2013年, 第42卷, 第6期　
刊出日期：2013-12-10

  

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  激光辅助氮化工艺中的开裂行为研究

  曹丽琴, 孙利娜, 轩福贞, 王正东

  表面技术. 2013, 42(6): 1-5,36.

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  目的 研究激光辅助氮化过程中,氮化层的开裂行为。 方法 利用 CO² 激光辅助氮化的方法在钛合金表面制备氮化钛涂层,观察氮化层的宏观、微观形貌,分析组织结构特征,测定氮化层残余应力,研究基体厚度、激光扫描工艺参数对氮化层表面形貌和裂纹情况的影响。 结果 钛合金经单道或多道激光氮化后,表面形成非均匀氮化钛层,其显微结构为沿主干轴交叉生长的枝状晶组织,存在数量和尺寸不等的显微裂纹。 较薄试样经单道激光氮化后,表面呈现较低的残余压应力状态,较厚试样则以拉应力为主;试样经多道激光氮化后,整个氮化区表面均呈现残余压应力状态。 结论 枝状氮化层与基体组织高度结合,不易脱落,但受基体约束作用,氮化层内的拉伸热应力导致其冷却过程中形成微裂纹。 随着试样厚度和氮化面积的增加,较高的热应力使得裂纹密度和裂纹尺寸增加,严重影响氮化层的质量。 残余应力是热应力和相变应力叠加的结果,对于多道激光氮化工艺而言,大面积氮化使得相变压应力增加,同时后热效应使得热应力降低,最终呈现出残余压应力状态。
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  放电镀膜时等离子体通道内粒子状态的计算机模拟

  肖波, 揭晓华, 肖厚群

  表面技术. 2013, 42(6): 6-9,22.

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  目的 分析液相脉冲放电微观机理,解释放电过程中放电通道对电极的影响。 方法 以 45 钢表面液相脉冲放电沉积 TiC 陶瓷涂层放电沉积瞬间极板间形成的单脉冲等离子体为研究对象,用粒子模拟的方法描述了放电通道中电子、钛离子的运动及分布状态。 结果 放电通道中电子的运动较为活跃,在放电形成的开始阶段,电子由工件电极负极激发,迅速向工具电极移动,期间通过与液相介质中的中性粒子碰撞,迅速往工具电极积累,运动过程中遵循等离子体的集体运动特性,过程贯穿于整个等离子体的形成过程;在相同的时间步长内,放电通道中 Ti 离子的运动比电子要缓慢得多,在脉冲放电期间需要较多的时间才能迁移到极板。 结论 放电镀膜时,所用极间距应大于电火花成形加工时的极间距。
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  轴重和摩擦力对轮轨接触疲劳的影响

  曹世豪, 江晓禹, 文良华

  表面技术. 2013, 42(6): 10-14,31.

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  目的 了解钢轨表面存在裂纹时的轮轨接触问题。 方法 采用有限元分析软件 ANSYS,获得不同裂纹位置的应力强度因子。 结果 裂纹在接触斑边缘的位置时,应力强度因子 K_I最大;随着轴重的增加,应力强度因子 K_I增加,而应力强度因子 K_II先增加,后减小;考虑摩擦力( μ = 0 . 3 ) 时,相对于无摩擦,K_I和 K_II都明显增加,且 K_II所占 K_I的比例提高了 15% 。 结论 车轮在钢轨上滚动时,轮轨间的轴重和摩擦力是影响钢轨疲劳的重要因素,轴重的提高会明显加剧钢轨疲劳,而摩擦力的影响建立在轴重的基础上,并使轴重的影响加剧。
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  搭接率对 AISI 202 焊接接头激光冲击应力分布的影响

  钱绍祥, 殷苏民, 张飞霞, 张志凤

  表面技术. 2013, 42(6): 15-17,39.

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  目的 研究光斑搭接率对激光冲击处理后残余应力分布的影响。 方法 采用不同的光斑搭接率对 AISI202 不锈钢焊接接头进行激光冲击处理,利用 X 射线衍射法测定激光冲击强化后的残余应力。结果 随着光斑搭接率的增加, 残余应力场得到增强, 并且应力分布更加均匀。 搭接率由 50% 增加到80% ,平均横向残余压应力增加了 20% ,波动减少了 30% ;平均纵向残余压应力增加了 30% ,波动减少了13% 。 结论 提高光斑搭接率可以优化激光冲击处理后焊接接头的应力分布。
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  镍磷合金表面电化学蚀刻层的性能表征

  许斌, 邹洪庆

  表面技术. 2013, 42(6): 18-22.

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  目的 研究镍磷合金镀层经电化学蚀刻后的表面特性。 方法 对镍磷合金镀层进行电化学蚀刻,表征蚀刻层的外观形貌、显微形貌、物相结构、元素成分及蚀刻深度,测定蚀刻层的硬度,通过热震试验测试蚀刻层的结合强度,通过极化曲线表征蚀刻微孔的穿透性。 结果 电化学蚀刻后,镍磷合金层表面会逐渐失光,颜色变暗。 电化学蚀刻微孔最初在胞状物边界产生,随后扩展至胞状物表面。 结论 在较佳的蚀刻条件下,蚀刻层微孔大小合适,均匀分布,且孔深合适,没有微孔穿透至基底层。 电化学蚀刻使表面硬度有所下降,而对蚀刻层的结合强度影响不大。
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  激光熔覆纳米 Al₂O₃颗粒增强 Ni 基合金涂层界面组织和高温热腐蚀性能

  汪新衡, 钱书琨, 刘安民, 朱航生

  表面技术. 2013, 42(6): 23-26,47.

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  目的 研究纳米颗粒对 Ni 基合金涂层抗热腐蚀性能的影响。 方法 采用压片预置式激光熔覆工艺,制备了纳米 Al₂O₃ 颗粒增强的 NiCoCrAlY 合金涂层,对熔覆层界面区组织及裂纹进行了显微分析,进行了 1000 益 高温熔盐热腐蚀性能试验。 结果 加入纳米 Al₂O₃ 颗粒的激光熔覆涂层界面区未出现明显缺陷,其热腐蚀失重速率远远低于未加纳米颗粒的涂层,腐蚀表面未出现严重的隆起和剥落,腐蚀层深度小。 结论 添加适量纳米 Al₂O₃ 颗粒对 NiCoCrAlY 合金激光熔覆层界面区裂纹的形成有一定的抑制作用,可使熔覆层的抗高温热腐蚀性能明显提高。
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  V / Nb 对电弧喷涂马氏体不锈钢合金涂层组织和性能的影响

  邓宇, 余圣甫, 闫宁, 行舒乐, 黄林兵

  表面技术. 2013, 42(6): 27-31.

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  目的 研究添加 V 和 Nb 对电弧喷涂马氏体不锈钢合金层组织和性能的影响规律。 方法 研制不同 V 和 Nb 含量的新型马氏体不锈钢电弧喷涂药芯丝材,利用高速电弧喷涂设备在 Q235 低碳钢板表面制备耐磨合金涂层,并对合金涂层的组织结构和性能进行研究。 结果 所制备的合金涂层成形良好,孔隙率较低,结构致密;涂层显微硬度值达 523 HV0 . 1 ,与基材间的平均结合强度值达 35 . 48 MPa,V 和 Nb的添加提高了合金涂层的耐磨损性能。 结论 添加适量的 V 和 Nb 合金元素,可以促进碳化物硬质相颗粒的形成,提高马氏体不锈钢合金涂层的综合性能。
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  热浸渗铝制备 Fe-Al 合金层温度-应力场有限元分析

  黄敦伟, 侯新瑞, 胡爱萍

  表面技术. 2013, 42(6): 32-36.

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  目的 分析渗层厚度、 加热温度及加热时间对渗层温度场-应力场的影响规律。 方法 利用ANSYS有限元软件对热浸处理制备 Fe-Al 合金层进行建模,计算铝的焓值,采用间接耦合法计算渗层应力。 结果 沿 X 轴方向,温度变化趋势大体上一致,均表现出上升的趋势,局部出现温度突变现象;渗层最高温度(935 . 528 ℃ ) 与加热温度(950 ℃ ) 相差 15 ℃ ,温度损失约 1 . 52% ;不同厚度下温度的变化趋势均为递减,当厚度为 200 μm 时,温度递减的趋势平稳,未出现峰值;随着渗层厚度的增加,应力值先增加,后减小,而后再增加。 结论 考虑应力、厚度对渗层性能的影响因素,渗层最佳厚度应为 200 μm。
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  N80 钢抗固液两相冲刷腐蚀行为的研究

  李涌泉, 余斌高, 刘建强, 李锋

  表面技术. 2013, 42(6): 37-39.

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  目的 研究 N80 钢在含有石英砂的不同浓度 NaCl 溶液中的冲刷腐蚀行为。 方法 采用扫描电子显微镜( SEM) 、能谱分析( EDS) 等手段分析腐蚀产物的结构及相组成,通过失重法计算腐蚀速率。 结果 腐蚀产物主要为 FeO 及 Fe₃O₄。 结论 随 NaCl 浓度的增加,N80 钢的腐蚀速率加快,当 NaCl 质量分数超过 7% 时,出现明显的点蚀。
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  模具钢微细蚀刻速率的研究

  宋卿, 张永俊, 于兆勤, 王冠

  表面技术. 2013, 42(6): 40-43.

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  目的 研究模具钢微细蚀刻中,蚀刻速率的变化规律。 方法 采用蚀刻液喷淋加工方式,对掩膜的模具钢表面进行蚀刻,考察掩膜间隙、蚀刻液喷淋压力、蚀刻液温度对蚀刻速率的影响。 结果 蚀刻速率随掩膜间隙尺寸的增大而增加,当掩膜尺寸大于 150 μm 时,蚀刻速率增长较快;较大的喷淋压力有利于蚀刻液的更新和蚀刻产物的排除,使得蚀刻反应充分,蚀刻速率较高;温度在一定范围内升高,蚀刻液活性增大,蚀刻效率提高,蚀刻速率增大。 结论 最佳工艺条件为:掩膜间隙尺寸 150 ~ 200 μm,蚀刻液喷淋压力 1 . 0 ~ 1 . 4 MPa,蚀刻液温度 35 ~ 40 ℃ 。 在此加工条件下,模具钢的蚀刻速率高,加工效率高,同时可以保证较好的蚀刻尺寸精度。
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  模具钢微细蚀刻的侧蚀研究及其工艺优化

  黄红光, 郭钟宁, 王冠

  表面技术. 2013, 42(6): 44-47.

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  目的 研究 HNO₃ 浓度、喷淋压力、掩膜间隙、加工时间对侧蚀量的影响规律。 方法 设计正交实验,测定蚀刻后的侧蚀量,采用极差分析、方差分析法对侧蚀量进行分析,通过验证性实验进行验证。结果 侧蚀量随加工时间的延长以及喷淋压力、加工时间的增大而增大, 随 HNO₃ 浓度的增大而减小。侧蚀量最小的工艺是:HNO₃ 浓度为 1 . 8 mol / L,喷淋压力为 0 . 2 MPa,掩膜间隙为 50 μm,蚀刻时间为 2min。 结论 加工时间对侧蚀量有显著性影响,喷淋压力对侧蚀量影响较大,其次是掩膜间隙和 HNO₃ 浓度。 验证性试验证明最优工艺方案可行。
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  联氨-氨配合体系化学镀纯镍工艺

  宋秉政, 赵亚萍, 蔡再生

  表面技术. 2013, 42(6): 48-51.

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  目的 优化联氨-氨配合体系化学镀纯镍的工艺条件。 方法 以壳聚糖为织物的预处理剂,通过单因素实验,探讨化学镀镀液各组分的浓度和 pH 值、温度、施镀时间等因素对化学镀纯镍锦纶织物的方阻和增重率的影响。 结果 最优化学镀工艺条件如下:乙酸镍质量浓度 45 g / L,水合肼质量浓度 20 g / L,硫酸铵质量浓度 8 g / L,镀液 pH 值为 9 ,施镀温度为 75 ℃ ,施镀时间为 2 h。 结论 采用此反应体系,锦纶织物经壳聚糖改性处理后,可在最优施镀工艺条件下得到纯镍镀层,且镀层致密,方阻较小。
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  巯基乙酸亚金的合成及其理化性质

  刘玺, 李德良, 聂午阳

  表面技术. 2013, 42(6): 52-54.

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  目的 合成一种新的无氰金盐,并对其理化性质进行研究。 方法 以分析纯的巯基乙酸、硫脲、盐酸、王水和金锭为原料,合成巯基乙酸亚金。 对产物进行红外分析和金含量分析,研究热稳定性,测试溶解性能。 结果 产物分子式为 AuSCH₂COOH,且该化合物在常温下化学性质稳定,与强碱液反应生成水溶性盐类。 结论 合成了一种无氰金化合物,性质稳定,有望用于镀金工业领域。
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  低温等离子体处理条件对低密度聚乙烯薄膜表面性能的影响

  王云英, 陈玉如, 孟江燕, 孙旭

  表面技术. 2013, 42(6): 55-58,82.

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  目的 研究低密度聚乙烯( LDPE) 薄膜经低温等离子体处理前后,表面性能的变化情况。 方法 采用不同的处理条件,对 LDPE 进行低温等离子体处理,并对比 LDPE 薄膜处理前后的表面形貌、表面接触角及剥离强度。 结果 采用空气为处理气氛时,在功率 44 W、真空度 60 Pa 的条件下处理 30 s,LDPE薄膜的静态接触角从处理前的 101 ^o 降到 13 . 5 ^o ;等离子体处理后的 LDPE 薄膜在 1 h 内,接触角会迅速上升到 74 ^o ,失去等离子体处理的效果。 结论 对于处理气氛,空气比 N₂ 和 CO₂ 的处理效果更好;等离子体处理后的 LDPE 薄膜具有明显的时效性,应立即进入下道工序。
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  钽合金高温抗氧化复合涂层制备研究

  唐勇, 杜继红, 李争显, 黄春良, 严鹏, 杨涛

  表面技术. 2013, 42(6): 59-62.

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  目的 制备钽合金在高温氧化环境下的防护涂层。 方法 采用料浆熔烧法,在 Ta-12W 合金表面依次制备底层和面层,通过两次熔烧处理,获得硅化物复合涂层。 分析涂层的形貌、元素含量及成分分布,测试涂层在 1800 ℃ 下的高温抗氧化性能和室温 ~ 1800 ℃ 热循环寿命, 并初步探讨涂层失效机理。结果 制备的复合涂层与基体之间通过扩散形成过渡层,达到冶金结合;涂层在 1800 ℃ 下可连续工作 9h,室温 ~ 1800 ℃ 热循环寿命为 151 次。 结论 在高温氧化环境中,复合涂层表面生成了一层玻璃状薄膜,有效阻止了外界氧向基体的进一步扩散,对基体形成了良好的保护。
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  汽轮机超音速火焰喷涂 NiCr-Cr₃C₂涂层

  袁涛, 屈轶, 史萌, 罗洪军, 于继平

  表面技术. 2013, 42(6): 63-65,77.

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  目的 通过热喷涂涂层,解决 350 MW 超临界机组再热第一级静叶栅的高温冲蚀问题。 方法 采用超音速火焰喷涂制备了 NiCr-Cr₃C₂ 涂层,测试了涂层的显微组织、孔隙率、显微硬度、结合强度及高温冲蚀性能,并对涂层在冲蚀条件下的失效机理进行分析。 结果 实验室条件下, NiCr-Cr₃C₂ 涂层孔隙率为 0 . 98% ,显微硬度达到 1061 . 2 HV0 . 3 ,结合强度约为 80 MPa。 装机试车时,0 . 22 mm 厚的 NiCr-Cr₃C₂涂层可使再热第一级静叶的寿命延长 3 倍左右。 结论 采用 NiCr-Cr₃C₂ 涂层可显著延长静叶寿命,小角度粒子犁削冲蚀是涂层加速失效的主要原因。
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  瓷罗拉等离子喷涂防静电耐磨损涂层工艺

  周静, 陈汉宾, 张隆平

  表面技术. 2013, 42(6): 66-68,100.

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  目的 提高纺织行业瓷罗拉转动轴的防静电和耐磨损性能。 方法 采用等离子喷涂技术,在瓷罗拉表面先喷涂 Ni 包 Al 过渡层,再喷涂 Al₂O₃-TiO₂ 陶瓷层,获得防静电耐磨复合涂层,并优化等离子喷涂工艺。 结果 获得了优化的等离子喷涂工艺,在后续的磨削加工中,宜选用碳化硅砂轮。 结论 制备的防静电耐磨涂层性能较好,在瓷罗拉上得到了成功应用。
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  纯钛表面制备钛酸钡薄膜的技术参数研究

  王慧, 吴文慧, 岳奇, 陈浩哲, 杨红光

  表面技术. 2013, 42(6): 69-72.

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  目的 探讨在纯钛基片上制备钛酸钡薄膜的技术参数,为增强钛瓷结合强度奠定研究基础。 方法 以碳酸钡和钛酸丁酯为原料,利用溶胶-凝胶法在纯钛基片上制备钛酸钡薄膜,对比不同浓度溶胶、不同干燥机制条件下制备的薄膜的质量。 结果 180 ℃ 干燥、380 ℃ 热处理、升温速率 6 ℃ / min 和 120℃ 干燥、300 ℃ 热处理、升温速率 3 ℃ / min 两种条件相比,前一种条件制备的薄膜退火后开裂程度大。 采用 0 . 3 mol / L 钛酸钡溶胶,在后一种条件下制备的薄膜基本完好,无裂纹;而采用 0 . 35 mol / L 钛酸钡溶胶,在相同条件下制备的薄膜裂纹较明显。 结论 采用 0 . 3 mol / L 钛酸钡溶胶,在 120 ℃ 干燥、300 ℃ 热处理、升温速率 3 ℃ / min 的条件下制备薄膜,薄膜质量最佳。
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  多主元高熵合金涂层的研究进展

  彭佳, 颜子博

  表面技术. 2013, 42(6): 73-77.

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  综述了高熵合金涂层的设计理念、制备方法和性能研究的进展。 介绍了高熵合金金属涂层、化合物涂层和复合涂层的性能特点。 高熵合金涂层表现出高强度、高硬度、耐高温、耐磨性和耐腐蚀等优异性质,有望在工具、刀具、模具等方面得到应用。
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  低温等离子体对碳纳米管表面改性的研究进展

  常兰, 秦伟超

  表面技术. 2013, 42(6): 78-82.

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  首先介绍了应用于碳纳米管表面改性的产生低温等离子体的常用方法及其优缺点。 然后阐述了低温等离子体对碳纳米管的不同改性方法,改性后碳纳米管表面含氧官能团含量增加或接枝上大量新的化学基团。 探讨了对改性前后碳纳米管的分析方法,用水接触角测试技术表征亲疏水性,用光谱分析技术表征化学元素和化学基团,用扫描电镜透射电镜等分析表面形态。 最后对低温等离子体改性后的碳纳米管在环境保护和复合材料等领域中的研究进展情况进行了综述,并指出目前存在的问题和今后的发展方向。
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  电刷镀在表面工程中应用的研究进展

  任艳萍, 邓红华, 黄方遒, 许乔瑜

  表面技术. 2013, 42(6): 83-87,91.

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  综述了电刷镀技术在材料表面防腐、耐磨及维修领域的应用。 介绍了电刷镀耐蚀、耐磨镀层的新工艺及其性能,包括纳米晶合金电刷镀层、纳米复合电刷镀层、双纳米复合电刷镀层以及电刷镀复合转化膜层的研究现状。 最后指出了今后电刷镀技术研究应用的方向。
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  雷达隐身常用电磁波吸收材料研究进展

  高海波, 鲜勤, 王健伦, 周丽娜

  表面技术. 2013, 42(6): 88-91.

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  分析了电磁波与吸波材料的相互作用机理,较详细地介绍了铁氧体类、羰基金属粉类、多晶金属纤维类、导电高聚物类和纳米类吸波材料的研究和应用现状,指出了不同种类电磁波吸收材料综合优化应用技术对实现多波段兼容隐身的重要意义。
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  外军装备目标特征信号测试设备及其特性研究

  陈秦, 翁小龙

  表面技术. 2013, 42(6): 92-97.

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  介绍了雷达、红外、光学目标特征信号测试设备的研究情况。 重点分析了矢量网络分析仪、RCS测量雷达、光谱仪、热成像系统等测试设备的特性及技术参数等。
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  传能光纤表面低折射率光固化涂层的制备

  肖健, 鲁钢, 冯述娟, 苏武, 赵霞, 徐红, 刘礼华

  表面技术. 2013, 42(6): 97-100.

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  目的 制备低折射率光固化涂层。 方法 以全氟十一烷基丙烯酸酯( FA) 、甲基丙烯酸三氟乙酯( TRIFEMA) 、四氢呋喃丙烯酸酯 GM61 P00 ( THFA) 和聚氨酯丙烯酸酯( PU) 为主要组分,考察各组分用量对涂层接触角、吸光度和折射率的影响。 结果 在一定的用量范围内,折射率随 FA 和 TRIFEMA 用量增加而降低,随 THFA 和 PU 用量增加而升高;接触角随 FA 和 TRIFEMA 用量增加,先增大,然后保持稳定,随 THFA 和 PU 用量增加而减小;吸光度随 FA 用量增加而增大,随 TRIFEMA,THFA 和 PU 用量增加而减小。 结论 低折射率光固化涂料的最佳配比为 m( FA) : m( TRIFEMA) : m( THFA) : m( PU) = 2 :5 : 1 . 25 : 1 ,其涂层折射率为 1 . 387 ,吸光度为 0 . 0091 。
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  一种高分散性富锌漆的制备及性能研究

  邓静伟, 唐囡, 尹桂来, 刘志雷, 刘光明

  表面技术. 2013, 42(6): 101-105.

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  目的 提高锌粉在富锌漆中的分散性。 方法 利用硅烷偶联剂 KH550 与过量环氧树脂 E-44 反应制备长链分散剂,之后与锌粉砂磨接枝,制得高分散性锌浆液;以有机膨润土与气相二氧化硅作为防沉剂,在二甲苯+正丁醇混合溶剂中高速分散后,加入改性锌浆和其它助剂,高速搅拌制得富锌漆 A 组份;B组份为聚酰胺 650 固化剂。 将 A,B 组份混合,制备涂层,测试涂层的性能。 结果 加入分散剂后,漆膜附着力由不加分散剂时的 2 级升高到 1 级,柔韧性由 3 mm 减小为 2 mm,抗冲击性能由 30 kg·cm 提高到 50kg·cm,电化学阻抗性能提升 1 倍以上。 结论 由高分散性涂料制备的富锌涂层具有良好的综合性能。
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  耐油缩孔阴极电泳涂料的研制

  邱伟, 丁月, 张静元

  表面技术. 2013, 42(6): 106-108,112.

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  目的 研制耐油缩孔电泳涂料。 方法 制备一种可低温解封的封闭异氰酸酯,将其与常规交联剂复配构架阶梯固化体系,研究不同复配比例对漆膜外观、刀片刃部漆膜厚度、耐油缩孔性能、耐盐雾性能等的影响。 结果 低温交联剂添加量为阳离子树脂总质量的 1 . 0% ~ 1 . 5% 时,阴极电泳漆膜外观良好,耐油缩孔及耐盐雾性能优良。 添加量为 1 . 5% 时,漆膜无油缩孔出现,耐盐雾可达 1032 h 以上,耐锐边腐蚀可达 1 级。 结论 适当添加低温交联剂可显著提高电泳漆膜的耐油缩孔性能。
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  连杆衬套表面粗糙度评定方法对比分析

  胥超, 樊文欣, 赵俊生, 梁大珍

  表面技术. 2013, 42(6): 109-112.

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  目的 准确测量连杆衬套表面粗糙度。 方法 采用高斯滤波法和小波分析法两种方法对连杆衬套表面粗糙度进行评定,并将评定结果与实测结果作对比。 结果 高斯滤波和小波法的相对误差分别为 1 . 7046% 和 0 . 9037% 。 结论 采用高斯滤波和小波分析评定连杆衬套的表面粗糙度都具有可行性,相比之下,小波法的评定结果更为准确。
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  薄膜理想台阶的制备方法研究

  付文博, 梁建华, 王维笃, 周晓松, 杨本福, 程贵均

  表面技术. 2013, 42(6): 113-118.

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  目的 研究台阶的形貌对台阶仪测试的影响,准确测试薄膜的厚度。 方法 分析制备台阶中存在的问题,针对这些问题设计了中轴线位置带掩膜条的掩膜板,并采用该新型掩膜板,在不同衬底上制备台阶,用台阶仪对薄膜的厚度进行测定。 结果 在薄膜中轴线附近做出的台阶,坡度陡峭,上下表面清晰。 Mo 衬底上制备出的薄膜厚度重复性较好;单晶硅衬底上制备的薄膜表面粗糙度较大;石英衬底上制备薄膜形成的台阶上下表面均较为平滑。 结论 使用新型掩膜板在石英衬底上制备出理想台阶,可较为准确地测试薄膜的厚度。