2017年, 第46卷, 第6期　
刊出日期：2017-06-20

  

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专题——摩擦与润滑
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  表面织构及供油量对润滑性能影响的建模分析

  张生光, 王文中, 赵自强

  表面技术. 2017, 46(6): 1-8. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.001

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  目的 研究不同供油条件下织构表面的润滑性能。方法 首先，建立考虑表面织构的乏油润滑模型，求解修正雷诺方程获得乏油工况下考虑织构表面的润滑油膜厚度以及压力分布。然后，依据求得的润滑油膜厚度判断计算域内各点润滑状态，通过接触压力及油膜厚度分别计算边界润滑、混合润滑以及流体润滑状态下的切应力，并积分求得摩擦力进而得到摩擦系数。结果 模拟了供油层厚度为50~500 nm以及充分供油条件下三种织构的润滑行为，获得了不同润滑状态下表面织构的摩擦系数。速度为0.1 m/s时，供油量对接触区油膜厚度的影响较小，不同润滑状态下织构表现出不同的润滑性能。速度为0.2 m/s时，供油层厚度对油膜厚度的影响较大，随着供油层厚度的增大，膜厚明显增加，摩擦系数在供油层厚度为200 nm时最小。结论 接触副处于流体润滑状态时，织构表面不具有减摩效果。接触副处于边界润滑状态时，织构表面具有减摩效果，并且织构较密时，摩擦系数较小。接触副处于混合润滑状态时，织构过于稀疏或密集时均不具有减摩效果，但是合理分布的织构具有减摩效果。
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  表面织构对金属-聚甲醛材料摩擦副磨损行为与机理的影响

  张长桃, 王美玲, 王晓雷

  表面技术. 2017, 46(6): 9-14. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.002

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  目的 研究表面织构对金属-聚甲醛（POM）摩擦副磨损行为和机理的影响。方法 通过光刻-电解的方法加工出带有不同参数凹坑的不锈钢试样与聚甲醛（POM）材料配副，在万能摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验，以评价其摩擦学性能。利用光学显微镜、三维形貌仪和SEM对磨损后的表面形貌以及磨屑形态进行观察分析。结果 凹坑深度为5 μm、面积率为10%时，减磨效果最明显，磨损率相比无织构试样下降了36.2%。凹坑深度为10 μm时，表面织构的引入起到了增大磨损的效果。结论 合适参数的表面织构能够有效减小大面积的材料粘着转移现象，对摩擦副具有良好的减磨效果。不恰当的表面织构参数会在凹坑边缘引发严重的应力集中现象，导致不锈钢试样对软材料微切削作用产生，这也是材料磨损率急剧增大的原因。
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  粉末润滑界面边界层状态微观形态观察和分析

  田明, 王超, 杨斌, 刘焜

  表面技术. 2017, 46(6): 15-20. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.003

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  目的 粉末润滑边界层状态预示着润滑条件的优劣。粉末颗粒以其良好的润滑性能和承载能力以及对极端工况的适应性，被广泛应用于诸多领域，因此需对粉末润滑界面的摩擦润滑性能展开深入研究。方法 利用UMT-2多功能摩擦磨损测试仪，结合形状测量激光显微系统对粉末润滑界面边界层的微观形态进行观察和机理分析。重点研究载荷（1、2、4、6 MPa）、速度（2、4、8、16 r/min）、粉末层厚度（1.5、3.5、5.5、7.5 μm）以及表面粗糙度（0.389、0.745、1.751、3.112 μm）等工况条件对粉末润滑的影响机制。结果 较大的接触载荷有利于形成致密的边界层，提高润滑性能。在速度较低时，不利于形成完整、致密的边界层，润滑较差，甚至产生爬行现象，随着速度的增加，润滑效果改善，但过大的速度又会加快粉末耗散。适量的粉末层厚度能够使摩擦界面间形成完整、厚实的边界层，提供良好的润滑能力。粗糙度适当的表面有利于粉末润滑剂存储、边界层的形成以及润滑作用的维持。结论 合理选择接触载荷、速度、粉末层厚度以及试样表面粗糙度有助于提高粉末颗粒的润滑性能。
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  弓网载流效率及其对碳滑板磨损性能影响的试验研究

  武云龙, 黄海, 付文明, 陈光雄

  表面技术. 2017, 46(6): 21-26. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.004

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  目的 研究纯碳滑板在高速载流条件下的滑动电接触特性。方法 将纯碳受电弓滑板加工成尺寸为120 mm×34.5 mm×25 mm的长方形试样。在环-块式高速载流摩擦磨损试验机上，研究法向压力、滑动速度、电流对弓网载流效率的影响，比较了不同载流效率时碳滑板的磨损形貌。试验过程中实时采集接触副两端的电压、电流以及碳滑板表面温升。每组试验的滑动距离为150 km，试验结束后，用SEM扫描电镜观察碳滑板的表面形貌。结果 在电流恒定的情况下，电弧放电能量随着载流效率的增加而降低。在电流I=150 A、滑动速度v=150 km/h的条件下，载流效率随着法向压力的增加而增加。在电流I=100 A、法向压力Fn=100 N的条件下，载流效率随着滑动速度的增加而减小。在电压U=7 V、滑动速度v=150 km/h的条件下，载流效率随着电流的增加而减小。碳滑板的磨损形貌显示，载流效率较高时，碳滑板以机械磨损为主并伴随着轻微的电弧烧蚀现象；载流效率较低时，碳滑板电弧烧蚀现象非常严重，有明显的烧蚀坑。结论 载流效率在一定程度上反映了弓网系统的接触稳定性。载流效率越低，碳滑板磨损越严重。
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  基于CFD的粗糙度及污损附着对船舶阻力的影响

  姚雪蕾, 袁成清, 赵相宽, 白秀琴

  表面技术. 2017, 46(6): 27-34. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.005

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  目的 研究船体表面粗糙度及污损附着在不同航速下对航行阻力的影响。方法 参考船体粗糙表面条件下的阻力估算方法，并通过目检法对船舶污底分级，由船体附着的生物类型判断此时污损附着的严重程度。划分三种不同的船体表面条件，对应建立三种模型，采用计算流体力学（CFD）方法，使用FLUENT软件进行数值模拟。将仿真结果与经验结论进行对比，分析阻力的增长情况与阻力性质。结果 船体表面条件越差，增加的航行阻力越大。同一表面条件下，增加的航行阻力随航速的增大而增大。在粗糙度（包含轻度污底）和中度污底情况下，增加的航行阻力主要为摩擦阻力；重度污底情况下，增加的航行阻力不再以摩擦阻力为主，粘压阻力、兴波阻力所占比例会增大。结论 在重度污底的情况下，经验推荐的摩擦补贴系数已不适用于实际情况，数值模拟方法的计算结果可供参考。通过降低航速来减少增阻适用于任何表面条件。
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  非均匀亲和性界面对流体动压润滑油膜厚度的影响

  王志君, 田鹏晖, 郭峰

  表面技术. 2017, 46(6): 35-41. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.006

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  目的 研究非均匀亲和性界面对流体动压条件下润滑油膜厚度的影响。方法 通过对固体试样表面进行张力修饰以获得对润滑液体不同的亲和性，其中包括表面的不同部分对液体的亲和性不同，即非匀质亲和性表面。试验中利用防指纹油液（AF）对普通钢滑块进行张力修饰得到了匀质AF滑块和非均匀性AF滑块，测量了钢滑块、入口AF滑块、出口AF滑块和全表面AF滑块的油膜厚度随倾角的变化，同时利用防指纹油液对阶梯滑块进行张力修饰得到了AF阶梯滑块，测量了阶梯滑块和AF阶梯滑块在倾角为1:2231和平行间隙两种条件下的油膜厚度随速度的变化。结果 四种滑块的油膜厚度随倾角的增大均呈现先增大后减小的趋势，存在最佳倾角，且普通钢滑块表面、非均匀亲和性AF表面、均匀AF表面的油膜厚度依次降低。对阶梯滑块和AF阶梯滑块的测量结果表明，AF阶梯滑块产生的油膜厚度一直低于阶梯滑块。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。通过选择性修饰试样表面，使得表面润湿性具有区域性差异，油膜厚度降低，认为造成该现象的原因是润滑剂在固液界面亲和性低的部分发生较强的侧泄。
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  表面润湿性对微通道界面减阻特性的影响

  李小磊, 马晓雯, 常允乐, 张会臣

  表面技术. 2017, 46(6): 42-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.007

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  目的 降低微通道的流动阻力。方法 借助激光加工、自组装技术和化学涂覆技术，在Si基底上制备了3种不同润湿性的表面，通过组装获得具有不同润湿性壁面的微通道。采用微观粒子成像测速技术（μ-PIV），对构建的微通道单侧滑移流动和双侧滑移流动进行测试。结果 Si表面沉积自组装分子膜、微结构加工结合自组装分子膜沉积及构筑微结构后，进行纳米二氧化硅涂覆的接触角分别为114.6°、142.7°和155.4°。亲水壁面A与疏水壁面B、C和超疏水壁面D组成的微通道，B、C和D壁面的滑移速度分别为0.018、0.022、0.029 m/s。B-D通道的平均流速比B-C通道提高了0.85%，C-D通道的平均流速比C-C通道提高了5.25%。结论 疏水壁面处均存在较明显的滑移速度，且壁面疏水性越强，滑移速度越大。当两侧壁面均为疏水壁面时，一侧壁面疏水性的提高可以增加另一侧壁面疏水性对整体减阻效果的影响，但会迫使另一侧疏水壁面的滑移速度减小。流场中最大速度位置会偏向疏水性较强的一侧壁面，且两侧壁面润湿性的差距越大，其偏离距离越大。
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  低黏度燃料介质中部分膜点接触弹流润滑分析

  古乐, 崔海旭, 马芳, 张静静, 张传伟, 崔淑慧

  表面技术. 2017, 46(6): 49-54. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.008

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  目的 某型发动机转子系统直接采用JP-10燃料对传动部件进行润滑，但燃料润滑的可靠性是限制其应用的瓶颈技术之一，因此拟研究传动部件在JP-10介质中的润滑状态。方法 建立点接触部分膜弹流模型，模型以弹流润滑理论与弹性固体接触理论为基础，应用有限差分法进行完全数值求解。通过比较在JP-10、航空润滑油4050和4109介质中，油膜厚度、油膜压力及粗糙接触压力的分布，分析了JP-10的润滑性能。结果 JP-10形成的油膜厚度与压力均小于另外两种润滑油，JP-10介质中的粗糙接触压力远大于另外两种润滑油中的粗糙接触压力。结论 JP-10的润滑性能比常用的航空润滑油弱，其润滑可靠性较低，需要采取先进表面加工技术对传动部件间的接触表面进行防护，同时在合理范围内提高流体卷吸速度，提高表面加工质量，有利于流体润滑膜的形成。
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  石墨增强聚酰亚胺在海水中的摩擦学性能

  易蒙, 顾卡丽, 李健, 段海涛

  表面技术. 2017, 46(6): 55-60. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.009

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  目的 为石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水环境下的摩擦学应用提供实验依据。方法 利用SST-ST销/盘摩擦试验机，研究了质量分数为15%石墨增强聚酰亚胺复合材料与17-4PH不锈钢组成的摩擦副在海水介质中的摩擦学性能，并与干摩擦和纯水润滑条件下的摩擦学性能进行比较。结果 聚酰亚胺复合材料在干摩擦下的摩擦系数和磨损体积最大，分别为0.134、1.930 mm3。干摩擦条件下，聚酰亚胺复合材料的磨损表面存在较深的犁沟，在犁沟周围出现了材料塑性流动及粘着剥落现象，对偶件表面有聚酰亚胺复合材料转移。磨损机理主要表现为磨粒磨损、材料塑性变形以及粘着和剥落。在纯水润滑下，聚酰亚胺复合材料表面存在较多材料粘着撕裂现象，同时存在宽浅不一的犁沟，磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。在海水润滑下，复合材料的摩擦系数和磨损体积最小，分别为0.086、1.235 mm3，材料磨损表面十分光滑，只有沿运动方向存在少量轻微犁沟，磨损机理主要表现为磨粒磨损。结论 石墨增强聚酰亚胺复合材料在海水中的摩擦学性能优于干摩擦和纯水环境下的摩擦学性能。
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  磁性液体润滑技术的进展简述

  杨金霖, 黄巍

  表面技术. 2017, 46(6): 61-68. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.010

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  与传统润滑剂相比，磁性液体因其具有特殊的可控润滑效应，一直是国内外学者研究的热点。概述了磁性液体的组成及其所具有的基本特性，着重从理论和实验两方面回顾了国内外学者在磁性液体润滑技术方面所取得的研究成果及最新进展。在理论方面，分析了润滑边界条件、磁场强度及磁性颗粒等因素对于磁性液体压力分布和承载能力的影响。在实验方面，探讨了采用不同手段改变其粘度进而对最终润滑性能的影响，突出了磁性液体作为一种新型功能化润滑剂在润滑性能和承载能力上的优势。此外，受永磁铁空间布局的限制，引入了磁性表面织构配合磁性液体润滑的前沿思想，重点阐述了磁液润滑下磁性表面织构的工作机理，通过实验发现了其在高速下具有减摩促润滑性能，并对其未来广阔的应用前景进行了展望。
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  环境温度变化对水润滑动静压轴承的热弹流影响

  张同钢, 王优强, 徐彩红, 王立梅

  表面技术. 2017, 46(6): 69-76. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.011

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  目的 研究不同季节或地域以及外部降温对水润滑动静压轴承热弹流的影响。方法 选取小孔式水润滑动静压滑动轴承为研究对象，采用考虑了热效应的Reynolds方程对水润滑动静压滑动轴承进行热弹流润滑分析，研究了不同温度边界条件下三种轴瓦材料的水润滑动静压滑动轴承润滑膜的温度变化及其压力膜厚的变化。结果 当轴瓦、轴颈的温度相同且异于润滑剂初始温度（313 K）时，轴瓦、轴颈温度越低，润滑膜的温度越低，在入口区和出口区出现明显的温度变化，轴瓦、轴颈温度越低，润滑膜的膜厚越大，第二压力峰越明显。轴承外部降温，使轴瓦温度（297.35、281.7 K）保持低于润滑膜以及轴颈的初始温度（313 K），轴瓦温度越低，润滑膜的温度越低，入口区以及出口区的温度也发生变化，润滑膜的膜厚增大，第二压力峰增大。对比轴瓦、轴颈温度同时降低和轴瓦温度降低这两种工况，润滑剂温度的变化趋势与压力膜厚的变化趋势相同，但变化幅度不同。结论 由于轴承所处季节或地域不同，轴瓦、轴颈的温度异于润滑剂初始温度，外部环境温度越低，润滑膜的膜厚越大，有利于润滑。通过外部降温的形式使轴瓦保持低温状态，同样可以使润滑膜的膜厚增大，有利于润滑。
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  载荷时变对齿轮齿条弹流润滑的影响

  徐彩红, 王优强, 张同钢, 王立梅

  表面技术. 2017, 46(6): 77-83. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.012

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  目的 通过对传动过程中压力和膜厚的计算，提高齿轮齿条机构润滑性能，降低齿轮齿条传动过程中的磨损。方法 简化齿轮齿条传动过程载荷图谱，运用简化的实际载荷曲线，建立齿轮齿条啮合过程的弹流润滑计算模型，对齿轮齿条啮合过程中的瞬态弹流润滑问题进行研究。考虑啮合过程中单、双齿啮合时不同的载荷，计算一个啮合周期沿啮合线上的中心压力、中心膜厚、最大压力、最小膜厚以及啮入点、节点、啮出点压力和膜厚，还有双齿啮合区转换为单齿啮合区、单齿啮合区转换为双齿啮合区前后瞬时的压力和膜厚。压力求解采用多重网格法，弹性变形采用多重网格积分法，得到了齿轮齿条传动机构的瞬态弹流润滑完全数值解。结果 载荷突然升高引起中心压力突然升高，中心膜厚最大值出现在双齿啮合区与单齿啮合的临界点。啮合线上最小膜厚和最大压力出现了波动。计算得出啮入瞬时膜厚最薄，润滑状况较差。结论 沿啮合线各瞬时压力与膜厚不断变化，载荷突变引起的压力突变应通过提高轮齿强度等方式防止表面疲劳破坏的产生。整个啮合过程中，啮入点为危险点。
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  石墨烯对铜基制动材料的性能影响

  甘贵江, 奚新国, 姚冠新

  表面技术. 2017, 46(6): 84-89. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.013

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  目的 为了提高铜基制动材料的力学性能和摩擦学性能，选用石墨烯作为增强填料添加到铜基制动材料中，研究石墨烯对铜基制动材料性能的影响。方法 采用粉末冶金的方法制备了石墨烯含量（质量分数，后同）分别为0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的铜基复合材料，并对不同试样的力学性能和摩擦磨损性能进行比较。结果 含有石墨烯的试样硬度为46.4~54.2HB，高于未添加石墨烯试样的硬度（44.5HB）。含有石墨烯的试样抗弯强度为250~418 MPa，均高于未添加石墨烯试样的抗弯强度（218 MPa），其中石墨烯含量为0.4%的试样的硬度和抗弯强度最大，分别为54.2HB和418 MPa。随着石墨烯含量的增加，材料的密度逐渐下降。当石墨烯含量为0.2%~0.4%时，材料摩擦系数的稳定性提高且磨损率降低；当石墨烯含量为0.6%~0.8%时，材料摩擦系数的稳定性下降且磨损率变大。当石墨烯含量为0.4%时，材料的摩擦系数最稳定，摩擦系数的方差为0.3×10-3（未添加石墨烯的试样为1.4×10-3），磨损率最低，位于0.136×10-6~0.185×10-6 mm3/(N?m)之间（未添加石墨烯的试样位于0.42×10-6~0.82×10-6mm3/(N?m)之间）。结论 少量的石墨烯（0.2%~0.4%）可以显著提高铜基制动材料的硬度和弯曲强度，其中石墨烯含量为0.4%时，制成的制动材料的机械性能最佳，同时试样的摩擦系数稳定，磨损率较低。
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  芦荟胶液对Co-Cr-Mo合金摩擦学性能影响的研究

  张东亚, 赵飞飞, 高峰, 郭俊德, 秦立果

  表面技术. 2017, 46(6): 90-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.014

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  目的 芦荟多糖胶液具有良好的流变性和生物相容性，有望成为一种绿色润滑液。方法 首先提取新鲜芦荟胶液充当润滑液，采用红外光谱分析芦荟胶液中的多糖成分。在球-盘摩擦实验装置上分别研究干摩擦、水和芦荟胶液润滑下，氧化锆陶瓷球与Co-Cr-Mo合金对磨时的润滑行为，并对不同润湿性的Co-Cr-Mo表面的摩擦学性能进行初步探讨。最后利用扫描电镜和能谱仪分析磨损表面的微观形貌和元素分布。结果 润湿性对Co-Cr-Mo表面的摩擦学性能有显著影响。干摩擦条件下，疏水性表面的平均摩擦系数为0.65，低于亲水性表面的摩擦系数。水润滑时，疏水性表面的平均摩擦系数为0.35，要比亲水性表面的低20%左右。当采用芦荟胶液润滑时，Co-Cr-Mo表面的摩擦系数显著降低，其中亲水性表面的摩擦系数更稳定，其平均摩擦系数仅为0.28。结论 芦荟胶液润滑条件下，合金表面的磨损较轻，其主要磨损形式表现为轻微的犁沟。芦荟胶液中的多糖组分在摩擦作用下在摩擦表面形成转移膜，对Co-Cr-Mo合金起到润滑防护的作用。
专题——硬质薄膜与涂层技术
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  高离化率物理气相沉积涂层的研究进展

  钟厉, 龙永杰

  表面技术. 2017, 46(6): 96-101. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.015

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  高离化率物理气相沉积是一种新发展起来的脉冲磁控溅射技术（HPPMS），具有溅射靶材原子高度离化与峰值功率超过平均功率等特点。它作为一种新型的离子化物理气相沉积技术，在国内外已经成为一个研究热点，其离子体特性、涂层工艺、高功率脉冲放电等备受国内外学者关注。沉积过程中，离子随着电子碰撞与电荷交换发生电离，并按照双极性扩散理论进行传递。在不同工作气压条件下，离子能量分布表现出不同的特点。在放电过程中使用高的峰值功率脉冲（超出一般沉积技术2~3个数量级）与低脉冲占空比（0.5%~10%）实现高电离（>50%），从而表现出了优良的结合力，在控制涂层结构与降低涂层的内部压力等方面有相当大的优势。从HPPMS技术制备涂层的应用现状出发，介绍了高离化率物理气相沉积涂层的特点、优势以及在制备复合涂层和涂层界面优化等方面的研究进展。探讨了高离化率物理气相沉积涂层的未来发展趋势，对涂层的应用效果进行了分析。
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  硬质多元氮化物薄膜研究进展

  赵彦辉, 徐丽, 于海涛, 赵升升, 刘占奇, 于宝海

  表面技术. 2017, 46(6): 102-109. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.016

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  综述了硬质多元氮化物薄膜的研究进展，主要是从硬质薄膜的发展历程上，介绍了每一代薄膜的产生及其特点。同时介绍了硬质多元氮化物薄膜的结构及其性能特点。着重从如何提高薄膜硬度和韧性方面进行了详细介绍，对几种硬化机制进行了论述，包括晶粒细化、晶界强化、固溶强化及离子轰击/应力硬化。同时还介绍了提高薄膜韧性的方法，包括引入一个韧性相（包括金属相）、利用相变韧化、引入压应力韧化、优化涂层结构等。同时还指出，硬度和韧性都是硬质薄膜获得实际应用的重要指标。单纯追求高硬度或高韧性是不可取的，因为硬质薄膜一般脆性较大，而韧性好的薄膜却缺乏足够的硬度。从工程应用的角度来说，既要得到较高的硬度，而且韧性不能损失太多。最后指出，今后的发展方向要将硬化和韧性的研究集中在纳米尺度上，即如何在纳米尺度上进一步理解薄膜的变形。
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  选择性键合金属-类金刚石复合薄膜的性能研究

  王志峰, 徐斌, 张书姣, 朱丽楠, 周兵

  表面技术. 2017, 46(6): 110-116. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.017

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  目的 研究具有选择性键合作用的掺杂金属元素（Cu、Al、Ti）对类金刚石（DLC）薄膜的结构和摩擦学性能的影响。方法 以高纯石墨及其与金属复合靶作为靶材，采用离子源镀膜技术分别在n-型(100)单晶硅片和抛光304不锈钢片基体上制备金属-DLC复合膜。采用514.6 nm氩离子激发源的Raman光谱仪，对金属-DLC复合薄膜进行拉曼光谱分析。采用努氏硬度计和表面轮廓仪测量计算薄膜的硬度和残余应力。采用原子力显微镜（AFM）观察DLC薄膜的表面形貌和结构。使用球-盘滑动磨损试验机对DLC复合薄膜进行摩擦学性能分析。结果 类金刚石薄膜中掺入不同金属元素掺杂后，摩擦系数保持相对稳定，但磨损率存在较大差异。无掺杂DLC膜中的sp3键含量最高，薄膜硬度高，残余应力大，在摩擦过程中易脱落。Ti-DLC金属复合膜的表面质量最好，结构致密，残余应力释放的同时保持较高的硬度，测得其磨损率最低，为0.13×10-15 m3/nm。结论 通过在DLC膜中掺杂不同键合能力的金属元素能够调控DLC薄膜的微观结构，改善薄膜的力学性能（硬度、残余应力），提高薄膜的抗磨损性能。薄膜的摩擦学性能与薄膜的微观结构与金属掺杂元素的存在形态有关。
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  大尺寸平面磁控靶高功率脉冲放电的近基底表面光谱研究

  左潇, 陈仁德, 柯培玲, 王铁钢, 汪爱英

  表面技术. 2017, 46(6): 117-124. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.018

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  目的 探索高功率脉冲磁控溅射方法在大尺寸平面磁控溅射Cr靶过程中，近基底表面等离子体区域内的活性粒子分布特性以及辐射跃迁过程，为HiPIMS的规模化应用提供实验基础和理论依据。方法 选择不同高功率脉冲溅射脉冲电压、工作气压和耦合直流等关键沉积参数，采用等离子体发射光谱仪测量近基底表面等离子体区域内的光学发射光谱，分析原子特征谱线的种类、强度分布、离子谱线强度百分比、金属原子谱线含量等。结果 当脉冲电压到达700 V后，基底表面的等离子体区域内的金属离化率显著提高；脉冲电压为600 V时，适当增加工作气压至5.0 mTorr，能有效提高到达基底的Cr激发态粒子含量，工作气压的升高会降低金属离化率。增加耦合直流在一定程度上降低了能到达基底的活性Cr+和Cr*原子含量，为了保持一定的活性粒子比例，耦合直流应当小于1.0 A。结论 大面积高功率脉冲磁控溅射中的近表面等离子体区域内的主要活性粒子为Ar+和Cr*激发态原子，其主导的碰撞过程为Ar+的电离复合过程和Cr*的退激发过程，金属离化率还有待提高。
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  新型Ta-C涂层铣刀切削性能研究

  张而耕, 黄彪, 何澄, 周琼

  表面技术. 2017, 46(6): 125-130. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.019

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  目的 研究Ta-C涂层刀具与普通类金刚石涂层刀具切削2A50铝合金时的性能对比。方法 通过实验比较两刃、四刃Ta-C涂层铣刀和两刃、四刃普通类金刚石涂层铣刀，在干式切削条件下切削2A50铝合金的性能。通过相同切削条件下刀具切削距离的长短，比较刀具的使用寿命，并在显微镜下观察切屑的表面形貌，用表面粗糙度仪检测铝合金表面的粗糙度。结果 两刃Ta-C涂层铣刀干式切削铝合金时的使用寿命最长，切削距离为116 m。Ta-C涂层铣刀与普通类金刚石涂层铣刀加工工件的表面粗糙度总体呈上升趋势，两刃Ta-C涂层铣刀加工出来的工件表面质量较好，工件表面粗糙度均值为0.692 μm。结论 相同刀刃数量且结合力良好的涂层铣刀相比较，Ta-C涂层铣刀较普通类金刚石涂层铣刀加工出来的工件表面粗糙度平均值低，同种涂层加工得到的切屑表面微观形貌无明显差别。Ta-C涂层铣刀与普通类金刚石涂层铣刀切削铝合金时，抑制粘刀效果都十分明显，但Ta-C涂层铣刀效果更优。
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  不同Ti含量类石墨碳膜干摩擦磨损性能研究

  丁兰, 贺志勇, 鲍明东, 徐雪波, 吴明英, 张颖

  表面技术. 2017, 46(6): 131-137. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.020

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  目的 提高高速钢的干摩擦学性能，探究不同Ti含量掺杂对类石墨碳膜摩擦性能的影响。方法 用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了不同Ti含量的类石墨碳膜，用光学显微镜、扫描电子显微镜、Raman光谱、洛氏硬度计、纳米压痕仪等分析薄膜的微观结构和力学性能，用高速线性往复磨损试验机检测薄膜的干摩擦学性能，并用光学显微镜观察磨痕。结果 制备的碳膜表面颗粒尺寸较小，断面致密，且逐渐趋向柱状结构。随着Ti靶溅射电流的增大，逐渐增加的Ti元素打断了sp3键生长，薄膜中生成更稳定的sp2键，且sp2键含量先增大后减小，在0.8 A达到最大，溅射电流为1.1 A时，Ti元素含量最大，sp2键和sp3键都减少。碳膜与基体结合力随着Ti靶电流变大而先增大后减小，在0.8 A结合最佳，约为HF3级。硬度和弹性模量先减小后增加，0.8 A时达到最小。碳膜摩擦系数相比于原样都较低，在0.09～0.12之间。磨损率先增大后减小，维持在(5~15)×10?16 m3/(N?m)左右。结论 不同Ti含量的类石墨碳膜，能明显降低高速钢与钢球对磨的粘着磨损倾向，降低摩擦系数和磨损率。
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  Zr掺杂类金刚石薄膜摩擦性能及耐腐蚀性能的影响

  陈美容, 曾宪光, 孙德恩, 黄佳木

  表面技术. 2017, 46(6): 138-142. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.021

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  目的 改善不锈钢摩擦性能及耐腐蚀性能。方法 通过线性阳极层离子源辅助非平衡磁控溅射法，制备了不同Zr含量的类金刚石（DLC）薄膜，采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、纳米硬度仪、高温销盘磨损仪、电化学工作站，对薄膜的化学成分、显微结构、纳米硬度、薄膜摩擦性能及耐腐蚀性能进行测试研究。结果 随着Zr靶功率的增大，Zr含量线性增加。Zr含量从4.9%增加至16.3%时，ID/IG增大，薄膜硬度从12.1 GPa逐渐下降至8.4 GPa；Zr含量增大至21.2%时，ID/IG减小，薄膜硬度增大至11.4 GPa。涂镀类金刚石薄膜的不锈钢基体比无涂层的不锈钢基体有更低的摩擦系数，更好的耐磨损性能。Zr掺杂DLC薄膜的最小摩擦系数为0.07。Zr含量从4.9%增加至16.3%，DLC薄膜的耐腐蚀性能减弱；Zr含量继续增加，DLC薄膜的耐腐蚀性能增强。当Zr含量不大于11.9%时，沉积Zr掺杂DLC膜的不锈钢基体的耐腐蚀性能比不锈钢基体的更强。结论 Zr含量不大于11.9%时，Zr掺杂类金刚石薄膜既可以有效地改善不锈钢基体的摩擦磨损性能，又可以大幅提高耐腐蚀性能。
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  离子源功率对a-C:H(Al)薄膜结构及性能的影响

  赵凤丽, 代明江, 林松盛, 许伟, 侯慧君

  表面技术. 2017, 46(6): 143-150. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.022

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  目的 研究离子源功率对a-C:H(Al)薄膜结构及性能的影响。方法 采用阳极离子源离化CH4气体，中频磁控溅射Al靶，通过改变离子源功率，在n(100)型单晶硅及16MnCr5钢基体上沉积a-C:H(Al)薄膜。利用扫描电镜、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机和表面轮廓仪等设备对a-C:H(Al)薄膜的结构及性能进行表征。结果 薄膜的硬度均在1000HV以上。摩擦系数较低，为0.05～0.15。离子源功率为450 W时，薄膜摩擦系数和结合力均出现了最优值，分别为0.05和21.46 N。离子源功率在550 W时，磨损率达到最低值，为3.59×10?7 mm3/(N?m)。结论 离子源功率较低时，薄膜表面较疏松，随着离子源功率的增加，薄膜逐渐趋于平整致密。随离子源功率的增加，薄膜的硬度增大，薄膜的结合力先增大后减小，而薄膜的摩擦系数先减小后增大，磨损宽度减小，磨损深度降低，磨损率减小。
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  电弧离子镀制备TiBN纳米复合涂层

  田灿鑫, 李助军, 刘怡飞, 杨兵, 付德君, 苏峰华

  表面技术. 2017, 46(6): 151-155. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.023

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  目的 在纯N2气氛环境下，低温制备TiBN纳米复合涂层，为TiBN涂层工业化生产积累科学数据。方法 采用离子源增强阴极电弧离子镀系统，在硬质合金衬底上制备TiBN纳米复合涂层，系统研究了N2气压对TiBN涂层晶体结构、表面形貌、硬度和耐磨性能的影响。结果 N2气压对TiBN纳米复合涂层的晶体结构、表面形貌、硬度及摩擦系数的影响明显。随着N2气压的升高，TiBN涂层中的TiN晶相逐渐增多，TiB2晶相逐渐减少，为TiN晶粒和TiB2晶粒镶嵌于非晶BN基体的复合结构。在0.5 Pa气压下，涂层硬度达3150HV。对于对磨材料硬质合金而言，TiBN涂层的摩擦系数为0.4左右。结论 离子源增强电弧离子镀技术可以用于TiBN涂层的制备，制备出的TiBN涂层为纳米晶镶嵌于非晶的纳米复合涂层，涂层的显微硬度较高。在TiBN纳米复合涂层的工业化生产中，沉积N2气压不宜偏高。
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  调制周期对磁控溅射WB2/CrN多层薄膜力学性能的影响

  范迪, 雷浩, 郭朝乾, 宫骏, 孙超

  表面技术. 2017, 46(6): 156-160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.024

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  目的 研究调制周期对磁控溅射WB2/CrN多层膜结构及性能的影响。方法 通过双靶直流磁控溅射法，在硅片、石英玻璃片及不锈钢上，制备AlB2型WB2薄膜与CrN薄膜及其多层复合薄膜，采用X射线衍射及扫描电子显微镜对其相结构及形貌进行观察和分析，使用维氏显微硬度仪及划痕仪对多层膜的硬度及膜基结合力进行研究。结果 磁控溅射WB2/CrN多层薄膜呈现出柱状生长趋势，且层状结构明显，仅当调制周期大于317 nm时，多层膜中才出现WB2晶体的衍射峰。结论 多层膜中的WB2薄膜在本实验条件下的临界结晶厚度大于150 nm。随着调制周期的减小，CrN层生长取向发生由（200）晶面向多晶面的转变，WB2层生长取向由（101）晶面向（001）晶面转变。多层膜硬度随调制周期的减小大体呈下降趋势，在调制周期为317 nm时达到最大值。结合力变化趋势与硬度相反，CrN层及多层界面有助于复合薄膜膜基结合强度的提高。
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  N2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层的影响

  谢启, 付志强, 岳文, 王成彪

  表面技术. 2017, 46(6): 161-167. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.025

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  目的 研究N2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层组织结构和性能的影响，优化TiN涂层的制备工艺。方法 在不同N2流量的条件下，采用等离子体增强磁控溅射法制备TiN涂层。采用3D形貌仪和扫描电子显微镜观察涂层的表面形貌，利用X射线衍射仪测定涂层的相结构，利用显微硬度计测试涂层试样的硬度，利用球-盘摩擦磨损试验机考察涂层试样的摩擦磨损性能，利用能谱仪分析磨痕表面的化学组成。结果 N2流量小于61.5 mL/min时，增加N2流量对总气压和靶电压的影响很小；N2流量超过61.5 mL/min后，总气压和靶电压均随着N2流量的增加而显著增大。随着N2流量的增大，制备的TiN涂层X射线衍射谱中的TiN(111)、TiN(220)衍射峰强度不断增大，TiN(200)衍射峰强度先不变后突然减小。N2流量约为61.5 mL/min时，制备的TiN涂层试样的致密性最好，硬度最高。N2流量在50~61.5 mL/min范围内，制备的TiN涂层试样的磨损率较低，最低可达7.4×10-16 m3/(N?m)。当N2流量超过63 mL/min后，TiN涂层试样的磨损率显著增大。结论 N2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层择优取向、硬度及摩擦磨损性能的影响较显著，N2流量约为61.5 mL/min时，制备的TiN涂层试样的硬度和耐磨性最好。
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  非平衡磁控溅射沉积Ti-N薄膜色彩和性能调控研究

  严晟硕, 李安锁, 祝超越, 叶崇晖, 章陵, 鲍晓晅, 鲍明东

  表面技术. 2017, 46(6): 168-173. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.026

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  目的 研究Ti-N薄膜颜色和硬度及其结合强度的影响因素。方法 利用封闭磁场非平衡磁控溅射离子镀膜技术，该变溅射偏压、氮气流量等参数，分别在304不锈钢基体和载玻片基体上沉积多彩Ti-N薄膜。用努氏硬度、划痕法和球坑法分别评价Ti-N薄膜的显微硬度和结合强度等性能。结果 当偏压和溅射电流分别为?60 V和2 A时，将反应气体氮气流量从3sccm逐渐增加到20sccm，Ti-N薄膜颜色依次发生从“淡黄-金黄-红黄-紫红-金黄”的循环变化趋势。薄膜的硬度随氮气流量的增加在601~700HK之间呈逐步上升的趋势。膜基结合普遍较好。当氮气流量和溅射电流分别为10sccm和2 A时，将负偏压从?50 V逐渐增加到?120 V，薄膜颜色从淡黄色变成金黄色，膜基结合强度较好。硬度随偏压的增加变化不明显。结论 影响Ti-N薄膜颜色的主要因素为氮气流量，偏压也可以轻微地改变薄膜颜色，但对薄膜性能影响并不明显。
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  W、Mo离子注入对离子镀TiN薄膜表面结构和性能的影响

  田斌, 刘宝辉, 岳文, 王成彪

  表面技术. 2017, 46(6): 174-179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.027

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  目的 进一步改善氮化钛薄膜的摩擦学性能。方法 利用金属蒸汽真空弧源（MEVVA）在离子镀TiN薄膜表面进行等剂量W、Mo离子注入。采用扫描俄歇系统、光学三维形貌仪、X射线衍射仪和纳米压痕仪，分别分析了TiN薄膜的离子注入深度、表面形貌及粗糙度、相结构和不同压入深度的薄膜硬度。在球盘滑动摩擦磨损试验机上考察了TiN薄膜的摩擦学性能，并利用扫描电子显微镜和三维形貌仪对其磨损形貌进行分析。结果 等剂量离子注入后，TiN表面注入层中W离子的含量明显大于Mo离子，两种离子注入对TiN薄膜的表面形貌和硬度的影响较小。XRD结果表明，W离子和Mo离子注入后均发现了Ti2N硬质相。两种离子注入均可以不同程度地降低TiN薄膜的摩擦系数和磨损率。结论 W、Mo离子注入均可显著改善TiN薄膜的摩擦学性能，但Mo离子更有利于其摩擦系数的降低，而W离子注入更有利于TiN薄膜磨损率的降低。
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  电沉积方式对Ni-SiC纳米复合镀层性能的影响

  王琳, 路金林, 刘坤, 何龙龙, 郑奇, 罗晓媛

  表面技术. 2017, 46(6): 180-184. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.028

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  目的 通过研究电沉积方式对Ni-SiC纳米复合镀层性能的影响，进而改善Ni-SiC纳米复合镀层的性能。方法 采用直流电沉积和脉冲电沉积分别制备Ni和Ni-SiC纳米复合镀层，使用扫描电镜和能谱仪研究镀层的表面形貌和成分，通过测量施镀前后镀件质量差计算沉积速率，采用硬度计测量了镀层的硬度，利用极化曲线和电化学阻抗方法研究镀层在3.5%NaCl水溶液中的耐腐蚀性能，分析了直流电沉积方式和脉冲电沉积方式对镀层各项性能的影响。结果 脉冲电沉积方式制备的Ni-SiC纳米复合镀层的表面形貌更加致密、均匀、光滑，镀层硬度为616.3HV，自腐蚀电流为9.56×10－6 A，比直流电沉积制备的Ni-SiC纳米复合镀层的硬度和耐蚀性能均有所提高。结论 电沉积方式对复合镀层的性能有很大影响，脉冲电沉积方式制备的Ni-SiC纳米复合镀层具有更好的性能。
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  高速电弧喷涂过程涂层表面残余应力预测

  王敏

  表面技术. 2017, 46(6): 185-191. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.029

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  目的 提出一种由连续叠加热失配应力和曲率淬火应力组成的新型涂层表面残余应力预测模型，用于预测高速电弧喷涂成形过程涂层表面残余应力值。方法 基于高速电弧喷涂层逐层叠加成形基本假说，利用力和力矩平衡原理，分别建立了涂层逐层叠加热失配应力模型和淬火应力模型，将两模型组合后，得出喷涂过程涂层表面残余应力数值模型。结果 通过与X射线衍射仪测得的不同厚度FeAlCrBSiNb涂层表面残余应力值进行比较，发现喷涂一道次时，涂层表面残余应力值为涂层形成过程中最大表面残余应力值。喷涂层厚度为500 μm前后，涂层表面残余应力变化规律不同，即理论预测值与实际值随喷涂厚度的增加先减少，当喷涂厚度沉积至500 μm后，理论预测值趋于有增有降的波动平稳，而实际测量值在厚度增加至1500 μm后逐渐下降。结论 高速电弧喷涂过程涂层表面残余应力预测模型，可以较为准确地预测涂层形成过程中表面最大残余应力值和涂层厚度小于500 μm时的涂层表面残余应力值，揭示出高速电弧喷涂层实际成形过程表面残余应力的分布规律，即随着喷涂层沉积厚度的增加，残余应力先减少而后沉积至500 μm后略微增大。
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  温度对纯Cr涂层表面形貌和抗腐蚀性能的影响

  王浩然, 邱长军, 曾小安, 张文, 王晓婧, 刘艳红, 李怀林

  表面技术. 2017, 46(6): 192-196. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.030

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  目的 探索温度对纯Cr涂层的抗腐蚀性能和表面形貌的影响。方法 采用多弧离子镀技术在锆合金表面制备纯Cr涂层，利用扫描电子显微镜（SEM）与Image J图像处理软件综合分析了纯Cr涂层的表面形貌，并对表面大颗粒的数目及其尺寸大小进行了统计和分析。采用X射线衍射仪对涂层的相结构进行了分析。利用划痕仪和电化学工作站，分析了温度对纯Cr涂层的膜基结合力和抗腐蚀性能的影响。结果 380 ℃时，涂层表面大颗粒的数目及其平均尺寸最大，温度升高到420 ℃时，其数值最小；当温度进一步提升到450、500 ℃时，大颗粒的数目、平均尺寸逐渐增大。温度的升高，使纯Cr涂层由(110)晶面择优生长转为(200)晶面择优生长，晶粒尺寸随温度变化的规律为先减小后增大。涂层的结合力和抗腐蚀性能随温度的变化规律与大颗粒数目随温度的变化规律相反，呈先提高后降低的趋势。结论 420 ℃时，涂层表面大颗粒的数目及其平均尺寸最小，结合力和抗腐蚀性能较强，组织结构致密度高，晶粒细小，表面光滑平整。
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  强流脉冲电子束处理50BA钢耐腐蚀性能

  罗天星, 周志明, 黄灿, 黄伟九, 袁林, 陈曦, 李成信, 谷成渝, 高正军

  表面技术. 2017, 46(6): 197-201. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.031

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  目的 研究强流脉冲电子束（HCPEB）对50BA钢表层组织和表面耐腐蚀性能的影响。方法 对50BA钢进行不同脉冲次数的表面处理，用扫描电镜观察组织变化，并在NaCl和去离子水配成的3.5%NaCl腐蚀溶液中（室温）进行动电位极化曲线测试。结果 经HCPEB处理后，50BA钢试样表层晶粒细化且产生了细小均匀分布的针状马氏体，随着脉冲次数的增加，表面趋于光滑。试样表面的自腐蚀电位从?0.660 V提高到?0.629 V，腐蚀电流从1.48×10?6 A降低到8.36×10?7 A。随着脉冲次数的增加，试样表面的腐蚀电流降低，腐蚀电位升高，腐蚀速率降低，腐蚀倾向性减小，其中50次脉冲处理后试样表面的耐蚀性能最好。结论 经HCPEB处理后，表层组织发生相转变，表面趋于光滑和获得的均匀细小针状马氏体从理论上解释了50BA钢耐腐蚀性能的提高。为了提高50BA钢的耐腐蚀性，应将脉冲次数控制在30次以上，且越高越好。
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  热镀锌板双硅烷无铬钝化膜性能的研究

  高波, 董立洋, 朱广林, 高超, 周英伟

  表面技术. 2017, 46(6): 202-206. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.032

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  目的 为进一步提高热镀锌板无铬钝化膜的耐腐蚀性能。方法 以偏钒酸铵和氟钛酸作为无机组分，添加主要成膜物质苯丙乳液，通过硅烷偶联剂KH-560和KH-570将两者紧密连接，在热镀锌板表面获得一层耐腐蚀性较强的双硅烷无铬钝化膜。采用中性盐雾试验、电化学试验、扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）等表征钝化膜的耐腐蚀性能。结果 热镀锌板-双硅烷无铬钝化膜经96 h中性盐雾试验，腐蚀面积在2%~4%，腐蚀电流密度比热镀锌板基体降低一个数量等级，这表明双硅烷无铬钝化膜能提供良好的耐腐蚀能力。SEM分析表明在热镀锌板表面生成了一层均匀、连续、致密的钝化薄膜，钝化膜的厚度大约在3 μm。FTIR分析表明，双硅烷无铬钝化膜中存在—(CH2)n—、C＝O、Si—O、Si—O—Si、Si—O—Zn键。结论 在热镀锌板表面生成了一层均匀、致密的钝化膜，使热镀锌板呈现良好的耐腐蚀性能，且满足工业应用标准。
专题——激光表面处理技术
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  热处理对TA2合金表面激光熔覆Ti2SC/TiS涂层组织和力学性能的影响

  翟永杰, 刘秀波, 乔世杰, 徐江宁, 耿荣华, 彭勇

  表面技术. 2017, 46(6): 207-214. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.033

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  目的 对激光熔覆自润滑耐磨涂层进行热处理，获得具有较好摩擦学性能的复合涂层。方法 采用激光熔覆技术在TA2合金表面熔覆40%Ti-25.2%TiC-34.8%WS2复合粉末制备自润滑耐磨复合涂层。将涂层置于500 ℃真空中分别保温1、2 h，采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）、显微硬度计、摩擦磨损试验机以及原子力显微镜（AFM）系统地分析了热处理前后涂层的物相、组织、显微硬度及摩擦学性能。结果 未经过热处理和经过热处理涂层的主要物相均为α-Ti、(Ti,W)C1－x、TiC、Ti2SC和TiS。相比未经热处理涂层的显微硬度（1049.8 HV0.5），经过热处理1 h和2 h涂层的显微硬度（1143.3 HV0.5和1162.7 HV0.5）有所上升。热处理1 h和2 h涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.29和6.66×10?5 mm3/(N?m)以及0.29和5.65×10?5 mm3/(N?m)，比未热处理涂层（0.32和18.92×10?5 mm3/(N?m)）的耐磨减摩性能有所提升。经过热处理1 h和2 h涂层的磨损机理均主要表现为磨粒磨损，未经热处理涂层的磨损机理主要为塑性变形和粘着磨损。结论 相比未经热处理的涂层，经过热处理1 h和2 h的涂层显微硬度有所升高，摩擦学性能得到提升，但在两种热处理时间条件下，涂层显微硬度和摩擦学性能变化较小。
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  泥浆泵高铬铸铁材料激光淬火技术及其摩擦磨损性能研究

  华希俊, 郝静文, 王蓉, 张培耘, 丁积霖, 符永宏

  表面技术. 2017, 46(6): 215-220. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.034

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  目的 提高高铬铸铁的耐磨性能。方法 采用CO2激光器对高铬铸铁工艺试样进行表面激光淬火，利用MMW-1A型摩擦磨损试验机研究激光淬火后试样在磨粒介质条件下的摩擦学性能，并对试样的表面摩擦系数以及磨损率进行测量与分析。结果 淬火后试样表层组织被细化，由表及里可分为淬硬区、热影响过渡区和基体区。与基体相比，淬硬层硬度显著提高，最高硬度出现在次表层，可达1105.7HV。当摩擦磨损试验达到稳定状态时，淬火后的试样表面摩擦系数均比未淬火的低，当淬火带间距为1 mm时摩擦系数最小，其值为0.3左右，而未淬火的试样表面摩擦系数高达0.65。相同磨损时间下，激光淬火试样均比未淬火试样的磨损率小，当淬火带间距为1 mm时，磨损率最小，耐磨性最佳。结论 激光淬火技术有效地提高了高铬铸铁材料的耐磨性能，延长了泥浆泵缸套的使用寿命。
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  不同Ni含量铁基激光熔覆层组织和性能的研究

  张净宜, 邱长军, 贺沅玮, 齐林森

  表面技术. 2017, 46(6): 221-225. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.035

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  目的 研究不同Ni含量铁基激光熔覆层的组织和性能。方法 采用CO2激光器制备了不同Ni含量的铁基激光熔覆层，通过奥林巴斯光学显微镜、场发射扫描电镜、X射线衍射仪及洛氏硬度计等设备，对激光熔覆层物相、微观组织及力学性能进行表征。结果 当Ni含量为10%~11%时，熔覆层物相主要由γ-Fe相组成，含有少量α-Fe相，洛氏硬度为35.1HRC，熔覆层残余应力宏观上表现为拉应力。当Ni含量为6%~7%时，熔覆层物相主要由α-Fe相组成，含有少量γ-Fe相，洛氏硬度为47.9HRC，熔覆层残余应力宏观上接近平衡状态。当Ni含量为2%~3%时，熔覆层主要由α-Fe相组成，洛氏硬度为60.3HRC，熔覆层残余应力宏观上表现为压应力。结论 不同Ni含量熔覆层的物相主要由γ-Fe相和α-Fe相组成，随着Ni含量的降低，熔覆层中γ-Fe相对应的衍射峰强度不断减弱，而α-Fe相对应的衍射峰强度逐渐增强，熔覆层晶粒尺寸减小，表面洛氏硬度增加，残余应力逐渐由拉应力转变为压应力，能够有效抑制裂纹的生成，从而获得高硬度不开裂熔覆层。
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  钛合金表面激光熔覆AlBxCoCrNiTi高熵合金涂层的组织与性能

  李涵, 马玲玲, 位超群, 孙琳, 张维平

  表面技术. 2017, 46(6): 226-231. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.036

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  目的 研究AlBxCoCrNiTi（x=0、0.5、1）高熵合金涂层的组织及性能，提高钛合金表面硬度及耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备出AlBxCoCrNiTi高熵合金涂层，运用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、电子探针（EPMA）等材料分析手段，研究了B含量对高熵合金涂层形貌、组织结构、成分的影响，并采用维氏硬度计以及摩擦磨损试验检测了熔覆涂层的硬度和耐磨性能。结果 高熵合金涂层与基体的整体结合形貌良好。未添加B的高熵合金涂层主要由BCC相和晶体结构类似(Co,Ni)Ti2相组成。随着B的加入，高熵合金涂层的晶粒得到细化，BCC相含量增加，(Co,Ni)Ti2相含量有所减少，且熔覆层原位生成了TiB2硬质相，TiB2硬质相含量随B含量的增加而增加。熔覆涂层的硬度和耐磨性与B含量呈正相关关系，AlB1CoCrNiTi高熵合金涂层的平均显微硬度最大，为814HV，且AlB1CoCrNiTi高熵合金涂层的磨损量最小，其耐磨性约为未添加B的高熵合金涂层的7倍。结论 B含量的增加，有助于改善AlBxCoCrNiTi高熵合金涂层的摩擦学性能，AlBxCoCrNiTi高熵合金涂层有效提高了钛合金表面的硬度及耐磨性能。
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  激光冲击强化对W6Mo5Cr4V2高速钢材料表面性能的影响

  吴健, 周建忠, 孟宪凯

  表面技术. 2017, 46(6): 232-237. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.037

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  目的 研究激光冲击强化处理对W6Mo5Cr4V2（M2）高速钢材料表面性能的影响机理，探讨激光冲击强化处理可否作为提高M2高速钢刀具使用寿命的一种手段。方法 以铝箔作为表面吸收层、流水作为约束层，采用高功率钕玻璃激光冲击系统对M2高速钢试样进行激光冲击强化处理，然后用砂纸对试样表面打磨，用研磨膏抛光表面，用硝酸酒精溶液浸蚀金相试样。分别用金相显微镜和扫描电镜对被冲击试样强化层的微观组织进行观察及分析，用显微硬度计测量激光冲击前后试样表层材料的显微硬度，用X射线应力测定仪测量激光冲击后试样表面的残余应力。结果 当采用的激光波长为1064 nm、激光能量为9 J、光斑直径为3 mm、脉宽<12 ns、激光功率密度为12.7 GW/cm2时，M2高速钢材料强化层中的奥氏体晶粒显著细化，形成位错马氏体与孪晶马氏体的混合组织，M2试样表面硬度较激光冲击处理前提高约6.67%左右。试样表面获得了约1.0 mm深的残余压应力层，最大残余压应力在表层，约为?155 MPa。结论 激光冲击强化处理在一定程度上改善了M2高速钢材料的表面性能，有利于提高M2高速钢刀具的切削性能与使用寿命。
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  TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3复合涂层的显微组织和性能

  马永, 朱红梅, 孙楚光, 廖帮亮, 申龙章, 何彬, 朱卫华, 王新林

  表面技术. 2017, 46(6): 238-243. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.038

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  目的 提高钛合金表面的耐磨性能。方法 在TiB2:TiC=1:3的粉末配比下，添加不同质量分数Y2O3稀土氧化物，制备成膏状混合粉末。采用5 kW横流CO2激光器，在TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3的TiB2和TiC粉末，制备耐磨性复合涂层。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）对激光熔覆层的微观形貌和组织成分进行了分析；用显微维氏硬度计对熔覆层的显微硬度进行了测量；用万能摩擦磨损试验机对熔覆层的耐磨性能进行了测试。结果 添加4%Y2O3后，熔覆层中部组织明显细化，结合区由致密组织结构转变为晶须网状结构；熔覆层的最高显微硬度为1404.6HV0.2，是基体的3.7倍；熔覆层的磨损量减少了66.67%，且其摩擦系数有明显的降低。结论 添加4%Y2O3对TC4钛合金表面激光熔覆TiB/TiC复合熔覆层耐磨性能有显著的提高。
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  Ni基指数分布梯度熔覆层低应力多碰趋表效应

  孔茗, 沈玲琳, 石世宏

  表面技术. 2017, 46(6): 244-248. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.039

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  目的 研究在低应力多碰条件下，在零件表面激光熔覆制备指数分布梯度涂层的效应。方法 采用网格坐标划分法，在低应力条件下通过对Ni基指数分布梯度熔覆层的0Cr18Ni9试件进行多碰试验，获取变形数据，计算获得变形率，绘制规律曲线。借助工具显微镜，获得碰撞前后组织金相图。结果 采用的碰撞应力仅有115 MPa，远低于涂层材料与基体的静压缩屈服强度，但指数分布的梯度涂层发生了可测的塑性变形，第一网格层变形率最为明显，达到了18.97%，第二网格层变形率为15.03%，靠近基体的最后一个网格层的变形率为0.29%，可以表明指数分布梯度涂层在低应力多碰后的形变具有“趋表效应”。基体的形变情况与梯度涂层的形变基本一致，从距表面6 mm处开始，涂层与基体结合处由于有瞬间激光高温熔覆，出现了应变的突变现象，宏观塑性变形增大，变形率突增到3.92%，但基体的形变总的来说也符合“趋表效应”。同时借助金相图看到的晶体滑移现象也证实了这一点。结论 在低应力多碰作用后，试件表层的累积变形量最大，随着涂层深度的增加梯度减小，表明具有“趋表效应”，同时抗多冲形变的能力显著增强。
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  液压千斤顶活塞杆用激光熔覆研究进展

  程相榜, 孟贺超, 张自强

  表面技术. 2017, 46(6): 249-255. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.040

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  综述了液压千斤顶活塞杆激光熔覆的研究进展，包括材料体系、耐蚀性能、耐磨性能、硬度、疲劳性能以及熔覆效率等方面。探讨了活塞杆常用熔覆层耐蚀性能的评价方法、性能参数及影响因素。各种试验结果表明，熔覆层的稀释和表面缺陷对耐蚀性能有不利影响，应通过工艺过程控制，同时完善检测手段；分析了液压千斤顶活塞杆的磨损机理及评价方法，重点探讨了常用材料在三体磨粒磨损与二体磨粒磨损工况下的耐磨性能，发现三体磨粒磨损和二体磨粒磨损对材料的硬度要求不同；考虑到第二相硬化导致耐蚀性能的降低，不应刻意通过第二相强化手段提高材料硬度而保证耐磨性能，应通过结构设计和维护保养避免磨粒磨损，在此前提下，保证熔覆层硬度在450HV左右是合适的。激光熔覆导致材料疲劳寿命的降低，主要原因在于残余拉应力和表面缺陷。鉴于加工硬化对熔覆层硬度和应力状态的影响，应进一步加强在疲劳寿命方面的研究，以进一步加快应用。为提高熔覆效率，在保证低稀释率的前提下，通过降低熔覆层的厚度，进而提高熔覆效率的方法是一种新的研究方向。
膜层材料与技术
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  温度梯度热循环下纳米7YSZ陶瓷层结构演变

  陈焕涛, 张小锋, 周克崧, 刘敏, 邓春明, 邓畅光

  表面技术. 2017, 46(6): 256-262. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.041

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  目的 采用低温超音速等离子喷涂（LT-HVOF）在镍基高温合金基体（K417）上制备了NiCoCrAlYTa粘结层，使用大气等离子喷涂（APS）在粘结层上制备了纳米7%Y2O3-ZrO2（7YSZ）陶瓷涂层，以获得温度梯度热循环下纳米陶瓷层的结构演变机制。方法 通过燃气热冲击实验仪对热障涂层模拟真实服役条件下温度梯度热循环的工作环境，采用一维稳态热传导模型计算了热障涂层中各涂层界面的温度，探讨了在热驱动作用下等径晶粒和非等径晶粒的扩散长大机制。结果 热循环次数为40次时，涂层近表面出现了烧结致密化现象，而陶瓷层底部涂层保持原来的结构。热循环次数增加到460次时，整个陶瓷层断面都发生了烧结致密化现象。结论 温度是涂层烧结致密化的主导因素。涂层中当等大晶粒接触形成弯曲颈时，由于弯曲颈只受水平方向静压力作用，晶粒中原子扩散速率慢，导致晶粒长大速率较慢；而当非等大晶粒接触形成弯曲颈时，在晶粒接触弯曲颈处存在一偏大晶粒方向的剪切力，其导致晶粒向弯曲颈扩散速率增加，晶粒长大速率较快。
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  一种化学还原镀金液复合配位剂的研究

  肖忠良, 卢意鹏, 刘姣, 曾鹏, 周朝花, 吴蓉, 吴道新, 曹忠

  表面技术. 2017, 46(6): 263-269. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.042

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  目的 研究由乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）、乙二胺四亚甲基膦钠（EDTMPS）和柠檬酸三铵（C6H5O7(NH4)3）组成的复合配位剂，在不同浓度及pH下，对金沉积速率、镀金液稳定性、金镀层结构及性能的影响。方法 用化学镀的方法在树脂基体上先预镀覆Cu-Ni-Pd金属层，然后制备金镀层。采用正交实验法，研究复合配位剂浓度及pH对金层沉积速率、镀金液稳定性、结合力、光亮度的影响。借助扫描电镜及能谱，分析不同优化组合镀液配方制备的镀层形貌及成分。结果 以镀金沉积速率为评价指标时的最优组合为A2C3D3B2，以镀液稳定性为评价指标时的最优组合为A2C2B3D2，以镀层结合力为评价指标时的最优组合为A2D2B2C2，以镀层光亮度为评价指标时的最优组合为A3C1D2B2。将4个单一评价指标的最优组合重复实验，实验结果表明，当EDTA-2Na为15 g/L、EDTMPS为3 g/L、C6H5O7(NH4)3为30 g/L、pH为6.0时，镀液稳定性最高，可达6 MTO；镀层沉积速率最快，可达0.0066 μm/min；镀层结合力可达5级，光亮度可达1级。结论 采用EDTA-2Na、EDTMPS和C6H5O7(NH4)3组成的复合配位剂，在适当的pH下能够提高镀层沉积速度及镀液稳定性，改善镀层表面形貌。
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  CVD金刚石膜与常用红外光学材料抗砂蚀性能对比研究

  段萌, 张运强, 潘国庆, 朱瑞华, 魏俊俊, 陈良贤, 李成明

  表面技术. 2017, 46(6): 270-275. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.043

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  目的 通过分析CVD金刚石膜与几种常用红外光学窗口材料在砂蚀过程中形貌特征以及红外透过率的变化规律，获得CVD金刚石膜在砂蚀过程中的材料去除机制及抗砂蚀性能的关键因素。方法 采用喷射式冲蚀磨损系统，对CVD金刚石膜及其他几种常见红外光学材料进行砂蚀性能测试。通过扫描电子显微镜对材料冲蚀后表面形貌进行观察，电子天平测量红外材料砂蚀率。采用红外光谱仪对砂蚀前后红外光学材料进行测量，评价其冲蚀前后的红外性能变化。结果 CVD金刚石膜抗砂蚀能力远高于Ge、ZnS、MgF2以及石英玻璃。在设定测试条件下，仅经过6 s冲蚀，除CVD金刚石膜外，其余光学材料的红外透过性能下降40%~60%。而CVD金刚石经受240 min的相同条件冲蚀，其红外透过率仅下降9.5%，显示出极佳的抗砂蚀能力。结论 CVD金刚石膜的冲蚀过程主要是微裂纹形成及扩张连接导致材料流失。其他材料的冲蚀过程既有裂纹扩展，也有反复的切削、犁削，而后者是这些材料被冲蚀的主要原因。
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  碳纤维铁网催化法化学镀镍

  曾文清, 曾为民, 高中正, 马玉录

  表面技术. 2017, 46(6): 276-281. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.044

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  目的 采用铁网催化的方法在碳纤维表面化学镀镍，取代传统的钯活化法。方法 经去胶、粗化、分散前处理工艺后，采用铁网包覆对碳纤维化学镀镍进行催化反应，通过称重法、扫描电镜（SEM）研究催化时间、碳纤维分散状况以及粗化时间对镀层的影响，并通过能谱（EDS）对铁网催化法和钯活化法制备的镀层进行成分分析。结果 铁网催化在10 min内时镀层存在缺陷，催化20 min镀层以颗粒状泡沫镍存在，超声分散优于分散剂CMC的分散效果。获得铁网催化法最佳工艺为：丙酮浸泡4 h去胶，80 ℃粗化处理15 min，超声分散，铁网包覆催化20 min诱导起镀，化学镀20 min。制备的镀层均匀、致密，从镀层各组分含量分析，并不差于钯活化法制备的镍镀层。结论 铁网催化法可以在碳纤维上获得质量良好的镍-磷镀层。
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  防止4J29引线框架电镀层开裂的新工艺

  汪烈焰, 朱超锋, 林楚宏, 蔡阳伦

  表面技术. 2017, 46(6): 282-286. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.045

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  目的 防止4J29细引线框架在电镀Ni/Au或Ni/Pd/Au过程中镀件细线断裂及镀层局部出现开裂。方法 采用对比的方法，通过200倍放大镜仔细观察电镀工艺改变或调整前后细引线镀层外观质量，再经过单片弯折实验，观察电镀后细线有无断裂或开裂现象，对有断裂或开裂等缺陷的产品进行统计，计算次品率。结果 电镀前对工件进行热处理，基本可以消除工件电镀后框架细线断裂的问题。通过改变电镀镍工作液组成及工艺条件，能有效解决镀件局部出现开裂的问题。电镀前，原始片热处理的工况为：温度420~450 ℃，保温时间120 min，采用自然冷却的方式冷却到室温。电镀镍的工艺规范为：氨基磺酸镍250~350 g/L，硼酸25~35 g/L，润湿剂（K12）0.01 g/L，糖精0.3~0.4 g/L，pH值3~5，温度50~60 ℃，电流密度3.0~5.0 A/dm2。结论 开发了一种防止4J29引线框架电镀后细线断裂及电镀层开裂的新的电镀工艺方法。经过企业实际使用，并抽样进行每单片10次90°弯折实验，新的电镀工艺生产的产品，其次品率稳定控制在2%以下，其他性能检测也符合企业产品质量要求。
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  电子工业中无铅电镀技术的现状及展望

  贺岩峰, 王芳, 鲁统娟

  表面技术. 2017, 46(6): 287-292. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.046

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  尽管无铅电镀已经在电子工业中得到了广泛的应用，但是目前无铅电镀的实施仍然面临着很大的挑战。概述了无铅电镀技术的现状，重点介绍了现在流行的几种无铅镀层及性能。无铅镀层目前主要有纯锡和合金体系。合金元素的加入与铅的加入起同样作用，即抑制了锡晶须的发生。尽管有许多元素都能起到这种作用，但目前在电子电镀工业中所采用的无铅合金体系主要是Sn-Ag、Sn-Cu和Sn-Bi。无铅电镀的实施过程正好与电子工业中封装的高密度化发展同时进行，因此许多问题不断出现，最突出的问题是锡晶须问题，此外还有电迁移、焊点空洞、界面反应、回流温度及成本等问题。总结了无铅电镀存在的主要问题，同时展望了无铅电镀未来的发展前景。现在尚没有一种能够完全取代锡铅电镀且几乎在任何场合都能通用的无铅电镀材料，所以现在实施无铅电镀需要事先进行评估和选择，根据工厂自身所用电子器件的不同使用条件、成本及其电镀产品的应用领域，选用不同的无铅电镀类型。未来需要在无铅电镀材料、试验及工艺技术方面持续进行研究。
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  镀液组成对电沉积添加剂协同作用的影响

  王芳, 鲁统娟, 贺岩峰

  表面技术. 2017, 46(6): 293-297. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.06.047

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  目的 研究镀液组成对电沉积添加剂协同作用的影响。方法 将阴离子表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚硫酸钠（OPES）与阳离子表面活性剂十二烷基二甲基苄基溴化铵（BDDAB）等摩尔混合，以该阴阳组合体系作为添加剂，考察锡电沉积中镀液组成对添加剂协同作用的影响。通过测量镀层的碳含量和电镀过程的电流效率，了解阴阳组合体系添加剂对电沉积的调控性能。结果 镀液中甲基磺酸浓度为0.5 mol/L时，OPES-BDDAB混合表面活性剂的抑制效率达到最大值（71.5%）。抑制效率随锡离子浓度的增加而增加，达到0.1 mol/L后，抑制效率增加减缓。阴阳离子表面活性剂的配比随阳离子浓度所占比例的减小而增大，抑制能力变差。OPES-BDDAB混合体系在浓度为CMC值（0.15 mmol/L）时得到镀层的碳含量最小（41.2 mg/L），且电流效率最大（96%）。结论 镀液组成影响阴阳离子组合体的协同作用效果。碳含量及电流效率的测定结果表明，通过添加剂分子间的相互作用形成一定的协同作用能力，有可能改善镀层的质量及对电镀过程的调控能力。