2016年, 第45卷, 第1期　
刊出日期：2016-01-20

  

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专题———2017 年度国家自然科学基金项目研究进展
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  激光诱导冲击波应用技术研究现状

  表面技术. 2016, 45(1): 1-6,48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.001

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  激光等离子体冲击波应用技术以其节能、高效、可控性强等优点,受到了众多研究者的广泛关注。 综述了激光等离子体冲击波作用效应,分析了靶表面等离子体和激光维持的爆轰波对靶冲量传递的影响,重点介绍了利用激光等离子体冲击波效应的两项技术— — —激光冲击强化技术和激光推进技术。 通过对比国内外技术的优势,系统考察了激光冲击强化技术和激光推进技术的原理和应用研究现状,并分析了未来应用研究的趋势。 移动式短脉冲大能量激光器的研制将是未来的一个重要研究方向,需从理论和试验两个方面研究激光参数、环境参数和靶材参量对激光与靶相互作用产生的激光等离子体冲击波效应和声波效应的影响,探索激光等离子体声波和激光等离子体冲击波力学效应的关系。 大能量激光器的体积大,环境要求高,稳定性差,要想真正把激光等离子体冲击波效应应用于实际,就需要开发稳定性好的短脉冲、大能量移动式激光器,提高激光等离子体冲击波效应应用系统的机动性、方便性和可靠性。
专题———2021 年度国家自然科学基金项目研究进展
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  铜基自润滑电接触复合材料研究综述

  表面技术. 2016, 45(1): 7-12,27. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.002

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  铜基自润滑复合材料因其优异的机械强度、良好的导电导热性能及自润滑特性,常被用于制备电刷、受电弓滑板等滑动电接触元件。 从摩擦接触界面固体润滑膜形成的角度,详细叙述了铜基自润滑复合材料的润滑机理,指出摩擦接触界面固体润滑膜有效阻止了摩擦副对磨表面间的直接接触,使摩擦主要发生在固体润滑膜的内部,是铜基自润滑复合材料具备减摩自润滑特性的主要原因。 同时对铜基自润滑复合材料的电磨损机制进行了详细介绍,指出铜基自润滑复合材料在滑动电接触过程中的磨损机制主要有磨粒磨损、粘着磨损、剥层磨损和氧化磨损四种,并从作用机制和形貌特征角度对它们进行了详细分析。 最后,提出了铜基自润滑电接触复合材料研究领域目前存在的问题,并展望了相应的研究方向。
专题———2025 年度国家自然科学基金项目研究进展
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  航空发动机热障涂层存在的问题及其发展方向

  朱晨, 于建海, 丁坤英

  表面技术. 2016, 45(1): 13-19. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.003

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  热障涂层主要作用在发动机的热端部件,可以减少油耗,提高效率,延长热端部件使用寿命。 热障涂层技术的高速发展使得航空发动机的性能得到了极大的提高,但是它在使用过程中存在着失效问题。 主要对陶瓷面层存在的高温烧结、热生长氧化物生长应力、高温热腐蚀和界面应力失配四种问题进行了论述,并针对具体问题提出了解决方案。 同时,对新型的低热导率热障涂层和应用在 CMC 基体上的热障涂层的研发情况进行了综述和展望。
专题———2030 年度国家自然科学基金项目研究进展
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  空间聚合物基体表面原子氧防护技术研究进展

  表面技术. 2016, 45(1): 20-27. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.004

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  低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)中,强氧化性、大通量、高能量的原子氧(atomic oxygen,AO)会对航天器表面材料造成极大的破坏。 特别是聚合物材料,受 AO 侵蚀后易氧化降解,造成光学、电学和力学等性能退化,影响航天器的正常工作并缩短其使用寿命。 从 LEO 环境中抗 AO 侵蚀材料研究的理论基础出发,评述了无机、有机及复合涂层的制备方法和各自的优缺点,目前存在的问题,以及聚合物基体表面涂层开裂与界面剥离失效机理研究的重要性。 从目前的研究可以看出,具有自我修复功能的有机或无机功能涂层,以及与原子氧反应时能产生具有保护性能的稳定氧化物或其他稳定表面结构的涂层,是今后的研究方向。 应将聚合物基体和涂层作为整体进行研究,充分研究涂层与基体间的界面效应和失效机理。 在抗 AO 新材料研究领域,以聚酰亚胺材料为例,简述了含磷、含硅、含锆聚酰亚胺的研究进展,以及从基础研究到工程化应用还亟待解决的关键问题和工艺技术。 希望该综述为发展新的先进防护涂层和新材料体系提供一些可借鉴的研究思路。
专题———2035 年度国家自然科学基金项目研究进展
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  芳纶纤维复合材料切削加工研究进展

  石文天, 张永安, 刘汉良

  表面技术. 2016, 45(1): 28-35. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.005

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  随着芳纶纤维复合材料的应用日益广泛,不仅需要进行成形加工,还需要二次加工以保证后续精确配合、连接和装配的需要,这就对加工精度、效率和成本提出了相应要求。 二次加工多用切削加工,易出现翻边、分层、拉毛、抽丝、烧焦等加工缺陷,限制了该材料的进一步应用。 为拓展其用途,迫切需要全面展开芳纶纤维复合材料的二次加工技术研究。 阐述了芳纶纤维复合材料的组成、结构、性能特点和应用领域,并以此为依据论证了芳纶纤维复合材料的切削性能,分析了加工缺陷产生的原因。 综述了国内外芳纶纤维复合材料的二次加工现状,阐述了其加工机理和实验研究进展,包括芳纶纤维复合材料的典型加工工艺(如切削加工、铣磨、激光、超声、水射流等),以及对于切削力、表面质量、刀具磨损、切削变形、加工缺陷等方面的研究。 切削加工是实现芳纶纤维复合材料二次加工的成熟、高效方法,迫切需要开展一系列切削机理和试验研究。
膜层材料与技术
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  聚酰亚胺-二氧化钛纳米复合薄膜的热稳定性

  吴世辰, 殷景华, 李佳龙

  表面技术. 2016, 45(1): 36-40. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.006

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  目的 探究纳米颗粒对聚酰亚胺薄膜热稳定性的影响规律及影响机理。 方法 采用原位聚合法制备 TiO2 含量不同的 PI-TiO2 纳米复合薄膜,通过差热热重法分析复合薄膜的热稳定性,?旄春媳∧ぜ尤群蟮奈⒐坌蚊?探讨复合薄膜的耐热机理。 结果 纳米颗粒的加入提高了薄膜的热稳定性,PI-5% TiO2 复合薄膜失重 10% 和 50% 时的温度分别较纯 PI 膜提高了 19. 3 ℃和 20. 7 ℃ 。 复合薄膜的 DTA曲线峰顶温度均高于纯 PI 膜,PI-5% TiO2 复合薄膜峰顶温度为 637. 8 ℃ ,较纯 PI 膜提升了 40. 1 ℃ 。 随着 TiO2 含量的增加,复合薄膜 DTA 曲线反应峰峰型逐渐变窄、增高且变得尖锐,复合薄膜的导热性能有所提高。 结论 纳米颗粒阻碍了聚酰亚胺分子的热运动,减缓了薄膜在分解过程中产生的空洞区域的扩散。 聚酰亚胺基体中的纳米颗粒在薄膜中形成骨架结构,提高了薄膜的导热性和刚性。 聚酰亚胺与纳米颗粒形成有机-无机相界面,界面层的聚酰亚胺分子具有更好的热稳定性,使得薄膜的反应热焓值增加。
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  过渡层结构对类石墨镀层结合强度的影响

  施文彦, 蒋百灵, 李洪涛

  表面技术. 2016, 45(1): 41-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.007

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  目的 探究过渡层沉积时间和结构对类石墨镀层结合强度的影响规律。 方法 采用微弧离子镀技术,改变梯度层沉积时间,制备不同的类石墨镀层。 利用扫描电子显微镜(SEM)分析镀层的微观形貌,利用截面能谱扫描分析镀层中梯度层结构变化。 采用压痕法和划痕法对镀层与基体的结合强度进行评价。 采用维氏硬度计测试镀层的显微硬度,并利用针盘式摩擦磨损试验机测定镀层的摩擦系数。 结果随着梯度层沉积时间的延长,镀层与基体的结合强度呈先上升、后下降的变化趋势,在过渡层沉积时间为20 min 时,结合强度最高,约为46 N。 此外,随着过渡层沉积时间的延长,镀层摩擦系数逐渐下降,但显微硬度下降,承载能力减弱,摩擦磨损寿命下降。 结论 合理调控过渡层沉积时间有助于类石墨镀层结合强度的提升,镀层的摩擦磨损寿命随着过渡层时间的延长而呈现先上升、后下降的趋势,高结合强度使得膜基界面的结合寿命延长。
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  预化学镀镍时间对铝基化学镀镍层性能的影响

  孙硕, 宋贡生, 马正华

  表面技术. 2016, 45(1): 49-54. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.008

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  目的 揭示试样的显微形貌随预化学镀镍时间的变化规律,并探讨试样的显微形貌、镀层的结合强度及耐蚀性能的相关性。 方法 以预化学镀镍时间为变量,通过化学沉积方法制得化学镀镍层。 采用扫描电镜观察预镀层及化学镀镍层的表面形貌,采用热震试验、弯曲试验和划格试验测试镀层的结合力,并对化学镀镍层与铝基体之间的结合力进行评价。 采用电化学方法对镀层在模拟燃料电池腐蚀介质中的耐蚀性进行评价。 结果 随着预化学镀镍时间的延长,颗粒尺寸不断增大,预化学镀镍层形貌先逐渐变得均匀、致密,之后又变得粗糙不均匀。 化学镀镍层的耐蚀性以及与基体的结合力呈现出先增加后降低的趋势。 结论 预化学镀镍时间在 5 min 时,所得化学镀镍层的表面形貌最平整,结合力最好,耐蚀性最佳。
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  调制周期对 CrAlN / ZrN 纳米多层膜韧性的影响

  张文勇, 孙德恩, 裴晨蕊, 张世宏, 黄佳木

  表面技术. 2016, 45(1): 55-61. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.009

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  目的 研究调制周期对纳米多层膜性能的影响。 方法 采用磁控溅射方法制备了 CrAlN 与 ZrN的固定厚度比为 2. 6,不同调制周期(撰 为 6,8,10,20 nm)的 CrAlN/ ZrN 纳米多层膜。 利用场发射扫描电镜(FESEM)表征薄膜的形貌、结构。 用 Dektak150 型台阶仪测薄膜表面粗糙度。 用 Agilent TechnologiesG200 纳米压痕仪检测涂层的硬度和弹性模量。 用划痕仪测薄膜/ 基材的结合力,同时,引入抗裂纹扩展系数(CPR)表征纳米多层膜的韧性。 结果 CrAlN/ ZrN 纳米多层膜断面皆为穿晶柱状结构, 调制周期为20 nm 时,多层膜层与层之间的界面清晰;多层膜表面呈致密的花椰菜状,厚度均约为 2 μm。 调制周期为8 nm 时,硬度为 20. 4 GPa,进一步增大调制周期,硬度下降。 调制周期为 8 nm 的多层膜临界载荷 Lc2为18 N,CPR 值为 73. 2,Lc2与 CPR 值均高于其他调制周期的多层膜。 在临界载荷 Lc2处,裂纹扩展导致薄膜发生了严重的片状剥落,露出了亮白的热轧钢基底,薄膜失去了保护作用。 结论 实验表明,在多层膜厚度、调制比不变的条件下,改变调制周期能够改变多层膜的韧性。 随着调制周期的增大,韧性呈先上升、后下降的趋势。 调制周期为 8 nm 时,纳米多层膜的硬度最高,韧性最好,综合性能良好。
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  Si 含量对 CrSiN 涂层结构和性能的影响

  贾丛丛, 王恩青, 葛芳芳, 黄峰, 李朋, 鲁晓刚

  表面技术. 2016, 45(1): 62-68,105. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.010

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  目的 在室温条件下,采用物理气相沉积(PVD)磁控溅射沉积方法,通过控制 Si 靶功率制备具有不同 Si 含量的 CrSiN 涂层,以探究 Si 元素对涂层结构和性能的影响。 方法 通过 X 射线衍射、能谱仪测试、纳米压痕测试、维氏硬度压痕测试和摩擦磨损实验,分别评价 CrSiN 涂层的结构、硬度、韧性和耐磨性能,并通过扫描电子显微镜对压痕形貌进行分析。 结果 所有 CrSiN 涂层均呈(111),(200) 取向的NaCl 结构。 随着 Si 含量增加,XRD 峰呈宽化趋势,晶粒细化效果明显。 随 Si 元素的加入,CrSiN 涂层硬度、模量和韧性均呈先增加后降低的趋势。 相比 CrN 涂层,Si 的原子数分数为 3. 2% 时,CrSiN 涂层的硬度由 21. 4 GPa 增至 35. 7 GPa,模量由 337. 7 GPa 增至 383. 9 GPa,塑性指数由 0. 5 增至 0. 55,实现了强韧一体化。 加入 Si 元素,CrSiN 涂层的耐磨损性能得到改善,且 Si 的原子数分数为 3. 2% ,磨损率最低,为1. 0×10-17 m3 / (N·m),提高了约一个数量级。 结论 Si 元素的加入可以有效改善 CrSiN 涂层的结构,提高 CrSiN 涂层的硬度、韧性和磨损性能,但需加入适量的 Si,才可实现性能最优化。
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  低碳钢表面化学镀 Ni-Zn-P 合金镀层的沉积行为及沉积机理

  赵丹, 杨立根, 徐旭仲

  表面技术. 2016, 45(1): 69-74,95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.011

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  目的 通过研究低碳钢表面碱性化学镀 Ni-Zn-P 合金镀层的沉积行为及其沉积机理,对化学镀Ni-Zn-P 有进一步认识。 方法 采用碱性化学镀方法,改变施镀时间在低碳钢表面化学镀 Ni-Zn-P 合金镀层。 使用扫描电镜?旌辖鸲撇愕谋砻婧投厦嫘蚊?用电子能谱仪分析镀层表面和断面成分。 结果化学镀 Ni-Zn-P 合金镀层的形成过程是:固液界面形成原子团→原子团在能量较高的地方择优沉积→原子团累积生长→向周围延伸扩展→覆盖整个机体→形成完整镀层→均匀叠加生长。 试样表面成分检测表明,施镀 1 ~3 s 内表面出现 Ni 元素,Ni 质量分数在 3 min 时达到最大值 75. 93% ,此后维持相对稳定;施镀1 min 时表面出现 P,P 质量分数随施镀时间延长而逐渐增加,在30 min 时达到最大值12. 03% ,此后维持相对稳定;施镀 5 min 时表面出现 Zn,随着施镀时间的延长,Zn 沉积量变化不大。 表面和断面成分分析表明,化学镀 Ni-Zn-P 合金镀层的沉积过程不是 Ni,Zn,P 三种元素同时沉积,而是 Ni 优先沉积,然后Ni 和 P 共沉积,最后 Ni,Zn,P 三种元素共同沉积。 根据能斯特方程算得沉积电位 ENi2+/ Ni = -0. 337 V,EZn2+/ Zn = -0. 906 V,两者的沉积电位相差较大,说明该化学镀条件下不能发生合金共沉积。 结论 推测化学镀 Ni-Zn-P 合金镀层是催化诱导还原反应沉积机理,即在镍还原诱导下引发的 Zn 共沉积。
表面摩擦磨损与润滑
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  金属铝表面超疏水薄膜的构筑及减摩特性

  高帅, 曹磊, 张泉, 万勇

  表面技术. 2016, 45(1): 75-79,105. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.012

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  目的 改善铝基材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。 方法 采用两步法在铝表面构筑稳定的超疏水薄膜。 首先采用盐酸溶液刻蚀金属铝,在其表面构筑微纳织构;然后涂覆硬脂酸,降低表面能。利用 SEM、XRD、FTIR、接触角测量仪及摩擦磨损试验机表征铝表面超疏水薄膜的表面形貌、化学组分、润湿性和减摩耐磨特性。 结果 SEM 及 XRD 分析表明,刻蚀后的铝表面呈现多尺度微纳结构。 FTIR 分析表明,脂肪酸以双配位结构与铝表面发生作用。 接触角测试表明,所制备的薄膜呈现出良好的超疏水性能,静态接触角达 150°,滑动角小于 10°。 摩擦学实验结果表明,制备的超疏水薄膜可明显改善铝基底的摩擦学性能,在干摩擦条件下与钢球对磨时,超疏水薄膜的摩擦系数保持在 0. 16 左右,寿命超过 10 000 s,而相同条件下未处理的金属铝摩擦系数超过 0. 6。 结论 采用盐酸溶液刻蚀金属铝,然后涂覆硬脂酸,可在铝表面构筑复合薄膜。 薄膜不仅表现出明显的超疏水特性,同时具有良好的减摩耐磨性能。 该方法技术简单,价格低廉,易于批量化生产,为改善微纳条件下铝及其合金的摩擦学性能提供了一个新的思路。
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  类金刚石薄膜的摩擦性能及其应用

  熊礼威, 彭环洋, 张莹, 汪建华, 崔晓慧

  表面技术. 2016, 45(1): 80-88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.013

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  首先从成键结构的角度分析了 DLC 薄膜摩擦性能的由来,然后分别从 DLC 薄膜的沉积工艺(包括制备方法、气源种类和掺杂元素)、摩擦环境条件和基底材料选择等三方面入手,讨论了影响 DLC 薄膜摩擦性能的主要因素及其影响规律。 经过总结发现,通过调节 DLC 薄膜的沉积工艺可以改变 DLC 薄膜中 sp2 杂化碳的含量以及氢的含量,进而影响 DLC 薄膜的摩擦性能;真空、惰性气体和低湿环境有利于获得更好的摩擦效果;过渡层和偏压有利于提高 DLC 薄膜与基底之间的附着力,其摩擦性能也会得到提升。 最后对 DLC 薄膜在机械加工及耐磨器件、光学和电子保护以及生物医学领域的应用进行了综述,并对应用过程中存在的两大问题— — —DLC 薄膜的内应力和热稳定性进行了分析,归纳了一些具体的解决方案,并对 DLC 薄膜的发展趋势进行了展望。
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  基于 In,Cu 单镀液和纳米 MoS2 复合镀液电刷镀层的抗粘着磨损性能研究

  陈元迪

  表面技术. 2016, 45(1): 89-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.014

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  目的 在 Cr12MoV 模具钢上电刷镀制备出多种具有自润滑性和减磨性能好的涂层,筛选出与奥氏体不锈钢对磨时抗粘着磨损性能优秀的镀层,改善模具的抗粘着磨损性能。 方法 采用电刷镀方法制备 In,Cu 单镀液镀层及 Ni-W (D)-MoS2 ( 纳米) 和 Cu-MoS2 ( 纳米) 复合电刷镀镀层,对 4 种镀层与1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢进行对磨磨损实验,载荷为 100 N,磨损时间为 300 min,并分析磨损质量损失,同时采用扫描电镜观察分析各镀层的抗粘着磨损实验结果。结果 4 种镀层都不同程度地提高了抗粘着磨损能力,但 Cu 单镀液镀层和 Cu-MoS2(纳米)复合镀层在磨损实验的前 150 min 磨损质量损失明显,磨损质量损失率分别达到 0. 105% 和 0. 136% ,而 In 和 Ni-W (D)-MoS2 镀层都很小,分别为 0. 024 57%和 0. 031 74% ,体现出更良好的抗粘着能力和耐磨性。 结论 在被加工工件的强度不高时,Cu 镀层和Cu-MoS2(纳米)复合镀层仍然具有一定的抗粘着磨损性能,而在被加工工件为具有较明显加工硬化现象的强度较高的奥氏体不锈钢时,In 和 Ni-W (D)-MoS2 镀层具有更好的抗粘着磨损性能,其中 Ni-W(D)-MoS2 镀层表现出了最优秀的综合耐磨性。
表面强化及功能化
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  TA2 表面电火花沉积 Zr / WC 复合涂层特性及界面行为研究

  吴公一, 张占领, 孙凯伟, 于华, 邱然锋, 石红信, 张柯柯

  表面技术. 2016, 45(1): 96-100. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.015

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  目的 通过在 TA2 表面进行电火花沉积改变其表面性能。 方法 采用电火花沉积技术,在基体TA2 表面制备 Zr/ WC 复合涂层,然后分别用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDX)、X 射线应力分析仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机分析涂层的微观组织、化学成分分布、残余应力、显微硬度分布以及涂层的耐磨性。 结果 复合涂层连续、均匀,厚度约为 50 ~80 μm;涂层表面不平整,存在很多小坑和粘连,涂层内部有少量气孔和裂纹;复合涂层与基体的主要元素 Ti、Zr、W 之间发生相互扩散,并发生冶金反应;经过电火花沉积后 TA2 表面存在较大的残余应力,通过改变工艺参数可有效控制残余应力;复合涂层表面显微硬度值最高能达到 960. 5HV200g,约为基体的 4 倍;经过电火花沉积 Zr/ WC 复合涂层的试样磨损量远远小于 TA2 试样,εw =4. 1,沉积层的耐磨性比基体材料提高了 3. 1 倍,经电火花沉积制备复合涂层后表面的耐磨性显著提高。 结论 在 TA2 表面电火花沉积 Zr/ WC 复合涂层可以改善其表面性能。
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  离心研磨工艺对 Ti-6Al-4V 钛合金表面组织性能的影响

  陈光忠, 何志坚, 杨岳

  表面技术. 2016, 45(1): 101-105. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.016

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  目的 改善 Ti-6Al-4V 钛合金的组织性能。 方法 使用离心研磨工艺对 Ti-6Al-4V 钛合金进行表面处理,通过显微硬度计、X 射线应力分析仪、金相显微镜,对不同加工时间下试样表层的显微硬度、残余应力、金相组织进行测试。 结果 离心研磨加工后,Ti-6Al-4V 钛合金表面的显微硬度得到提高,试样最表面的显微硬度随加工时间的延长呈现逐渐增大的趋势,加工时间为 40 min 时,显微硬度达到最大值385HV,比试样基体硬度值提高了 55HV;在加工深度方向上,随着深度的增加,显微硬度值逐渐降低,在深度为 400 μm 附近,显微硬度值已与基体硬度值相差不大,并且基本不再下降。 加工完成后,试样表面产生了有益的残余压应力,最大残余压应力值为 436 MPa。 金相组织分析结果表明,试样表层组织形成了剧烈塑性变形层,其深度约 40 μm,在变形层内,组织的晶粒得到明显细化。 结论 离心研磨抛光工艺对 Ti-6Al-4V钛合金表面组织性能改善效果明显,验证了使用该工艺对 Ti-6Al-4V 钛合金进行表面强化的可行性。
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  奥氏体不锈钢低温渗碳硬化处理后的化学亮化处理

  王扬亚, 赵程

  表面技术. 2016, 45(1): 106-110. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.017

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  目的 研究一种化学方法对经过低温离子渗碳后的奥氏体不锈钢表面进行亮化处理。 方法 采用酸洗(草酸 180 ~200 g/ L,硫脲 10 ~15 g/ L,OP-10 10 ~15 mL/ L,温度为 70 ℃,时间为 3 min)、除积炭(邻二氯苯 610 g/ L,水 30 g/ L,氢氧化钠 20 g/ L,油酸 100 g/ L,甲酚 240 g/ L,处理温度为 70 ℃ ,在超声波中清洗 120 min)、碱洗(氢氧化钠 110 g/ L,碳酸钠 110 g/ L,高锰酸钾 50 g/ L,溶液温度为 70 ℃ ,在超声波中清洗 30 min。)、再酸洗(草酸 180 ~200 g/ L,硫脲 10 ~15 g/ L,OP-10 10 ~ 15 mL/ L,溶液温度为 70 ℃ ,在超声波中清洗 1 min)的化学处理过程,对低温离子渗碳硬化处理后的 316 L 奥氏体不锈钢表面进行亮化处理,并对亮化处理前后硬化层的组织结构、厚度、硬度及耐蚀性能进行比较。 结果 硬化处理后的不锈钢经过化学亮化处理过程,就可以比较彻底地去除硬化层表面的黑膜,恢复不锈钢的本色。 结论 化学表面亮化处理后,不锈钢渗硬化层的损失量比较小,去除黑膜后的不锈钢表面表现出很好的耐蚀性能。
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  低压等离子喷涂技术在功能性涂层的应用进展

  朱军亮, 赵子鹏, 易同斌, 何庆兵, 王征辉

  表面技术. 2016, 45(1): 111-117. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.018

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  与常规等离子喷涂相比,低压等离子喷涂技术在真空或低压下进行等离子喷涂,可制备更低杂质、更高致密度、更高结合强度的涂层。 介绍了常规等离子喷涂焰流速度高、工艺稳定性好、沉积效率高、可控性好的特点,详细阐述了低压等离子喷涂技术清洁、高速、长焰流、预热、电清理的工艺优势,说明了低压等离子喷涂技术在热障涂层、抗气蚀涂层、面向等离子体材料等功能性涂层制备上的应用,最后从完善相关理论、与其他技术联用、工艺在线可控、气氛压力更低等方面,以及在航空、航天、电子等领域的运用,对低压等离子喷涂技术的发展进行了展望。
表面失效及防护
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  喷丸对预腐蚀后铝合金疲劳性能的影响

  邓红华, 夏琴香, 程秀全, 任艳萍

  表面技术. 2016, 45(1): 118-123. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.019

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  目的 分析喷丸对铝合金腐蚀损伤构件疲劳性能的影响,为飞机构件的维修提供有效指导。 方法 以未喷丸、三面喷丸、三面喷丸腐蚀后再三面喷丸 3 类不同表面状态的 7075 铝合金试样为研究对象,改变 NaCl 溶液质量分数、时间、温度,获得两种程度不同的腐蚀损伤,通过疲劳寿命、断裂位置、断口形貌,分析表面喷丸状态对铝合金疲劳性能的影响。 结果 腐蚀损伤较轻时,喷丸试样的疲劳寿命为未喷丸试样的 7. 84 倍,喷丸试样腐蚀后若再喷丸处理,疲劳寿命是不再喷丸试样的 1. 62 倍。 未喷丸试样的断裂位置位于截面突变颈部区域,另两类喷丸试样的断裂位置则在夹持段前端。 未喷丸试样的裂纹在断口表面的边缘位置形成,喷丸试样的中心区域形成光滑平整的稳态扩展区。 腐蚀损伤严重时,喷丸处理仍然会提高铝合金的疲劳寿命,但 3 类不同表面状态试样的疲劳寿命差距会缩小;从试样断裂位置、断口形貌看,3 类试样的差异也会弱化。 结论 铝合金腐蚀损伤件若腐蚀前进行表面先喷丸处理,疲劳性能会有明显提升;若腐蚀后再喷丸处理,疲劳性能还会进一步提升;喷丸处理还会削弱铝合金外形截面突变处的应力集中,抑制疲劳裂纹在构件表面的萌生及延伸。
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  电化学法研究芭蕉叶提取物在盐酸中对碳钢的缓蚀作用

  陈文, 陶永元, 管春平, 胡小安

  表面技术. 2016, 45(1): 124-130,160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.020

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  目的 研究芭蕉叶提取物(MBLE)在酸性环境中对碳钢腐蚀的抑制行为。 方法 通过热水浸提法获取 MBLE,采用电化学方法研究在不同实验温度和不同浓度下 MBLE 在 1 mol/ L 盐酸溶液中对碳钢的缓蚀行为,并用扫描电镜(SEM)研究金属表面腐蚀形貌。 结果 极化曲线研究表明,MBLE 对碳钢在 1mol/ L 盐酸中的腐蚀有明显抑制作用,属阴极抑制为主的混合型缓蚀剂;其缓蚀性能随质量浓度增大而增强,25 ℃时 160 mg/ L 的 MBLE 缓蚀效率达到 94. 7 % 。 电化学阻抗图谱研究表明,随着 MBLE 质量浓度的增大,碳钢表面腐蚀反应的电荷转℃电阻逐渐增大,腐蚀反应抑制程度增强。 变温试验研究表明,MBLE 在实验温度范围内具有较好的稳定性。 当 MBLE 质量浓度为 160 mg/ L 时,温度从 25 ℃增加到 40℃ ,两种电化学方法所得缓蚀效率的变化幅度均在 3% 以内。 MBLE 缓蚀剂分子在碳钢表面的吸附服从Dhar-Flory-Huggins 等温吸附式,并且属于物理和化学混合吸附。 SEM 研究表明,盐酸介质中 MBLE 可有效地抑制碳钢的腐蚀。 结论 对碳钢在盐酸介质中的腐蚀,MBLE 是有效的绿色缓蚀剂。
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  氧燃比对爆炸喷涂 WC-12Co 涂层组织和力学性能的影响

  赵立英, 李国太, 吴清军, 代洪川

  表面技术. 2016, 45(1): 131-136. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.021

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  目的 提高直升机旋翼系统连接件的耐微动磨损疲劳寿命,解决传统镀铬工艺引起的环境污染问题。 方法 采用爆炸喷涂工艺,通过调节氧气和乙炔混合气体氧燃比,在 35Ni4Cr2MoA 高强合金钢基体上制备不同的 WC-12Co 涂层,研究氧燃比对涂层组成、结构和力学性能的影响规律。 结果 随着氧燃比的提高,涂层 C 含量逐渐降低,硬度、致密性、弹性模量和结合强度则先升后降。 氧燃比低于1. 1 时,粒子飞行速度低和熔融不充分是涂层硬度和致密性下降的主要原因;氧燃比高于 1. 3 时,爆炸焰流为氧化气氛,WC 粒子的氧化和分解加剧了 C 元素的流失,使得涂层性能下降;氧燃比为 1. 2 时,涂层无明显氧化和脱碳,截面维氏显微硬度(HV0. 3)达到 12. 9 GPa,孔隙率为 0. 86% ,与基材间的结合强度达到 148 MPa。 结论 爆炸喷涂中高速飞行的粒子对 35Ni4Cr2MoA 高强合金钢基体具有一定的表面强化作用,喷丸试棒经爆炸喷涂工艺沉积 WC-12Co 涂层后,疲劳寿命提高 107. 4% 。 氧燃比对爆炸喷涂沉积 WC-12Co 涂层的组成、结构和力学性能影响较大,氧燃比为 1. 2 时,涂层的综合力学性能最佳。
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  典型飞机管状结构内腔阴极电泳防腐技术

  甘志宏, 邵亚薇, 王浩伟

  表面技术. 2016, 45(1): 137-142. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.022

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  目的 以典型直升机主减撑杆为例,优选小内径管状结构内腔阴极电泳防腐工艺。 方法 应用中性盐雾试验、丝状腐蚀试验、电化学阻抗法等方法,考察不同电泳电压和槽液温度对电泳漆膜防腐蚀性能的影响;采用加速腐蚀试验对比分析防腐措施改进前后涂层的防腐蚀效果。 结果 4 种电泳漆膜中性盐雾试验480 h 后划痕处均出现锈蚀,盐雾试验2000 h 后,4#工艺电泳电压350V、槽液温度34. 9 ℃时,制备的电泳漆膜划痕处锈蚀未见明显变化。 4 种电泳漆膜耐丝状腐蚀性能满足 MIL-PRF-23377J 的要求。 在3.5% (质量分数)NaCl 溶液中浸泡 2000 h 后,4#工艺制备的漆膜电化学阻抗值最大,稳定在 6×1010 Ω·cm2左右; 3#工艺电泳电压 350 V、槽液温度 34. 3 ℃时,制备的漆膜电化学阻抗值最小,从浸泡初期的 6×1010Ω·cm2 降至 9×107 Ω·cm2。 各项性能测试表明,4 种电泳工艺制备的漆膜均具有优异的防腐性能;4#工艺制备的漆膜防腐性能最优,4 种电泳工艺中最佳管状结构内腔电泳工艺为:电泳电压 350 V,槽液温度34. 9 ℃ 。 阴极电泳涂装替代灌涂后,涂层的使用寿命可提高 40 倍以上。 结论 阴极电泳防腐技术能够有效解决内腔结构防腐难题,明显改善内腔结构的抗腐蚀品质。
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  缓蚀剂添加量对 Q235 螺纹钢耐蚀性能的影响

  史明慧, 赵德悦, 马玉春, 王志奇

  表面技术. 2016, 45(1): 143-147,160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.023

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  目的 提高螺纹钢的耐蚀性能。 方法 采用模拟穿水淬火冷却工艺,在加入 ZnSO4 缓蚀剂的介质中对 Q235 螺纹钢进行淬火热处理。 通过 XRD 测试、大气腐蚀和电化学测试(包括极化曲线和交流阻抗)等手段对不同淬火介质中 Q235 螺纹钢进行表征和测试。 结果 淬火处理后试样表面生成 Fe2O3、Fe3O4 和 Zn(OH)2 的保护膜,当 ZnSO4 缓蚀剂添加量达到 120 mg/ L 时,Q235 螺纹钢的腐蚀速度由自来水淬火状态的 0. 4583 g/ (d·m2)降低到 0. 2083 g/ (d·m2),腐蚀速度降低了 54. 5% ;Q235 螺纹钢的腐蚀电位由-0. 3752 V 提高到-0. 2997 V,增加了 20. 1% ;腐蚀电流由 5. 2482×10-5 A 降低到 1. 6082×10-5A,降低了 69. 3% ;容抗谱 Rr 由 25. 58 Ω 增加到 32. 52 Ω,增加了 27. 1% 。 Q235 螺纹钢在模拟雨水中的极化形式为电化学极化。 结论 ZnSO4 缓释剂可有效提高 Q235 螺纹钢的耐蚀性能。
表面质量控制及检测
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  基于响应曲面法的 Ar-N2 等离子射流特性研究

  杨振凯, 王海军, 刘明, 王晶晨

  表面技术. 2016, 45(1): 148-154,160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.024

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  目的 研究等离子射流特性,提高射流品质,为工程实践提供支撑。 方法 通过响应曲面法,以粒子速度和温度为指标反映射流特性的变化,采用 Box-Behnken-Design (BBD)设计分析电流(I)、主气流量(Q)以及次级气比例(C)对于射流特性的影响规律及其相互作用关系。 结果 对粒子速度的影响因素排序为 QAr>I>C,对粒子温度的影响因素排序为 I>QAr>C。 该喷嘴下实现最佳加热效应的参数为:主气流量 80 L/ min、电流 450 A、次级气比例 22. 5% 。 实现射流最佳加速效应的离子气及电参数为:主气流量140 L/ min、次级气比例 15% 、电流 400 A。 在射流最佳加速效应对应参数下制备的 AT40 涂层均匀致密、孔隙少。 结论 运用响应曲面法分析和解决等离子射流特性影响问题具有科学性和可操作性,能够有效指导涂层制备。
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  介电泳抛光方法及其电极形状的实验研究

  林益波, 赵天晨, 邓乾发, 袁巨龙

  表面技术. 2016, 45(1): 155-160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.025

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  目的 验证介电泳抛光方法的有效性,研究电极形状对介电泳抛光方法均匀性、抛光效率和去除率的影响。 方法 选取直径 76. 2 mm 的单晶硅片为实验对象,进行传统化学机械抛光(CMP)实验和使用 4 种电极形状的介电泳抛光实验,每隔 30 min 测量硅片不同直径上的表面粗糙度以及硅片的质量,然后对测量的数据进行处理和分析。 结果 与传统 CMP 方法比较,使用介电泳抛光方法抛光的硅片,不同直径上的表面粗糙度相差小,粗糙度下降速度快,使用直径 60 mm 圆电极形状介电泳抛光时相差最小,粗糙度下降最快。 介电泳抛光方法去除率最低能提高 11. 0% ,最高能提高 19. 5% ,最高时所用电极形状为内径70 mm、外径90 mm 的圆环。 结论 介电泳抛光方法抛光均匀性、效率和去除率均优于传统 CMP 方法。