2017年, 第46卷, 第9期　
刊出日期：2017-09-20

  

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专题——复合涂层及其制备技术
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  Sm2Ce2O7/YSZ功能梯度热障涂层的残余热应力

  张昊明, 李振军, 桑玮玮, 李刚, 张红松, 晁明举

  表面技术. 2017, 46(9): 1-6. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.001

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  目的 研究基体材质、厚度及半径对Sm2Ce2O7/YSZ功能梯度热障涂层残余热应力的影响。方法 采用ANSYS10.0软件中Plane13单元，通过直接耦合计算，系统分析了不同基体条件下，Sm2Ce2O7/YSZ功能梯度热障涂层的残余热应力。结果 在Sm2Ce2O7/YSZ功能梯度热障涂层中存在较大的残余热应力。涂层残余热应力随时间的增加而逐渐降低，900 s后基本维持稳定。涂层径向热应力从中心处到试样边缘逐渐递减。2Cr13对应的涂层应力最小。金属基体厚度在2~10 mm范围内，径向热应力虽然增加，但变化幅度不大。当基体厚度为20 mm时，涂层径向热应力则显著增加。金属基体半径对涂层的最大剪切应力并不产生影响，轴向热应力随基体半径的增加而逐渐降低，径向热应力随半径增加到一定值后趋于稳定。结论 2Cr13钢基体对应的涂层具有最小热应力，基体厚度为10 mm时比较合适，基体半径对涂层轴向热应力的影响最明显。
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  等离子喷涂WC-12Co涂层抗冲刷磨损行为

  梁存光, 李新梅, 张鹏飞

  表面技术. 2017, 46(9): 7-12. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.002

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  目的 探索WC-12Co复合涂层抗冲刷磨损的能力。方法 采用大气等离子喷涂（APS）方法在Q235钢基体上制备WC-12Co复合涂层。用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和能谱仪（EDS），对涂层微观形貌和相组成及成分进行分析。采用维氏显微硬度计表征了涂层的力学性能。采用自制的干砂型常温冲刷磨损试验机对涂层进行冲刷磨损实验。结果 所制备的涂层主要由WC以及少量的W2C、Co3W3C和Co6W6C相组成。涂层以机械结合方式为主，同时伴有微冶金结合。截面显微硬度高于粘结层，其截面平均显微硬度为1169HV0.05。WC-12Co涂层厚度为300 μm，粘结层厚度为50 μm。在冲刷角为60°时涂层失重率最大，为0.4788 mg/g；在30°时涂层失重率最小，为0.3696 mg/g。结论 在小角度30°冲刷时，具有较好的抗塑性冲刷磨损能力；在冲刷角为60°时出现最大的冲刷失重率，抗冲刷磨损效果较差；在大角度90°时，有一定的抗脆性冲刷磨损性能。
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  不同成分Al-Mg3Sb2复相涂层的组织和性能

  韩婷婷, 龙威, 周小平

  表面技术. 2017, 46(9): 13-17. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.003

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  目的 研究Mg3Sb2含量对Al-Mg3Sb2复相涂层组织、耐蚀性和硬度的影响，对比纯Al涂层和添加不同含量Mg3Sb2涂层性能的差异。方法 采用氧乙炔火焰喷涂技术和自制的Mg3Sb2粉末，在AZ31B镁合金表面制备不同成分的Al-Mg3Sb2复相涂层。采用扫描电镜（SEM）观察了涂层的微观组织，利用X射线衍射仪（XRD）分析了球磨粉末和涂层的物相组成，通过电化学工作站（CHI660e）对试样在3.5%NaCl溶液中进行电化学腐蚀性能测试，并用显微硬度计测试了涂层的硬度。结果 经火焰喷涂之后，获得了不同成分的Al-Mg3Sb2复相涂层，涂层中的物相主要为Al和Mg3Sb2。当Mg3Sb2的质量分数为40%和60%时，涂层组织致密，气孔、裂纹等组织缺陷较少。Tafel极化曲线测试中，随着第二相Mg3Sb2质量分数的增加，涂层的腐蚀电位逐渐正移。当质量分数达到80%时，其腐蚀电位为?0.9819 V，比纯Al涂层正移417.3 mV，腐蚀电流密度为0.048×10?3 A/cm2，约是纯Al涂层的1/2。显微硬度结果显示随着Mg3Sb2含量的增加，涂层的硬度逐渐提高，当质量分数达到80%时，涂层的平均硬度达到334.2HV，是纯Al涂层的6.79倍。结论 Mg3Sb2的加入可以获得组织较好的涂层，随着其含量的增加，涂层的耐蚀性和显微硬度逐渐提高。
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  Ni-P金刚石化学复合镀层制备及摩擦磨损性能分析

  王健, 张凤林, 刘文广, 周玉梅

  表面技术. 2017, 46(9): 18-25. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.004

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  目的 研究不同粒径微米金刚石对Ni-P金刚石化学复合镀层摩擦磨损性能的影响。方法 选择出一组优良的Ni-P化学镀工艺参数，在镀液中分别加入不同粒径的金刚石微粒，制备含不同粒径微米级金刚石颗粒的化学复合镀层。用SEM和XRD，观察并分析了不同粒径金刚石对热处理前后Ni-P金刚石化学复合镀层微观形貌和组织结构的影响；通过硬度和摩擦磨损实验，研究了不同粒径金刚石颗粒对复合镀层硬度及摩擦磨损性能的影响。结果 制备的复合镀层厚度为30 μm左右，金刚石质量分数达到21%~25%，且金刚石均匀分散在Ni-P镀层中。热处理前镀层为非晶结构，经过400 ℃×2 h的热处理后，镀层晶化为硬度更高的Ni3P。金刚石能提高镀层硬度，其中粒径为9 μm的复合镀层硬度最高，达到1261HV。Ni-P金刚石复合镀层的摩擦系数为0.4~0.52，随着金刚石粒径的增大，摩擦系数不断减小。金刚石使镀层的磨损机制发生了变化，随着金刚石粒径的增大，硬质合金球的磨损加剧。结论 随着金刚石粒径的增大，镀层硬度增加，摩擦系数减小，耐磨性增大。
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  (Ti+B4C)/Fe901比对等离子熔覆铁基涂层结构及硬度的影响

  江少群, 王刚, 吕长月

  表面技术. 2017, 46(9): 26-31. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.005

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  目的 获得高质量等离子熔覆铁基涂层的优化成分。方法 以Fe901、Ti、B4C粉为原料，采用反应等离子熔覆法在Q235钢基体上原位合成铁基涂层，研究了反应物(Ti+B4C)/Fe901质量比（15/85、25/75和35/65）对涂层中强化相的形成、界面结合情况、显微组织结构以及硬度的影响。结果 铁基涂层均与基体呈冶金结合。(Ti+B4C)/Fe901质量比较大时，会使界面结合处质量下降。(Ti+B4C)/Fe901比为15/85时，涂层主要由(Fe,Cr)固溶体、TiB2、TiC、Ti8C5、Fe3C和FeB相组成。增大(Ti+B4C)/Fe901比，不会导致新相形成，但可以抑制FeB析出，涂层中的TiC通过多步反应而形成。涂层显微硬度随(Ti+B4C)/Fe901比增大，整体呈上升趋势。(Ti+B4C)/Fe901比不大于25/75时，涂层显微组织较为均匀，显微硬度沿层深方向变化较平稳；进一步增大(Ti+B4C)/Fe901比，涂层显微组织和硬度均呈现梯度分布，涂层上部硬度与下部硬度差值可达630HV0.1。结论 通过调控主要增强相的反应物成分含量，可使等离子熔覆铁基涂层的显微组织和硬度呈现出梯度分布特征或较好的均匀性，从而满足不同的实际应用需求。
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  金属基固体自润滑复合涂层及其制备技术研究进展

  李博雅, 曹志强

  表面技术. 2017, 46(9): 32-38. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.006

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  金属基固体自润滑复合涂层具有强度高、耐高温、耐磨损以及易加工等特性，成为近来研究热点。首先综述了国内外金属基固体自润滑复合涂层的材料体系（即难熔金属基自润滑复合涂层、软金属基自润滑复合涂层、低温金属基自润滑复合涂层以及高温金属基自润滑复合涂层），随后分析了金属基固体自润滑复合涂层的润滑机理，指出润滑膜的低剪切特性是实现减磨润滑的关键。接着介绍了金属基固体自润滑复合涂层的制备技术，比较分析了烧结、电镀、化学镀、热喷涂、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、激光熔覆等技术，在制备金属基自润滑复合涂层方面的优点和不足。最后总结了目前在关于金属基固体自润滑复合涂层研究中存在的问题，进而探讨了相应的解决方案，提出应深入研究金属基体、固体润滑剂与环境三者之间的相互作用机理，并进一步指出研发新型固体润滑剂、改进现有制备技术、开发新工艺是未来重点发展的方向。
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  感应熔覆制备镍基合金涂层的研究进展

  黄思语, 王水波

  表面技术. 2017, 46(9): 39-47. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.007

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  在实际的工业应用中，大部分工件处于交变载荷、高应力以及强腐蚀的环境中，严峻的服役条件将会大大缩短工件的实际使用寿命。工件表面往往直接接触不利因素，所以工件的整体失效基本是从表面开始。熔覆涂层技术是一种常见的金属材料表面处理技术，可以大幅度改善工件表面性能，且具备生产效率高、生产成本低、可获得大面积熔覆层等优点，受到了人们的广泛关注。熔覆涂层的制备技术主要有激光熔覆、氩弧熔覆、等离子熔覆以及高频感应熔覆。其中，高频感应熔覆技术的应用成本较低。以高频感应熔覆技术为支撑，对高频感应熔覆技术路线进行阐述，主要包括预处理、涂层预制、感应熔覆等，并对各过程中可能对熔覆质量造成影响的因素进行阐述。最后对镍基合金涂层（镍基复合涂层、原位合成制备镍基复合涂层）的制备工艺进行综述，并对制备过程中存在的部分问题及今后的发展方向进行综述。
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  涂层结构对建筑节能涂层性能的影响

  杨光, 邓安仲

  表面技术. 2017, 46(9): 48-53. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.008

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  目的 通过探究建筑节能涂层的最佳涂层结构，进而提升涂层的隔热和耐久性能。方法 将含空心微珠和二氧化钛的涂层作底漆，硅溶胶-苯丙复合涂层作面漆，探究不同种类底漆和面漆对铬绿建筑节能涂层性能的影响。采用正交试验寻求最佳底漆和面漆组合方案，对最佳组合方案涂层进行了综合性能测试，并探讨了相关机理。结果 在不改变涂层颜色外观的情况下，底漆可增加涂层的太阳光反射比，面漆可增大涂层的静态接触角，增强涂层的耐水性、耐沾污性和耐老化性，降低涂层污染后和人工气候老化后太阳光反射比变化率及色差。最佳涂层结构组合方案为：底漆中空心微珠和二氧化钛掺量均为5%，面漆中苯丙乳液和硅溶胶质量比为14∶1。此时涂层的太阳光反射比和隔热温差分别为0.6455和6.9 ℃，且综合性能均较好，具有一定的应用价值。结论 涂层结构对建筑节能涂层的隔热和耐久性能具有一定的影响，实际应用时可根据需要改变涂层结构来获得满意的性能。
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  几种绿色颜料对太阳光反射隔热涂层性能的影响

  杨光, 邓安仲

  表面技术. 2017, 46(9): 54-59. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.009

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  目的 探究同色异谱颜料对太阳光反射隔热涂层性能的影响，为颜料的筛选提供理论支撑。方法 分别将相同掺量的三种绿色颜料与苯丙乳液混合制备太阳光反射隔热涂层，探究颜料本身晶体结构和光学性能对涂层性能的影响。采用X射线衍射仪、紫外/可见/近红外分光光度计、红外发射率测量仪、精密色差仪和涂层力学性能测量仪对颜料和涂层的性能进行表征。结果 晶粒尺寸较大的铁绿颜料相比于晶粒尺寸较小的铬绿颜料具有更优异的近红外反射性能，近红外反射比高0.110。三种绿色颜料对涂层红外发射率及力学综合性能的影响均较小，三种涂层的红外发射率均在0.90以上，综合力学性能均较好。近红外反射性能、近红外能量反射性能和隔热性能由高到低依次为铬绿、铁绿和钴绿涂层。结论 筛选太阳光反射隔热涂层用颜料时，不应仅采用颜料的近红外反射比为衡量参数，而应权衡对应涂层的综合性能，从而对颜料筛选做出科学的判断。
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  水性聚氨酯的合成及可剥涂料的性能研究

  丁祖群, 傅念清, 王云英

  表面技术. 2017, 46(9): 60-65. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.010

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  目的 以水性聚氨酯为主要成膜物质，制备一种耐水性良好且涂层整体可剥的保护涂料。方法 首先采用正交法分析水性聚氨酯的合成工艺，并通过测试红外图谱、存储时间、外观及耐水性，分析三乙胺和H2O含量对产物性能的影响。再以合成产物为基料，加入固化剂聚碳化二亚胺及其他助剂制备水性涂料，通过测试邵氏硬度、附着力、拉伸强度、断裂伸长率、剥离强度及耐水性，分析该水性涂料的可保护性和可剥性。结果 红外图谱表明成功合成了水性聚氨酯，得出了自乳化型水性聚氨酯的最佳合成工艺。涂料工艺性和涂层的综合性能良好，涂层可以一次性整体剥离。该涂层附着力为4B，具有良好的耐水性，在室温水中浸泡48 h后，质量基本不变，拉伸强度由37.7 MPa变为33.6 MPa，断裂伸长率由540%变为510%，邵氏硬度仍为82HA。结论 聚碳化二亚胺和其他助剂的加入使得涂层具有良好的可剥性和耐水性，且涂层硬度为82HA，对基材能起到一定的保护作用。
膜层材料与技术
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  钼合金Si-Cr-Ti-SiC-MnO2涂层的制备与组织性能

  肖来荣, 郭毅, 蔡圳阳, 赵小军, 欧阳昊, 张贝, 朴盛铭, 刘建飞

  表面技术. 2017, 46(9): 66-72. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.011

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  目的 提高钼合金表面红外辐射性能与高温抗氧化性能。方法 将40%Si、20%Cr、5%Ti、5%SiC、30%MnO2五种粉末与酒精、粘结剂按比例混合，经高能球磨6 h后制得均匀悬浮的料浆。采用浸涂工艺对预处理的钼合金试样进行料浆涂覆，在1450 ℃真空烧结0.5 h后制得黑色涂层试样。通过1550 ℃高温静态氧化试验和高温粒子薄片红外光谱综合实验系统，分别评价涂层抗氧化性能和红外辐射性能，并通过扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射仪（XRD）对涂层氧化前后的形貌与组织结构进行分析。结果 钼合金Si-Cr-Ti-SiC-MnO2涂层在700、900 ℃的法向发射率分别达0.85、0.88，在1550 ℃高温有氧环境下的静态抗氧化寿命达7 h。原始涂层呈四层复合梯度结构，由外到内分别为SiO2+Mn3O4+M5Si3（M指Mo、Cr、Ti）、M5Si3+MoSi2+SiC+Mn3O4、MoSi2、Mo5Si3。高温氧化后，涂层四层复合结构由外到内转变为SiO2+(Cr,Ti)5Si3+MnCr2O4+Mn3O4、M5Si3+SiC+MnCr2O4+Mn3O4、MoSi2、M5Si3。高温氧化过程中，MSi2高硅化物层逐渐转变为M5Si3低硅化物层，涂层表面形成含MnCr2O4尖晶石相和复合硅化物的致密SiO2玻璃膜。结论 Si-Cr-Ti-SiC-MnO2涂层可有效提高钼合金基体的红外辐射性能和高温抗氧化性能，复合硅化物与硅锰复杂氧化物具有良好的抗氧化性能、高辐射性能和自愈合性能。
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  溅射方法和基体材料对氧化钛薄膜微观结构的影响

  纪律, 汪庆, 马东林, 谢东, 程丹, 景凤娟, 黄楠

  表面技术. 2017, 46(9): 73-80. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.012

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  目的 研究不同溅射方法和基体材料对沉积氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态、表面形貌的影响。方法 采用高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）和直流磁控溅射（DCMS）在316L不锈钢和硅片表面制备了氧化钛薄膜。采用等离子光发射谱检测了沉积薄膜时的等离子体特征。采用X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM），分别评价氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态、晶粒尺寸和表面粗糙度。结果 等离子体特征显示，沉积氧化钛薄膜时，HPPMS比DCMS 具有更高的离化率和等离子体密度。XRD结果显示，在相同的平均溅射功率下，采用HPPMS和DCMS方法，均在不锈钢表面制备出纯金红石结构的氧化钛薄膜，而在硅片表面得到的氧化钛薄膜为金红石、锐钛矿混合结构，且采用HPPMS比DCMS技术制备的氧化钛薄膜含有更高的金红石含量。XPS结果显示，两种方法在所有基体表面均制备出了含有氧缺位的氧化钛薄膜。采用HPPMS和DCMS制备氧化钛薄膜时，不锈钢基体沉积的薄膜中，Ti3+/Ti4+比值均高于Si基体上的薄膜。SEM和硬度测试结果显示，HPPMS制备的氧化钛薄膜为等轴晶，晶粒较小，硬度较高。DCMS制备的氧化钛薄膜具有柱状晶的结构，晶粒较大。AFM的结果显示，采用不同溅射方法制备的氧化钛薄膜表面粗糙度没有明显差别。结论 不同溅射方法和基体材料导致了薄膜沉积时样品表面离子轰击能量的差异，因此影响了氧化钛薄膜的晶体结构、化学价态和晶粒尺寸。
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  TiN颗粒对镁合金微弧氧化过程及膜层性能的影响

  张瑞珠, 贾新杰, 唐明奇, 任洋洋, 蔡会苹

  表面技术. 2017, 46(9): 81-86. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.013

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  目的 分析TiN颗粒在镁合金微弧氧化过程中的作用，并研究其在膜层中对镁合金硬度、耐磨和耐蚀等性能的影响。方法 通过在微弧氧化电解液中添加2.7 μm TiN颗粒，并使其充分分散于电解液中，使电解液中TiN颗粒的质量浓度分别为0、2、4、6 g/L，并控制其他实验参数（如电流密度、频率、占空比和氧化时间）一样的情况下进行实验，通过电子显微镜、涂层厚度测厚仪、显微维氏硬度计、X射线衍射和电化学工作站，分别从膜层的表面形貌、厚度、硬度、相组成及耐蚀性等方面，研究了TiN颗粒对镁合金微弧氧化膜层性能的影响。结果 在微弧氧化电解液中添加TiN颗粒后，相同电化学参数下制得的微弧氧化膜层变得致密，厚度、硬度有所增加，氧化膜层主要由Mg、MgO、Mg2Zr5O12、TiN组成。极化曲线显示，加入TiN颗粒，制备的微弧氧化膜层比未加入TiN颗粒制得的膜层的腐蚀电流下降了2个数量级。阻抗图谱表明，电阻值增加了1个数量级。结论 TiN颗粒能够随镁合金的微弧氧化过程进入制得的氧化膜层中，并且能够增加膜层厚度和硬度，使膜层的耐磨、耐蚀性得到提高。
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  镁合金表面化学镀镍前处理工艺的研究进展

  宿辉, 张春波, 王作凯, 丁大林, 王文静, 许天月, 刘辉

  表面技术. 2017, 46(9): 87-94. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.014

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  镁合金作为最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度高、弹性模量大等优势，在航天航空、汽车工业、电子通讯等领域广泛应用，但其化学性质非常活泼，在常温下很容易发生腐蚀，严重限制了其进一步推广应用。化学镀镍具有镀层致密、环境友好等优点，可有效提高镁合金的耐蚀性和耐磨性，但与普通基体相比，镁合金属于难镀金属，化学镀镍前既要去除基体表面原有的疏松多孔的氧化膜，又要生成具有保护和催化作用的新膜层，因此前处理工艺是影响镀层质量及镁合金防腐性能提高的关键因素。以化学镀镍前处理工艺为研究内容，介绍了镁合金化学镀镍前处理工艺的国内外研究现状，从除油、酸洗、活化、浸锌法、预镀层和化学转化膜等方面进行了文献综述和分析，指出相应工艺的优缺点，并探讨了研发方向。根据前处理技术的机理和不同牌号镁合金的特点，研发工艺简单、镀层性能优良、可控性强、环境友好、通用性强的低成本工艺，将是镁合金化学镀镍前处理的研究方向和发展趋势。
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  水热法制备稳定氧化锆纳米粉体

  徐高峰, 宋红章, 杨德林

  表面技术. 2017, 46(9): 95-100. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.015

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  目的 制备分散性好、粒径分布窄的稳定氧化锆纳米粉体。方法 采用水热法制备氧化锆纳米粉体，考察水热时间、pH值、温度和有机添加剂丙三醇，对氧化锆粉体颗粒粒径、结晶度及稳定性的影响。通过XRD和SEM分析技术对不同条件下制备的样品进行表征。结果 结晶度随着水热反应温度的升高而提高，形核速率在250 ℃时快速增加，粒径在150~250 ℃出现先长大后减小的规律。反应溶液的pH值影响样品的结晶度，通过调节溶液pH值可以减小粉体颗粒之间的团聚，改善粉体的分散性。水热反应进程越充分，样品的平均粒径越大。加丙三醇后，在反应条件为200 ℃、pH=10、t=12 h时制备钇掺杂量3%的氧化锆粉体，于1000 ℃煅烧12 h，得到分散性好、粒径分布窄的单立方相纳米氧化锆粉体颗粒。结论 通过设定水热法反应温度、pH值、时间，可以制备粒径可控的稳定氧化锆纳米粉体，且钇掺杂可有效提高氧化锆的稳定性。加入丙三醇可以有效地改善粉体的分散性和稳定性，煅烧稳定氧化锆纳米粉体可以有效减小粉体粒径分布和提高粉体的结晶度。
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  聚合物预涂层对冷轧搪瓷钢密着性与表面性能的影响

  房文祺, 马源, 戴毅刚

  表面技术. 2017, 46(9): 101-106. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.016

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  目的 考察5种不同类型树脂作为搪瓷用冷轧钢板预涂层对最终搪瓷钢制品性能的影响。方法 在相同基板条件下，利用刮棒进行湿法涂覆后加热固化法，制备具有相同单位膜重的5种不同树脂的预涂层冷轧搪瓷用钢。采用静电喷涂将瓷釉粉末均匀散布于预涂层冷轧搪瓷用钢表面，再在马弗炉中烧结成搪瓷钢片。通过落锤测试和表面显色法分析搪瓷钢片的搪瓷密着性能和表面针孔率。结果 与无涂层冷轧搪瓷用钢相比，所选的预涂层树脂都能不同程度地提高搪瓷层的密着性能，但不同树脂在高温下的热分解速率差异以及温度高于650 ℃后的热分解残留物的不同，会直接影响搪瓷层表面的针孔缺陷。经测试，最优性能的预涂层可以将搪瓷的密着性能由无涂层的5级提升到1级，表面针孔率在薄搪瓷层的条件下控制在200 个/m2以下。结论 通过对冷轧搪瓷钢板表面施加聚合物预涂层，可以有效提高搪瓷钢制品的密着性能。选择综合性能优良的预涂层树脂匹配合适的搪瓷层厚度，可以减轻或避免由预涂层热分解引起的表面针孔缺陷。
表面摩擦磨损与润滑
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  类富勒烯薄膜的载荷依赖摩擦滞后行为研究

  杨保平, 薛勇, 张斌, 王永富, 王兆龙, 张俊彦

  表面技术. 2017, 46(9): 107-113. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.017

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  目的 研究类富勒烯薄膜（FL-C:H）的载荷相关性摩擦滞后行为。方法 采用直流等离子体化学气相沉积技术（DC-PECVD）在硅基底上制备了FL-C:H薄膜，通过场发射扫描电镜（FE-SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、高分辨透射电镜（HRTEM）和拉曼光谱仪分别表征了薄膜的厚度、元素结合能状态以及微观结构，利用纳米压痕仪测定了薄膜的硬度及弹性恢复，借助往复摩擦磨损试验机考察了不同频率时变载荷条件下的摩擦滞后行为。结果 以CH4和H2为前躯体制备的FL-C:H薄膜具有良好的机械性能，硬度和弹性模量分别为23.42 GPa和162.27 GPa，弹性恢复高达~82%。所制备薄膜与GCr15球配偶摩擦时，表现出良好的摩擦学性能，在循环载荷条件下表现出摩擦滞后行为。结论 FL-C:H薄膜在循环载荷条件下的摩擦滞后现象与所对应的频率有关。主要是由于大气环境下，摩擦界面处H2O、O2吸附造成氧化反应和磨损的共同作用。
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  齿轮齿条传动往复运动过程的润滑分析

  徐彩红, 王优强, 王立梅, 张同钢

  表面技术. 2017, 46(9): 114-120. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.018

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  目的 通过对往复运动齿轮齿条传动过程中压力、膜厚、温度的计算，获得往复运动齿轮齿条的润滑状况，为机构的设计提供理论依据。方法 将齿轮齿条的传动模型简化为圆柱与无限大平面之间的运动，建立往复运动齿轮齿条传动的热弹流润滑模型。采用Ree-Eyring流体，压力求解采用多重网格法，弹性变形采用多重网格积分法，计算得到齿轮齿条往复运动过程中的中心压力、中心膜厚、最小膜厚和最高温度，并与单向运动情况比较。结果 与单向运动相比，往复运动由于在换向过程中存在加速、减速过程，降低了齿轮齿条机构在啮合周期内润滑油膜厚度，啮合线上变速过程始末附近区域膜厚和压力都会产生一定程度的波动。换向瞬时，受挤压效应的影响，产生油膜凹陷，油膜变薄，润滑状态变差。结论 在计算往复运动齿轮齿条润滑油膜与压力时，存在换向的啮合周期需要着重讨论。在工程实际中设计往复运动齿轮齿条润滑时，应着重考虑单双齿啮合转换点与换向点处的润滑情况。
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  气-固两相流雾化喷嘴的磨损分析

  张桂冠, 赵玉刚, 高跃武, 刘波, 孙义

  表面技术. 2017, 46(9): 121-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.019

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  目的 为了解决雾化法磁性磨料制备过程中，雾化喷嘴容易发生冲蚀磨损而无法形成有效流场的问题，分析雾化喷嘴的冲蚀磨损机理，为雾化喷嘴的设计提供理论依据。方法 选用Al2O3硬质磨料颗粒、SiC材料的喷嘴，运用理论分析与计算机模拟（CFD）相结合的方法，探究雾化喷涂冲蚀磨损的机理，并研究雾化压力与最大冲蚀磨损率的关系。结果 运用理论分析，得出了雾化喷嘴的冲蚀磨损形式为脆性断裂与微切削两种。运用CFD计算机模拟分析，得出了雾化喷嘴的冲蚀磨损分布图，其冲蚀磨损率随着雾化压力的增加而增加。当雾化压力为3 MPa时，雾化喷嘴的最大冲蚀磨损率达到了5.3×10-7 kg/(m2?s)；当雾化压力为5 MPa时，雾化喷嘴的最大冲蚀磨损率达到了1.3×10-6 kg/(m2?s)，较3 MPa时增加了59%。结论 可以采取将硬质磨料注入与雾化工序分离的方法来改进雾化喷嘴的结构，从而减少在制备磁性磨料过程中硬质磨料颗粒对雾化喷嘴内壁的冲蚀磨损。
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  氧化物润滑材料的研究进展

  王蕊, 高东强, 何乃如, 王哲

  表面技术. 2017, 46(9): 127-133. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.020

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  随着航空航天等高新技术装备的发展，要求相关运动部件在极高的温度下具有优异的摩擦学性能，因此开发适应极高温度的自润滑材料具有重大意义。综述了二元氧化物润滑材料和三元氧化物润滑材料用作高温固体润滑材料的研究与发展。重点介绍了含有Magnéli同源相的二元和三元氧化物润滑材料，在高温和宽温域环境下的摩擦学性能，同时也说明了通过控制材料的生长结构和缺陷形式，来生成具有高温润滑性的氧化物，成为实现材料高温润滑的一种潜在方法，并讨论了这些氧化物的结构、化学性能和电性能与其摩擦学性能的相关性。最后概括了氧化物润滑材料在工业中的应用前景，并提出了研发单一润滑材料实现室温至高温（25~1000 ℃）宽温域下的连续润滑成为未来的发展趋势。
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  W360热作模具钢渗硫的渗层组织及抗擦伤性能

  亓海全, 易成功, 孙延焕

  表面技术. 2017, 46(9): 134-140. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.021

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  目的 基于硫化处理能够减弱摩擦界面“咬合力”的特点，通过低温液体工艺对Bohler W360热作模具钢进行了渗硫处理，以期进一步改善模具抗擦伤性能。方法 采用硫粉、氢氧化钠和去离子水三元碱性渗剂体系，设计不同的硫含量，以研究硫浓度对渗层组织的影响，利用SEM-EDS和XRD对渗硫层形貌和结构进行分析，通过洛氏硬度计和MRH-3A高速环块磨损试验机，分别对渗硫前后材料的表面硬度和摩擦磨损性能进行检测和评价。结果 通过低温液体渗硫工艺，W360模具钢表面渗硫层因硫含量不同而分别形成了“板结”结构和“微颗粒+空隙”结构，XRD结果表明渗硫层由FeS和FeS2构成。硬度测试显示，渗硫后，W360模具钢的表面硬度未发生变化（52~53HRC），与原始硬度一致。但摩擦磨损试验数据表明，硫化处理可以显著降低摩擦初期W360钢的摩擦系数，磨损失重和磨痕宽度等数据揭示硫质量分数为1.5%时，抗擦伤性最佳。结论 低温液体渗硫工艺通过降低模具钢表面摩擦系数，能够提高材料的抗擦伤性能，渗剂中硫元素的含量对渗层组织和抗擦伤性能有显著的影响。
表面强化及功能化
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  靶材成分对磁控溅射PTFE超疏水薄膜的影响

  任芝龙, 肖娇玉, 黄佳木

  表面技术. 2017, 46(9): 141-146. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.022

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  目的 了解靶材成分对磁控溅射PTFE薄膜性能的影响，以提升PTFE薄膜疏水性能。方法 采用射频磁控溅射技术，在玻璃基片上一步制备了透明超疏水聚四氟乙烯薄膜，并研究了不同PTFE靶材对薄膜的影响。利用X射线光电子能谱仪（XPS）、接触角测试仪（Drop Meter）、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）分别对靶材和薄膜的性能进行研究。结果 两靶材的氟碳官能团含量有明显差异，且靶材1含有CF2O，靶材2中不含。靶材的成分影响了PTFE的溅射率，靶材1的溅射率为靶材2的2倍。相同溅射时间下，靶材不同的薄膜厚度不同，从而表现出不同的静态水接触角。薄膜的疏水性能与薄膜厚度呈现指数关系，最终稳定在170°水接触角平台。同时，溅射过程中，F离子刻蚀到玻璃基底而引入了NaF，但薄膜中NaF和氟碳基团的含量与靶材成分相关。薄膜中NaF的存在，提升了薄膜的F/C比，降低了薄膜表面能，提升了其疏水性能，但降低了薄膜的可见光透过率。结论 一步制备透明超疏水聚四氟乙烯薄膜的技术具有广泛应用前景，了解靶材成分对薄膜性能的影响具有重要指导意义。
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  后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响

  吴政协, 马泳涛, 龚军振, 赵乐川

  表面技术. 2017, 46(9): 147-152. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.023

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  目的 探究不同后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响。方法 运用超景深三维显微系统、三维表面形貌测量系统、X射线残余应力分析仪及HV-1000显微硬度计等，对后混合水射流喷丸前后试样的表面形貌、表面粗糙度、残余应力及显微硬度随层深的变化情况进行分析。结果 后混合水射流喷丸时，弹丸和水会对试样表层产生一定的冲蚀、磨损、剪切作用，使试样表面产生新的凹坑。表面粗糙度Ra值随着喷射压力P及喷射靶距H的增加而增大，随着喷嘴移动速度v的增加而减小。试样显微硬度最大值都出现在表面，且随层深的增加，硬度值逐渐减小，喷射压力P=300 MPa时，表面硬度值达到62.8HRC，比试样初始表面硬度值增加了7.35%。试样材料所能引入的残余压应力具有固有最大值σmirs，当引入的残余压应力未达到σmirs时，所产生的最大残余压应力值σmcrs随喷射压力P的增加而增大，但随喷射靶距H和喷嘴移动速度v的改变变化不大。当引入的残余压应力达到σmirs时，所产生的最大残余压应力值σmcrs即为σmirs，不再改变，但是最大残余压应力距表面距离值zm仍会随着喷射压力P的增加而增大。结论 后混合水射流喷丸后，试样表面粗糙度变化较大，表层显微硬度有一定提高。残余应力的分布主要与喷射压力P有关，而与喷射靶距H和喷嘴移动速度v关系不大。
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  表面刻蚀粉末冶金黄铜的微观结构和防结蜡性能研究

  刘琳, 黎力, 刘成臣, 朱立群, 张智睿

  表面技术. 2017, 46(9): 153-159. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.024

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  目的 原油运输中管道结蜡问题严重影响正常的生产运输，通过表面刻蚀的方法，获得具有超亲水性的粉末冶金黄铜表面，从而达到良好的防结蜡性能。方法 结合不同刻蚀时间下的表面微观结构、粗糙特性和润湿特性，对防结蜡性能进行系统研究。采用FeCl3溶液，刻蚀粉末冶金黄铜试样不同时间，通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对刻蚀表面的成分和形貌进行分析，利用接触角测量仪测量样品表面润湿性，最后对刻蚀后的黄铜进行防结蜡测试。结果 表面刻蚀过程实为“脱锌”，在试样表面形成了微纳米级颗粒粗糙结构。随着刻蚀时间的延长，最大轮廓高度Rz相应增大。与未刻蚀试样相比，刻蚀后的试样表面水接触角大幅降低，防结蜡性能显著提升。当刻蚀时间为120 min时，水接触角远小于30°，粉末冶金黄铜表面达到超亲水状态，防结蜡测试后，约80%表面为干净的原始表面，几乎没有石蜡吸附。结论 刻蚀表面的亲水成分和棱锥状铜单质颗粒组成的微细粗糙结构，使得其在水相中形成稳定的“水膜”，这层水膜可以有效阻止油相中石蜡的析出与沉积，达到良好的防结蜡效果。
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  一种新的磁控溅射在二氧化钛纳米颗粒表面负载纳米金的方法

  张一翔, 马含, 沈志刚

  表面技术. 2017, 46(9): 160-165. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.025

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  目的 将通常不适用于颗粒基底的磁控溅射方法应用于纳米颗粒基底，以探索简单、快速、无污染的纳米颗粒表面负载金属新方法。方法 采用往复摆动样品台和变频振动发生器，将二氧化钛纳米颗粒充分分散，用磁控溅射方法在其表面负载了金属金纳米点，并初步研究了不同溅射功率对实验结果的影响。借助扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）与X射线光电子能谱分析（XPS）对所制备的纳米复合颗粒进行了形貌、结构和成分表征。结果 使用磁控溅射方法，在平均粒径为21 nm的二氧化钛颗粒表面成功负载了粒径约1~10 nm的金属金纳米点，其分布均匀，与基底产生了紧密结合。结论 磁控溅射方法可以应用于纳米颗粒表面负载金属。
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  O2浓度对纳米氧化锌形貌、产量和发光性质的影响

  田会娟

  表面技术. 2017, 46(9): 166-170. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.026

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  目的 研究不同O2体积浓度下，双管管式炉内不同沉积位置处纳米ZnO形貌、产量和发光性质的变化规律。方法 采用化学气相沉积法，在双管管式炉的三个不同沉积位置制备了具有不同形貌、产量和性质的纳米ZnO产物。采用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射仪（XRD）和荧光分光光度计（PL）等对产物的形貌、结构和光致发光性能进行表征和测试。结果 SEM表明O2体积浓度较小时，有利于形成针状的多脚结构。O2体积浓度较大时，有利于生成棒状的多脚状结构。通过对比沉积产物产量发现，当O2体积浓度较低时，沉积反应主要发生在内管外。随着O2体积浓度的增大，沉积产物逐渐向内管内部转移，内管口附近的沉积产物增多。XRD结果表明所有产物均为六方纤锌矿结构，当O2体积浓度为0.0625%时，产物沿c轴择优生长。随着O2体积浓度的增加，无明显择优取向。PL结果表明，紫外发射峰与绿光发射峰强度的比值随着O2体积浓度的增加而增大，说明绿光发射峰主要由氧空位引起，随着O2体积浓度的增加，氧空位逐渐减少。结论 通过调节O2体积浓度可以制备出不同形貌和发光性质的纳米ZnO，从而应用于不同领域，并且在适当的沉积位置可以获得最大产量。
表面失效及防护
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  海上油田注水开采中H2S成因及油管腐蚀分析

  殷启帅, 杨进, 杨宇平, 李文龙, 阚长宾, 胡南丁, 陈孝亮, 李亚涛

  表面技术. 2017, 46(9): 171-178. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.027

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  目的 探究海上油田注水开采中H2S成因及油管腐蚀机理，对H2S有效防治和油管防腐材质优选具有重要意义。方法 首先对现场取得的气样、注水样、油样及井口缓蚀剂进行化学检测，然后进行硫酸盐还原菌（SRB）培养验证试验、SRB生长特性研究，最后对废弃L80油管进行腐蚀行为分析。结果 气样中存在H2S，部分生产井H2S的体积分数高达0.03%，但注水样、油样的水相组分和井口缓蚀剂均未检测到硫化物，排除注入过程中携带H2S的可能性。PGC培养基中生长了SRB菌落，证明地层产出水中含有SRB。该油田SRB菌株的最佳生长温度为55~65 ℃，pH为5.5~6.0。添加NaNO2后，H2S质量浓度一直极低（<0.5 mg/L），192 h后菌浓才开始增加，抑制效果良好。废弃L80油管裂纹宽度为20~50 μm，裂纹宽度较窄，硫化物应力开裂（SSC）的风险较小。点蚀坑深度小于50 μm，表面没有较大较深的点蚀坑，腐蚀速率较低。结论 SRB在厌氧条件下通过生物膜内产生的氢将SO42?还原为H2S，所以注水开采过程中的H2S为次生，注水井水质不达标是导致该油田H2S产生的根本原因。L80油管在SRB-CO2腐蚀体系中发生了微生物腐蚀（MIC），且次生H2S对油管腐蚀较初生H2S轻微。推荐该油田在后期开发中按照次生H2S进行油管防腐材质优选，适当降低防腐级别，节约作业成本，该研究成果具有良好的推广价值。
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  再制造件涂覆层内部裂纹扩展行为研究

  温飞娟, 董丽虹, 王海斗, 吕振林

  表面技术. 2017, 46(9): 179-184. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.028

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  目的 研究再制造件涂层内部不同形状、尺寸的裂纹扩展行为。方法 利用扩展有限元和内聚力单元结合的方法，通过设定断裂能G值作为控制裂纹扩展的参数，对三点弯曲试验以及拉伸试验下涂覆层内部的裂纹进行模拟，并通过实验进行验证。结果 随着载荷的增加，涂层中的垂直裂纹和45°倾斜裂纹均沿着涂层厚度方向扩展，到达界面时裂纹发生偏转，沿着界面继续扩展而并没有越过涂层-基体界面向基体扩展。模拟得到三点弯曲试验下初始长度为0.2 mm的垂直裂纹和45°倾斜裂纹开裂的临界载荷分别为3.47 kN和4.49 kN，裂纹长度增加至0.3 mm时，临界载荷降低为3.29 kN和4.31 kN。裂纹越靠近试件中心，临界载荷越小，越易发生裂纹扩展现象。另一方面，在拉伸试验下，0.2 mm的垂直裂纹的临界开裂载荷（3.47 kN）小于投影长度相同的倾斜裂纹的临界载荷（5.21 kN），而与拉应力平行的裂纹并未扩展。实验得到0.2 mm的垂直裂纹在弯曲试验下的平均临界载荷为3.49 kN，而倾斜裂纹为4.46 kN。结论 三点弯曲试验下，垂直裂纹比倾斜裂纹更危险，初始长度越长、越靠近试件中心的裂纹越易发生裂纹扩展现象。在拉伸试验下，与拉应力平行的裂纹并未扩展，最安全。模拟结果与实验相近，验证了模拟的正确性。
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  超声表面滚压改善45#钢表层特性及疲劳性能的研究

  张飞, 赵运才

  表面技术. 2017, 46(9): 185-190. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.029

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  目的 研究超声表面滚压处理（Ultrasonic Surface Rolling Process, USRP）对45#钢表层特性及疲劳性能的影响。方法 利用超声表面滚压设备处理45#钢，观察分析处理前后试样的表层特征、状态、微观结构，采用旋转弯曲疲劳试验研究试样疲劳性能，通过升降法测取疲劳极限值。结果 USRP处理后，试样表面形貌显著改善，表面粗糙度由之前的3.2 μm降低到0.23 μm，显微组织细化，晶粒取向趋于随机分布，表层显微硬度相比心部提高56%左右，强化层厚度可达400 μm，残余压应力由?180 MPa提高到?532 MPa，疲劳极限值由296 MPa提高到403 MPa。结论 通过USRP处理，试样的表层特性及表面性能得到强化改善。疲劳性能的提高主要归因于USRP处理使材料表面粗糙度降低，晶粒细化，显微硬度与残余压应力提高。
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  不同Ni、Cr含量镍基涂层在模拟烟气中的热腐蚀行为

  章亚林, 毛晓飞, 刘光明, 刘康生, 李华才

  表面技术. 2017, 46(9): 191-196. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.030

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  目的 研究超音速喷涂不同Ni、Cr含量涂层在模拟烟气中的热腐蚀行为，比较涂层的耐蚀性能。探讨涂层在模拟环境中的腐蚀机理。方法 采用超音速火焰喷涂技术，在20钢表面制备不同Ni、Cr含量的合金涂层。涂层试样涂覆75%Na2SO4+25%NaCl混合盐膜，在750 ℃含0.15%（体积分数）SO2模拟烟气中进行腐蚀测试，获得腐蚀动力学规律。采用XRD、SEM、EDS对涂层以及高温腐蚀产物的成分、结构、形貌进行分析。结果 采用超音速火焰喷涂制备的涂层结构致密，平均孔隙率为0.84%，涂层中有少量金属氧化物。腐蚀过程中，涂层试样先增重后失重，腐蚀产物为NiO、NiCr2O4、FeCr2O4和(Fe,Cr)2O3。腐蚀产物具有双层结构，外层富Ni，内层富Cr。结论 在测试条件下，Ni的质量分数为64%，Cr的质量分数为23%时，涂层具有较好的耐蚀性。
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  黄铜表面植酸钝化膜耐蚀性及其成膜机理

  刘仁辉, 刘斌斌, 喻玺, 杜君峰, 肖翔鹏

  表面技术. 2017, 46(9): 197-202. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.031

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  目的 通过化学浸泡法在黄铜表面获得植酸钝化膜，并研究其成膜机理。方法 采用硝酸点滴、中性盐雾试验和极化曲线测试，研究植酸钝化膜的耐蚀性。通过SEM、XRD对植酸钝化膜的形貌和组成进行分析，并测试黄铜试样钝化过程的电位-时间曲线，推测植酸钝化膜的成膜机理。结果 与铬酸盐转化膜对比，黄铜表面植酸钝化膜的自腐蚀电流密度小于铬酸盐转化膜，腐蚀速率比重铬酸盐钝化膜小。经测试，植酸钝化膜的外观平整，结构致密，主要成分为植酸盐、Al2O3和ZnO。钝化过程的电位-时间曲线显示，黄铜试样的电位在前60 s从?0.172 V迅速升高到?0.157 V，随后电位升高的速度逐渐变缓，在150 s后电位变化微小。结论 在黄铜表面形成的植酸钝化膜具有良好的耐腐蚀性能。植酸钝化膜的成膜过程分为黄铜表面的溶解和植酸钝化膜的形成两个过程。
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  金属锌表面超疏水薄膜的耐蚀及摩擦学性能的表征

  石磊, 曹磊, 古毓康, 杨志康, 万勇, 高建国

  表面技术. 2017, 46(9): 203-208. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.032

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  目的 改善金属锌在海洋环境中的耐蚀及摩擦学性能。方法 通过简单的化学刻蚀及自组装技术在金属锌表面制备超疏水薄膜，对薄膜的结构和润湿性进行了表征，研究了超疏水薄膜在模拟海水（3.5%NaCl溶液）中的耐蚀性能和摩擦学性能。结果 经N,N-二甲基甲酰胺水溶液刻蚀后，金属锌表面呈多尺度微纳的ZnO结构，ZnO结构经硬脂酸修饰后，表面呈现出超疏水特性，表面静态接触角达150°，滑动角小于5°。同时发现，在3.5%NaCl水溶液中，金属锌表面超疏水薄膜具有优异的耐蚀性能，并能够显著降低摩擦和磨损。结论 经简单的化学刻蚀及自组装技术可在锌表面构筑超疏水薄膜，薄膜在海洋环境下具有良好的耐蚀、减摩及耐磨性能。
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  镁合金表面铈盐掺杂硅烷膜的腐蚀电化学行为

  吴海江, 杨飞英, 邹利华, 王小明, 曾娣平, 郭文敏

  表面技术. 2017, 46(9): 209-214. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.033

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  目的 为进一步提升镁合金表面常规硅烷膜的耐蚀性能。方法 在γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶液中掺杂0.50 g/L硝酸铈，采用简单化学浸渍处理，在AZ91D镁合金基体表面制备了铈盐掺杂硅烷膜。借助扫描电子显微镜（SEM）观察了铈盐掺杂前后硅烷膜的表面微观形貌，通过开路电位-时间曲线、电化学交流阻抗谱（EIS）和中性盐雾试验（NSS）研究了铈盐掺杂对5% NaCl溶液中硅烷膜耐蚀性能的影响。结果 铈盐掺杂硅烷膜比普通硅烷膜更厚且平整，其致密性、均匀一致性较好，完全覆盖了镁合金基体，已看不到磨痕。铈盐掺杂硅烷膜的稳定电位约为?1.31 V，且需要的稳定时间最长。铈盐掺杂硅烷膜具有更大的低频阻抗数值，有效遏制了侵蚀性粒子向镁合金基体的迁移和扩散，避免了镁合金基体发生阳极溶解反应。结论 采用向硅烷溶液中添加硝酸铈的方法，能够在AZ91D镁合金表面制备出铈盐掺杂硅烷膜。由于铈离子在某种程度上修复了硅烷膜层中的微裂纹和缺陷，显著提升了硅烷膜的耐蚀能力。
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  热化学反应法制备Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层及其性能研究

  杨宏波, 刘朝辉, 丁逸栋, 班国东, 王飞

  表面技术. 2017, 46(9): 215-222. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.034

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  目的 研究Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层对金属基体的热防护性能。方法 以钠、钾混合硅酸盐溶液为粘结剂，添加Al2O3、TiO2、MgO、SiO2等陶瓷骨料，采用热化学反应法在304不锈钢基体表面制备了Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层（记为AT13）。使用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）对涂层的微观形貌、物相变化进行表征。在AT13涂层的基础上，预先喷涂金属Ni/Al过渡层，制备了AT13梯度涂层（记为AT13grade），综合比较分析了两种涂层在不同温度下固化后的结合强度，描述了涂层的高温氧化动力学曲线，对涂层的热震性能及失效机理进行了分析。结果 涂层在800 ℃烧结固化后，致密性较好，涂层与金属基体之间呈现冶金结合，TiO2发生了从锐钛相到金红石相的转变，α-Al2O3和金红石型TiO2是陶瓷涂层耐高温的主体晶相结构。经1200 ℃高温氧化后，梯度涂层和非梯度涂层的增重与空白试样相比分别减少了0.223 mg/cm2和0.155 mg/cm2。800 ℃热震试验时，梯度涂层和非梯度涂层的热震循环次数分别为17次和6次。 结论 在涂层与基体之间制备金属Ni/Al过渡层能增强涂层的结合强度，提高其抗氧化性能，缓解陶瓷材料与金属基体之间的热膨胀系数差异，提高涂层的抗热震性能。梯度结构的陶瓷涂层具有更好的热防护性能。
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  哈氏合金C276在溴胶混合液中的耐蚀性

  王秀民, 张艳茹, 郝义磊, 程孟

  表面技术. 2017, 46(9): 223-228. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.035

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  目的 研究哈氏合金C-276在溴胶溶液中的耐蚀性能，分析哈氏合金C-276在溴胶溶液中的腐蚀及失效机理。方法 采用挂片试验方法，模拟溴化丁基橡胶生产过程中溴胶混合釜的腐蚀环境，研究温度、液溴含量、水含量、转速等环境因素影响哈氏合金C-276的腐蚀规律，利用SEM、XRD等现代分析技术，对腐蚀产物形貌、成分进行分析。结果 哈氏合金C-276在含溴腐蚀溶液中的主要腐蚀产物为NiBr2、FeBr2、MoBr2、CrBr3等，腐蚀速率随温度、水含量、液溴含量以及转速的增加而增大。温度、水、液溴以及转速等因素均对腐蚀的发生起到了重要作用，腐蚀类型以全面腐蚀为主，伴随晶间腐蚀。结论 溴胶混合液腐蚀环境下，哈氏合金C-276发生了严重的电化学腐蚀，提高温度、液溴含量、水含量、转速均会明显增加哈氏合金C-276的腐蚀速率。哈氏合金C-276不能作为溴化丁基橡胶生产设备中溴胶混合器的主材质。
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  模拟海洋环境中Ni-Co合金镀层对AZ91D镁合金的腐蚀防护研究

  张世艳, 张伦武, 魏小琴, 杨万均, 杨小奎

  表面技术. 2017, 46(9): 229-234. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.036

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  目的 提高AZ91D镁合金的腐蚀防护性能。方法 采用化学镀前处理在AZ91D镁合金表面制备一种保护性的Ni-Co合金镀层。分别采用环境扫描电镜（ESEM）、X射线衍射（XRD）和能量散射谱（EDS）分析合金镀层的表面形貌、微结构特点和化学成分。采用动电位极化（PC）和电化学阻抗谱（EIS），分析测试在模拟海洋环境（中性3.5% NaCl溶液）中Ni-Co合金镀层对AZ91D镁合金的腐蚀防护性能。结果 镁合金表面化学镀 Ni-P镀层均匀覆盖，晶粒生长较致密，表面呈菜花状形貌，Ni-P镀层中P质量分数约为5.6%。Ni-Co合金镀层表面均匀且呈金字塔状形貌，形成了面心固溶体（FCC），镀层中Co质量分数约为31%。Ni-P镀层和Ni-Co合金镀层的厚度分别约为11 μm和19 μm。在模拟海洋（中性3.5% NaCl溶液）环境中，镁合金裸基体、化学镀前处理Ni-P镀层、Ni-Co合金镀层的腐蚀电位分别为?1485、?372、?284 mV，其腐蚀电流密度分别是3.4×10?5、1.8×10?6、2.9×10?7 A/cm2，所拟合的电荷转移电阻分别为4.72×103、1.70×104、2.06×106 Ω/cm2。结论 化学镀前处理Ni-P镀层可为镁合金提供较好的腐蚀防护，Ni-Co合金镀层能够为镁合金提供更显著的腐蚀防护。
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  65Mn高弹性垫片的机械镀锌研究

  刘允棠, 刘银庭, 王胜民

  表面技术. 2017, 46(9): 235-239. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.037

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  目的 克服65Mn高弹性垫片电镀锌产生的氢脆问题。方法 采用机械镀锌方法在65Mn高弹性垫片表面制备了镀锌层，采用目测法观察镀层的外观及镀层完整情况，采用硫酸铜试验分析镀层厚度的均匀性，采用划格试验法测试镀层的结合强度，采用铁试剂方法检测镀层的孔隙率，通过预紧固检测分析了镀液pH值对镀后垫片氢脆的影响，采用中性盐雾实验法检测了钝化对镀层耐蚀性能的影响。结果 制备的机械镀锌层表面平滑，覆盖完整，无起皮、漏镀等缺陷。镀层呈灰亮色，厚度均匀，具有足够的致密度。当镀液环境的pH值较低时（1～2和2～3），施镀过程造成一定程度的氢脆隐患；镀液环境的pH值为3～4时，机械镀锌垫片不会发生裂纹或断裂。结论 施镀时，镀液环境的pH值调整为3～4，或垫片在镀锌后装配前自然放置1～2周，采用机械镀锌的方法可消除65Mn高弹性垫片镀锌过程中的氢脆现象。钝化处理可推迟或防止65Mn高弹性垫片机械镀锌层白锈的产生。
表面质量控制及检测
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  基于表面形貌的裂纹萌生阶段滑移带表征

  孙伶俐, 何声馨, 李延民, 张二亮

  表面技术. 2017, 46(9): 240-244. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.038

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  目的 研究WaspaloyTM镍基高温合金在裂纹萌生阶段的表面形貌特征，找出最优表面形貌参数用以表征此阶段的滑移带特征。方法 对WaspaloyTM镍基高温合金试样先机械抛光，然后采用标准金相技术分别进行电解抛光和化学蚀刻，得到两种不同的表面状态。对试样进行低周疲劳试验获得疲劳寿命，并采用透射电子显微镜（TEM）和三维表面轮廓仪，观测分析WaspaloyTM镍基高温合金在电解抛光和化学蚀刻处理后的表面形貌以及裂纹萌生阶段的表面形貌和滑移带特征。对测得的表面形貌参数进行方差分析和自助抽样统计计算，找出最优参数。结果 试样在经过电解抛光和化学蚀刻后，三维表面形貌Sa（表面算数平均偏差）分别是0.72 nm和13.3 nm，试样疲劳寿命分别为800和700。两种制备状态下的样品，算术平均高度增量（ΔSa=Sa(N)?Sa(N0)）的差异非常小，且ΔSa随疲劳加载周期（N）的增加而增加，当N>100后，ΔSa随N增加的速率减小。结论 电解抛光后的表面质量更好，且表面质量越好，疲劳寿命越高。ΔSa与表面制备方法无关，ΔSa越大，表面越粗糙。经方差分析和自助抽样法计算分析，表面最大峰值（Sp）是最优表面形貌参数，该参数可用于区分滑移带内的损伤晶粒和未损伤晶粒。
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  表面形貌对砂轮磨削流体压力与润滑的影响

  王立梅, 王优强, 张同钢, 徐彩红

  表面技术. 2017, 46(9): 245-251. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.039

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  目的 从磨削液压力及润滑方面找到减少磨粒磨损、磨削热和降低工件表面粗糙度的方法。方法 基于实际情况，将砂轮突出的磨粒分布函数和工件在磨削之前存在的粗糙度函数等效为余弦函数，对陶瓷结合剂CBN砂轮磨削45号钢而产生的流体压力和膜厚进行了分析。结果 考虑砂轮和工件的表面粗糙度时，压力波动集中在中心区域，磨削区最大压力和最大膜厚明显增大。在考虑热效应的情况下，当两表面波长相等、幅值同时增大时，最大膜厚及平均膜厚增大，而幅值相等、波长增大时，润滑情况没有改善；当砂轮表面幅值波长相等且变大时，最大膜厚及平均膜厚增大，由此也可以得出当砂轮表面幅值波长不变，工件表面如此变化时结果相同；当两表面幅值和波长不相等且都成倍增大时，最大膜厚及平均膜厚增大。结论 膜厚增大利于润滑时，能降低磨削温度，减少磨削烧伤和热变形，降低工件磨削后的表面粗糙度，减少非工作磨粒的磨损，减少砂轮修正次数，延长砂轮寿命。但是膜厚不会无限增大，因为磨削区域并不封闭，在实际工程中可依据此理论来确定最优解，优化磨削过程。
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  复合电极-混粉电火花加工Ti-6Al-4V钛合金的研究

  刘云, 李丽, 李瑶, 林本刚, 赵林, 张岩

  表面技术. 2017, 46(9): 252-257. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.040

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  目的 采用混粉电火花加工技术，使用超声电沉积制备的Cu-SiC复合电极加工TC4钛合金，在工作液中混入碳粉进行表面改性，以获取性能优异的加工表面。方法 利用Cu-SiC复合电极和Cu电极对TC4钛合金进行成型加工。用扫描电子显微镜（SEM）观察加工后工件的表面形貌和熔凝层断面形貌，并用TR200粗糙度仪测量其表面不同位置的粗糙度值。用硬度仪测量工件熔凝层的显微硬度，用X射线衍射仪对材料强化层进行物相分析。并对电极损耗进行对比分析。结果 Cu电极加工的TC4钛合金表面凹坑深且面积大，熔凝层疏松，粘合性较差。Cu-SiC复合电极加工的TC4钛合金表面放电痕迹大，深度统一，电蚀产物少，熔凝层致密好。利用X射线衍射仪、硬度测量仪和粗糙度仪对试样测量分析显示，Cu-SiC复合电极加工后，表面生成的TiC峰相高，耐磨性好，表层显微硬度较大，约为基体的6倍，表面平均粗糙度值Ra=2.825 μm。复合电极损耗比铜电极损耗降低了18%。结论 两种电极加工后，TC4钛合金表面均得到改善，且使用超声电沉积Cu-SiC复合电极加工后的表面质量更好。
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  织构分布对刀具切削性能影响的有限元分析

  王晓明, 曹同坤, 孙何, 赵涛

  表面技术. 2017, 46(9): 258-263. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.041

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  目的 研究刀具表面织构分布对刀具切削性能的影响。方法 基于大型非线性分析软件ABAQUS进行刀具二维切削TI6AL4V的有限元仿真，收集切削力数据，通过切削实验进行验证，误差符合后进行等间距、非等间距和混合型织构的有限元仿真，收集切削力、切削热等切削数据进行分析。结果 提取结果后与无织构刀具相比，等间距织构刀具的最高温度降低12.4%，非等间距织构刀具的最高温度降低14.5%，混合型织构刀具的最高温度降低16.5%。与无织构刀具相比，等间距织构刀具的主切削力降低9.8%，非等间距织构刀具的主切削力降低11.2%，混合型织构刀具的主切削力降低12.6%。结论 在刀具表面加工适当的织构可以提高刀具的切削性能，织构间距越小，织构的减摩作用越明显，与等间距织构相比，非等间距织构减摩效果更好。织构分布过于密集易造成加工中的震动问题，在微织构中添加尺寸更小的微细级织构，既能减小刀屑接触面积，又避免了因间距过小导致刀具强度降低的问题。
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  碳纤维/树脂基复合材料铣削表面粗糙度及表面形貌研究

  李锋, 李涌泉, 李文科, 王博, 李哲君

  表面技术. 2017, 46(9): 264-269. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.09.042

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  目的 研究了CFRP材料铣削加工过程中，部分主要工艺对CFRP材料加工表面质量的影响规律，为工艺参数优化，提高此类零件的表面质量提供依据。方法 设计了CFRP材料铣削中的切削参数、刀具结构、加工方法与加工表面粗糙度及表面形貌之间的单因素试验。通过单调改变一个切削参数而其余切削参数不变，得到了工件表面粗糙度和表面形貌随切削参数、刀具结构、加工方法的变化规律。结果 当铣削速度增大时，工件的表面粗糙度变化不大，表面微坑缺陷的数量却有所增加，但变小、变浅。当进给速度增大时，工件表面粗糙度呈上升趋势，表面缺陷也随之增加。无涂层多齿刀具铣削后的工件表面粗糙度最大，其次是金刚石涂层多齿刀具铣削的工件，最小的是金刚石涂层交错齿刀具铣削的工件。多齿刀具加工后的表面有较多的微坑缺陷，但普遍深度较浅且面积较小。交错齿刀具对分层缺陷的抑制作用最明显，但在左旋和右旋刀齿交错处容易出现较严重的加工缺陷。与普通机械加工方法相比，超声振动加工方法得到的工件表面质量较好，可以有效减少表面微坑缺陷，改善CFRP铣削加工表面质量。结论 CFRP材料铣削加工时，为了获得较好的加工表面质量，切削参数应选用较高的切削速度和较低的进给速度，切削刀具宜选用多齿带涂层刀具。和普通机械加工方法相比，超声振动铣削加工方法更为有利于获得好的表面质量。