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2016年, 第45卷, 第6期 
刊出日期:2016-06-20
  

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    专题——恭贺胡如南教授八十寿辰
  • 李金桂
    表面技术. 2016, 45(6): 1-6. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.001
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    表面加工技术可以追溯到古代,后来形成油漆、电镀、热喷涂三个行业。 20 世纪 60 年代,电子束、离子束和激光束进入表面加工技术领域,引发了表面技术翻天覆地的变化与进步,逐步形成现代表面工程学。以最简要的方式论述了现代表面工程的确切定义、两大使用原则、三大技术、四大功能、表面工程学的形成。现代表面工程的确切定义为:物体表面施加保护层的理论、技术、材料、工艺和标准称为表面工程。两大使用原则为表面与整体同时进行设计制造的原则、建立和维持表面保护层完整性原则。三大技术包括表面改性转化技术、薄膜技术和涂镀层技术。四大功能包括控制腐蚀、摩擦润滑匹配、表面功能转化和表面装饰。表面工程学包括坚实的理论基础、雄厚的技术内涵、表面保护层的设计、实施工程车间的设计与检测和不同领域广泛的应用研究。
  • 邓舜杰, 何业东
    表面技术. 2016, 45(6): 7-14. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.002
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    目的 通过对阴极等离子电解放电机制进行讨论,提出大面积沉积复杂形状试样的解决办法。方法 在电解液中添加表面活性剂和氯铂酸制备 Pt 颗粒弥散的复合涂层,通过测试电流密度-电压曲线,分析气膜放电机制,通过扫描电子显微镜对涂层的表面、截面形貌进行分析表征。 结果 在电解液中添加表面活性剂或者在阴极区施加微珠,使气膜层更均匀,同时降低了沉积涂层的电流密度。随着 Pt 含量的增加,涂层孔隙率逐渐降低。涂层中弥散的 Pt 颗粒起到了弥散增韧的作用,提高了涂层的断裂韧性和抗剥落性能。 结论 实现了在大面积复杂形状试样上制备陶瓷涂层,并通过在涂层中弥散 Pt 颗粒提高了涂层的致密性。
  • 杨文忠, 刘瑛
    表面技术. 2016, 45(6): 15-21. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.003
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    目的 改善 Ni-P-纳米 Al2O3复合镀层的均匀性,提高其耐蚀性能。 方法 采用化学镀法在 Q235钢表面制备 Ni-P 纳米 Al2O3 复合镀层,分析纳米 Al2O3添加量(0~10 g/L)对镀层形貌的影响。施镀过程中选用不同种类的表面活性剂来分散纳米 Al2O3,通过 XRD 分析镀层的相组成,采用 SEM、 EDS研究镀层形貌和成分,通过测量施镀前后纳米 Al2O3 的 Zeta 电位来研究非均一镀液的稳定性和纳米粒子的分散性能,利用电化学阻抗手段研究镀膜样品在 3.5%NaCl 水溶液中的耐蚀性能,从而分析镀液中表面活性剂的种类和用量对复合镀层的影响。 结果 随着镀液中纳米粒子添加量的增加,镀层中 Al2O3含量先增加后趋于稳定,同时镀层表面纳米 Al2O3团聚现象也随之加剧。添加一定量表面活性剂之后,镀层变得均匀,纳米粒子团聚减少,其中阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵)在低浓度下就能对纳米 Al2O3 分散产生显著作用,而阴离子表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)需在较高浓度下才能达到相似效果。 结论 当镀液中阴离子表面活性剂用量为 1.25cmc, Al2O3 添加量为 6 g/L 时,镀层最为均匀,且样品在 3.5%NaCl 水溶液中耐蚀性能最好。
  • 崔洪犁, 杨春嘉
    表面技术. 2016, 45(6): 22-27. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.004
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    目的 制备力学性能、热稳定性和表面形貌等相比普通喷涂聚脲涂料都无较大差异的阻燃型喷涂聚脲涂料。 方法 以异氰酸酯预聚物为 A 组分、聚醚多元醇及胺基扩链剂为 B 组分,采用高压无气喷涂方法制备普通喷涂聚脲涂料。将溶剂型阻燃剂和无机填料型阻燃剂分别加入 A、 B 组分中,采用同样的方法制备阻燃型喷涂聚脲涂料。通过极限氧指数和明火点燃的方式表征两种涂料试样的阻燃性能,并对比分析二者的力学性能、热力学性能和表面形貌。 结果 相比普通喷涂聚脲涂料,阻燃型喷涂聚脲涂料的极限氧指数从 18%提高至 28%,拉伸强度从 12.5 MPa 变为 11.3 MPa,断裂伸长率从 430%下降至 422%。虽然阻燃型喷涂聚脲涂料的力学强度有所下降,但是下降幅度很小且在使用范围内,而且涂料的极限氧指数升高,热稳定性和表面形貌均良好。另外,阻燃型喷涂聚脲涂料在明火点燃后离火自熄,无浓烟,无滴落物。 结论 采用在 A、 B 组分中添加阻燃剂的方法成功制备了阻燃型喷涂聚脲涂料,得到了力学性能和热稳定性良好的喷涂聚脲产品。
  • 王华进
    表面技术. 2016, 45(6): 28-35. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.005
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    风电叶片作为风机设备的核心部位,保证其良好运行,既可以提高发电效率,又能降低维护成本。受自然环境的影响,长时间运行的风电叶片往往比较脆弱,尤其是叶片前缘部位,极易受到风沙及雨蚀的损坏,目前最简单有效的方法是使用涂料进行防护。根据风电叶片所处的工作环境特点,提出了对防护涂料的主要要求。介绍了适用于风电叶片防护涂料的基体树脂,包括聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、氟树脂、有机硅树脂和环氧树脂,并分别详细阐述了它们在风电叶片防护涂料方面的国内外研究进展及目前的应用。聚氨酯和丙烯酸聚氨酯树脂是目前使用最多的树脂,在高低温柔韧性、耐磨性及防风沙雨蚀方面表现优异,而氟树脂和有机硅树脂因优异的耐候性和防覆冰性也受到了越来越多的关注,环氧树脂则可以为叶片底漆提供优异的防腐性能和层间附着力。与使用单一树脂相比,针对不同树脂各自的特点,对它们进行合理搭配,制得的配套涂层体系往往可以达到更好的防护效果,这仍然会是今后的主要研究思路。最后指出了目前风电叶片涂料市场的国内外差距,并展望了风电叶片防护涂料未来的发展方向。
  • 董学强
    表面技术. 2016, 45(6): 36-41. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.006
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    目的 改善热镀锌板成形条件,减少冲压成形工序。 方法 研发了一种热镀锌自润滑板,采用扫描电镜研究了热镀锌自润滑涂层的微观结构及成分,采用 X 射线荧光光谱仪测量了膜重。 通过中性盐雾试验、摩擦系数测定、烘烤前后色差变化、涂敷凡士林后色差变化等方法, 研究了涂层膜厚对耐蚀性、自润滑性、耐热性、耐指纹性、耐水性的影响,并得出最佳性能的膜层厚度控制范围。 结果 自润滑膜层为一种有机-无机混合的致密环保涂层,其在 NSST/72 h 条件下锈蚀面积小于 5%,摩擦系数小于 0.10,涂敷凡士林后色差变化值小于 1,具有良好的自润滑性、耐蚀性、耐指纹性、耐水性等性能,满足用户的冲压成形条件。 结论 自润滑涂层的耐蚀性、耐热性、耐指纹性、耐水性等性能均已达到,甚至超越了现有无铬钝化的水平。 涂层自润滑性、耐蚀性、耐指纹性随膜厚的增加而增强,耐热性随膜厚的增大而变差,膜厚对耐水性无明显影响。 控制涂层膜厚为 0.9~1.6 g/m2,可确保涂层具有更加优良的稳定的自润滑性、耐蚀性和耐热性。
  • 方瑞, 吴亭亭
    表面技术. 2016, 45(6): 42-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.007
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    目的 采用热工测试与结构检查手段分析冷轧热镀锌退火炉加热段热工操作及结构存在的问题,并给出合理的解决方案。 方法 将退火炉预热段(PHS)与直接燃烧加热段(DFS)作为一个系统,辐射管加热均热段(RHS)作为另一个系统,分别采取合适的热工测试方案及结构检查的细节,主要涉及到温度、压力、流量及烟气成分等的实时测量。 结果 炉子 DFS 与 RHS 段烧嘴的工艺参数控制与选择不恰当。前者因过度控制炉内气氛调节而空气系数过低,导致燃料利用率低;后者因不精确的进气方式吸入过剩空气,使烟气温度偏低、生成量大,致使热量利用率低。同时,还存在烟气余热利用及炉墙保温材料使用寿命等问题。 结论 适度提高 DFS 段空气系数,改 RHS 段助燃空气为“ 抽-鼓” 方式进气,改善烟气余热回收设备与方式,定期关注炉墙表面温度波动,将有利于退火炉的节能降耗,提高其热效率。整改结果显示, PHS/DFS 段热效率由 51.8%提高至 60.0%, RHS 段热效率由 44.3%提高至 55.8%。
  • 朱振中
    表面技术. 2016, 45(6): 49-54. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.008
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    目的 通过对超细 Al2O3粉体进行接枝改性,改善其在水性浆料中的分散稳定性。 方法 Al2O3粉体先用硅烷偶联剂(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)改性,再接枝聚合丙烯酰胺,制备Al2O3-g-PAM 复合磨料。研究引发剂和单体加入方式、反应温度、单体浓度等因素对接枝率的影响。采用红外光谱和扫描电镜等对改性粉体进行表征。 结果 最佳 Al2O3 粉体接枝改性条件为:反应温度80 ℃,单体浓度 0.5 mol/L,先加引发剂 20 min 后,再一次性加入单体。改性后的氧化铝复合磨料在水中和水性浆料中的分散稳定性均得到了明显的改善。氧化铝在水和水性浆料中的分散稳定性与接枝率密切相关:接枝率越高,其在纯水中的分散稳定性越好;但只有接枝率在某一范围内时,其在水性浆料中的分散稳定性才较好。 结论 接枝率的控制最为关键,当接枝率在 2%~3%之间时,改性氧化铝复合磨料在水性浆料中的分散稳定性较好。
  • 文陈, 冯立, 崔庆新
    表面技术. 2016, 45(6): 55-62. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.009
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    目的 评价镁合金黑色微弧氧化热控膜层在氯离子作用下的腐蚀演变行为。 方法 在电解液中添加不同浓度的添加剂制备微弧氧化膜层,分析不同微弧氧化膜试样在 0.1 mol/L NaCl 溶液中的电化学演变过程。采用电化学极化、电化学交流阻抗表征和拟合,结合扫描电镜等方法,对膜层演变规律及机理进行了探讨。 结果 未经微弧氧化的镁合金自腐蚀电流密度为 17.7 μA/cm2,自腐蚀电位为-1.464 V;经微弧氧化后,试样自腐蚀电流密度减小至 0.09 μA/cm2,自腐蚀电位下降至-1.628 V。添加剂加入后制备的微弧氧化膜相比于镁合金基体,其耐蚀性能提高,且随着添加剂浓度的增加,耐蚀效果呈现先增加、后减弱的趋势,添加剂质量浓度在 10 g/L 时制备的膜层具有最好的防腐效果。镁合金微弧氧化热控膜层在 NaCl 溶液中腐蚀过程分为三个阶段:一是腐蚀性离子进入多孔膜层,引起界面熔融层变化;二是 MgO 与水分子反应造成内层膜更加致密,阻抗有所增加;三是腐蚀溶液接触到部分镁合金基底,发生电化学腐蚀,形成楔形效应,引发裂纹,最终导致局部腐蚀失效。 结论 微弧氧化提高了膜层的耐蚀性能,其在 0.1 mol/L NaCl 溶液中的腐蚀过程可分为介质进入孔内、水合反应和局部腐蚀三个阶段。
  • 安成强
    表面技术. 2016, 45(6): 63-69. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.010
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    铝合金可加工成各种板材、型材、铝铸件,为了减少其在工业环境中的腐蚀损失,需进行钝化处理。钝化常作为涂层的预处理步骤,钝化膜能增强铝合金表面与有机涂层的结合力,进一步提高涂层对基体的防护能力。目前无铬钝化主要是钼酸盐钝化、稀土盐钝化、锆/钛盐钝化及有机物钝化,因此对这几种主要化学钝化法的研究进程及现状进行了综述。钼酸盐复配其他盐协同缓蚀,能够获得更强的耐腐蚀性能。稀土盐中加入强氧化剂和成膜促进剂,可以简化处理工艺,降低腐蚀电流。锆、钛盐中加入有机物形成复合膜,能够改善单一膜层的耐腐蚀性能,提高与基体的结合力。硅烷在铝合金表面形成交联结构,从而表现出良好的封闭效果。在硅烷中加入纳米粒子可以获得更好的膜层表面形貌,加入稀土及其氧化物可提高耐腐蚀性能。硅烷两步法成膜过程中,成膜次序不同能够获得不同的膜层物理性能和耐蚀效果。最后,对未来无铬钝化工艺的研究方向进行了展望。
  • 膜层材料与技术
  • 范婷婷, 王一鸣, 刘晓梅, 周正, 金头男, 贺定勇
    表面技术. 2016, 45(6): 70-75. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.011
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    目的 通过与大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂的对比,研究微束等离子喷涂制备的羟基磷灰石涂层的微观组织特点。 方法 以高结晶度的羟基磷灰石粉末为原料,采用三种不同的喷涂方法(微束等离子喷涂、大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂), 在 Ti-6Al-4V 基体上制备羟基磷灰石(HA)涂层。利用冷场发射扫描电子显微镜和 X 射线衍射仪,对三种涂层的形貌、相组成和择优取向进行分析。结果 与大气等离子喷涂及超音速火焰喷涂制备的涂层相比,应用该设备制备的羟基磷灰石涂层表面平整致密,无大量的气孔存在;涂层截面呈典型的层状结构,在近三分之一表面处观察到柱状晶;涂层中仅有少量的非晶相及分解相,结晶度高达 90%以上。 这些特征均有利于羟基磷灰石涂层在体液环境中的稳定性。 结论 比较三种喷涂方法,采用微束等离子喷涂制备的羟基磷灰石涂层致密, 结晶度高,杂相少,且存在择优取向的柱状晶。
  • 刘延宽, 王志平, 丁坤英
    表面技术. 2016, 45(6): 76-81. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.012
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    目的 提高碳化钨涂层的性能。 方法 运用 Fluent 软件进行超音速火焰喷涂焰流的仿真模拟,得出喷涂距离-焰流速度、喷涂距离-焰流温度曲线。采用粒子飞行监测仪对三组不同粒度(粒子平均直径分别为 21.72、 32.92、 42.56 μm) WC-17Co 粉末在超音速火焰喷涂过程中的飞行状态进行监测,并得出喷涂距离-速度、喷涂距离-温度曲线,揭示喷涂过程中焰流速度、温度对粒子速度和温度的影响。通过扫描电镜观察分析不同粒度 WC-17Co 粉末撞击镍 718 合金基体后的扁平化程度,测量不同粒度WC-17Co 涂层的孔隙率,比较涂层致密度的差异,同时采用压痕法测量涂层的硬度。 结果 WC-17Co粒子飞行速度和温度随喷涂距离的增加呈先增大后减小的趋势,且粒子飞行速度和温度随粉末粒径的增大而减小,根据粉末粒径的不同,其速度峰值在 690~810 m/s 之间变化,温度峰值在 1890~2050 ℃之间变化。直径越小的粒子撞击基体后的扁平率越高,扁平率在 1.94~2.35 之间。 WC-17Co 涂层的孔隙率随粒子直径的增大而升高,涂层的硬度与孔隙率成反比,涂层努氏硬度在 1072~1284HK 之间。结论 超音速火焰喷涂过程中,碳化钨粉末的飞行速度和温度呈先增大后减小的趋势,且飞行速度和温度与粒子直径大小成反比。碳化钨涂层的致密度与硬度随粒子直径的增大而减小。
  • 李春伟, 苗红涛, 徐淑艳, 张群利
    表面技术. 2016, 45(6): 82-90. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.013
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    高功率脉冲磁控溅射技术(HIPIMS)是一门新兴的高离化率磁控溅射技术。概述了 HIPIMS的技术优势,包括高膜层致密度和平滑度、高膜基界面结合强度以及复杂形状工件表面膜层厚度均匀性好等。同时归纳了 HIPIMS 存在的问题,包括沉积速率及低溅射率金属靶材离化率低等。在此基础上,重点综述了近年来复合 HIPIMS 技术的研究进展,其中复合其他物理气相沉积技术的 HIPIMS,包括复合直流磁控溅射增强 HIPIMS、复合射频磁控溅射增强 HIPIMS、复合中频磁控溅射增强 HIPIMS、复合等离子体源离子注入与沉积增强 HIPIMS 等;增加辅助设备或装置的 HIPIMS,包括增加感应耦合等离子体装置增强 HIPIMS、增加电子回旋共振装置增强 HIPIMS,以及增加外部磁场增强 HIPIMS 等。针对各种形式的复合 HIPIMS 技术,分别从复合 HIPIMS 技术的放电行为、离子输运特性,及制备膜层的结构与性能等方面进行了归纳。最后展望了复合 HIPIMS 技术的发展方向。
  • 叶三男, 王培, 孙阳超, 王秀民, 李春玲, 胡松青
    表面技术. 2016, 45(6): 91-99. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.014
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    微胶囊填充型自修复聚合物及其复合材料是近年来高分子科学界的研究热点之一。总结了微胶囊填充型自修复涂层的修复机理。概括了常见的微胶囊填充型自修复涂层体系,包括双环戊二烯-Grubbs 固化剂体系、环氧树脂固化剂体系以及极性溶剂-环氧树脂体系等,并对各体系的组成、微胶囊的稳定性及其影响因素、当前研究现状及未来发展前景进行了总结。介绍了常见的微胶囊制备方法,其中主要有原位聚合法和界面聚合法,并对各方法的原理、特点、应用范围及自身优缺点进行了介绍。对微胶囊填充型自修复涂层的性能(包括力学性能和耐蚀性能)评价方法进行了总结。自修复微胶囊的加入使涂层的断裂韧性修复效率超过 90%,微胶囊使涂层层间附着力的修复效率达到 87%。电化学实验可以从腐蚀电流和阻抗方面等证明微胶囊填充型自修复涂层比普通涂层具有更好的耐蚀性能,同时利用电化学实验也可以对微胶囊填充型自修复涂层的修复过程进行解释说明。最后对微胶囊填充型自修复涂层材料在不同领域的应用进行了总结,并针对微胶囊填充型自修复涂层材料未来的发展方向进行了展望。
  • 石仲川, 张晓云, 汤智慧, 陆峰
    表面技术. 2016, 45(6): 100-106. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.015
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    目的 研究 300M 高强钢表面的冷喷涂锌镍复合涂层的涂层性能。 方法 采用机械混合的方式将锌粉和镍粉进行混合,利用低温气动喷涂技术在 300M 高强钢表面制备锌镍复合涂层,采用扫描电子显微镜、能量色散谱和显微硬度测试仪研究涂层的微观组织结构。采用普通中性盐雾加速实验、涂层破损盐雾加速试验及户外暴晒试验,对冷喷涂锌镍涂层的抗腐蚀性能进行综合评价。考核冷喷涂对300M 钢基材疲劳性能的影响。结果 根据 SEM 的表面及截面图片分析,冷喷涂锌镍复合涂层十分致密,且无孔隙及裂纹,涂层的孔隙率平均为 0.4%,结合强度 40 MPa 左右。根据 EDS 结果分析,锌镍复合涂层中锌的质量分数为 85%左右,镍的质量分数为 15%左右。锌镍复合涂层的显微硬度为 70.8HV0.49。锌镍复合涂层中镍粒子的强化作用,提高了涂层的硬度。冷喷涂锌镍复合涂层具有非常好的抗腐蚀性能,盐雾实验超过 770 h,即使涂层破损也可以达到 600 h。户外暴晒实验 12 个月表面无明显腐蚀,并且冷喷涂对 300M 钢基材的疲劳性能没有影响。 结论 冷喷涂锌镍复合涂层作为抗腐蚀涂层,可以对300M 高强钢提供保护。
  • 白瑞, 高平强, 卢翠英, 赵小伟
    表面技术. 2016, 45(6): 107-111. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.016
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    目的 为缓解市场对聚酰亚胺的迫切需求,制备聚酰胺酸前驱体溶液和聚酰亚胺薄膜,并讨论工艺参数对聚酰亚胺特性黏度的影响。 方法 分别采用两步法和热亚胺化制备了聚酰胺酸前驱体溶液和聚酰亚胺薄膜,对单体配比、反应温度、反应时间及体系含水量等工艺参数进行优化实验,并通过乌氏黏度计、红外光谱仪(FTIR)和 X 射线衍射仪(XRD)对聚酰胺酸和聚酰亚胺薄膜的黏度和结构进行表征研究。 结果 优化后的工艺参数为: BTDA/ODA 摩尔比 1.02,反应温度 20 ℃, 反应时间 4 h,体系含水量 0%。由此制得了黏度较高的聚酰胺酸溶液,并通过热亚胺化制备了结构完整的聚酰亚胺薄膜。 结论 制备的聚酰亚胺薄膜均一、透明,具有完整的组织结构。
  • 表面摩擦磨损与润滑
  • 华希俊, 孙建国, 张培耘, 丁积霖, 郝静文, 刘凯
    表面技术. 2016, 45(6): 112-118. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.017
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    目的 研究微织构纳米固体润滑剂及碳纳米管(CNTs)添加剂对微织构表面高温润滑性能的影响。 方法 采用 YLP-HP-1-100-100-100 型光纤激光器在 Cr4Mo4V 高温轴承钢表面进行织构化处理,并填充二硫化钼(MoS2)-聚酰亚胺(PI)和不同碳纳米管添加含量的 MoS2-PI-CNTs 复合固体润滑剂。在环-盘接触的 MMU-10G 高温摩擦磨损试验机上进行了环境温度从室温到 400 ℃的滑动摩擦性能试验。结果 填充含纳米 MoS2 的复合固体润滑剂的微织构表面的摩擦系数比填充含相同含量微米 MoS2 的低35%左右。微织构纳米 MoS2-PI 自润滑表面摩擦系数随碳纳米管含量的增加先减小后增大, 当碳纳米管质量分数为 6%时,其摩擦系数最小,且比无碳纳米管的低 37%左右。在 MoS2-PI 纳米复合润滑剂中添加 6%碳纳米管后, MoS2-PI-CNTs 纳米复合润滑剂具有更高的使用温度和更低的摩擦系数。 结论 纳米 MoS2的润滑效果优于微米 MoS2,碳纳米管有利于提高 MoS2-PI 复合固体润滑剂的耐热性能和润滑减摩性能。
  • 刘保国, 林玥, 张世宏
    表面技术. 2016, 45(6): 119-124. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.018
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    目的 探究湿度和加载载荷对氮化高速钢基体上沉积掺钨类金刚石薄膜的摩擦磨损性能的影响。方法 通过非平衡磁控溅射技术在氮化处理后的高速钢基体上制备了掺钨类金刚石(W-DLC)薄膜。利用纳米压痕仪和划痕实验检测了薄膜的硬度和结合力,通过摩擦磨损实验检测了不同湿度(30%和 60%)和不同载荷(10、 20、 30、 40 N)条件下薄膜的摩擦系数和磨损率,利用扫描电子显微镜对摩擦磨损后的形貌与成分进行了观察与分析,并利用拉曼光谱对磨屑的结构进行了分析。 结果 在湿度为 30%和60%的条件下,薄膜的摩擦系数均随着摩擦载荷的增加呈现先增加后降低的规律,且在载荷为 30 N 取得最小值;磨损率均随着载荷的增大而增加,且湿度为 60%条件下薄膜的磨损率大于湿度为 30%条件下的磨损率。 磨屑产物的拉曼光谱结果显示,摩擦过程导致薄膜发生石墨化转变,而载荷和湿度对磨屑结构的影响不大。 结论 高速钢基体进行离子氮化后,可以明显提高掺钨类金刚石薄膜的硬度和结合力。
  • 表面强化及功能化
  • 覃正海, 鲜广, 赵海波, 郑永强, 范洪远, 王均
    表面技术. 2016, 45(6): 125-133. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.019
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    近年来,我国汽车产业迅猛发展,汽车机械零部件的需求给我国切削加工业带来了发展机遇和挑战。汽车安全性和舒适性的要求,国家节能减排、绿色制造的发展战略,指引切削技术向高速、高效、高精、绿色、智能方向发展,对刀具材料的使用性能也提出了更高要求。 TiCN 涂层刀具因具有高硬度和高耐磨性被大量应用,尤其是在有色金属及合金的切削加工上具有明显优势。综述了 TiCN 涂层的微观结构,指出 C 原子具有细化晶粒和抑制柱状晶形成的作用,涂层的结晶度和择优取向随 C 含量的改变而变化。总结了 TiCN 涂层的主要性能特点,包括硬度和致硬机理、耐磨性和减摩机理、热稳定性和热失效机制。介绍了 TiCN 涂层的沉积原理,指出各种制备方法的优缺点和关键工艺参数。分析了以 TiCN 为基进行改性获得的涂层的国内外最新研究现状,提出对 TiCN 涂层进行多层化、多元化以及纳米多层化,是进一步提高该涂层在高温条件下综合性能的方法,也是该涂层为适应高速切削、干式切削等新切削技术要求的发展方向。
  • 马涛, 李运刚
    表面技术. 2016, 45(6): 134-139. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.020
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    抗菌不锈钢是一种新型的抗菌材料,拥有抗菌性强、耐高温塑性好、自身无菌等良好的特性,在医疗、食品、公共卫生等领域有很好的应用前景。在实际应用中,抗菌不锈钢主要应用其表面的抗菌性能,因此,表面抗菌不锈钢较之其他产品有更高的研究价值。综述了表面抗菌不锈钢的研究进展,主要包括表面涂层型抗菌不锈钢和表面改性型抗菌不锈钢的制备工艺,以及不同类产品的抗菌能力。结果表明,目前表面抗菌不锈钢在制备及使用过程中所面临的问题主要是对生产设备和技术要求高,产品耐磨性差,当前的技术难以达到大量制备表面抗菌不锈钢的要求。 结合电沉积法的特点及扩散特性,以及利用电沉积扩散法在制备抗菌不锈钢方面的应用情况,指出利用电沉积扩散法在不锈钢基体表面制备抗菌镀层将是未来制备表面抗菌不锈钢的主要发展方向。
  • 班国东, 刘朝辉, 叶圣天, 王飞, 贾艺凡, 丁逸栋, 林锐
    表面技术. 2016, 45(6): 140-146. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.021
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    随着精确制导武器的改进和现代雷达探测技术的发展,雷达隐身技术已成为提高军用目标生存力和战斗力的关键技术之一,涂覆型雷达吸波材料作为一种雷达隐身技术,因其吸波效果好、工艺简单、设计难度小、成本低,在雷达隐身技术中占有重要地位。传统涂覆型雷达吸波材料主要以实现在某个较窄频段的强吸收为目标,存在频带窄、面密度大等缺点。为了满足装备的战场隐身需求,需要研究和开发具有厚度薄、面密度小、吸波频带宽和吸波能力强(薄、轻、宽、强)的新型涂覆型雷达吸波材料,因此对新型涂覆型雷达吸波材料的研究成为当前国内外的一个热点,了解和掌握它的研究进展对下一步的研究具有重要指导意义。根据雷达隐身技术的作用机理和雷达吸波材料隐身原理,总结了雷达隐身的主要手段,详细分析和阐述了纳米吸波材料、多晶铁纤维吸波材料、手征吸波材料、导电高聚物吸波材料四种新型涂覆型雷达吸波材料的国内外研究现状,最后对新型涂覆型雷达吸波材料的发展进行了展望。
  • 吴护林, 朱敏
    表面技术. 2016, 45(6): 147-152. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.022
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    目的 制备 Al/Cr2O3红外低发射率颜料,维持红外波段高反射的同时,降低可见光波段的反射特性,以满足可见光/红外兼容伪装材料的要求。 方法 采用液相沉积表面包覆技术对片状铝粉进行改性, 制得 Al/Cr2O3 颜料粉体,对 Al/Cr2O3颜料粉体的微观形貌、成分进行表征,并对添加 Al/Cr2O3的涂层在可见光近红外波段的光谱反射率、在 8~14 μm 波段的红外发射率、辐射温度及热像图进行表征与分析。 结果 Cr2O3 成功包覆于铝粉表面,且包覆基本完整。含 Al/Cr2O3 的涂层光谱反射曲线与背景绿色植被相似,可以较好地模拟自然背景中的绿色植物。 涂层的红外发射率与低发射率功能填料Al/Cr2O3 的含量密切相关, 随 Al/Cr2O3 颜料含量增加,涂层的发射率由 0.91 降到 0.43,平均辐射温度由 27.9 ℃降低到 22.7 ℃。 结论 制备的颜料应用于涂层后,可实现有效的红外热图像分割效果,能够满足可见光/红外兼容伪装材料对红外低发射率功能填料的要求。
  • 丁逸栋, 刘朝辉, 王飞, 叶圣天, 贾艺凡, 班国东, 林锐
    表面技术. 2016, 45(6): 153-160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.023
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    SiO2气凝胶自 1931 年由美国科学家 Kistler 制备问世以来,因其热导率低、比表面积大、孔隙率大等优异性能一直被研究者所青睐。随着研究的深入, SiO2 气凝胶的制备加工工艺得到了优化,使用性能在一定程度上得到了较大提升,研究方向也从早期的制备、性能研究发展到现在的应用研究。现已研制开发出许多具有特殊功能的全新产品,并通过与其他材料的复合得到性能更优越的 SiO2 气凝胶复合材料,使其在航天航空、军事、建筑、医学等领域得到越来越广泛的应用。在 SiO2 气凝胶众多应用领域中,其在涂料中的运用是极为重要的一个分支。针对目前 SiO2气凝胶涂料推广应用难等现实情况,先对 SiO2 气凝胶及其涂料制备过程中存在的主要问题做简要阐述,再将利用 SiO2 气凝胶在某些方面的突出性质而制成的功能涂料进行分类,并从 SiO2气凝胶在各种功能涂料中的作用机理出发,对不同功能的 SiO2 气凝胶涂料的研究进展情况进行归纳总结,在此基础上,展望了未来 SiO2 气凝胶涂料的发展方向。
  • 唐继海, 郑红川, 杨骐, 石浩, 冉洪武, 李希
    表面技术. 2016, 45(6): 161-166. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.024
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    目的 制备水性多波段伪装印花涂料及可见光/近红外/热红外多波段伪装织物。 方法 将印花粘合剂、增稠剂、红外低发射率颜料、近红外高反射颜料、着色颜料、分散剂等制备成水性多波段伪装印花涂料。采用圆网涂料印花工艺,将水性可见光/近红外/热红外多波段伪装印花涂料印染在涤棉混纺织物上,得到了四色可见光/近红外/热红外多波段伪装印花织物。通过环境扫描电镜、分光式测色仪、分光光度计、双波段发射率测量仪、红外热像仪等测试手段对印花织物的形貌、伪装性能、理化性能进行了表征。 结果 印花涂层均匀附着在涤棉混纺织物纤维表面,印花织物的可见光迷彩颜色与环境背景相似,近红外光谱反射特性在 0.4~1.2 μm 范围内与背景基本上实现了同色同谱,在红外成像下形成有效梯度分割,且与背景有较好的融合效果。 结论 制备的印花涤棉混纺织物具有可见光/近红外/热红外兼容伪装性能,各项性能指标达到了实用要求。
  • 孙丽荣, 赵国伟, 张立岩, 赵广军, 李方军, 孙丽华, 孙家利, 季淑杰
    表面技术. 2016, 45(6): 167-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.025
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    目的 针对我厂某型号子母弹靶试时出现的弹底脱落问题,分析原因是因为阳极氧化膜不耐火药气体高温烧蚀。采取喷涂抗高温烧蚀涂料的方法,会冲刷出小孔洞。而微弧氧化作为一种直接在金属表面原位生成陶瓷层的表面强化技术,具有优异的抗烧蚀性能, 100 μm 厚的膜层可耐 2500 ℃ 的高温气流冲击, 20 s 不脱落。因此采用微弧氧化方式对弹底进行处理。 方法 以弹底作阳极,不锈钢电解槽为阴极,使用双极性交变脉冲微弧氧化电源,采用恒流方式操作。电解液配方为硅酸盐系,温度 20~40 ℃ ,处理时间 80~90 min。 结果 经过对微弧氧化膜层外观质量、厚度、附着强度、耐腐蚀性和耐烧蚀性等各项性能指标检测和靶场射击试验考核,微弧氧化膜层质量明显优于阳极氧化膜,弹底均未出现烧蚀、脱落现象,强度满足要求,高低温开舱可靠,从而证实弹底采用微弧氧化的处理方式可以抵抗火药气体的瞬间高温烧蚀作用,不会影响该子母弹的各项战技指标要求。 结论 弹底采用微弧氧化处理方式满足产品质量要求,可以用于批量生产。
  • 表面失效及防护
  • 杨夏琼, 陈朝轶, 李军旗, 权变利, 刘利, 卢小玉
    表面技术. 2016, 45(6): 173-179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.026
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    目的 研究 16Mn 钢在不同 S2O32?浓度的 NaAlO2 溶液中的腐蚀行为。 方法 通过盐雾腐蚀、失重法、电化学腐蚀实验以及 SEM、 EDS 等分析手段研究 16Mn 钢的腐蚀行为。 结果 S2O32?质量浓度由3 g/L 增加至 7 g/L 时,腐蚀速率从 0.4990 g/(m2·d)增大至 0.5180 g/(m2·d),最大点蚀深度从 3.6 μm增至 4.5 μm,腐蚀电流密度由 0.648 μA/cm2 增至 5.186 μA/cm2,容抗弧半径逐渐减小。 EDS 分析可知,腐蚀产物主要由 O、 Al、 S、 Fe 四种元素组成,其中 Al、 O 元素含量较多,且随着 S2O32?浓度的增加先升高后降低。 结论 铝酸钠溶液中 S2O32?的存在会促进 16Mn 钢的腐蚀, S2O32?浓度变化对 16Mn 钢的腐蚀行为有显著影响,试样的腐蚀速率总体上随 S2O32?浓度的增加呈上升趋势。当 S2O32?质量浓度为 3 g/L 时,试样表面会生成 Al(OH)3 膜,对基体有一定的保护作用,腐蚀速率上升较缓慢;当 S2O32?质量浓度升至 4 g/L 后,氧化膜被 S2O32?穿透,腐蚀速率上升较快;但是当 S2O32?质量浓度上升到 5 g/L后,腐蚀速率增长较慢并趋于平缓。
  • 陈兵, 阮英浩, 姜楠
    表面技术. 2016, 45(6): 180-185. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.027
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    目的 针对国内某化工厂氯化铝生产线上三效连续蒸发装置中换热器发生的换热管束泄漏事故,进行相应的失效分析,找出其原因,以避免相似的腐蚀失效事故再次发生。 方法 采用宏观检测方法确定发生腐蚀的位置及腐蚀的宏观形貌,由全浸试验确定 TA10 合金在管、壳程工况下的耐蚀性,通过电镜扫描观察表面腐蚀的微观形貌,最后借助能谱分析和 X 射线衍射的方法确定腐蚀产物的成分。结果 换热器中挡流板被腐蚀,其表面金属发生大面积不规则剥落,换热管束外侧发生严重腐蚀,金属大面积剥落,管程出口处只有焊缝处发生明显腐蚀。 TA10 合金在管程工况下不会发生腐蚀,而在壳程工况下,会发生较为严重的腐蚀,腐蚀表面呈现出多层状结构,且表面形状无规则,生成的腐蚀产物为 TiH2。 结论 TA10 合金在壳程工况下,并不能达到良好的耐蚀效果,现有工艺条件下,露点的产生使换热管外侧有高浓度盐酸产生,其会和 TA10 合金发生严重的吸氢反应,从而导致氢致开裂以及吸氢脆化,伴随气体的冲刷,便出现了金属大面积剥落现象,换热管与管板在连接处发生缝隙腐蚀,缝隙内钛作为阳极发生溶解。最后针对性地提出了防腐蚀建议。
  • 肖金华, 赵晴, 王帅星, 杜楠
    表面技术. 2016, 45(6): 186-191. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.028
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    目的 研究硫脲(TU)对非调质钢在 HCl 溶液中的缓蚀作用。 方法 通过动电位极化曲线、电化学阻抗谱研究硫脲对非调质钢在 HCl 溶液中的缓蚀效应,采用 KH-7700 型三维视频显微镜观察非调质钢的腐蚀形貌。 结果 非调质钢在不含缓蚀剂的 HCl 溶液中的自腐蚀电位(Ecorr)为?0.566 V,自腐蚀电流密度(Jcorr)为 12.57 mA/cm2。随着 HCl 溶液中硫脲浓度的增加,非调质钢的自腐蚀电流密度(Jcorr)逐渐减小,反应电阻(Rct)逐渐增大,界面双电层电容 Cdl降低,缓蚀效率逐渐增加,阴极极化曲线几乎重合,而阳极极化曲线逐渐正移。当 HCl 溶液中加入 5 g/L 硫脲时,缓蚀效率达 91.17%,效果好于市售酸洗缓蚀剂 AS-30,能够有效消除非调质钢在 HCl 酸洗液中的腐蚀麻点。 结论 硫脲对非调质钢在 HCl 溶液中具有明显的缓蚀效应,能够有效消除非调质钢酸洗过程中的腐蚀麻点。
  • 王长健
    表面技术. 2016, 45(6): 192-197. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.029
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    目的 材质为 17Cr2Ni2MoA 的风电齿轮箱高速齿轮轴,同炉号共生产 5 件,在安装装配后进行试车试验时其中 4 件均发现有断齿现象,导致高速齿轮轴报废,同时导致整个风电齿轮箱的安装调试工作停滞。故对该高速齿轮轴断齿原因进行分析,以区分质量事故责任。 方法 通过化学成分分析、齿面宏观外貌观察分析、宏观断口、宏观金相、微观金相、有效硬化层深度测试、扫描电镜试验分析等一系列的理化试验,对该高速齿轮轴断齿原因进行分析。 结果 该高速齿轮轴材质正常,化学成分合格。齿轮轴齿部断口上有疲劳贝壳纹线,齿轮断口为疲劳断口,疲劳源在齿根。齿轮轴齿部表面渗碳热处理层组织正常,晶粒度级别为 7 级,合格;齿轮轴齿根、齿面、齿顶表面渗碳热处理层的有效硬化层深度均过深,不符合产品技术要求。齿轮轴断口微观形态呈疲劳辉纹,未见明显的冶金缺陷。结论 该高速齿轮轴断齿性质为快速疲劳断裂,其形成原因是齿根渗碳层深度过深所致。
  • 表面质量控制及检测
  • 褚聪, 戴勇, 沈明, 葛满, 叶见领, 袁巧玲
    表面技术. 2016, 45(6): 198-204. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.030
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    目的 解决传统水射流加工中的法向力冲击损伤、磨粒束发散、加工效率及能量利用效率问题。方法 提出一种新型加工方式,即强约束磨粒射流抛光。在水射流加工的喷嘴末端施加一个约束力,使抛光液以较高的速度并以与工件表面相切的方向喷射而出。采用仿真分析与实验探究相结合的方式,以实际加工条件为仿真参数,应用 Fluent 仿真软件分析了磨粒直径及磨粒浓度对加工的影响,并得到相应的压力曲线。在仿真分析的基础上,实验验证仿真结果的可靠性及实际加工的可行性。 结果 由仿真结果可知,1500 目直径的磨粒相对其他四种直径的磨粒,颗粒对工件表面的压力最大,达到 0.185 MPa。当磨粒质量分数为 15%时,相对其他三种磨粒浓度,颗粒对工件表面的压力最大,达到 0.19 MPa。因而, 1500 目磨粒、 15%的磨粒浓度为加工的最佳理论参数。以仿真结果为参考实验条件,结果表明,在 8 h 内,工件表面粗糙度下降了 239 nm,材料去除率达到 6.9 mg/h。 结论 强约束磨粒射流加工方式可在工件表面形成较高速度的磨粒射流,提高加工效率。在短时间内工件表面粗糙度的改善及工件质量的下降,证明了此加工方式的有效性。
  • 李炯, 林炜轩, 程鹤登, 陈榕杰, 王江涌
    表面技术. 2016, 45(6): 205-212. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.031
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    目的 研究具有不同高度分布函数的表面形貌粗糙度参数的变化。 方法 高度分布函数包含了表面形貌的高度信息,通过对其逆运算可重新构建表面形貌。通过统计表征不同高度分布函数所构建的表面形貌的高度类粗糙度参数,并对比分析它们之间的变化关系,从而确定用于准确描述表面形貌的基本高度类参数。 结果 源于同一种非高斯型的分布函数构建出的表面形貌,部分表征表面形貌的高度类粗糙度参数会保持一致;而源于不同的非高斯型高度分布函数构建出的表面形貌,其部分高度类粗糙度参数(Ra、 Rq、 Rsk、 Rku)会随高度分布函数形状的变化而发生规律性变化,由此提出了高度类参数简化选择的方式。 结论 可根据需求选取适当的粗糙度参数来表征表面形貌。对于满足同一高度分布函数的表面形貌,可以通过测量与峰值(谷值)相关的参数(如 Rp、 Rv等)或高度位置信息相关的参数(如 Rtm、 R3y等),来表征区分不同的表面形貌。对于满足不同高度分布函数的表面形貌,可以通过测量由分布函数确定的参数(Ra、 Rq、 Rsk、 Rku)来进行初步的表面表征区分,而后再按照需求进行多参数的测量。
  • 吕春兰
    表面技术. 2016, 45(6): 213-217. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.06.032
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    目的 探究离心研磨自动化加工工艺对钛合金表面粗糙度的影响。 方法 选取了影响离心研磨加工效果的主要工艺参数(磨料材质、磨料粒径、滚筒转速),并使用单因素试验法对 TC21 钛合金进行了离心研磨加工试验。以表面粗糙度为评价指标对工艺参数进行了分析和优化。采用优化后的工艺参数对 TC21 钛合金进行了表面离心研磨加工,在此基础上研究了表面二次细化加工对 TC21 钛合金表面粗糙度的影响,并对比了加工前后工件的表面粗糙度值和表面形貌。 结果 确定了较优的离心研磨 TC21钛合金的工艺参数,即:磨料材质选用氧化铝,磨料粒径为 5 mm,滚筒转速为 240 r/min。采用优化后的工艺参数进行了离心研磨加工试验, TC21 钛合金表面粗糙度值由 1.412 μm 低至 0.513 μm;表面二次细化加工后,工件表面粗糙度值由 0.513 μm 降至 0.267 μm,加工纹理和缺陷消失。 结论 采用优化后的工艺参数对 TC21 钛合金取得了较好的离心研磨加工效果,结合表面二次细化加工,使 TC21 钛合金表面粗糙度值降低两级,并修复了表面缺陷,验证了使用离心研磨工艺加工 TC21 钛合金的可行性。