2016年, 第45卷, 第10期　
刊出日期：2016-10-20

  

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膜层材料与技术
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  基于冷喷涂制备ZrC 掺杂NiAl 热障涂层粘结层

  谢瑞广, 李长久, 崔红

  表面技术. 2016, 45(10): 1-6. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.001

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  目的 开发NiAl 金属间化合物热障涂层粘结层。方法 通过机械合金化技术制备了Ni/Al、Ni/Al+0.5%ZrC 与Ni/Al+0.07%三种复合结构粉末。采用冷喷涂在镍基高温合金（IN738）基体上制备Ni/Al、Ni/Al+0.5%ZrC 与Ni/Al+0.07%三种复合涂层，然后在保护气氛Ar 气中进行热扩散制备这三种金属间化合物涂层。结果 低温球磨8 h 后可以获得具有亚微米层状结构的Ni/Al+ZrC 复合结构粉末。喷涂态Ni/Al 合金复合涂层保留了粉末的结构，经1080 ℃保温10 h 后，形成了致密的NiAl 金属间化合物涂层。结论 掺杂ZrC（0.07%和0.5%）的Ni/Al 粉末在球磨后比未掺杂ZrC 的粉末更均匀。掺杂ZrC 的粉末形成了部分NiAl 金属间化合物，而没有掺杂ZrC 的粉末则无NiAl 金属间化合物形成。冷喷涂可以制备几乎无氧化Ni/Al 粉末粘结层。热处理后原喷涂态涂层中的亚微米的层状结构已基本消失，变成了较为均匀的组织。
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  极间距对6061 铝合金微弧氧化的影响

  严为刚, 蒋百灵, 施文彦, 李洪涛

  表面技术. 2016, 45(10): 7-12. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.002

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  目的 通过改变极间距来控制膜层在试样表面的局部生长。方法 通过改变阴极面积来营造均匀与非均匀的电场环境。分别进行微弧氧化试验，根据时间-电压曲线、弧光放电现象、膜层厚度分布等，分析了非均匀电场环境下，极间距对6061 铝合金微弧诱发和生长过程的影响。结果 非均匀场强下，极间距从2 mm 增大到50 mm 时，终止电压先从550 V 降低到450 V，随后又逐渐上升到650 V；微弧诱发时间从10 s 增加到310 s 后，又减小到90 s；中心区域膜层厚度从7.5 μm 减小到1.5 μm，后又增加到4 μm，边缘区域的厚度则从0 μm 缓慢增加到4 μm。微弧氧化在较小极间距的情况下，极间距的增大会降低反应速率和提高膜层的均匀性。结论 极间距的变化会对膜层的生长速率、膜层厚度以及膜层的形貌特征产生很大影响。通过调整合适的极间距可以控制膜层的生长区域，实现膜层的局部优先生长。
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  选钛尾矿制备钒钛搪瓷及性能研究

  舒明勇, 尹海英, 刘光辉, 胡瑞, 吴伯涛

  表面技术. 2016, 45(10): 13-19. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.003

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  目的 研究攀枝花选钛尾矿制备出钒钛搪瓷的表面形貌、密着性能及在质量分数为30% H2SO4溶液中的耐酸腐蚀性能。方法 将选钛尾矿煅烧或制备成V2O5 助剂后，分别加入到搪瓷原料中，经熔融淬化，制备出搪瓷釉料，釉料制浆涂覆在脱碳热处理后的Q235 碳钢表面，经850 ℃搪烧制备出钒钛搪瓷涂层，并通过XRD、SEM 及EDS 研究其涂层的表面形貌、密着性能及耐酸性能。结果 在搪瓷原料中直接加入煅烧选钛尾矿的质量分数高于8.4%时，制备出的搪瓷涂层表面存在明显的气泡，瓷釉面不细腻、光泽度低、耐酸性能不足，而在搪瓷釉料中添加V2O5 质量分数为3.5%～5%的助剂时，制备的搪瓷涂层密着性能、釉面光泽度及化学耐酸性能显著提高。结论 将选钛尾矿制成V2O5 助剂添加釉料中制备的搪瓷涂层界面易形成Fe-V 过渡层，利于提高搪瓷的密着性能。在酸溶液中，瓷釉面形成含有SiO2 的保护膜，进一步阻止被酸腐蚀，提高了耐酸性能。
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  激光退火工艺对化学沉积Ni-Mo-P 镀层组织及硬度的影响

  姜魁经, 刘宏, 吕媛媛, 王朋

  表面技术. 2016, 45(10): 20-27. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.004

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  目的 研究两种激光退火工艺（线光斑无搭接扫描、圆光斑搭接扫描）对非晶态结构的Ni-4.6Mo-12.4P 镀层晶化组织特征及硬度的影响。方法 在Q235 钢基体上化学沉积Ni-Mo-P 镀层，然后用两种激光工艺对其进行热处理。通过XRD 测试并结合Jade 软件定量分析镀层晶化程度、结晶相质量分数及其晶粒尺寸,利用SEM/EDS 确定镀层的成分及表面形貌,采用纳米压痕技术对镀层进行硬度测试,最后对两种激光工艺进行对比。结果 Ni-Mo-P 镀层在线光斑扫描速度低于12 mm/s、圆光斑扫描速度低于10 mm/s 时，发生Ni3P 晶化反应，同时伴有Ni-Mo 固溶体形成。Ni3P 相的晶粒尺寸大于Ni/Ni-Mo 相尺寸，但扫描速度为6 mm/s 时，Ni/Ni-Mo 相尺寸大于Ni3P 相尺寸。扫描速度相同时，线光斑扫描镀层比圆光斑扫描镀层获得更高的晶化程度和Ni3P 质量分数，而线光斑扫描的Ni3P 相尺寸小于圆光斑扫描的尺寸。扫描速度为6~10 mm/s 时，除扫描速度10 mm/s 外，线光斑扫描镀层的硬度较高。结论 能量密度高的线光斑无搭接扫描比能量密度低的圆光斑搭接扫描更有利于Ni3P 相的析出，而圆光斑搭接扫描易于Ni3P 相尺寸的长大。镀层的硬度主要受Ni3P 相的尺寸及其质量分数的影响。
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  活性元素Y 对高Nb-TiAl 合金表面硅化物渗层组织的影响

  李涌泉, 杜晓娟, 蒋亮, 张小丽, 魏杰

  表面技术. 2016, 45(10): 28-33. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.005

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  目的 提高Nb-TiAl 合金的抗高温氧化性能。方法 采用NaF 为催化剂、1080 ℃下Si-Y 扩散共渗5 h 的方法，在高Nb-TiAl 表面制备了Y 改性硅化物渗层，利用SEM、EDS 和XRD 分析了渗剂中Y2O3 含量对共渗层组织及相组成的影响。结果 采用不同含量Y2O3 所制备的Si-Y 共渗层具有多层复合结构，共渗层的厚度随Y 元素的添加呈先增大后减小的趋势，共渗层的内层均由γ-TiAl 相组成；当渗剂中Y2O3 含量为2%和3%(质量分数)时，共渗层的外层主要为(Ti, Nb)Si2 相，中间层分为上下两层，分别为(Ti, Nb)5Si4 相和(Ti, Nb)5Si3 相，其中2% Y2O3 的Si-Y 共渗层有一层富Al 的(Ti, Nb)5Si4 和(Ti,Nb)5Si3 相组成的浅表层；当渗剂中Y2O3 含量为0%、1%和5%时，共渗层外层以(Ti, Nb)5Si4 相为主，中间层主要为(Ti, Nb)5Si3 相。结论 稀土Y 元素质量分数为2%~3%时具有明显的促渗作用，且获得的Si-Y 渗层组织结构致密，但添加过量的稀土元素会抑制Si 元素的吸附与扩散，使得Si-Y 共渗层中产生较多的孔洞，同时渗层的组织结构发生了改变。
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  钢基阳极氧化膜的制备与表征

  罗松, 郑琼彬, 揭晓华

  表面技术. 2016, 45(10): 34-39. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.006

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  目的 在碳钢表面制备阳极氧化膜，探讨阳极氧化膜的成分组成。方法 采用恒电流阳极氧化法在含0.1 mol/dm3 NH4F 和0.5 mol/dm3 H2O 的乙二醇电解液中，于45#钢表面制备阳极氧化膜。通过SEM、EDS、XPS、Raman、IR、动电位极化测试等技术手段表征所制备的阳极氧化膜。结果 所获阳极氧化膜外观为黄色。电流密度为1 A/dm2 时，氧化膜局部区域出现彩虹色；电流密度为1.5 A/dm2 时，氧化膜颜色较均匀。随着氧化时间的增加，氧化膜颜色变深。阳极氧化膜表面具有特征图案。EDS 分析发现，阳极氧化膜中存在Fe、O、C。XPS 分析进一步表明，阳极氧化膜中还含有F 元素。Fe 2p XPS谱的各项数据均与α-Fe2O3 的较为吻合。拉曼分析表明，电流密度为1.5 A/dm2 的阳极氧化膜的拉曼光谱的峰的数量多于电流密度为1 A/dm2 的。所有氧化膜的拉曼光谱均在1400 cm-1 附近有峰出现，此峰对应于α-Fe2O3。700 cm-1 处的峰对应于FeOOH。红外光谱分析表明，所有阳极氧化膜的红外光谱波形一致，在700~400 cm-1 之间出现振动，540、514、482 cm-1 附近的吸收峰归属于Fe2O3 的振动带，604、672 cm-1 的吸收峰归属于FeOOH。极化测试表明，经阳极氧化处理后，自腐蚀电位上升，自腐蚀电流密度降低。结论 碳钢能够在乙二醇体系电解液中生成黄色阳极氧化膜。电流密度和氧化时间对膜的颜色有影响。膜表面具有特征图案。阳极氧化膜主要含Fe、O、F 等元素。Fe 元素以Fe（Ⅲ）的化学态形式存在于阳极氧化膜中。阳极氧化膜中氧化物主要为α-Fe2O3，FeOOH 也存在其中。阳极氧化处理后的试样的耐蚀性较处理前有所提升。
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  PECVD 法制备掺硼纳米金刚石薄膜的工艺研究进展

  熊礼威, 彭环洋, 汪建华, 崔晓慧, 龚国华

  表面技术. 2016, 45(10): 40-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.007

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  首先详细介绍了金刚石作为半导体材料的优异性能，然后从应用角度阐述了NCD 薄膜掺B后形成半导体材料的优势，接着探讨了影响NCD 薄膜性能（电性能、光学性能、生物性能等）的主要工艺条件（包括硼源种类、掺硼浓度、衬底温度、后处理）。研究发现，大多数研究者都采用液态和气态硼源，而固态硼源由于很难液化且浓度不易控制而不常被采用，掺B 后NCD 薄膜的电阻率急剧下降，紫外波段下透过率可达51%，磁阻效应变好。另外衬底温度对BD-NCD 薄膜的质量以及性能都有影响，衬底温度太高，非晶碳含量增加，金刚石质量下降；衬底温度太低，能够进入NCD 晶界或晶粒的有效硼原子减少，影响其电学性能、光学性能，在最佳衬底温度工艺下的电导率可达22.3 S/cm，而在电化学性能方面，其电化学窗口可达3.3 V。而选择合适的硼源浓度对BD-NCD 的电性能、光学性能、生物性能也非常关键，硼源浓度过大，BD-NCD 表面粗糙度和晶粒尺寸增大；硼源浓度过小，产生空穴进行导电的B 原子就少，在合适硼源浓度工艺条件下其载流子浓度可达1021 cm-3，折射率可达2.45。还有研究者对BD-NCD 薄膜进行后处理工艺（退火、等离子体处理等），发现后处理对其电性能也有一定的影响。因此，选择合适的工艺对生长质量高、性能优异的NCD 薄膜尤为重要。最后对BD-NCD 薄膜的发展以及后续研究方向进行了展望和期待。
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  稀土掺杂Nd2O3 对YSZ/(Ni,Al)复合涂层组织与性能的影响

  宋闪光, 王伟, 谭世磊, 王莉莉

  表面技术. 2016, 45(10): 49-55. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.008

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  目的 提高YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度和抗高温氧化性。方法 采用电泳沉积方法在Inconel600 高温合金表面沉积YSZ/(Al,Ni)复合涂层和掺杂稀土Nd2O3-YSZ/(Al,Ni)（N-YSZ/(Al,Ni)）复合涂层，然后进行真空烧结，最后对制备好的热障复合涂层进行划痕实验和等温循环氧化实验。通过对样品进行等温循环氧化实验，获取不同氧化时间段的复合涂层样品，并通过采用SEM 和XRD 分别对复合涂层形貌和微观结构进行分析。结果 在1100 ℃等温氧化过程中，未掺杂稀土元素复合涂层的氧化增重速率为0.0057 mg/cm2，而掺杂钕元素的复合涂层的氧化增重速率为0.0046 mg/cm2，比未掺杂稀土YSZ/(Al,Ni)复合涂层低。N-YSZ/(Al,Ni)热障复合涂层在等温氧化过程中颗粒较小，裂纹少，表面更加致密，并且发生自愈合现象。真空烧结后的YSZ/(Al,Ni)复合涂层和N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度大约为4.0 N，在经过氧化100 h 后，掺杂稀土的N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层的结合强度为3.26 N，未掺杂稀土钕元素YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度为2.6 N。N-YSZ/(Al,Ni)热障复合涂层中存在Nd2Zr2O7 相和稳定的NiAl2O4 相，Nd2Zr2O7 相具有良好的稳定性以及耐高温氧化性。结论 掺杂稀土氧化钕N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层，在1100 ℃、空气氛围下等温氧化过程中发生自愈合现象。随着氧化时间的增加，掺杂稀土元素钕的N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层表面的颗粒趋于均匀化，裂纹明显变少，使得涂层更加致密和平整。掺杂了稀土钕元素的N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体之间具有更高的结合强度。在1100 ℃、空气氛围下等温氧化100 h 时，掺杂了稀土钕元素的N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度明显大于YSZ/(Al,Ni)复合涂层，提高了N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层的抗剥落性和服役寿命。在1100 ℃、空气氛围下等温氧化过程中，掺杂稀土元素钕的N-YSZ/(Al,Ni)复合涂层的抗高温氧化性能比未掺杂稀土元素的YSZ/(Al,Ni)复合涂层的抗高温氧化性能显著提高。
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  国内外磁控溅射靶材的研究进展

  陈海峰, 薛莹洁

  表面技术. 2016, 45(10): 56-63. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.009

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  磁控溅射以溅射温度低、沉积速率高的特点而被广泛应用于各种薄膜制造中，如单层或复合薄膜、磁性或超导薄膜以及有一定用途的功能性薄膜等，在科学领域以及工业生产中发挥着不可替代的作用。在介绍磁控溅射原理的基础上，阐述了靶材刻蚀机理，针对传统磁控溅射系统中靶材利用率低、刻蚀形貌不均匀等现状，从改善靶面磁场分布和模拟靶材刻蚀形貌两方面对国内外最新的研究进展进行总结与分析。研究表明，通过改变磁体的空间布置或增加导磁片能有效改善靶面磁场分布，采用适当的运动部件实现磁场和靶材的相对运动能有效扩展靶材的溅射面积，提高靶材利用率。在靶材刻蚀模拟中，通过改变溅射过程中的工艺条件（磁场强度、工作电压等）来研究靶面等离子特性，结果显示靶材刻蚀形貌会随着磁场强度的增加而变窄，靶材刻蚀速率会随工作电压的增大而增大等，这些研究成果对磁控溅射工艺参数的优化具有指导意义。最后，对靶材冷却系统的设计、靶材表面处理等对溅射过程的影响进行了简要展望。
表面摩擦磨损与润滑
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  45#钢表面激光合金化NiCr-Al2O3 涂层的组织及耐磨性能研究

  刘通, 孙桂芳, 张永康

  表面技术. 2016, 45(10): 64-69. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.010

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  目的 提高平模制粒机中平模的耐磨性能。方法 采用激光合金化技术在45#钢表面制备不同比例混合的NiCr-Al2O3 合金化层。利用X 射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）及附带的能谱仪（EDS）分析了合金化层的物相组成和显微组织，用FM-700 自动显微硬度仪测量合金化层的硬度变化规律，用屏显式磨损试验机研究测试了合金化层的耐磨性能。结果 合金化层主要由马氏体组成，且弥散分布着不同数量的未熔Al2O3 颗粒，热影响区由马氏体和残余奥氏体组成。激光合金化层的主要物相为奥氏体和马氏体，Al2O3 含量越多，马氏体相越多，而奥氏体相越少。合金化层的厚度约为0.9 mm，表面硬度大约是基材的2.4 倍，表面耐磨性是基材的6 倍以上。在一定范围内，合金化层中Al2O3 颗粒的含量越高，平均显微硬度越大且更加均匀，耐磨性越好。热影响区的硬度变化均匀，起到了很好的过渡作用。磨损机理主要是犁削磨损，Al2O3 颗粒的存在可以减少磨粒对基体的犁削作用。结论 在45#钢表面激光合金化NiCr-Al2O3 混合涂层可以有效提高基体表面的硬度和耐磨性，Al2O3 颗粒含量达30%时可以获得高硬度、高耐磨性且均匀的合金化层。
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  表面纳米化对316L 不锈钢干摩擦性能的影响

  杨诗婷, 邢永明, 姜爱峰, 郎风超, 李继军

  表面技术. 2016, 45(10): 70-76. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.011

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  目的 研究表面纳米化316L 不锈钢干摩擦磨损性能，以获得合理的喷丸时间，提高316L 不锈钢的使用寿命。方法 采用普通喷丸强化方法对316L 不锈钢进行表面纳米化处理，利用洛氏硬度计测量了纳米化前后材料表面洛氏硬度；利用激光共聚焦显微镜观察了纳米化前后材料表面三维形貌，测量了材料表面的粗糙度；利用扫描电子显微镜观察了表面纳米化处理后横截面的金相组织；利用材料表面性能综合测试仪在干摩擦条件下进行了摩擦磨损实验，测量了材料的摩擦系数；利用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌，分析了材料的磨损机理。结果 与未纳米化试样相比，喷丸时间为15 min时，表面硬度提高9.7%，而表面粗糙度降低17.6%，干摩擦系数降低17.3%；喷丸时间为30 min 时，表面硬度提高34.1%，粗糙度降低35.1%，干摩擦系数降低28.8%。未纳米化试样呈现典型的粘着磨损和磨粒磨损机制，而纳米化处理后试样则主要呈现疲劳磨损和磨粒磨损机制。结论 表面纳米化处理后试样表面硬度随处理时间的增加而增加，粗糙度随处理时间的增加而降低，干摩擦系数随处理时间的增加而减小。喷丸处理时间较短时以疲劳磨损为主，处理时间较长时以磨粒磨损为主。
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  固液界面对流体动压润滑膜厚的影响

  田鹏晖, 郭峰, 王志君, 刘长松

  表面技术. 2016, 45(10): 77-82. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.012

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  目的 研究固液界面对流体动压润滑油膜厚度的影响。方法 在面接触润滑油膜光学测量装置中，旋转的光学玻璃圆盘和静止的微型滑块平面构成面接触摩擦副。实验选取PAO6 和80%甘油水溶液作为润滑剂，而滑块使用的表面材料为钢和二氧化硅两种。实验中分别利用同种润滑液体与不同滑块表面材料组合，以及不同润滑液体与同种滑块表面材料组合成不同界面组。针对不同界面组进行不同条件下的膜厚-速度关系曲线的测量。各界面的亲和性通过液体对固体的接触角评价。结果 PAO6/钢界面与PAO6/SiO2 界面产生的膜厚-速度曲线无明显差别，并与经典润滑理论计算值保持一致。而PAO6 对钢表面和二氧化硅表面的接触角分别为17.5°和21.9°，两界面的亲和性差别不大。当界面组内各界面亲和性差别较大时，对应的膜厚表现出差别。亲和性较弱，或对应液体在固体的接触角较大时，膜厚相对较低。对于文中实验条件，界面效应随载荷的增加表现明显。初步分析表明，载荷的增加会加大摩擦副出口处油膜的剪切应变率，诱发滑移，从而使得界面效应明显。结论 在流体动压薄膜润滑条件下，固液界面亲和性可以对膜厚产生明显的影响。
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  化学织构化45#钢表面涂覆MoS2 薄膜的摩擦学性能

  曹磊, 万勇, 高建国

  表面技术. 2016, 45(10): 83-88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.013

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  目的 提高干摩擦条件下45#钢表面的减摩耐磨性能。方法 采用FeCl3 与HCl 混合刻蚀液对45#钢表面进行化学织构化处理，并在织构表面涂覆MoS2 形成复合润滑薄膜。通过摩擦磨损实验，评价了表面织构以及复合润滑薄膜的减摩耐磨特性，并通过扫描电子显微镜对磨痕进行分析。结果 进行化学织构化处理后，45#钢表面形成了均匀的微坑结构及由点蚀产生的孔洞结构，表面粗糙度Ra 上升到了0.89 μm，与未刻蚀的样品相比，刻蚀后表面的摩擦系数降低了23%，其摩擦过程也更稳定。这可能是由于刻蚀后产生的微坑与点蚀孔洞结构能够捕获磨屑，减少磨粒磨损。在经化学刻蚀后的织构表面上构筑了MoS2 薄膜，与未刻蚀的样品相比，这种表面的摩擦系数得到了极大的降低，能达到0.1 左右，其耐磨寿命也得到了极大的延长，磨痕宽度也有了明显的降低。其主要原因可能是由于刻蚀后产生的微坑与点蚀孔洞结构存储的固体润滑剂，在摩擦过程中由对偶件带入摩擦区域进行了有效润滑。结论化学刻蚀形成的表面织构能够在一定程度上提高45#钢表面的摩擦学性能，涂覆MoS2 形成的复合润滑膜能够极大地降低45#钢表面的摩擦系数并大大延长其耐磨寿命。
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  油水两相流润滑轧机油膜轴承的摩擦行为分析

  王涛, 王优强, 王建, 范晓梦

  表面技术. 2016, 45(10): 89-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.014

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  目的 研究含水润滑油对轧机油膜轴承的摩擦学性能的影响。方法 选取轧机油膜轴承为研究对象，利用油水两相流体数学模型和弹流润滑方程研究轧机油膜轴承在等温条件下的润滑特性，分析油水两相流体润滑膜的压力、膜厚分别随含水率、滑滚比、轴颈间隙、主轴转速和轧制力的变化关系。结果 水介入润滑油之后，随着含水率的增加，油水两相流体的黏度先增加，在含水率为30%左右时达到最大值（0.08 Pa·s），之后又迅速减小，直至接近于纯水的黏度（0.001 Pa·s）。当含水率为30%时，无量纲膜厚达到最大值（0.82），当含水率为90%时，无量纲膜厚达到最小值（0.68）。结论 随着含水率的增加，油水两相流体由油包水流型转化为水包油流型，压力变化不大，膜厚先增加后减小，作为润滑剂，油包水流型比水包油流型具有更好的润滑性能，且在流型转变点处的润滑性能最优。随着滑滚比和轧机油膜轴承主轴转速的增加，压力减小，承载能力减弱，膜厚增加，润滑性能增强。随着轴颈间隙和外部轧制力的增加，压力增加，承载能力增强，膜厚减小，润滑性能减弱。
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  送粉方式对WC 颗粒增强铁基熔覆层的影响

  金绍彤, 杜晓东, 钟一鸣, 吴刚

  表面技术. 2016, 45(10): 96-102. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.015

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  目的 改进后送粉方式在45#钢表面利用等离子喷焊技术制备WC 颗粒增强铁基耐磨熔覆层。方法 利用等离子喷焊机和加装改进的后送粉装置制备熔覆层，通过金相光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X 射线衍射（XRD）等测试分析手段研究熔覆层的显微组织、相组成和成分特征。结果 后送粉电压和送粉方式对WC 颗粒分布的影响较大，通过调整送粉电压、改进后送粉方式可以改善WC 的分布以及WC 粉末的利用率。球形铸造WC 与多边形结晶WC 相比，前者粉末利用率显著提高，WC 颗粒分布更均匀，熔覆层的平均维氏硬度达到1500HV10 以上，高于后者。熔覆层出现鱼骨状莱氏体组织和大量的碳化物。结论 改进的后送粉方式包含了同步送粉和后送粉的优点，使WC 颗粒分布均匀，且WC 未出现很大程度溶解，保留原始形态。送粉电压为10 V 时，后送粉的熔覆效果较好。球形铸造WC 增强熔覆层的性能较多边形结晶WC 有很大提高。
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  MPTS/Mg 分子膜的制备及摩擦学性能的研究

  刘明

  表面技术. 2016, 45(10): 103-107. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.016

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  目的 通过在金属镁表面自组装MPTs 分子膜，改善金属镁的耐摩擦性。方法 采用自组装成膜技术，以MPTS 为自组装溶质，使其浸入到溶剂中制备成自组装分子膜溶液，然后吸附于镁基体表面。通过扫描电子显微镜(SEM)和自动椭圆偏振测厚仪测试了在金属镁片形成的MPTS 分子膜的形貌及膜厚范围，并进行了详细的分析。结果 随着自组装时间的延长，膜的致密性逐渐增强，力学性能得到很大的改善。当反应时间为5 min 时，MPTS 组装处于初期膜生长阶段，膜层比较疏松、多孔，此时的自组装膜还没有起到缓释作用；当反应时间延长到60~80 min 时，反应逐步趋于完全；当成膜时间达到80 min 时，已在金属镁表面形成了比较致密有序且质地均匀的MPTS 自组装分子膜。结论 通过自组装成膜技术，在金属镁表面形成性能优良的膜层，随着自组装时间的延长，膜的致密性逐渐增强，其耐摩擦性能得到进一步的完善，且其受力均匀。
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  钢表面纳米TiAlN 薄膜的结构表征与性能研究

  曹慧, 张发, 孟超平

  表面技术. 2016, 45(10): 108-113. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.017

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  目的 在GCr15 轴承钢和W18Cr4V 高速钢基体上制备硬质耐磨的纳米TiAlN 薄膜，以此来提高GCr15 和W18Cr4V 钢的使用寿命。方法 采用直流反应磁控溅射的方法，以氩气为工作气体，氮气为反应气体，采用反复试验并优化后的一组参数，在两种常用的钢基体上制备高质量的耐磨薄膜。通过XRF、XRD、AFM 和SEM 研究了薄膜的元素含量、表面形貌和物相组成等结构特点，借助销盘式摩擦磨损试验机研究了薄膜的摩擦磨损性能。结果 两组钢基体上薄膜的化学成分接近，Ti 和Al 元素的原子数分数之比为1:1，薄膜主要由AlN、TiN 和TiAlN 相组成，且在(111)方向具有择优生长取向，薄膜的平均晶粒尺寸分别为24.15 nm 和28.32 nm；薄膜呈现岛状生长，表面的平均粗糙度为15.8 nm 和17.6 nm，硬度值不足2500HV，摩擦系数分别为0.5 和0.4，薄膜的磨损量分别为89 μg 和56 μg。结论 薄膜结构由硬质陶瓷相组成，平均晶粒尺寸较小，薄膜的摩擦系数稳定，磨损量较小，耐磨效果较好。
表面强化及功能化
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  激光冲击悬臂薄板变形的理论分析和实验研究

  陆亚运, 孙桂芳, 张永康

  表面技术. 2016, 45(10): 114-120. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.018

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  目的 激光喷丸技术是一种利用激光诱导等离子体冲击波产生的力学效应来改善材料的机械性能的表面强化技术，但是在激光喷丸过程中，由于高压冲击波的作用会使薄壁件发生宏观变形，造成零件失效，为了控制激光冲击板料宏观变形过程，因此有必要对激光冲击下板料的力学变形特性进行研究。方法 通过对激光冲击载荷作用下悬臂板变形过程的理论分析，建立了板料在激光冲击下的受力变形模型，对激光作用下板料的变形量公式进行了理论推导计算，研究了板料变形量与板料厚度、激光能量等之间的相互关系，并通过单点冲击与多点搭接冲击实验和有限元分析相结合的方式验证了理论公式的准确性。结果 依据所建立的板料变形理论计算得到的理论值、实验值和有限元分析结果都较为接近，其中板料变形量对厚度的变化十分敏感，在设定条件下，当板材厚度大于3 mm 时，板材变形很小，几乎不产生明显的变形。结论 板料变形量随着激光能量和光斑数量的增大而增大，板材的厚度对变形量的影响很大，是设计激光喷丸参数时必须考虑的要素。
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  温度辅助的激光冲击技术研究进展

  苏纯, 周建忠, 孟宪凯, 杨祥伟, 杨炼

  表面技术. 2016, 45(10): 121-128. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.019

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  温度辅助的激光冲击技术是在激光冲击技术上发展而来的结合热力耦合效应的高能率加工和表面处理技术。在介绍温度辅助的激光冲击技术原理和特点的基础上，分析了激光冲击波的压力模型及时空分布特性、温热及高应变率下材料的本构模型，重点介绍了利用温度辅助的激光冲击效应的两项技术——温度辅助激光微成形和激光温喷丸强化。温度辅助激光微成形技术作为一种新颖的高能率微细加工技术，其在温热条件下利用脉冲激光诱导的冲击波压力使金属箔板塑性成形微结构件，可使激光冲击微拉深件的塑性变形均匀性得到显著改善，成形高度较室温下得到进一步提升。激光温喷丸强化技术作为新形材料表面处理工艺，结合了热力耦合效应在应力强化和组织强化方面的诸多优势，能够获得比常温激光冲击强化技术更稳定的残余压应力分布，有效提高材料的耐热腐蚀性和疲劳性能。综述了温度辅助激光微成形和激光温喷丸强化技术的研究现状，指出了当前在温度辅助的激光冲击技术研究中存在的问题，并对今后的研究做了展望。
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  聚吡咯包覆二氧化钛纳米自修复微胶囊制备及其形成机制

  许潇雨, 李丹丹, 管勇, 冯立明

  表面技术. 2016, 45(10): 129-134. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.020

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  目的 以聚吡咯为有机囊壁、纳米二氧化钛为无机囊芯制备粒径均一的纳米级自修复微胶，并探讨其形成机制。方法 采用化学氧化法于超声环境中制备出有机/无机复合自修复微胶囊，利用SEM、FT-IR 和XRD 等方法，研究了不同制备工艺对微胶囊粒径、形貌、结构的影响。结果 阴离子型表面活性剂更有利于聚吡咯在二氧化钛颗粒表面包覆，在十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和超声波作用下，吡咯单体以纳米二氧化钛为核心聚合，形成具有纳米晶结构的聚吡咯囊壁，进而获得粒径均一、直径约为100 nm 的球形PPy-TiO2 复合纳米微胶囊。结论 由于阴离子表面活性剂在二氧化钛粉体表面的化学吸附，形成了有机修饰层，从而可在有效抑制纳米二氧化钛自身团聚的同时，促进吡咯单体在其表面的包覆聚合。
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  超重力旋转床用亲水涂料的制备和性能

  胡晨, 邓先和, 丁凯利

  表面技术. 2016, 45(10): 135-140. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.021

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  目的为减少多级离心雾化超重力旋转床气体出口过量的雾沫夹带现象，针对以金属丝网为填料的旋转床，制备一种具有优秀耐热性能及耐腐蚀性能，且能良好附着于金属丝网上的亲水涂层，以提升超重力旋转床的除雾性能及塔板效率。方法以具有亲水性的丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺为共聚单体，采用水溶液聚合法合成亲水性丙烯酸树脂，系统研究了合成时亲水性单体用量、引发剂用量、反应时间、反应温度、乳化剂等参数对涂膜亲水性能的影响，通过热重分析、接触角测试、红外光谱、3D 形貌仪等性能测试，对产物的综合性能进行了系统研究。结果确定了涂层亲水性的最佳反应条件为：引发剂质量分数为0.1%，AA 摩尔分数为50%，反应时间为5 h，反应温度为30 ℃。此时产物的初期接触角为11.7°，持续接触角为16.2°且硬度为2，附着力1 级，耐蚀性能良好。结论获得了符合超重力旋转床要求的亲水涂层，在多级离心雾化超重力旋转床上具有良好的应用，减少了超重力旋转床中低气速下的雾沫夹带现象。
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  改性酚醛环氧树脂F-51 自修复微胶囊的制备

  柴云, 刘祥萱, 王煊军, 李军, 黄丹

  表面技术. 2016, 45(10): 141-147. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.022

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  目的 研制一种耐温性好、适用于防腐涂料的自修复微胶囊。方法 通过活性稀释剂TMPEG改性具有较好耐温性的酚醛环氧树脂F-51，以原位聚合法，采用非离子表面活性剂复合乳化的方法制备脲醛树脂自修复微胶囊。运用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察微胶囊的分布状况及轮廓形貌，激光粒度分析仪测定微胶囊的粒径值，引入Gauss 拟合研究粒径分布。主要讨论乳化剂的选择、用量、原料比、搅拌转速等条件对微胶囊性能的影响，研究最佳合成工艺；利用OM 和SEM 观察单个微胶囊的形态，结合光衍射原理判断微胶囊芯壁构成；红外光谱仪(FT-IR)探讨其官能团组成，差示扫描量热仪(DSC)测定微胶囊芯材的反应活性，测试室温条件下微胶囊的贮存效果，并由同步热分析仪(TA)测量微胶囊的热失重情况。结果 采用OP-10/JFC 复合乳化剂，研制出聚脲甲醛包覆酚醛环氧树脂F-51 自修复微胶囊，当用量为芯材质量分数的8.0%，原料比为0.8:1，搅拌速率为1600 r/min 时，产率最高达82%，粒径分布相对集中，粒径平均值为107 μm。OM 中光衍射现象明显，在FT-IR 特征曲线出现相应特征吸收峰，微胶囊研磨后可固化反应，室温下贮存100 d，失重率不到3.0%，且在250 ℃范围内可以保持完整囊-芯结构。结论 成功制备了包覆修复剂的微胶囊，微胶囊具备反应活性，贮存稳定性及热稳定性良好，研究成果可为自修复防腐涂料的发展提供参考。
表面失效及防护
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  不同Mo 含量对CrMoN 薄膜耐腐蚀性能的影响

  宋沂泽, 高原, 王成磊, 彭凯

  表面技术. 2016, 45(10): 148-153. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.023

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  目的 研究Mo 含量对CrN 薄膜硬度、结合力和耐腐蚀性能的影响。方法 用多弧离子镀技术，在4Cr13 钢表面沉积CrN，并掺杂不同量的Mo 原子。通过显微硬度计、附着力划痕仪、电化学测量仪和能谱仪分别检测薄膜的硬度、结合力、电化学腐蚀性能和薄膜的元素含量。结果 当Mo 的原子数分数为0.15%、4.23%、5.15%、7.09%、14.26%、21.12%、31.08%时，硬度值分别为2141.1HV、2416.0HV、2416.0HV、2962.3HV、2580.4HV、2710.5HV、2441.8HV，结合力分别为45、47、52、57、38、37、34 N；在3.5% NaCl 溶液中，它们的相对腐蚀速率分别是Mo（5.15%）的6.53、4.12、1、2.22、8.72、.2.42、2.44 倍；在1 mol/L NaOH 溶液中，它们的相对腐蚀速率分别是Mo（14.26%）的6.74、5.29、1.49、2.82、2.57、1、7.25 倍；在1 mol/L H2SO4 溶液中，它们的相对腐蚀速率分别是Mo（14.26%）的9.20、4.10、10.31、9.25、1、3.29、7.46 倍。结论 当Mo 的原子数分数为7.09% 时，结合力最大为57 N，显微硬度达到最大值，为2962.3HV；当Mo 的原子数分数为14.26%时，在H2SO4 溶液和NaOH 溶液中的耐蚀性能最好；当Mo 的原子数分数为5.15%时，在NaCl 溶液中的耐蚀性能最好。复合薄膜腐蚀机理主要是局部腐蚀中的小孔腐蚀，另外也会发生缝隙腐蚀和电偶腐蚀。
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  水轮机金属材料及其涂层抗空蚀和沙浆冲蚀研究进展

  杜晋, 张剑峰, 张超, 游文明

  表面技术. 2016, 45(10): 154-161. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.024

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  空蚀和沙浆冲蚀是对包括水轮机在内的水力机械过流元件产生破坏，进而降低其服役寿命的两种主要破坏形式。采用特定的工艺在水轮机过流元件基体材料表面沉积涂层，以提高元件的抗蚀性能受到越来越多的关注。综述了水轮机常用金属材料和近年来国内外研究人员对水轮机材料及其涂层空蚀和冲蚀失效机理的研究进展，针对国内外文献报道中采用的超音速火焰喷涂、激光熔覆、物理气相沉积和化学气相沉积等工艺制备的涂层的抗空蚀和沙浆冲蚀性能进行了重点论述。依据材料性质对文献中出现的表面强化材料进行分类，即合金材料、陶瓷材料、复合材料、金属玻璃材料和类金刚石材料五类，结合涂层制备工艺对各类涂层失效机理进行剖析。通过案例重点讨论了涂层的微观缺陷，如孔隙、裂纹、未熔颗粒，涂层的硬度，涂层与基材的结合强度，涂层的厚度等因素对抗蚀性能的影响。最后对其研究和应用现状，从工艺方法和材料两方面提出了展望，指出运用先进涂层技术和新型涂层材料制备高效涂层，是解决复杂多相流条件下空蚀和冲蚀联合问题的有效途径。
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  莫高窟壁画疱疹病害的微观形貌和成分研究

  陈港泉, 胡红岩, 李燕飞, 李振, 靳治良, 钱玲, 水碧纹, 吕功煊

  表面技术. 2016, 45(10): 162-167. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.025

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  目的 研究壁画疱疹盐分或元素的分布规律，为病害治理提供依据。方法 使用扫描电子显微镜（SEM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X 射线能谱（EDS）、X 射线衍射（XRD）对疱疹表面的微观形貌、结构及成分进行分析。结果 SEM 研究结果表明，疱疹表面被粘土质包裹，其核心部分为无机结晶盐，从部分疱疹剖面可观测到立方体或者近立方体形态的无机盐晶体。FESEM 及EDS 分析结果显示，大部分疱疹盐结晶的主要成分以Na、Cl 元素为主，少部分疱疹中含有Mg、Ca、S 等元素。另外，疱疹中Na 和Cl 以及S 和Ca 元素具有良好的比例对应关系。结论 莫高窟壁画疱疹中的无机盐主要由易溶盐NaCl 构成，少量疱疹还含有CaCl2、MgSO4、CaSO4 等可溶盐或中溶盐。
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  镀锌钢板表面硅烷膜的制备及性能研究

  王华, 李淑英

  表面技术. 2016, 45(10): 168-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.026

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  目的 提高镀锌钢板的耐腐蚀性能。方法 在镀锌钢表面制备双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物（BTESPT）和乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）单一硅烷膜和双硅烷膜，并掺杂缓蚀剂和稀土盐改性制备复合膜，用动电位极化曲线测试研究各种硅烷膜在3.5%NaCl 溶液中对镀锌钢的腐蚀防护性能。结果 VTES 硅烷膜的最佳工艺条件为：V(VTES):V(乙醇):V(水)=7:30:70，pH=4.5，水解2 d，成膜时间20 min，固化温度100 ℃，固化时间30 min，VTES 硅烷膜耐蚀性比BTESPT 硅烷膜略差，但更经济。双层硅烷膜能够提高物理屏障作用，可以进一步增加耐蚀性。当铈盐和硅烷混合水解再成膜时，硅烷膜的耐蚀性最好。在硅烷水解溶液中加入0.01 mol/L 的吡咯，可以制得耐蚀性优良的缓蚀剂掺杂硅烷摸。结论 铈盐和吡咯改性硅烷膜对镀锌钢具有良好的保护作用。
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  炼化设备冲刷腐蚀失效分析及控制策略

  段永锋, 于凤昌, 崔新安, 孙亮, 侯艳宏

  表面技术. 2016, 45(10): 173-179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.027

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  目的 冲刷腐蚀失效是制约炼油装置安全运行的重大隐患，通过分析炼化设备系统中典型冲刷腐蚀失效的机理和影响因素，提出石油炼制过程中冲刷腐蚀的控制策略。方法 基于炼油装置的工艺流程、设备和管道的结构设计、腐蚀介质和材质等，分别针对减压转油线防冲板、硫酸烷基化装置反应流出物注碱口管线、酸性水汽提塔顶富氨气系统，以及焦化分馏塔进料段塔壁腐蚀问题进行失效分析。结果 通过将材质升级为317L，避免了减压转油线防冲板因环烷酸冲刷腐蚀而减薄。通过改进碱注入方式和优化操作工艺方式，减缓了硫酸烷基化装置反应流出物注碱口管线的硫酸腐蚀。通过将空冷器管束材质升级为316L，及增加管道直径的措施，防治了酸性水汽提塔顶富氨气系统酸性水冲刷腐蚀。通过更换进料分配器解决了焦化分馏塔进料段塔壁腐蚀泄漏的难题。结论 炼化设备冲刷腐蚀的控制策略：依据主动防腐的观念，在遵循炼化设备选材导则进行合理选材的基础上，充分考虑设备、管道的实际工艺操作情况，针对具体部位进行腐蚀评估，发现薄弱部位并及时调整相关操作（操作工艺、工艺防腐和腐蚀监测等），从而保证了炼化装置的安全稳定运行。
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  不同温度下H2S/CO2 腐蚀产物膜对T95 套管腐蚀行为的影响

  范亚萍, 周怡诺

  表面技术. 2016, 45(10): 180-186. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.028

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  目的 探究不同温度下H2S/CO2 腐蚀产物膜对T95 钢腐蚀行为的影响。方法 将T95 油管钢切割成15 mm×10 mm×3 mm 的规格，表面经抛光打磨后，利用千分尺测量具体尺寸，用AR2140 电子天平称量。试片分别垂直置于上支架与下支架，下支架平稳放入釜底，而后加入模拟地层水，确保实验介质浸没下支架试样而不与上部挂片试样接触。在气密性良好的基础上连续2 h 通入N2 除氧，而后顺序通入H2S、CO2 和N2，并升温升压至实验要求。72 h 后将试样从气、液相中取出，分别取样采用电子显微镜观察腐蚀产物膜的微观形态，并利用X 射线能谱仪分析腐蚀产物膜的成分，并计算去除腐蚀产物后试样在气相/液相中的腐蚀速率。结果 T95 试件在H2S/CO2 的液相环境中的腐蚀速率整体比气相环境大，这可能是因为液相腐蚀产物膜较气相腐蚀产物膜疏松。温度对H2S/CO2 腐蚀产物膜的形成具有重要影响，随着温度的升高，H2S/CO2 腐蚀产物膜逐渐变厚，但成膜效果变差，高温下的腐蚀产物膜具有一定保护作用而使得腐蚀速率增大的幅度变缓。T95 钢腐蚀产物膜的主要成分是FexSy 系列化合物和FeCO3，同时还形成Cr(OH)3 和Cr2O3 非晶态产物，这些产物起到了阻隔阴离子穿透腐蚀产物膜的作用，使与金属基体界面接触的阴离子溶度降低，抑制了金属基体的阳极反应而减小腐蚀速率。而形成的腐蚀产物膜，造成界面反应的时间常数和Rt 值明显增大，一定程度上阻碍腐蚀的继续发展。结论 温度对H2S/CO2 腐蚀产物膜的形成具有重要影响，H2S/CO2 腐蚀产物膜随着温度的升高逐渐变厚，但成膜效果变差，温度大于120 ℃时，腐蚀产物膜具有一定的保护作用而使得腐蚀速率增大的幅度变缓。
表面质量控制及检测
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  钢丝绳锈蚀、磨损缺陷识别研究

  黄杰贤, 杨冬涛, 欧阳玉平, 洪添胜

  表面技术. 2016, 45(10): 187-192. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.029

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  目的 发展高性能、低成本基于图像处理技术的钢丝绳缺陷识别方法，实现钢丝绳磨损、锈蚀缺陷的检测。方法 首先采用邻域平均法提取钢丝绳的灰度区域特征，接着建立了基于熵统计函数以描述、量化灰度分布特征与灰度波动特征，在此基础上，选取良品、锈蚀缺陷与磨损缺陷三种类型的样品进行区域灰度、灰度分布、灰度波动特征的量化与提取。结果 经观测得到不同类型的样品在三维特征空间分布中具有明显的可区分性，基于该特点，可通过设置三维特征的阈值实现对钢丝绳合格品，锈蚀缺陷，磨损缺陷进行识别与区分。结论 该基于图像处理的检测方法可高效、准确地实现了对钢丝绳的锈蚀、磨损缺陷的识别，不仅具有学术价值，更具有实用意义，非常适用于在线检测。
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  激光切割铝合金吸收率试验研究

  侯红玲, 解玉坤, 赵晋平

  表面技术. 2016, 45(10): 193-198. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.10.030

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  目的 提高高反射率材料铝合金对激光的吸收率。方法 基于热平衡原理，搭建了一种激光吸收率测试试验台，并对1.2 mm 厚2A12 硬铝合金试样表面采用了无光漆、炭素墨汁、普通墨汁、石墨等4 种不同的表面涂层处理方法，用CO2 脉冲激光发射器进行了定点照射测试，通过K 型热电偶测得铝合金试样的温度变化，间接获得了其吸收率的大小。结果 试验数据表明，在一定工艺参数下，随着激光功率或扫描时间的增加，所有试样的表面温度整体均呈上升趋势。在四种不同的表面处理方法中，无光漆处理后的铝合金试样吸收率最高，吸收率比原始表面提高了40%，并将这一结论用于工程实践加工，加工后的试样切割面光滑，刮渣尺寸小，表面质量高。结论 该吸收率测试装置及表面处理方法，可成功地改善材料对激光的吸收率。