本書著眼于目前常用的PVD氮化物涂層在高溫環境下的摩擦學特性，模擬涂層使用的真實環境，分析了五種PVD氮化物涂層的制備、性能、高溫氧化特性，著重探討了PVD氮化物涂層的高溫摩擦磨損特性及磨損機理，總結了PVD氮化物涂層材料的研究現狀及發展趨勢，從而為開發新的涂層材料提供有效的理論依據。
本書可為機械領域和材料領域的工程技術人員及科研人員提供幫助，也可供高校相關專業師生學習參考。
劉愛華，從2008年至今，一直PVD氮化物刀具涂層的研究工作，以此為基礎獲得主持山東省優秀中青年科學家獎勵基金1項，濟南市高校科技計劃項目1項，主持本單位科研基金研究項目1項；在《International Journal of Refractory Metals and Hard Materials》、《Surface Engineering》、《材料熱處理學報》、《Advanced Materials Research》和《Materials Science Forum》等國內外核心期刊及國際學術會議發表論文10余篇，其中SCI收錄2篇，Ei收錄8篇，核心6篇。與企業合作橫向課題1項。 所負責建設的《機械設計基礎》課程獲批山東省優秀本科課程；山東省課程思政示范課程；山東省優秀共享課程一等獎，山東省優秀共享案例三等獎；學校“專業育人”示范課程，首批混合式課改立項課程，校內課程評估等級A類；山東省教育科學優秀成果二等獎（教材類）；獲得校級教學設計比賽一等獎1項；課程信息化建設一等獎2項；課堂教學比賽一等獎、三等獎各1項；教師教學創新大賽二等獎一項（團隊），線上教學優秀教師；主持參與教育教學研究課題20余項，其中省級5項，與課程思政相關課題2項。
第1章 緒論 001
1.1 引言 002
1.2 PVD涂層的制備工藝 003
1.3 PVD涂層的應用及特點 004
1.3.1 PVD涂層在摩擦學中的應用 005
1.3.2 TiN、TiAlN和AlTiN涂層 006
1.3.3 CrN和CrAlN涂層 008
1.4 PVD氮化物涂層摩擦學研究現狀 009
1.4.1 常溫摩擦學研究現狀 009
1.4.2 高溫摩擦學研究現狀 011
1.5 本書主要研究內容 015
1.5.1 存在問題及待解決問題 015
1.5.2 本書主要闡述的問題 016
第2章 PVD氮化物涂層的制備、物理力學性能及微觀結構 018
2.1 PVD氮化物涂層的制備 019
2.2 涂層成分及物相組成 021
2.3 涂層的物理力學性能 022
2.3.1 涂層的厚度和硬度 023
2.3.2 涂層與基體之間的結合力 024
2.4 涂層的微觀形貌 025
2.4.1 表面微觀形貌 025
2.4.2 斷面微觀形貌 025
2.4.3 表面粗糙度 029
第3章 高溫下PVD氮化物涂層的摩擦應力分析 031
3.1 球-盤接觸的力學問題 032
3.1.1 球-盤接觸力學問題的一般求解 032
3.1.2 涂層表面接觸力學問題 033
3.2 涂層的高溫熱應力 034
3.2.1 涂層中熱應力的產生及理論建模 034
3.2.2 熱應力對涂層失效的影響 038
3.2.3 摩擦接觸表面的最高溫度計算 039
3.3 PVD氮化物涂層的高溫摩擦應力的有限元模擬 040
3.3.1 有限元分析模型的建立 040
3.3.2 高溫摩擦應力有限元模擬的結果分析 042
第4章 PVD氮化物涂層的高溫氧化特性 050
4.1 涂層氧化反應理論及計算 051
4.1.1 涂層氧化反應的熱力學計算 051
4.1.2 涂層的高溫氧化動力學分析 054
4.2 氮化物涂層的高溫氧化試驗 056
4.2.1 試樣材料特性 056
4.2.2 試驗方案 056
4.3 氮化物涂層的高溫氧化特性 057
4.3.1 涂層氧化后的宏觀形貌及色澤變化 057
4.3.2 涂層氧化產物的XRD分析 058
4.3.3 氮化物涂層氧化后的硬度 061
4.4 氮化物涂層氧化后的微觀結構及氧化機制分析 062
4.4.1 涂層氧化后的微觀結構及氧化機制 062
4.4.2 Al對涂層抗氧化性能及氧化機制的影響 066
4.4.3 Ti基與Cr基涂層的高溫氧化性能及氧化機制對比研究 069
第5章 PVD氮化物涂層的高溫摩擦磨損特性 072
5.1 高溫摩擦磨損試驗方法及試驗材料 073
5.1.1 摩擦副的確定及材料的基本特性 073
5.1.2 試驗裝置及試驗方案 075
5.1.3 試驗結果的檢測 076
5.2 TiN、TiAlN和AlTiN涂層的高溫摩擦磨損特性 076
5.2.1 TiN、TiAlN和AlTiN涂層的高溫摩擦系數 076
5.2.2 TiN、TiAlN和AlTiN涂層高溫磨損表面形貌研究 079
5.3 CrN和CrAlN涂層的高溫摩擦磨損特性 085
5.3.1 CrN和CrAlN涂層的高溫摩擦系數 085
5.3.2 CrN和CrAlN涂層高溫磨損表面形貌研究 088
5.4 涂層成分對PVD氮化物涂層的高溫摩擦磨損特性的影響 091
5.4.1 TiN和CrN涂層的高溫磨損特性對比 092
5.4.2 Al及其含量對Ti基涂層高溫摩擦磨損特性的影響 094
5.4.3 Al對Cr基涂層高溫摩擦磨損特性的影響 095
5.4.4 含Al涂層高溫摩擦磨損特性的對比 096
第6章 PVD氮化物涂層的高溫磨損機理 100
6.1 PVD氮化物涂層高溫摩擦中的氧化 101
6.1.1 摩擦接觸表面的最高溫度 101
6.1.2 涂層摩擦前后的氧含量 103
6.2 磨痕表面的微觀形貌及磨損機理分析 105
6.2.1 TiN涂層 105
6.2.2 TiAlN涂層 108
6.2.3 AlTiN涂層 111
6.2.4 CrN涂層 113
6.2.5 CrAlN涂層 116
6.3 PVD氮化物涂層的高溫磨損形式 120
6.3.1 對磨副同時磨損 120
6.3.2 對磨球磨損 121
6.3.3 涂層磨損 121
6.4 涂層氧化物對PVD氮化物涂層高溫磨損的影響 122
6.4.1 TiO2的影響 122
6.4.2 TiO2和Al2O3的影響 124
6.4.3 Cr2O3和Al2O3的影響 125
第7章 PVD氮化物涂層材料的研究現狀及發展趨勢 128
7.1 PVD氮化物涂層材料的研究現狀 129
7.2 PVD氮化物涂層材料的發展趨勢 132
參考文獻 134
新書資訊