2015年, 第44卷, 第6期　
刊出日期：2015-06-20

  

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膜层技术
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  纳米 Al2 O3 等离子喷涂涂层的制备及性能分析

  杜三明, 靳俊杰, 肖宏滨, 张永振

  表面技术. 2015, 44(6): 1-6,16. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.001

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  目的 对比研究微/ 纳米 Al2O3 等离子喷涂涂层的组织、力学及摩擦磨损行为。 方法 以纳米Al2O3 粉末为原料,利用喷雾干燥法制备出粒径分布在 35 ~ 75 μm 的喷涂喂料,采用等离子喷涂技术在20 钢基体上制备纳米 Al2O3 涂层。 采用商用微米 Al2O3 喂料,以相同的喷涂工艺制备出微米 Al2O3 涂层。 对粉末、涂层的显微结构及涂层的磨损形貌进行表征,对比分析两种涂层的组织、力学性能和摩擦磨损行为。 结果 与微米 Al2O3 涂层相比,纳米 Al2O3 涂层粒子间结合更为致密,使得其结合强度和显微硬度得到大幅度提高。 在载荷 750 g,转速 1000 r/ min 的条件下,微米 Al2O3 涂层的摩擦系数为 0. 41,而纳米 Al2O3 涂层仅为 0. 34,并且摩擦系数值的波动幅度更为稳定。 在不同转速下,纳米 Al2O3 涂层的磨损率均降低明显。 结论 纳米 Al2O3 等离子喷涂涂层组织致密,表现出了较好的力学性能和耐磨性。
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  非能动安全壳用无机锌涂层的特性研究

  樊焕然, 范普成, 赵维, 赵瑞昌

  表面技术. 2015, 44(6): 7-10. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.002

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  目的 研究钢制安全壳内外壁面无机富锌涂层在极限设计基准事故工况下的特性,为设计验证和非能动安全壳冷却系统热工水力试验边界条件的确定提供数据支持。 方法 参照大破口失水事故工况下可能形成的物理环境设计试验:试件置于恒温炉加热至 160 ℃ ,待整体温度均匀后,迅速浸入 20 ℃冷水中冷却,待冷却至常温后,再浸入 100 ℃沸水中加热 60 min。 测试涂层经过事故工况前后的导热性、干膜厚度、表面形貌和附着力,分析事故工况对这些性能的影响。 结果 模拟事故工况前后,涂层的干膜厚度在 70 ~130 μm 范围,附着力在 8. 5 ~ 13. 5 MPa 范围,热导率升高了 6. 8% ,表面形貌无明显变化。结论 模拟事故工况前后,涂层的干膜厚度、表面形貌和附着力无明显变化,涂层热导率有微升趋势。
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  WC / Co-Cr 复合涂层激光熔覆工艺优化与表征

  张晓东, 揭晓华, 罗松, 郑琼彬

  表面技术. 2015, 44(6): 11-16. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.003

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  目的 优化复合涂层的熔覆工艺参数,获得综合性能优异的 WC/ Co-Cr 复合涂层。 揭示复合涂层的相结构、组织构成及界面特性。 方法 采用 YAG 固体激光器在45 钢上熔覆 WC/ Co-Cr 复合涂层,以电流、频率、脉宽、扫描速度作为变量,设计四因素三水平正交试验,对熔覆效果进行评分,获得最佳参数组合。 通过 XRD,XRF,OM,EMPA 等分析手段对复合涂层进行表征。 结果 电流对熔覆效果的影响最显著,其次为频率,再次之为激光扫描速度,脉宽的影响显著性最小。 随 WC 含量增加,激光脉宽应增加,而激光扫描速度应该适当减小。 复合涂层的显微组织形貌主要为固溶体上分布着共晶组织以及金属间化合物、碳化物,还有由成分过冷导致的胞状组织。 复合涂层的物相组成包括 CrCo,WC,Cr7C3,Cr3C2 等。结论 采用 WC 质量分数 10% 的熔覆粉末,最佳熔覆工艺组合为:电流 380 A,频率 40 Hz,脉宽 1 ms,扫描速度8 mm/ s。 采用 WC 质量分数20% 的熔覆粉末,最佳熔覆工艺组合为:电流380 A,频率40 Hz,脉宽1. 5 ms,扫描速度 6 mm/ s。 复合涂层与混合粉末相比,相组成发生了变化,有金属间化合物、碳化物等强化相产生,且元素在界面的分布呈现过渡式变化,这对涂层的综合性能有利。
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  锡青铜化学镀 Ni-P 合金工艺及镀层性能

  王敏, 刘锦云, 李文鹏, 陈立甲

  表面技术. 2015, 44(6): 17-21. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.004

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  目的 在锡青铜基体上化学镀 Ni-P 合金镀层,提高锡青铜的耐磨性和耐腐蚀性。 方法 以酸性含锌活化液活化锡青铜试样,在相同的条件下实施化学镀,并对镀态试样进行不同温度(250,400,500℃ )下的热处理。 对比基体、镀态试样和热处理试样的性能,研究热处理温度对锡青铜化学镀 Ni-P 合金层微观结构、显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性的影响。 结果 锡青铜表面形成了 Ni-P 合金镀层,并且镀层无孔隙缺陷,与基体结合良好,沉积速率较快,为 10. 00 μm/ h。 经热处理后,镀层的微观结构由非晶态向晶态转变,在 500 ℃热处理的镀层显微硬度最大,耐磨性最好。 镀态镀层和经 250 ℃ 热处理的镀层在10% HNO3 溶液和 10% H2SO4 溶液(10% 均为体积分数)中的耐腐蚀性明显好于锡青铜基体,镀态镀层在两种介质溶液中的腐蚀速率分别为 0. 225,0. 146 mg/ (cm2 ·d)。 结论 采用酸性含锌活化液活化锡青铜基体,可以在锡青铜表面制备出化学镀 Ni-P 合金镀层,且镀覆效果较好。 这表明紫铜化学镀 Ni-P 合金工艺同样适用于锡青铜。
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  SP700 钛合金的热处理 / 阳极氧化工艺研究

  王悔改, 宋延沛

  表面技术. 2015, 44(6): 22-26,48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.005

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  目的 采用电化学阳极氧化法,在 SP700 钛合金的表面制备多孔结构的氧化膜。 方法 利用AutolabPGSTAT30 型电化学工作站,采用三电极体系,辅助阴极为石墨电极,参比电极为饱和甘汞电极,工作电极为试样,测定试样的动态极化曲线和阳极氧化 I-t 曲线。 利用扫描电子显微镜观察阳极氧化表面多孔氧化膜的微观形貌,分析热处理工艺、阳极氧化电压、电解液成分等参数对 SP700 钛合金阳极氧化行为的影响规律。 结果 钛合金材料经固溶时效处理后,α 相和 β 相的相对含量发生了变化,从而使氧离子对电化学反应界面的内应力发生变化,使得表层氧化膜更加平整,耐腐蚀性提高。 F-是阳极氧化膜上纳米孔形成的必要条件,随着 F-浓度的增加,阳极氧化膜表面纳米孔的密集程度增加,孔径减小,氧化膜厚度增加。 在一定范围内,随着阳极氧化电压的增大,氧化膜增厚,但电压过高会破坏氧化膜的稳定性。 结论 用电化学阳极氧化法处理钛合金表面,得到了多孔结构的氧化膜,获得了理想的耐腐蚀性能。固溶时效处理后,钛合金的耐腐蚀性提高。
表面摩擦与润滑
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  等离子喷涂 NiCr / Cr3 C2 -hBN 复合涂层的制备及摩擦性能研究

  曹玉霞, 黄传兵, 杜令忠, 张伟刚, 兰叶

  表面技术. 2015, 44(6): 27-31. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.006

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  目的 加入 hBN 作为固体润滑剂,提高 NiCr/ Cr3C2 复合涂层的摩擦性能。 方法 采用化工冶金包覆、喷雾造粒和固相合金化技术制备 NiCr/ Cr3C2-10% hBN 复合粉体,再采用等离子喷涂技术制备复合涂层。 通过扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射(XRD)和高温摩擦磨损试验等手段研究粉体和涂层的显微结构、物相组成以及室温至 800 ℃ 的摩擦磨损性能,探讨 NiCr/ Cr3C2-10% hBN 复合涂层在室温和400,800 ℃下的磨损机理。 结果 等离子喷涂 NiCr/ Cr3C2-10% hBN 复合涂层呈典型的层状结构,涂层结合强度可达 24 MPa,孔隙率为(8. 47±0. 5)% 。 涂层的摩擦系数和磨损率均随着温度的升高而先升高,后逐渐降低,400 ℃时最高,分别约为 0. 59 和 9. 2×10-4 mm3 / (N·m),800 ℃时分别降至 0. 45 和 4. 1×10-4mm3/ (N·m)。 高温下,hBN 润滑膜和金属氧化物的形成是摩擦系数和磨损率降低的主要原因。 室温下涂层的主要磨损机制是脆性断裂;400 ℃ 时,涂层的主要磨损机制是脆性断裂、塑形变形和轻微粘着磨损;800 ℃时,涂层的主要磨损机制是塑性变形、氧化、粘着磨损和涂层转℃至对偶件。 结论 等离子喷涂 NiCr/ Cr3C2-10% hBN 复合涂层在室温和高温下的润滑性能较好。
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  高速电弧喷涂 Mo 涂层性能初探

  杨忠须, 刘贵民, 徐军, 郭永明

  表面技术. 2015, 44(6): 32-37. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.007

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  目的 初步研究高速电弧喷涂 Mo 涂层的综合性能,为进一步发展热喷涂 Mo 涂层制备工艺提供参考。 方法 利用高速电弧喷涂设备在 45CrNiMoVA 钢表面制备 Mo 涂层,采用场发射扫描电镜、X 射线能谱仪、显微硬度测试仪及电子万能试验机等对涂层形貌、成分、显微硬度及结合强度进行表征和测试,并结合断口微观形貌对拉伸断裂机理进行分析。 采用 CETR-3 型多功能摩擦磨损试验机,在润滑条件下对涂层进行不同载荷的摩擦磨损实验,通过磨损体积及表面磨痕微观形貌分析涂层的摩擦磨损性能及机理。 结果 Mo 涂层具有一定量的微观孔隙,氧化物含量低,与基体结合牢固可靠,平均显微硬度高达416. 3HV0. 1,平均内聚强度为 22. 7 MPa。 拉伸断口呈脆性断裂,并伴有半熔融颗粒剥落留下的剥落坑。润滑条件下,涂层在 10,30,50 N 载荷下的磨损体积分别为 1. 1×107,4. 4×107,5. 5×107 μm3。 结论 高速电弧喷涂可成功制备 Mo 涂层,涂层与基体为机械结合。 在润滑条件下,涂层的磨损体积随载荷增大而增大,不同载荷下的磨损机理均以粘着磨损为主。
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  钽表面微弧氧化陶瓷层的制备及耐磨性能研究

  杨海彧, 李争显, 李宏战, 王毅飞, 赵文

  表面技术. 2015, 44(6): 38-43. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.008

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  目的 研究不同电压、电流和氧化时间下,钽表面微弧氧化陶瓷层的生长机理与耐磨性能的变化。 方法 通过微弧氧化技术在钽金属表面制备陶瓷层,并采用扫描电子显微镜观察陶瓷层的表面形貌,采用摩擦磨损试验仪对陶瓷层的摩擦学性能进行研究,探讨放电电压、放电频率、氧化时间对陶瓷层摩擦系数的影响。 结果 在电压 400 V、频率 1000 Hz、氧化时间 20 min 条件下获得的陶瓷层表面质量最好;在电压 350 V,频率 1000 Hz,氧化时间 10 min 条件下获得的陶瓷层耐摩擦性能最好。 结论 对钽金属表面进行微弧氧化处理,可以显著降低钽金属表面的摩擦系数,提高耐磨性能。
表面强化及功能化
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  PtPb/ C 催化剂的制备及其对甲酸电氧化的催化性能

  刘双任, 陈金伟, 朱雪婧, 张洁, 江义武, 王瑞林

  表面技术. 2015, 44(6): 44-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.009

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  目的 通过 Pb 元素的添加来提高 Pt/ C 催化剂电催化氧化甲酸的性能。 方法 通过乙二醇协助硼氢化钠还原法,以氯铂酸为 Pt 源和硝酸铅为 Pb 源制备不同原子比的 PtxPb/ C 催化剂。 采用 X 射线衍射光谱法(XRD)和透射电子显微镜技术(TEM)表征样品的晶体结构和颗粒形貌; 采用循环伏安法表征样品催化氧化甲酸的性能。 结果 利用乙二醇协助硼氢化钠还原法成功制得了 Pt 和 Pb 原子比不同的PtxPb/ C 催化剂,XRD 和 TEM 测试结果表明这些样品均为 Pt 的面心立方结构,且颗粒大小均一、分散均匀,其平均粒径为 4 nm 左右。 循环伏安测试结果表明 PtxPb/ C 催化剂催化氧化甲酸的性能优于商业 Pt/C 催化剂的催化性能,且受 Pt 和 Pb 原子比的影响,当原子比为 5 ： 1 时,其对氧化甲酸的催化性能最好,峰电位对应的 Pt 的比质量活性达到 2000 mA/ (mg Pt),远远高于商业 Pt/ C,同时计时电流曲线表明其具备良好的稳定性。 结论 Pb 原子的加入影响了 Pt 原子的电子结构,与 Pb 对 Pt 的协同作用共同促进了CO 等中间产物在 Pt 表面的快速氧化,降低了催化氧化甲酸的初始电位,促使甲酸在低电位直接氧化为 CO2和 H2O,提高了其催化氧化甲酸的峰电流,有效减轻了 Pt 中毒,提高了其催化活性。
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  超声冲击处理对 7A52 铝合金焊接接头表层组织及性能的影响

  陈芙蓉, 赵永胜, 邱小明, 解瑞军

  表面技术. 2015, 44(6): 49-53. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.010

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  目的 研究超声冲击处理对 7A52 铝合金焊接接头表层组织及性能的影响。 方法 用双丝 MIG焊接方法对 7A52 铝合金进行焊接,采用 UIT-125 型超声冲击机对其焊接接头进行全覆盖处理;通过金相显微镜,对超声冲击处理后的焊接接头组织变化规律进行观察分析；利用显微硬度计和磨擦磨损试验机测试研究其接头力学性能。 结果 超声冲击处理后,焊趾处形成相对连续、均匀、光滑的过渡圆弧,可以有效地缓解焊接接头的应力集中,7A52 铝合金焊接接头表面得到了明显强化,形成一层致密的塑性变形层,接头表面晶粒细化,母材的表层塑性变形厚度可达 15 μm 左右,热影响区的表层塑性变形厚度可达25 μm 左右,显微硬度和耐磨性显著提高。 结论 经超声冲击处理后,7A52 铝合金焊接接头表面的塑性变形层最厚处可达 20 μm 左右,形成了具有大致平行于焊接接头表面择优取向的形变织构。 沿厚度方向1. 5 mm 内,热影响区的硬度最高可达 162HV,焊缝区的最高硬度为 113HV,相比之前提高了 21. 5% , 表层的耐磨性得到较为明显的提高。
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  机制砂石粉表面修饰及其性能研究

  李小龙, 季碧碧, 曹远, 李二锐, 赵怀华, 李建伟, 曹晓华, 孙玉, 邢国兵, 王文平

  表面技术. 2015, 44(6): 54-58. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.011

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  目的 提供一种以化学接枝法替代传统物理吸附法的理论思路,改善机制砂石粉在水泥中的和易性。 方法 先将机制砂石粉与硅烷偶联剂 酌-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)进行羟基反应,使其表面带有 C == C 化学官能团,再与丙烯酸(AA)、2-甲基丙烯酸聚乙二醇单甲醚酯(MPEG)共聚。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电镜、热重曲线、X 射线衍射等分析手段表征机制砂石粉的改性效果和表面结构。 将合成的复合材料以不同的比例掺杂于水泥中,通过净浆实验研究合成材料与水泥的流动适应性和流动保持性。 结果 生成的高分子化合物以化学键的方式链接在机制砂石粉表面。与未修饰的机制砂石粉相比,修饰后的机制砂石粉的可流动性及流动保持性有较大改善。 结论 经高分子化合物改性后,机制砂石粉在水泥中的流动适应性和流动保持性有显著提高。 该思路合成的新型材料对水泥基复合材料的理论研究有一定的现实意义。
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  Ni-Cr-Al 涂层搅拌摩擦加工的作用机制

  朱理奎, 周小平, 方锳泽

  表面技术. 2015, 44(6): 59-64,87. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.012

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  目的 对热喷涂涂层进行表面改性。 方法 利用搅拌摩擦加工技术多道次加工制备复合层,分析受影响区涂层和基体的显微组织、元素扩散、显微硬度变化规律。 结果 形成了均匀致密且细晶化、涂层与界面消失、靠近涂层部分基体发生动态再结晶的复合层。 从涂层到基体形成了有层次的 260 μm 厚度渐变影响区,依次为:BZ,RLS,FRZ,ECZ。 温度场和塑性变形的耦合作用为涂层和基体元素互扩散提供了有利通道,发生了快速元素互扩散。 细晶强化和元素扩散共同作用使显微硬度显著提高,机械性能得到改善。 结论 搅拌摩擦加工技术能有效改善热喷涂涂层的组织和性能。
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  金刚石化学镀镍的研究

  黄世玲, 张迎九, 杨德林

  表面技术. 2015, 44(6): 65-69,81. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.013

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  目的 增强金刚石与基体的结合强度。 方法 采用“除油—粗化—敏化活化—解胶”的方法对金刚石进行预处理,通过化学镀镍方法对金刚石进行表面改性,结合扫描电子显微镜及 X 射线能谱仪研究不同参数对化学镀镍层的影响。 结果 在粒度为 10 μm 左右的金刚石表面镀覆致密镍层的最佳工艺参数为:NiSO4·6H2O(主盐)25 g/ L,次亚磷酸钠 30 g/ L,乳酸 15 g/ L,乙酸钠 15 g/ L,稳定剂 20 mg/ L,光亮剂 1 g/ L,pH=5. 5,温度 85 ℃ 。 结论 次亚磷酸钠含量、硫脲含量、pH 值、温度对镀覆时间、金刚石增重比及镀层形貌有影响,以最佳工艺参数获得的金刚石镍镀层包覆完整均匀,质量较好。
表面失效及防护
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  循环冷却水中 2507 双相不锈钢微生物腐蚀研究

  孙福洋, 赵国仙, 杨东平, 孙蕊

  表面技术. 2015, 44(6): 70-74,87. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.014

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  目的 研究 2507 双相不锈钢在循环冷却水模拟溶液(添加微生物 SRB+IOB)中的腐蚀特征,确定其腐蚀机理。 方法 模拟某炼油厂循环冷却水溶液,采用 SEM,EDS 和电化学测试等手段分析 2507 双相不锈钢在 SRB+IOB 循环冷却水中浸泡不同时间后的腐蚀产物形貌及其电化学腐蚀情况。 结果 2507双相不锈钢的腐蚀速率很低,属于轻度腐蚀;在循环冷却水模拟溶液中的阳极极化曲线具有明显的钝化区,且钝化膜具有良好的自修复能力;腐蚀倾向随时间增加先增大后减小,腐蚀速率随时间增加先减小后增大。 结论 SRB 和 IOB 及其代谢活动与 Cl-协同作用是点蚀的主要原因;2507 双相不锈钢具有良好的钝化性和耐微生物腐蚀性能。
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  金属表面溶胶-凝胶防腐蚀涂层的研究进展

  聂志云, 刘继华, 张有为, 周涛, 答建成, 杨涛

  表面技术. 2015, 44(6): 75-81. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.015

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  在各种防腐蚀的方法中,溶胶-凝胶法是一种操作简单、环境友好、成本低廉的表面涂层制备技术,被广泛应用于许多金属材料表面的腐蚀防护上。 简单地介绍了溶胶-凝胶法的基本原理以及易改性、易控温、无污染的优点,重点阐述了影响涂层耐腐蚀性能的相关工艺参数,包括水解温度、pH 值、陈化时间、反应物浓度、热处理温度等。 详细综述了溶胶-凝胶法制备防腐蚀涂层工艺的特点与研究现状,经过单一无机氧化涂层到多元复合涂层的发展,涂层的性能得到提升,应用范围更加广泛。 介绍了溶胶-凝胶涂层的 3 个防腐蚀机理,包括屏蔽作用、缓蚀钝化作用、牺牲阳极保护作用,阐述了涂层的防腐蚀机制,为研究新的防腐蚀工艺提供理论基础。 最后,总结了目前防腐蚀涂层研究过程中所遇到的困难,并展望了可能的解决方法,为未来的研究提供了发展方向。
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  增甘膦及复配液缓蚀性能研究

  陈小非, 毛礼娜, 郭康, 殷超凡, 陈启明

  表面技术. 2015, 44(6): 82-87. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.016

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  目的 合成增甘膦,研究增甘膦及其复配液缓蚀性能。 方法 以亚磷酸、甲醛、甘氨酸为原料,在酸性条件下,合成增甘膦。 通过塔菲尔曲线法和电化学阻抗谱,测试酸性条件下 LY12 硬铝在增甘膦溶液中的缓蚀性能,并与同类有机膦系缓蚀剂氨基三甲叉膦酸(ATMP)进行比较。 同时,在碱性条件下,测试 LY12 硬铝在增甘膦复配液中的缓蚀性能。 结果 当 pH=1,增甘膦缓蚀液质量分数为 0. 5% 时,缓蚀率可达 90% 。 在相同酸性条件及缓蚀剂含量下,增甘膦缓蚀效果较 ATMP 好。 在碱性条件下,增甘膦单独使用缓蚀效果不佳,与三乙醇胺复配后缓蚀效果较好。 当增甘膦与三乙醇胺复配含量为 0. 5% (质量分数)三乙醇胺+0. 4% (质量分数)增甘膦时,LY12 硬铝在 pH= 8. 7 体系中的缓蚀率为 65. 5% 。 结论增甘膦单独使用,在酸性条件下有很好的缓蚀效果;与三乙醇胺复配后,在碱性条件下也有较好的缓蚀效果。
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  注水介质中喹啉缓蚀剂对管线钢的缓蚀作用研究

  张颖, 董国强, 胡凌艳

  表面技术. 2015, 44(6): 88-92. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.017

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  目的 在注水介质中加入喹啉缓蚀剂可有效防止石油设备的腐蚀,注水管表面形成的钝化膜可减小注水介质的腐蚀,研究喹啉缓蚀剂在 X70 钢表面的吸附膜的生长规律。 方法 采用恒电位快速划伤法,利用高场强离子传导模型对划伤数据进行计算。 结果 高场强离子传导模型不完全适用于喹啉缓蚀剂在注水介质中 X70 钢表面的生长过程。 通过进一步函数拟合,发现模拟注水介质中喹啉缓蚀剂在 X70钢表面的吸附膜生长动力学规律遵循 J(t)= C1exp(-αt)+C2exp(-βt)+C0。 结论 添加 0. 3% ,0. 6% (质量分数)喹啉缓蚀剂后,电流衰减过程中的电流波动较大,形成的膜稳定性较差,划痕区域有发生局部腐蚀的可能性;添加 0. 9% (质量分数)喹啉缓蚀剂后,拟合曲线与实测电流衰减曲线吻合度达到 0. 9983,电流波动较小,缓蚀剂吸附膜的稳定性较好。 注水介质中,喹啉缓蚀剂含量越高,吸附成膜的质量越好,划伤前后电流密度差越小,划痕表面吸附膜生长状态与未划伤表面吸附膜状态一致,即在较高含量下喹啉吸附膜在受破损的钢表面能快速吸附成膜,能够对试样起到快速全面的保护作用。
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  金属镀金外壳抗盐雾腐蚀工艺的改进

  陈月华, 江徳凤, 刘永永, 袁礼华

  表面技术. 2015, 44(6): 93-97,132. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.018

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  目的 解决金属镀金外壳在 NaCl 盐溶液中表面出现锈蚀、外壳引线根部断裂的问题,提高外壳的抗盐雾腐蚀能力,解决外壳镀层抗蚀性差的问题。 方法 以盐雾腐蚀机理为依据,利用扫描电镜对镀金外壳在盐雾环境中的腐蚀形貌进行观测,分析镀层腐蚀形貌和金属基座(可伐合金)-玻璃绝缘子(电真空玻璃)-金属引线(可伐合金)封接形貌。 从 4 个方面对工艺进行改进:控制金属镀层与基体材料的电位差,消除腐蚀原动力;提高镀层致密性,减少镀层孔隙率;控制外壳高温封接温度,抑制缝隙腐蚀;控制金属表面镀层厚度,防止镀层与基体间形成腐蚀通道。 结果 针对镀金外壳在盐雾环境中的腐蚀形态以点蚀、缝隙腐蚀为主的情况,通过优化镀镍工艺、镀金工艺,避免腐蚀发生时金属外壳表面形成大面积点蚀;优化高温退火温度为 800 ℃,高温封接温度为 900 ℃,可以抑制金属外壳缝隙腐蚀的发生。 结论 优化金属外壳退火温度、高温封接温度、电镀镍和金等工艺措施,提高了金属镀金外壳抗 48 h 盐雾腐蚀性能。
表面质量控制及检测
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  表面显微硬度国内外检测标准探析

  陈亚军, 周姝, 魏鹏宇

  表面技术. 2015, 44(6): 98-103. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.019

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  目的 为制定一个更适合我国民航行业的航空材料显微硬度检测标准提供参考。 方法 显微硬度检测是测试金属涂层硬度的重要方法,国内外对显微硬度的检测都有相应的标准规范,从试验方法(适用范围、试验原理、试验设备、试验程序、试样制备、精度和误差)、硬度计的检验(直接检验、间接检验、周检)以及标准块的标定(标准块的制造、标准机、标定方法)3 个方面,对比分析 GB/ T 4340—1999 金属维氏硬度试验标准与 ASTM E384—2011 在内容上的主要异同。 结果 ASTM E384—2011 规定的试验力、对角线长度范围更广,试验程序更加具体细致,对误差来源的分析更加全面,但操作较 GB/ T 4340—1999 繁琐;GB/ T 4340—1999 规定的操作程序简单易懂,且对曲面硬度值也适用,但在试样制备、试验程序、硬度计检验以及标准块标定上不及 ASTM E384—2011 具体规范。 结论 在制定我国民航行业显微硬度检测标准时,与 GB/ T 4340—1999 相比,ASTM E384—2011 的主要特点是更加精确、规范,实用性高,更符合我国民航行业行情。
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  304 不锈钢电火花线切割加工表面性能研究

  李晓舟, 孙宇博, 许金凯, 黄飞, 姜倩

  表面技术. 2015, 44(6): 104-108. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.020

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  目的 研究电火花线切割工艺对金属材料加工表面质量的影响规律,分析加工表面的机械性能。 方法 利用电火花线切割加工技术,对 304 不锈钢工件进行表面切割试验,应用马尔轮廓测量仪、扫描电镜、超景深电子显微镜及纳米压痕仪观察电火花加工表面的粗糙度变化规律和表面微形貌特征,获取横截面纳米硬度变化曲线。 设计正交试验,获得最优加工参数。 结果 脉冲宽度和峰值电流对奥氏体不锈钢加工表面形貌的形成机制有显著影响,加工表面粗糙度受电参数的影响较大,加工表面的表层及次表层组织主要由塑性变形层与回火多相组织层共同构成,厚度与纳米硬度的变化受电参数的影响较大。 结论 电参数对表面质量的影响程度顺序为脉冲宽度、峰值电流、放电间隔,为得到较优加工表面层,应优先选择脉冲宽度为 16 μs,放电间隔为 96 μs,峰值电流为 1. 5 A 的工艺参数组合。 单个脉冲能量对加工层的厚度以及表层的纳米硬度呈现出近似线性规律。
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  基于赫兹理论的弹性磨具磨抛 M300 钢表面参数模型研究

  吴晓君, 刘睿平, 于兴展, 武倩

  表面技术. 2015, 44(6): 109-114,119. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.021

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  目的 由于弹性磨具与曲面接触特征的多样性,导致弹性磨具呈非常量磨损,使磨具的磨抛工况变得复杂,磨抛参数对表面精度的影响没有得到理论上的阐释,通过实验研究磨削过程的磨削参数变化规律与加工表面残留峰移除量的理论关系。 方法 针对 M300 钢高耐磨性的特点,通过对球头弹性磨具(油石)的微观接触分析,根据赫兹理论接触应力分布特点,数学推导得出在平面情况下残留峰移除率与影响磨削精度的主要参数的函数关系。 结果 根据磨削参数变化规律,考虑进给速度的变化,得出任一点的残留峰置的变化量为接触半径减去球头在一定位置下通过的距离,并推导出移除率 Q = dh/ dt =CPmατn α的预估参数值。 根据最小二乘法算得当 m= -3,n= -2 时,C=1. 55×105,移除面积与磨抛参数成正相关。 结论 通过磨削实验确定移除率待定参数值,从理论上确定影响磨削质量的法向压力和切应力对残留峰移除高度的影响,为曲面磨削弹性预估补偿研究提供参考。 同时应适当减小弹性模量,增大法相压力及球头磨具半径,使得进给量增大,减小磨损,提高磨削效率。
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  纳米压痕和划痕法测定 TiO2 纳米薄膜的力学性能

  龙东平, 薛建荣, 晏智鑫

  表面技术. 2015, 44(6): 115-119. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.022

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  目的 研究相同工艺条件下阳极氧化法在不同钛合金基底(TA1,TC4,TC4F136)上生成的 TiO2薄膜的力学性能差异。 方法 采用扫描电镜结合原子力显微镜观察 3 种薄膜的形貌和结构,用 UNHT 型纳米压痕仪测试 TiO2 纳米薄膜的力学性能,利用纳米划痕法测试 3 种钛合金表面生成的 TiO2 薄膜与基底的结合强度及摩擦性能,用纳米压痕技术测试 TiO2 的显微硬度和弹性模量。 结果 电解液及其它电化学条件相同时,不同钛合金基底上形成的 TiO2 薄膜结构(管直径、管壁厚及管长度)不同。 结论 阳极氧化法在钛合金基底上生成的 TiO2 纳米薄膜的力学性能,由 TiO2 微观结构及其与基底的结合强度决定,微观结构和结合强度归根到底由合金中元素决定。
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  机加工表面残余应力及其疲劳寿命评价的研究进展

  何少杰, 杨文玉, 郭步鹏, 周瑞虎

  表面技术. 2015, 44(6): 120-126,132. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.023

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  随着航空、航天、核电、海洋装备、汽车制造行业的蓬勃发展,特别是国家空天深海战略的实施,高腐蚀、高交变载荷等复杂服役环境对零件的可靠性和使用寿命的要求日趋严格。 机械加工表面完整性作为零件性能指标的评价标准,得到越来越多的重视。 残余应力作为表面完整性的重要参数之一,与零件疲劳寿命和使用性能密切相关,因此有必要对机械加工过程中残余应力的生成机理进行研究。 主要介绍了机械加工表面残余应力的定义及其对材料性能的影响,对中子衍射法和 X 射线衍射法检测残余应力的优缺点进行了比较,从实验方法、解析方法以及有限元方法 3 个方面对机械加工过程中残余应力的生成机理进行了总结,分析了切削参数、刀具几何、材料性质对残余应力生成的影响,总结了残余应力与疲劳寿命之间的作用关系。 最后,探讨了机械加工表面残余应力生成机理以及疲劳寿命评价研究过程中存在的问题。
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  喷砂表面的多尺度分析与表征

  王春水, 何声馨, 张二亮, 李大磊

  表面技术. 2015, 44(6): 127-132. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.024

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  目的 对喷砂表面的复杂轮廓特征进行分析和表征,以选取能表征最佳工艺参数的三维粗糙度参数。 方法 以喷砂工作距离为变量对 AISI 304L 不锈钢试样进行喷砂处理,对喷砂处理后试样的表面形貌开展多尺度分析,选取 5 个评价尺度,每个评价尺度下采用 12 个常用的三维粗糙度参数进行表面形貌表征;分析各个粗糙度参数对于评价尺度的变化规律,同时进一步考虑喷砂工作距离对喷砂表面形貌的影响,在适宜评价尺度下建立粗糙度参数和工艺参数之间的线性回归模型。 结果 大部分三维粗糙度参数(Sku)的最优评价尺度均为 80 μm,在该评价尺度下,Sku与喷砂工作距离之间存在线性关系,且其线性相关系数最大;随着喷砂工作距离的增加,Sku随之增大,试样表面形貌的峰谷数量也随之增大。 结论本次喷砂工艺实验的最优评价尺度为 80 μm,最优表面形貌表征参数为 Sku,与普遍使用的 Sa 和 Sq 相比,Sku包含更多三维形貌信息,能更好地刻画喷砂工作距离对表面形貌的影响。