2016年, 第45卷, 第11期　
刊出日期：2016-11-20

  

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膜层材料与技术
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  Mo-Ni-B 系三元硼化物制备与性能研究评述

  胡肇炜, 李文戈

  表面技术. 2016, 45(11): 1-9. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.001

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  Mo-Ni-B 三元硼化物具有优良的力学性能和耐磨耐蚀性能。反应烧结法是最常见的制备方法。单纯添加不同元素（如 Cr、 V、 Mn）或同时添加这些元素以及改变 Mo/B 原子比，会对陶瓷的力学性能（抗弯强度、硬度）、微观组织（平均粒径、收缩率、形成晶系）、耐磨耐蚀性能产生影响。 Mo2NiB2在烧结过程中会因烧结温度和添加的元素等形成四方晶 M3B2、 M5B3以及斜方晶 M3B2、 M5B3等，这些物相与最终的性能密切相关。 添加 V 或 Cr 会提高抗弯强度和硬度， 促使斜方晶体 M3B2向四方晶 M3B2转变。添加 Mn 会细化 Mo2NiB2晶粒，提高力学性能。 M5B3只有在添加了其他元素后才会出现，并且与添加元素的含量、热处理及 Mo/B 比有关。烧结法制备的 Mo2NiB2最高抗弯强度可达 3.25 GPa，硬度可达 89.6HRA。烧结法制备的陶瓷涂层在具体应用时需再次进行烧结才可与基体结合。而激光熔覆反应法及其他喷涂法可以在基体上直接形成陶瓷涂层。激光熔覆反应法可以制备耐蚀性超过 304SS 不锈钢的复合陶瓷涂层，硬度可达 1100HV 以上，制备工艺如激光工艺参数（激光功率、扫描速度）、粉末体系（原子比、添加元素）对涂层性能有很大的影响。激光功率为 2500 W、扫描速度 1.5 mm/s、Mo/B 比为 1 时可获得性能优良的 Mo2NiB2涂层。
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  高取向金刚石薄膜的制备

  熊礼威, 彭环洋, 汪建华, 崔晓慧, 龚国华

  表面技术. 2016, 45(11): 10-15. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.002

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  目的 研究不同甲烷体积分数、不同氮气流量分别对金刚石（111）面、（100）面生长的影响，实现在最佳工艺下制备高取向金刚石薄膜。 方法 采用微波等离子体增强化学气相沉积法制备高取向（111）面、（100）面金刚石薄膜， 实验前一组（1#—3#）以 CH4/H2为气源， 后一组（4#—5#）以 CH4/H2/N2为气源，通过采用 SEM、 XRD 分析不同甲烷体积分数下（111）面和不同氮气流量下（100）面的生长形貌、晶粒尺寸以及金刚石晶面特征峰强弱，同时还使用 Raman 测试两组分别改变甲烷体积分数、氮气流量工艺下金刚石特征峰、石墨峰的变化趋势。 结果 前一组随着甲烷体积分数的增加，金刚石 （111）面逐渐清晰可见，低甲烷体积分数为 2%时， H 等离子体对金刚石表面刻蚀严重，形成少量表面粗糙的（111）面，当甲烷体积分数升到 4.5%时，（111）面生长非常均匀，金刚石质量较高，继续提高甲烷体积分数，薄膜中非金刚石的含量增加，金刚石质量下降。后一组随着氮气流量的增加，金刚石（100）面的生长非常整齐平滑，在氮气流量为 5 cm3/min 时，（100）面比较粗糙，由于有含氮基团的加入，其生长速率加快，进一步升高氮气流量到 10 cm3/min 时，含氮基团的择优生长促进（100）面占据整个界面，同时削弱了其他晶面的生长。 结论 前一组甲烷体积分数为 4.5%时，（111）面占据整个生长面，生长非常均匀，同时 XRD 测试金刚石（111）面特征峰也达到最强。后一组氮气流量为 10 cm3/min 时，（100）面表面光洁度和平整度达到最佳。
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  TC4 钛合金表面 Cr2AlC 涂层的制备及高温氧化行为

  刘培, 王振玉, 李晓伟, 吴晓春, 柯培玲, 汪爱英

  表面技术. 2016, 45(11): 16-22. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.003

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  目的 为提高钛合金在高温条件下的服役性能，探索 Cr2AlC MAX 相涂层对 TC4 钛合金高温氧化行为的影响。 方法 采用低温反应直流磁控溅射技术再经后续退火处理的方法，在 TC4 钛合金基体表面制备高纯度的 Cr2AlC MAX 相涂层。利用 X 射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和能谱仪，分析了 Cr2AlC 涂层试样和 TC4 钛合金经 750 ℃ 静态空气恒温氧化前后的相结构、组织形貌和组分，并采用分析天平测定了 TC4 钛合金和 Cr2AlC 涂层试样在 750 ℃ 静态空气中氧化后的氧化动力学曲线。结果 经 750 ℃ 空气中氧化 10 h 后，TC4 钛合金表面形成厚度达 13 μm 的疏松团絮状 TiO2和 Al2O3混合物氧化膜。而 Cr2AlC 涂层表面能够形成以 α-(Al,Cr)2O3为主的致密氧化膜，可有效阻止氧元素向内扩散。 Cr2AlC 涂层试样在 750 ℃ 空气中氧化 90 h 后的氧化增重仅为无涂层 TC4 钛合金在 750 ℃ 空气中氧化 10 h 后的 6.6%。 结论 Cr2AlC 涂层具有优异的抗高温氧化性能，能够明显提高 TC4 钛合金的使用温度，使其氧化增重速率大幅降低。
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  金属复合材料微弧氧化研究进展

  唐仕光, 陈泉志, 李少波, 蒋智秋, 童庆, 黄祖江, 李伟洲

  表面技术. 2016, 45(11): 23-31. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.004

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  微弧氧化是一种在阀金属（Al、 Mg、 Ti 等）及其合金表面原位生成陶瓷膜的表面处理技术。利用微弧氧化技术获得的膜层与基体结合力强，能改善材料的耐磨、耐蚀、耐热冲击以及绝缘性等性能。以微弧氧化的发展和成膜机理作为切入点，比较了单一合金与金属复合材料微弧氧化处理的异同，发现机理的研究主要围绕电击穿理论展开，具有阀金属特性的第二相有助于复合材料微弧氧化的进行，而其他的第二相则会阻碍微弧氧化成膜，使机理研究变得复杂。综述了电解液及添加剂、电压、电流密度、频率和占空比、温度和处理时间等对金属复合材料微弧氧化过程，及膜层微观结构、 相组成、厚度、硬度以及耐磨、耐蚀性能的影响。最后指出了复合材料微弧氧化目前存在的问题，提出了需要从加强机理研究、优化工艺的参数、改进微弧氧化设备以及与其他技术相结合等研究方向着手，以进一步加快金属基复合材料微弧氧化处理及改善陶瓷膜的性能，推进微弧氧化技术的应用。
表面摩擦磨损与润滑
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  制动摩擦材料的研究与发展现状

  张庆金, 鲍久圣, 阴妍, 刘同冈

  表面技术. 2016, 45(11): 32-40. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.005

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  摩擦材料的性能是影响机械设备工作可靠性的重要因素，研究摩擦材料对改善制动系统的制动效能具有重要意义。从制动摩擦材料的分类与制备、摩擦磨损性能与机理以及性能预测三个方面，对制动摩擦材料的研究与发展现状进行了调研。首先，介绍了制动摩擦材料包括金属基、半金属基、非金属基三种类型，阐述了各种摩擦材料常用的制备方法及应用领域；其次，分析了制动压力、制动速度等工况对摩擦磨损性能的影响规律及其作用原理，简述了常见的磨损形式，并结合无石棉闸瓦的 SEM 微观形貌，重点探讨了粘着磨损、磨粒磨损、切削磨损、疲劳磨损与热磨损各自的产生机理及其主要影响因素。此外，归纳了摩擦材料性能的预测与分析方法，并以 BP 神经网络为例介绍了人工智能技术在摩擦学性能预测中的应用。最后，指出了陶瓷摩擦材料与功能性摩擦材料是未来摩擦材料的发展方向。
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  不同工作参数下水轴承的空化程度及微形貌特征对减阻效果的影响

  蒋红琰, 陈家俊

  表面技术. 2016, 45(11): 41-47. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.006

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  目的 为了提高水轴承高速下的减阻效果以及预测水轴承的空蚀区域，研究了高速水静压轴承的空化与减阻性能。 方法 基于低雷诺数 Launder-Sharma 模型和空化气泡的动力学模型，分析了不同工作参数下水轴承的空化程度研究及微形貌特征对减阻效果的影响。 结果 空化气泡主要出现在静压轴承水腔之间的负压封水面及小孔节流器附近，空化气泡溃灭时容易造成轴承材料的空蚀破坏。 高速小偏心率时，相比流向和展向微形貌，凸柱微形貌特征表面具有较好的减阻效果，且减阻效果受轴颈线速度的影响较大。 结论 转速、供水压力和偏心率等物理参数影响水静压轴承空化气泡分布和静态性能，微形貌界面的速度滑移有利于提高减阻效果。
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  铁道车辆轮轨接触疲劳的影响因素

  封亚明, 何柏林

  表面技术. 2016, 45(11): 48-54. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.007

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  随着铁路客货运量的增大和列车速度的提高，使得高速铁路的轨道必然比普通线路具有更高的安全性、可靠性和平顺性，为保证轨道结构的这些要求，轨道各部件的力学性能、使用性能和组成为结构的整体性能都比普通轨道部件高，但在高速铁路轨道上仍然存在很多问题。目前，轮轨接触疲劳是最常见的轮轨问题，国内外许多学者对此做了研究。导致机车车辆轮轨接触疲劳的因素有很多，指出了当下一些常见的轮轨接触疲劳损伤形式，同时对滚动接触疲劳的影响因素进行了简要分析。为了研究疲劳损伤产生、发展的机理和影响因素，通过查阅大量资料，了解了各种常见损伤的产生和发展机理，并总结了在该领域的研究方向与热点，同时指出了当下高速铁路建设中存在的技术难题。结合轮轨接触疲劳的失效形式和磨损的特点，从材料对踏面的影响、高速与重载对轮轨接触疲劳的影响、润滑剂对轮轨裂纹增长的影响等方面，进一步提出预防和减缓钢轨接触疲劳损伤的具体措施。
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  载荷和温度对 Fe-Al/Cr3C2 复合涂层摩擦磨损性能的影响

  刘晓明, 高云鹏, 闫侯霞

  表面技术. 2016, 45(11): 55-61. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.008

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  目的 研究不同载荷、不同温度下 Fe-Al/Cr3C2 复合涂层的摩擦磨损特性，为不同工况条件下应用该涂层实施抗摩擦磨损治理提供理论依据。 方法 采用 THT07-135 高温摩擦磨损试验机对Fe-Al/Cr3C2复合涂层的摩擦磨损特性进行测试，载荷分别选用 3、 5、 7 N，温度选择 25、 300、 450、550、 600 ℃ ，利用配有 EDAX 能谱仪的扫描电镜观察涂层磨痕表面形貌并进行元素分析，利用透射电镜对涂层的精细结构进行分析。 结果 同一温度下，涂层的摩擦因数随着载荷的增加而降低，磨损量随着载荷的增加而升高，载荷对磨损量的影响随温度的增加逐渐降低。载荷一定时，涂层的摩擦因数先增加后逐渐降低， 450 ℃ 时涂层的摩擦因数最高；涂层的磨损量整体呈下降的趋势， 450 ℃ 时涂层的磨损量最大。温度较低时，涂层磨损主要以脆性断裂的剥层磨损为主；温度升高至 450 ℃ ，涂层磨损主要是脆性断裂、塑性变形以及少量粘着磨损； 550 ℃ 以上时，涂层磨损主要是粘着磨损、塑性变形磨损。结论 Fe-Al/Cr3C2复合涂层具有较好的抗高温摩擦磨损性能， 氧化物的增加以及铁铝金属间化合物高温时， B3 相与 D03相之间的转变提高了涂层的抗高温摩擦磨损性能。
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  喷丸结合振动光整加工工艺对钛合金疲劳性能的影响

  陈玉娟, 布紫叶, 靳军胜

  表面技术. 2016, 45(11): 62-66. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.009

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  目的 提高钛合金的疲劳性能。 方法 采用喷丸结合振动光整加工工艺对 TC4 钛合金进行了表面加工处理。对未加工试样、经过喷丸处理后的试样和经过喷丸与振动光整加工工艺处理后的试样，分别进行了表面粗糙度、表面层残余应力测试，并对三种状态下的试样进行了旋转弯曲疲劳试验。对比了不同工艺处理后试样的表面粗糙度、表层残余应力及疲劳强度。 结果 与喷丸工艺相比，采用喷丸结合振动光整加工工艺对试样进行处理后， 试样的表面残余压应力值提高了 39 MPa， 残余压应力峰值、残余压应力层的厚度略有降低。喷丸结合振动光整加工工艺在不明显改变试样残余压应力场的条件下，使试样的表面粗糙度得到大幅降低。疲劳试验结果表明，喷丸工艺使 TC4 钛合金的疲劳强度提高了16.3%，喷丸结合振动光整加工工艺使 TC4 的疲劳强度提高了 23.8%，比喷丸后 TC4 钛合金的疲劳强度高出 7.5%。 结论 在喷丸工艺的基础上，喷丸结合振动光整加工工艺通过改善 TC4 钛合金的表面完整性，使 TC4 钛合金的疲劳强度得到进一步提高。
表面强化及功能化
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  石墨烯/氟碳涂层的制备及其耐蚀性能

  房亚楠, 刘栓, 赵文杰, 白琴, 刘志雄, 赵海超

  表面技术. 2016, 45(11): 67-75. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.010

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  目的 为了增强氟碳涂层的耐蚀性，研究涂层在 3.5%NaCl 溶液中的失效过程。 方法 采用硅烷偶联剂对石墨烯进行接枝改性，将改性后的石墨烯添加到氟碳树脂中，制成不同含量的石墨烯氟碳复合涂层。采用傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、透射电镜和扫描电镜，分析了石墨烯改性前后的结构及在涂层中的分散性。采用交流阻抗谱和动电位极化曲线，研究了涂层在模拟海水中的电化学腐蚀行为和失效过程，并考察了涂层的耐盐雾性能。 结果 石墨烯表面成功接枝官能团，在涂层中分散较均匀。石墨烯对腐蚀介质具有良好的屏障作用。涂层的防护性能随着石墨烯含量的增大先增加后降低，当含量为 0.4%（质量分数）时，涂层的腐蚀电流密度为 2.209×10–10 A/cm2，氟碳涂层的腐蚀电流密度为 6.026×10–6 A/cm2，腐蚀电流密度大大降低，该涂层的耐蚀性能最好，且浸泡 360 h 内均为浸泡前期，能有效隔绝腐蚀液体的渗透，对 Q235 钢基底的防护性能最佳。石墨烯含量过高时易团聚，容易引起缺陷，降低涂层的防护作用。 结论 石墨烯显著提高了氟碳涂层的耐蚀性能。
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  316L 不锈钢在模拟体液中的腐蚀行为

  王军, 刘莹

  表面技术. 2016, 45(11): 76-80. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.011

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  目的 研究 316L 不锈钢生物医用材料植入体内初期的表面行为。 方法 在模拟体液中，采用浸泡实验，表征了 316L 不锈钢浸泡不同时间的表面形貌、润湿性及耐腐蚀性。 结果 白光干涉测试结果表明，样品表面粗糙度随浸泡时间的延长而变大。浸泡 1 d 后，在样品表面出现大量无规则的腐蚀坑，腐蚀坑内出现金属的溶蚀。润湿性测试结果显示，随浸泡时间的延长， 316L 不锈钢的接触角减小，亲水性增强，表面能增加。电化学测试表明，浸泡 1 周后， 316L 不锈钢的自腐蚀电流为浸泡前的 3 倍多，腐蚀速度增大，耐腐蚀性变差。 结论 在模拟体液中， 316L 不锈钢表面存在局部腐蚀，材料的表面形貌、成分、润湿性及耐腐蚀性均发生改变。
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  柠檬酸铵浓度对脉冲电镀 Ni-Cr-Mo 合金镀层的影响

  刘海鹏, 张志桐, 王心悦, 孟庆波, 李运刚, 杨海丽

  表面技术. 2016, 45(11): 81-86. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.012

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  目的 揭示柠檬酸铵浓度对脉冲电镀 Ni-Cr-Mo 合金镀层元素含量、沉积速率、表面形貌和耐蚀性的影响规律。方法 采用脉冲电镀法在 Q235 钢表面制备 Ni-Cr-Mo 合金镀层，利用辉光放电光谱仪、扫描电镜、 Tafel 曲线和电化学阻抗谱考察柠檬酸铵浓度对镀层元素含量、沉积速率、表面形貌和耐蚀性的影响。 结果 随柠檬酸铵浓度的增大，镀层镍含量减小，铬、钼含量增大，镀层沉积速率减小，镀层表面颗粒的尺寸减小，镀层在 3.5%NaCl 溶液中的耐蚀性先增强后减弱。 结论 柠檬酸铵质量浓度为196 g/L 时，镀层具有最大的自腐蚀电位（?0.537 V）、最小的腐蚀电流密度（0.313 μA/cm2）和最大的电荷转移电阻（2075 ?·cm2），耐蚀性最好。
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  一种油田采出水用复合阻垢缓蚀剂的研究

  王博, 孟祖超, 李成希, 吴坤坤, 牒凯

  表面技术. 2016, 45(11): 87-92. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.013

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  目的 找到一种可以应用于油田采出水处理的新型绿色阻垢缓蚀剂。 方法 以 N80 钢为研究对象，在油田采出水模拟水质中分别采用静态阻垢实验、静态挂片实验和极化曲线、电化学阻抗法对阻垢缓蚀剂的阻垢性能和缓蚀性能进行研究。 结果 通过正交实验确定了聚环氧琥珀酸、氨基三亚甲基磷酸和水解聚马来酸酐的比例，确定了阻垢缓蚀剂的配方，确定阻垢缓蚀剂在油田采出水中的最优加量为 20 mg/L，该阻垢缓蚀剂可以应用于较高钙含量、 pH 值在 6.0~8.0 之间的油田采出水的处理，其阻垢率可以达到 90%以上。通过极化曲线和电化学阻抗法得到，该阻垢缓蚀剂属于以抑制阴极为主的混合型缓蚀剂，在油田采出水中的添加量为 20 mg/L 时，缓蚀率可以达到 82%以上，使腐蚀速率大幅降低，满足行业标准的要求。 结论 该复合型阻垢缓蚀剂制备简单，阻垢缓蚀性能良好。
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  表面离子渗氮对 SS304 耐蚀性的研究

  刘元福, 陈吉, 孙彦伟, 黄澳, 宋见, 常季

  表面技术. 2016, 45(11): 93-98. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.014

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  目的 对 SS304 在 300 Pa 不同温度下进行表面离子渗氮，研究渗氮层和 SS304 的耐蚀性。方法 通过动电位极化曲线和交流阻抗谱分析 SS304 和渗氮层在 3.5%NaCl 溶液中的耐蚀性，采取金相显微镜、 SEM、 XRD 对渗氮层和 SS304 的表面形貌和相组成进行分析测试，采用显微硬度计和镜像显微镜对渗氮层和 SS304 的硬度和截面形貌进行分析测试。 结果 SS304 中有 γ 相和 M 相， 400 ℃ 时渗氮层试样出现 γN、Fe2~3N、Fe4N，大于 450 ℃ 时，渗氮层试样出现了 Fe2~3N、Fe4N、CrN。渗氮层在 3.5%NaCl溶液中， 400 ℃ 时渗氮层的自腐蚀电流密度比 SS304 的小，大于 450 ℃ 时，渗氮层的自腐蚀电流密度比 SS304 的小且随渗氮温度增加而逐渐增大； 400 ℃ 时渗氮层的自腐蚀电位比 SS304 的大， 大于 450 ℃时，渗氮层的自腐蚀电位比 SS304 的大且随渗氮温度增加而逐渐降低； 400 ℃ 时渗氮层表面的膜电阻比 SS304 的大，大于≥450 ℃ 时，渗氮层表面的膜电阻比 SS304 的小。 结论 渗氮层的耐蚀性随温度的升高而降低， 400 ℃ 时渗氮层的耐蚀性比 SS304 的好，大于 450 ℃ 时，渗氮层的耐蚀性比 SS304 的低；400 ℃ 时渗氮层生成氮扩大奥氏体（γN），可大大增加耐蚀性，大于 450 ℃ 时，渗氮层生成 CrN，耐蚀性减小。
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  N80、 45#、 20#钢在京 11 区块注入水中的腐蚀规律

  李祯, 孙阳超, 郭蒙蒙, 吕强, 余吉良, 胡松青

  表面技术. 2016, 45(11): 99-105. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.015

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  目的 研究三种油田常用材质 N80、 45#、 20#钢在华北油田京 11 断块注入水中的腐蚀行为。方法 采用离子色谱法对京 11 断块注入水进行水质分析，采用失重法和电化学极化曲线测试方法研究了 N80、 45#、 20#钢管材在华北油田京 11 断块注入水中的腐蚀规律与腐蚀机理，并对试样腐蚀前后的形貌进行了记录分析。 结果 当注入水中的碳酸钠质量浓度为 1000 mg/L 和 4000 mg/L 时， 45#、 20#和 N80 三种试样的腐蚀速率较大， 45#钢的腐蚀速率最大，为 0.1322 mm/a，且试样表面均产生了明显的腐蚀坑及大量腐蚀产物；当碳酸钠质量浓度为 12 000 mg/L 和 20 000 mg/L 时， 3 种试样的腐蚀速率很小，远远低于 0.076 mm/a，且试样表面几乎不产生腐蚀产物。 结论 当京 11 断块注入水中的碳酸钠投加量低于 12 000 mg/L 时，管柱的腐蚀较严重；当碳酸钠投加量高于 12 000 mg/L 时，管柱的腐蚀较为轻微，并且在相同的腐蚀环境下， N80 钢比 20#、 45#钢具有更好的耐蚀性能。
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  含 CO2 油气管道内腐蚀模拟及剩余寿命预测

  钟功祥, 石强, 赵乾坤

  表面技术. 2016, 45(11): 106-112. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.016

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  目的 通过对含 CO2 油气管道的内腐蚀状况进行仿真和实验研究，得出管道的内腐蚀规律和剩余使用寿命。 方法 以渤西海域某一管道的实际工况为基础，采用 OLGA 软件并选择 De Waard95 模型对 CO2腐蚀速率的影响因素进行仿真分析。采用失重实验研究了温度和 CO2 分压对 X52 级管道钢腐蚀速率的影响，在仿真数据的基础上对腐蚀管道的剩余寿命进行预测。 结果 仿真结果表明，管道沿线的温度、压力、持液率、流型及 pH 值对 CO2腐蚀程度的影响都很大。实验发现， CO2腐蚀速率随温度的升高呈先增后降的趋势，且在温度为 333 K 时达到最大值，为 0.22 mm/a。随着 CO2分压的升高，腐蚀速率呈上升趋势，最大值为 0.24 mm/a。 结论 随着管道高程和里程的不同，不同因素对 CO2腐蚀有不同程度的影响，管道入口段的腐蚀速率最大，仿真和实验结果对管道的内腐蚀防护和剩余寿命预测有一定的参考价值。
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  硫酸铈对三价铬钝化膜耐腐蚀性的影响研究

  王楠, 孙杰, 孙慧艳

  表面技术. 2016, 45(11): 113-117. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.017

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  目的 研究硫酸铈对三价铬钝化膜耐蚀性能的影响。 方法 通过在三价铬镀铬盐溶液中分别添加 0.3、 0.5、 0.8、 1.0、 1.5 g/L 的硫酸铈，然后通过极化曲线测试，对比不同硫酸铈添加量的钝化膜的腐蚀电流密度，确定硫酸铈在三价铬镀铬盐溶液中的最佳添加量，然后分别制备未添加硫酸铈和添加最佳添加量硫酸铈的三价铬钝化膜，通过电化学工作站 CHI660E 测量 Tafel 极化曲线和电化学阻抗谱。分析钝化膜的电化学性能，研究不同钝化膜的耐腐蚀性。观察试样表面的微观形貌，对比添加硫酸铈和未添加硫酸铈的钝化膜的微观形貌。 结果 通过极化曲线测试发现，当硫酸铈的添加量为 1.0 g/L时，钝化膜的腐蚀电流密度小于其余添加量的钝化膜，添加硫酸铈和未添加硫酸铈的钝化膜的耐蚀性能不同，添加硫酸铈后的钝化膜性能得到改善，且钝化膜膜层的微观形貌发生改变。 结论 添加硫酸铈后，三价铬钝化膜的耐腐蚀性能增强。当硫酸铈的添加量为 1.0 g/L 时，腐蚀电流密度最小，为3.835×10-6 A/cm2，耐腐蚀性能优于其余钝化膜。
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  海洋大气区钢结构涂层体系及性能评价

  张贻刚, 韩文礼, 张其滨, 张彦军, 解蓓蓓, 徐忠苹

  表面技术. 2016, 45(11): 118-122. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.018

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  目的 评价自主开发的聚氨酯配套体系性能。 方法 概述了海洋大气环境下钢结构涂层性能的评价方法，通过 NORSOK M-501 循环腐蚀实验来探讨聚氨酯涂料与富锌类底漆、环氧类底漆的配套性，通过 QUV 加速老化实验来对比自主开发的聚氨酯涂料与国外同类产品的抗老化性能。 结果 聚氨酯涂料与富锌类底漆的配套体系的抗腐蚀蔓延性优于与环氧类底漆的配套体系。自主开发的聚氨酯涂料体系经 4200 h 循环老化后，划线处腐蚀蔓延 5.56 mm，腐蚀蔓延小于 NORSOK M-501 标准规定的 8 mm，附着力从 12.26 MPa 衰减到 9.83 MPa，附着力衰减幅度为 19.8%，附着力衰减幅度小于 NORSOK M-501标准规定的 50%。自主开发的聚氨酯涂料在紫外光照射下老化 3000 h 后，60°光泽度从 81.5 降低到 66.5，光泽保持率为 82.94%。 结论 自主开发的聚氨酯涂料体系的耐海洋大气环境性能优良，耐循环老化和耐紫外光加速老化性能与国外同类产品相当。
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  海洋平台桩腿防腐层修复三层包覆防护结构研究与应用

  张彦军, 韩文礼, 张贻刚, 杨耀辉, 解蓓蓓, 徐忠苹

  表面技术. 2016, 45(11): 123-128. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.019

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  目的 研究开发一种可在海水环境中施工的海洋平台桩腿飞溅区防腐层修复体系——三层包覆结构及其施工方法。 方法 通过材料研究及产品生产研究和性能评价及现场应用及检测，开发出满足防腐层修复的材料体系和施工方法。 结果 该三层包覆防护结构的自憎水密封油的憎水率达到 98.4%，防腐带的拉伸强度达 18.6 MPa，断裂伸长率达 21.6%；防护套的拉伸强度达 31.8 MPa，断裂伸长率达760%，抗紫外光时间达 3000 h，三层包覆防护体系能够耐渤海湾百年一遇的冰冲击。 结论 研制的三层包覆防护材料能满足海洋环境的施工和防腐要求，同时满足海洋平台飞溅区桩腿防腐蚀和抗冰冲击的要求，是一种海洋平台桩腿及其他类似构筑物飞溅区腐蚀防护效果很好的修复技术。
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  西气东输二线海管现场补口施工质量控制

  杨耀辉, 韩文礼, 张彦军, 徐忠苹, 张红磊

  表面技术. 2016, 45(11): 129-133. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.020

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  目的 深港支线海底管道采用环氧底漆-热缩带-开孔型高密度聚氨酯泡沫补口，介绍深港支线海底管道补口施工过程及控制要点。 方法 通过对材料、设备、施工人员及施工过程的有效控制和管理，保证补口施工的质量。结果 深港支线海底管道施工完成后，经过现场检测，补口质量满足 DNV RP F102和 ISO 21809-3 的技术要求，填充泡沫的抗压强度及密度等指标满足设计要求。
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  基于直流电位梯度法的滩浅海海底管道外防腐层破损检测技术研究

  王志涛, 韩文礼

  表面技术. 2016, 45(11): 134-138. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.021

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  目的 介绍基于直流电位梯度法的滩浅海海底管道外防腐层破损检测的研究思路及所开发的配套的检测设备。 方法 通过模拟检测实验，考察了直流电位梯度检测方法在海底管道外防腐层破损检测中的可行性、检测装置运行及测量功能的适用性。 结果 模拟检测实验实现了滩浅海海底管道外防腐层破损的有效检测，且不受海底管道正常填埋的影响，可实现管道外防腐层 8 mm×8 mm（8 mV/m）以上破损的非接触式检测。 结论 基于直流电位梯度法的滩浅海海底管道外防腐层破损检测技术可行。可以利用所研发的检测装置，通过海底管道沿线电位梯度的测量，判断管道外防腐层破损及牺牲阳极块位置，从而为管道的运行维护提供技术支持。
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  养兔场兔笼用 Q235 钢表面防锈蚀涂层的制备及其性能研究

  王海珠, 鲁庆东

  表面技术. 2016, 45(11): 139-144. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.022

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  目的 针对养兔场兔笼用 Q235 钢焊接处表面易锈蚀问题，利用带锈涂料在其表面制备防锈蚀涂层以提高其耐腐蚀能力。 方法 利用磷酸酯单体和丙烯酸及其脂类单体与乳化液混合得到防锈涂料，按照 GB/T 4054—2008 在 Q235 钢表面进行涂覆。通过划圈仪参照 GB 1720—1979 评价涂层结合力，依据 GB/T 6739—2006 利用铅笔硬度测定涂层的硬度，通过涡流测厚仪测定涂层厚度，通过烟雾试验、NMP 试验、 EIS 试验、 Machu 试验评价涂层的耐蚀性能。 结果 在 Q235 钢表面制备的防锈蚀涂层与基体的结合力为 1 级，结合强度高，涂层硬度 5 级，厚度约为 12 μm， Machu 试验结果表明涂层腐蚀区域较小，显示出较好的抗腐蚀性能。涂层试样经过 120 h 的 NMP 试验后依然保持较好的完整度，表现出较好的耐溶胀性能。 EIS 试验结果说明涂层试样阻抗模值明显低于 Q235 钢， 体现出较好的耐蚀性能。试样涂层经过 240 h 的盐雾试验后保持完整，体现出较好的耐蚀性能。 结论 在 Q235 钢表面制备防锈蚀涂层后，试样的耐蚀性能得到大幅提高。
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  超临界锅炉用材料的高温腐蚀研究进展

  周慧云, 洪嘉, 黄健航, 刘光明

  表面技术. 2016, 45(11): 145-152. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.023

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  合金材料的耐高温腐蚀性能研究在先进超临界火电机组的发展中占有相当重要的地位，随着锅炉参数的提高，高温腐蚀逐渐成为合金材料使用寿命的主要制约因素。从三种主要的超临界锅炉合金材料出发（铁素体耐热钢、奥氏体耐热钢以及镍基高温合金），综述了常用的锅炉用高温合金材料及其高温腐蚀研究，包括在不同环境中的腐蚀，如 SO2 气氛、 KCl 蒸汽、 Na2SO4 盐膜以及 NaCl 盐膜对高温腐蚀的影响；合金元素以及锅炉温度对高温腐蚀的影响。通过对腐蚀产物形貌、结构及元素分布的总结，对已有的研究成果进行了分析比较，发现大多数合金的腐蚀产物出现了分层现象， 并且腐蚀过程中氧化-硫化过程交替进行，导致 S 元素的侵入以及腐蚀产物层的松动。讨论了腐蚀过程从萌生到加速腐蚀的历程机理，总结了锅炉不同高温腐蚀类型（焦硫酸盐腐蚀、复合硫酸盐腐蚀及氯化物腐蚀）。最后展望了未来高温腐蚀研究在超临界锅炉领域的发展方向。
表面失效及防护
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  铝合金紧固孔复合强化工艺研究

  余江, 姜银方, 戴亚春, 李路娜

  表面技术. 2016, 45(11): 153-158. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.024

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  目的 研究激光喷丸-冷挤压复合强化工艺对 7050 铝合金紧固孔疲劳源、疲劳寿命的影响。方法 利用 ABAQUS 软件进行复合强化工艺的有限元仿真，并在强化后施加循环载荷获得残余应力数据，然后在应力水平为 195 MPa、应力比为 0.1 的条件下进行疲劳实验，并把仿真和疲劳实验的结果与激光喷丸、冷挤压进行对比。 结果 复合强化工艺能同时对表面和孔壁进行强化，复合强化工艺比激光喷丸表面和孔壁的残余压应力大，循环载荷下两者残余应力的差异减小。冷挤压工艺表面全部是拉应力，循环载荷下挤出面孔角附近的残余应力由-928 MPa 变为 300 MPa。未处理紧固孔的疲劳源位于孔角处，激光冲击强化紧固孔的疲劳源位于中间孔壁处，冷挤压紧固孔的疲劳源位于挤出面孔角附近，复合强化紧固孔的疲劳源位于中间孔壁处，复合强化紧固孔的疲劳裂纹扩展区面积最大。未处理、激光喷丸、冷挤压、复合强化的紧固孔的疲劳寿命分别为 65 918、 165 117、 114494、 225 209。 结论 与未处理的紧固孔的疲劳寿命相比，激光喷丸、冷挤压、复合强化的紧固孔的疲劳寿命都有所增加，复合强化的紧固孔的疲劳寿命最大，复合强化能够进一步提高紧固孔的疲劳寿命。激光喷丸和复合强化诱导的残余压应力层能够抑制疲劳裂纹萌生于表面，而冷挤压工艺则不能。
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  纯镁微弧氧化-壳聚糖/海藻酸钠载铜复合膜层制备及抑菌性

  刘继光, 王丽萍, 李慕勤, 臧万顺, 杨万翠

  表面技术. 2016, 45(11): 159-166. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.025

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  目的 采用多种表面技术复合在纯镁表面制备了功能性生物复合膜层，以调控医用纯镁降解速度，赋予纯镁内固定材料的抑菌性和生物活性。 方法 分别通过纯镁微弧氧化，电镀壳聚糖、海藻酸钠，化学镀铜等方法，制作不同复合膜层，分别为纯镁微弧氧化膜层（A 组）、纯镁微弧氧化-壳聚糖复合膜层（B 组）、纯镁微弧氧化-壳聚糖/海藻酸钠复合膜层（C 组）、纯镁微弧氧化-壳聚糖/海藻酸钠/壳聚糖复合膜层（D 组）和纯镁微弧氧化-壳聚糖/海藻酸钠载铜复合膜层（E 组）。采用扫描电子显微镜分析膜层的微观形貌，测定润湿角，将材料与大肠杆菌共同培养，计算抑菌率。结果 A 组表面有很多微孔和少量微裂纹， B 组表面的微孔和微裂纹减少， C 组的微孔和裂纹基本消失， D 组和 E 组表面的微孔裂纹消失并出现微网状结构。 A 组和 E 组为亲水性膜层， C 组为疏水性膜层， B 组和 D 组的膜层接近疏水性。 A 组抑菌率最低， B、 C、 D 组的逐渐增高，分别为 26%、30%、 61%， E 组的抑菌率高达 88%。 结论 纯镁微弧氧化-壳聚糖/海藻酸钠载铜复合膜层有封孔和愈合裂纹的作用，具有较好的抑菌性。
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  室温下反应磁控溅射沉积氧化钛薄膜光学性能和力学性能研究

  惠迎雪, 王钊, 贺爱峰, 徐均琪

  表面技术. 2016, 45(11): 167-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.026

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  目的 通过对比不同溅射功率和氧气分压下氧化钛薄膜性能的变化规律，分析其力学性能和光学性能的关系。 方法 在室温条件下，采用直流反应磁控溅射技术在 K9 玻璃基底上沉积 TiO2薄膜，通过紫外可见红外分光光度计和椭偏仪对薄膜的光学特性进行分析，通过微纳米压痕技术对薄膜的力学性能进行表征。 结果 在给定工艺参数范围内，薄膜的光学折射率与纳米硬度和弹性模量正相关，随着溅射靶功率的增大，所制备薄膜的折射率、纳米硬度和弹性模量随之增大，而薄膜的光学带隙则随着溅射功率的增大而下降。同时， O2流量对薄膜的光学性能和力学性能的影响更明显，在较低 O2流量条件下（Q(Ar)/Q(O2)=10/1），所制备薄膜的折射率减小而光学带隙变大，随着 O2 流量进一步减少（Q(Ar)/Q(O2)=20/1），薄膜的折射率增大而光学带隙减小，但薄膜的纳米硬度和弹性模量随 O2流量的减少而下降。 结论 磁控溅射沉积 TiO2 薄膜的折射率与其光学带隙反向相关，而仅在适量氧气条件下所制备的薄膜的力学性能与光学特性有相关性。
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  基于数值模拟的超疏水材料减阻性能研究

  张宇姣, 董力群, 张亚军, 庄俭

  表面技术. 2016, 45(11): 173-179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.027

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  目的 为了研究超疏水材料的减阻性能，提出一种准确可靠的数值模拟研究方法。 方法 建立超疏水船舶的三维模型，对考虑自由液面时船舶的黏性绕流进行数值模拟。由于表面接触角是评定材料疏水性的一个重要参数，通过改变表面接触角研究相应阻力值的变化，并采用理论计算、 数值模拟以及实验研究三者相结合的方法，验证该模型及方法在超疏水材料减阻性能研究方面的准确性。 结果随着表面接触角的增大船舶行驶时所受的阻力减小。船体采用超疏水材料的阻力比采用亲水性材料的阻力减少了 41%，比采用一般疏水性材料的阻力减少了 24%。模拟中得出的船舶模型阻力大小与理论计算以及实验结果基本吻合，误差分别在 4.6%和 8%以内。 结论 通过船舶模型研究超疏水材料的减阻性能，提出了一种基于数值模拟的有效研究方法，为超疏水材料其他方面的性能研究提供了一定指导。
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  激光淬火技术在模具表面处理中的应用与展望

  何柏林, 江明明

  表面技术. 2016, 45(11): 180-186. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.028

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  简述了通过模具生产零件的优点及其在工业生产中的地位，而且对模具使用寿命的影响因素进行了分析，并对模具失效的主要形式做了简要说明。总结了以往人们对金属进行表面改性几种主要的工艺方法，将激光淬火技术与传统的热处理工艺进行了对比，并指出了激光淬火的优点。 总体概括介绍了激光淬火技术的发展历史、激光淬火硬化机理，指出了影响激光淬火工艺的参数和确定三种主要影响因素大小的试验方法，并分析了激光淬火处理后工件不同深度的组织形成过程和相应的各项性能，尤其是对第一层的相变硬化层形成过程中的原子扩散机理作了详细说明。针对提高材料表面吸收激光率而预处理的有效方法及优点进行了论述。简述了激光淬火过程中常用激光器有 CO2激光和 YAG激光及相应的用途。列举了热作模具、冷作模具、塑料模具各种不同钢经不同的激光淬火参数淬火后，其硬化层的组织和相应的显微硬度，指出了这三种模具钢利用激光淬火的主要目的。最后对激光淬火技术的优缺点作了总结，并对模具表面激光改性的未来进行了展望。
表面质量控制及检测
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  CeO2 纳米粒子抛光液分散稳定性及其化学机械抛光特性研究

  陈广林, 刘德福, 陈涛, 佘亦曦

  表面技术. 2016, 45(11): 187-193. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.029

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  目的 制备性能优良的 CeO2纳米粒子抛光液。 方法 通过使用不同种类及不同浓度的分散剂制备了一种良好的 CeO2纳米粒子抛光液，采用激光粒度仪，紫外可见分光光度仪等对其进行了表征，进而研究了其在石英玻璃片化学机械抛光中的特性。 结果 不同分散剂的分散作用不同，且分散剂的浓度直接影响分散效果。离子型分散剂主要通过静电稳定作用实现抛光液的分散稳定，而非离子型分散剂则通过空间位阻作用实现抛光液的分散稳定。阴离子型分散剂与非离子型分散剂的分散稳定效果明显强于阳离子型分散剂，而阴离子型分散剂与非离子型分散剂混合复配后的分散稳定效果又强于单一分散剂的效果。 结论 混合复配型分散剂配制的 CeO2 纳米粒子抛光液静置 72 h 后仍分散均一稳定，基本可以满足抛光液分散稳定性能的要求。 配制的 CeO2 纳米粒子抛光液在石英玻璃化学机械抛光中主要通过纳米粒子的吸附作用实现材料的去除，抛光后的石英玻璃表面无划痕，表面粗糙度可以达到 10 nm左右，有效提高了石英玻璃的抛光质量。
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  喷丸除锈过程及效果的数值模拟研究

  黄河, 杨帆, 高玉魁

  表面技术. 2016, 45(11): 194-201. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.030

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  目的 模拟研究喷丸除锈工艺的过程和处理效果，为优化工艺参数提供指引。 方法 以建筑用低碳钢及其锈蚀产物为研究对象，利用单元去除技术和周期性胞元方法建立有限元模型，模拟多个丸粒随机撞击和氧化层去除的过程，并与文献中的实验数据进行了对比验证，从氧化层去除速率、去除后的表面粗糙度和表层残余应力三个角度分析喷丸除锈工艺的效果。 结果 提高除锈效果可从增大丸粒入射速度和丸粒直径来入手，氧化层越厚喷丸除锈处理的时间越长。 结论 喷丸除锈工艺能有效去除锈蚀层，同时改善表面粗糙度和引入残余压应力，具有较广的应用前景。有限元模拟能为该工艺优化提供便捷的研究途径。
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  基于优化 Gabor 滤波器的铸坏表面缺陷检测应用研究

  徐建亮, 毛建辉, 方晓汾

  表面技术. 2016, 45(11): 202-209. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.11.031

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  目的 提高金属铸坯表面缺陷检测精度。 方法 由于金属铸坯表面上存在鱼鳞状构造，其亮度和背景区域纹理特征不一致，而且有缺陷和无缺陷的区域的灰度值极其相似，使得缺陷非常难以准确检测出来。为解决上述问题，以便更有效地检测表面缺陷，通过详细分析金属铸坯表面缺陷特征，将该类零件表面缺陷分为两种类型，提出一种基于优化 Gabor 滤波器的金属表面缺陷检测算法，该算法通过设计两种评价函数，利用评价函数最大限度地提高无缺陷和缺陷区域之间的能量差，以选取 Gabor滤波器四个最佳参数，同时使用双阈值滤波方法，以减少由于噪声和伪缺陷引起的测量误差。 结果 利用 3 种滤波算法对四十幅带有缺陷的图像进行试验，实验表明该算法在角部裂纹、细裂纹和伪裂纹检测精度分别达到 92.50%、 92.50%和 95.50%。 结论 Opt-Gabor 算法能根据已分类的两种不同类型的裂纹较为准确地检测出铸坏表面缺陷，在测量精度上略优于其他几种算法。