层的摩擦应力分析031
3.1 球-盘接触的力学问题032
3.1.1 球-盘接触力学问题的一般求解032
3.1.2 涂层表面接触力学问题033
3.2 涂层的高温热应力034
3.2.1 涂层中热应力的产生及理论建模034
3.2.2 热应力对涂层失效的影响038
3.2.3 摩擦接触表面的优选温度计算039
3.3 PVD氮化物涂层的高温摩擦应力的有限元模拟040
3.3.1 有限元分析模型的建立040
3.3.2 高温摩擦应力有限元模拟的结果分析042
第4章 PVD氮化物涂层的高温氧化特性050
4.1 涂层氧化反应理论及计算051
4.1.1 涂层氧化反应的热力学计算051
4.1.2 涂层的高温氧化动力学分析054
4.2 氮化物涂层的高温氧化试验056
4.2.1 试样材料特性056
4.2.2 试验方案056
4.3 氮化物涂层的高温氧化特性057
4.3.1 涂层氧化后的宏观形貌及色泽变化057
4.3.2 涂层氧化产物的XRD分析058
4.3.3 氮化物涂层氧化后的硬度061
4.4 氮化物涂层氧化后的微观结构及氧化机制分析062
4.4.1 涂层氧化后的微观结构及氧化机制062
4.4.2 Al对涂层抗氧化性能及氧化机制的影响066
4.4.3 Ti基与Cr基涂层的高温氧化性能及氧化机制对比研究069
第5章 PVD氮化物涂层的高温摩擦磨损特性072
5.1 高温摩擦磨损试验方法及试验材料073
5.1.1 摩擦副的确定及材料的基本特性073
5.1.2 试验装置及试验方案075
5.1.3 试验结果的检测076
5.2 TiN、TiAlN和AlTiN涂层的高温摩擦磨损特性076
5.2.1 TiN、TiAlN和AlTiN涂层的高温摩擦系数076
5.2.2 TiN、TiAlN和AlTiN涂层高温磨损表面形貌研究079
5.3 CrN和CrAlN涂层的高温摩擦磨损特性085
5.3.1 CrN和CrAlN涂层的高温摩擦系数085
5.3.2 CrN和CrAlN涂层高温磨损表面形貌研究088
5.4 涂层成分对PVD氮化物涂层的高温摩擦磨损特性的影响091
5.4.1 TiN和CrN涂层的高温磨损特性对比092
5.4.2 Al及其含量对Ti基涂层高温摩擦磨损特性的影响094
5.4.3 Al对Cr基涂层高温摩擦磨损特性的影响095
5.4.4 含Al涂层高温摩擦磨损特性的对比096
第6章 PVD氮化物涂层的高温磨损机理100
6.1 PVD氮化物涂层高温摩擦中的氧化101
6.1.1 摩擦接触表面的优选温度101
6.1.2 涂层摩擦前后的氧含量103
6.2 磨痕表面的微观形貌及磨损机理分析105
6.2.1 TiN涂层105
6.2.2 TiAlN涂层108
6.2.3 AlTiN涂层111
6.2.4 CrN涂层113
6.2.5 CrAlN涂层116
6.3 PVD氮化物涂层的高温磨损形式120
6.3.1 对磨副同时磨损120
6.3.2 对磨球磨损121
6.3.3 涂层磨损121
6.4 涂层氧化物对PVD氮化物涂层高温磨损的影响122
6.4.1 TiO2的影响122
6.4.2 TiO2和Al2O3的影响124
6.4.3 Cr2O3和Al2O3的影响125
第7章 PVD氮化物涂层材料的研究现状及发展趋势128
7.1 PVD氮化物涂层材料的研究现状129
7.2 PVD氮化物涂层材料的发展趋势132
参考文献134
1.1 引言002
1.2 PVD涂层的制备工艺003
1.3 PVD涂层的应用及特点004
1.3.1 PVD涂层在摩擦学中的应用005
1.3.2 TiN、TiAlN和AlTiN涂层006
1.3.3 CrN和CrAlN涂层008
1.4 PVD氮化物涂层摩擦学研究现状009
1.4.1 常温摩擦学研究现状009
1.4.2 高温摩擦学研究现状011
1.5 本书主要研究内容015
1.5.1 存在问题及待解决问题015
1.5.2 本书主要阐述的问题016
第2章 PVD氮化物涂层的制备、物理力学性能及微观结构018
2.1 PVD氮化物涂层的制备019
2.2 涂层成分及物相组成021
2.3 涂层的物理力学性能022
2.3.1 涂层的厚度和硬度023
2.3.2 涂层与基体之间的结合力024
2.4 涂层的微观形貌025
2.4.1 表面微观形貌025
2.4.2 断面微观形貌025
2.4.3 表面粗糙度029
第3章 高温下PVD氮化物涂层的摩擦应力分析031
3.1 球-盘接触的力学问题032
3.1.1 球-盘接触力学问题的一般求解032
3.1.2 涂层表面接触力学问题033
3.2 涂层的高温热应力034
3.2.1 涂层中热应力的产生及理论建模034
3.2.2 热应力对涂层失效的影响038
3.2.3 摩擦接触表面的优选温度计算039
3.3 PVD氮化物涂层的高温摩擦应力的有限元模拟040
3.3.1 有限元分析模型的建立040
3.3.2 高温摩擦应力有限元模拟的结果分析042
第4章 PVD氮化物涂层的高温氧化特性050
4.1 涂层氧化反应理论及计算051
4.1.1 涂层氧化反应的热力学计算051
4.1.2 涂层的高温氧化动力学分析054
4.2 氮化物涂层的高温氧化试验056
4.2.1 试样材料特性056
4.2.2 试验方案056
4.3 氮化物涂层的高温氧化特性057
4.3.1 涂层氧化后的宏观形貌及色泽变化057
4.3.2 涂层氧化产物的XRD分析058
4.3.3 氮化物涂层氧化后的硬度061
4.4 氮化物涂层氧化后的微观结构及氧化机制分析062
4.4.1 涂层氧化后的微观结构及氧化机制062
4.4.2 Al对涂层抗氧化性能及氧化机制的影响066
4.4.3 Ti基与Cr基涂层的高温氧化性能及氧化机制对比研究069
第5章 PVD氮化物涂层的高温摩擦磨损特性072
5.1 高温摩擦磨损试验方法及试验材料073
5.1.1 摩擦副的确定及材料的基本特性073
5.1.2 试验装置及试验方案075
5.1.3 试验结果的检测076
5.2 TiN、TiAlN和AlTiN涂层的高温摩擦磨损特性076
5.2.1 TiN、TiAlN和AlTiN涂层的高温摩擦系数076
5.2.2 TiN、TiAlN和AlTiN涂层高温磨损表面形貌研究079
5.3 CrN和CrAlN涂层的高温摩擦磨损特性085
5.3.1 CrN和CrAlN涂层的高温摩擦系数085
5.3.2 CrN和CrAlN涂层高温磨损表面形貌研究088
5.4 涂层成分对PVD氮化物涂层的高温摩擦磨损特性的影响091
5.4.1 TiN和CrN涂层的高温磨损特性对比092
5.4.2 Al及其含量对Ti基涂层高温摩擦磨损特性的影响094
5.4.3 Al对Cr基涂层高温摩擦磨损特性的影响095
5.4.4 含Al涂层高温摩擦磨损特性的对比096
第6章 PVD氮化物涂层的高温磨损机理100
6.1 PVD氮化物涂层高温摩擦中的氧化101
6.1.1 摩擦接触表面的优选温度101
6.1.2 涂层摩擦前后的氧含量103
6.2 磨痕表面的微观形貌及磨损机理分析105
6.2.1 TiN涂层105
6.2.2 TiAlN涂层108
6.2.3 AlTiN涂层111
6.2.4 CrN涂层113
6.2.5 CrAlN涂层116
6.3 PVD氮化物涂层的高温磨损形式120
6.3.1 对磨副同时磨损120
6.3.2 对磨球磨损121
6.3.3 涂层磨损121
6.4 涂层氧化物对PVD氮化物涂层高温磨损的影响122
6.4.1 TiO2的影响122
6.4.2 TiO2和Al2O3的影响124
6.4.3 Cr2O3和Al2O3的影响125
第7章 PVD氮化物涂层材料的研究现状及发展趋势128
7.1 PVD氮化物涂层材料的研究现状129
7.2 PVD氮化物涂层材料的发展趋势132
参考文献134
