2018年, 第47卷, 第2期　
刊出日期：2018-02-20

  

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表面强化及功能化
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  TC17钛合金激光冲击温强化机制的研究

  陆莹, 赵吉宾, 乔红超, 孙博宇

  表面技术. 2018, 47(2): 1-7. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.001

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  目的 提高材料在交变载荷和高温下的疲劳性能，稳定材料的位错结构，增加位错的钉扎效果，使激光诱导的残余压应力更加稳定，有效地抑制强化效果的高温失稳。方法 通过提高温度发生动态应变时效（DSA），并与激光冲击温强化（WLSP）结合，使得材料表面形成更深的残余应力层和纳米级沉淀相。对TC17钛合金温控激光冲击强化后的显微硬度、残余应力等性能进行了初步探索。结果 经200 ℃的WLSP后，TC17钛合金的显微硬度可达385HV，相比未强化时提高了18.48%，相比于室温的LSP提高了4.62%。深度方向的残余压应力幅值呈现先增大后减小的趋势，200 ℃时残余应力达到-236 MPa，相比于常温强化提高了14.56%。观察微观组织发现，位错结构的稳定性和位错密度得到提高。结论 激光冲击温强化（WLSP）技术提高了材料表面残余压应力层的高温稳定性，有利于抑制疲劳裂纹的萌生和扩展，有效地提高了高温条件下残余应力和表面强度的稳定性。该技术操作相对简单，无污染，残余应力高温维稳效果显著。
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  超声滚压强化7075铝合金工件表面性能的研究

  叶寒, 赖刘生, 李骏, 刘森忠, 熊晖

  表面技术. 2018, 47(2): 8-13. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.002

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  目的 探究超声滚压强化技术对7075铝合金工件表面性能的影响。方法 对7075铝合金棒状试样精车加工后进行了超声滚压强化处理。综合使用粗糙度测量仪、表面显微硬度仪、金相显微镜以及X射线衍射应力分析仪，研究了处理前后工艺参数中的压下量对试样的表面粗糙度、表面显微硬度、表面微观组织及表面残余应力等表面性能的影响。结果 超声滚压强化处理后，试样表面粗糙度由0.976 μm降低至0.047 μm，表面显微硬度由105.6HV0.2提高至119HV0.2，显微硬度提高了15%。精车加工后，精车试样的表层组织与心部组织几乎无变化。超声滚压强化后，相对心部组织而言，表层晶粒组织得到显著细化，表层均为残余压应力，压应力深度为1.75 mm。残余压应力最大值位于最表层，最大为-174.0 MPa，且距离最表层越远，残余压应力总体呈减小趋势。结论 通过对比研究精车试样与超声滚压试样，发现超声滚压强化工艺可以大大地降低试样表面粗糙度，显著地细化表层试样晶粒与提高表面硬度，改善残余应力的分布，并引入一定深度的残余压应力。
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  水性超疏水复合涂料的制备及其机械稳定性

  徐黎黎, 宋子键

  表面技术. 2018, 47(2): 14-19. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.003

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  目的 为了实现超疏水表面在实际生产生活中大规模应用，研制了一种具有大面积、低成本、可设计性和无有机溶剂等优点的水性超疏水涂料。方法 以纳米级的气相二氧化硅和水性氟碳树脂为主要原料，以水为溶剂，通过氟硅烷疏水改性后获得了一种具有自清洁效应的超疏水涂料，借助场发射扫描电子显微镜、接触角测量仪、延时拍摄等手段对其进行了表征。结果 该水性涂料可喷涂于各种软硬表面获得超疏水表面，其接触角均大于150°，滚动角均小于10°。水滴撞击实验表明，树脂增强的超疏水涂料经总体积为600 mL的连续水滴撞击后，其静态接触角依然大于150°，滚动角依然保持在10°以内。经砂纸打磨40周期后，水滴依然可以从其表面滚落。结论 研制了一种以水为主要溶剂且价格低廉的水性超疏水涂料，将其喷涂于各种软、硬基底上均可获得均匀的超疏水涂层。该涂层还可以通过添加水性树脂来有效地增强其机械稳定性。
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  基于微粒子喷丸处理的螺栓防松能力改善研究

  薛海峰, 张煜超, 宗艳, 沈训梁, 张明远

  表面技术. 2018, 47(2): 20-24. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.004

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  目的 基于试验测试结果，研究微粒子喷丸（FPP）技术对螺栓防松性能的影响及机理。方法 使用微粒子喷丸工艺处理了两种硬度不同的螺栓（不锈钢螺栓和镀锌螺栓），使用螺栓横向振动试验装置在液压伺服万能疲劳试验机上对以上两种类型的未喷丸螺栓及喷丸螺栓进行了反复加载振动试验。试验结束后，使用扫描电镜（SEM）对螺纹配合处的螺栓螺牙进行了磨损形貌观察。结果 未喷丸情况下，镀锌螺栓比不锈钢螺栓的防松能力低约40%。微粒子喷丸处理后，镀锌螺栓的防松能力提高了28%，而不锈钢螺栓的防松能力提高了15%，微粒子喷丸对镀锌螺栓的防松能力提高更加显著。螺纹表面的磨损程度越低，螺栓的防松能力越强。结论 微粒子喷丸处理提高了螺牙表面的硬度，减轻了螺牙的磨损程度，从而改善了螺栓的防松性能。微粒子喷丸技术对螺栓防松能力的改善程度随着螺栓螺牙表面硬度的增加而增大。
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  304不锈钢水射流强化工艺的多目标优化设计

  邹云, 桑振宽, 李大磊, 李阳

  表面技术. 2018, 47(2): 25-29. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.005

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  目的 得到水射流强化技术工艺参数（水压、靶距、速度、进给量）对304不锈钢表层性能指标（残余应力、硬度和粗糙度）的影响程度。方法 采用X射线残余应力分析仪、三维形貌仪和显微硬度计，分别测试304不锈钢水射流后表面的残余应力、粗糙度和显微硬度值。利用显著性方法分析正交试验结果，并通过多目标优化设计对不同水射流工艺参数下的强化效果进行综合性研究。结果 影响304不锈钢表层性能指标的水射流工艺参数由强到弱的顺序依次为：进给量、水压、速度和靶距。经过多目标优化设计，得到了304不锈钢水射流强化工艺参数的最佳组合：水压300 MPa，靶距15 mm，速度400 mm/min，进给量0.125 mm。结论 水射流工艺参数的制定主要考虑进给量和水压两者的影响，而速度和靶距对表层性能指标的影响较小。
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  彩色超疏水不锈钢表面的制备

  崔日俊, 秦静, 屈钧娥, 王海人, 曹志勇, 刘少波

  表面技术. 2018, 47(2): 30-35. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.006

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  目的 解决普通彩色不锈钢表面能高、易被污染的缺点，制备既有装饰效果又具有超疏水自清洁性能的彩色超疏水不锈钢表面。方法 通过简单的化学蚀刻法在不锈钢表面建立微纳米尺度的二元微结构，在此基础上进一步由铬酸化学氧化法（INCO法）在不锈钢表面生成微纳米结构彩色膜，经全氟硅烷分子修饰后，最终获得低表面能类荷叶粗糙结构。通过着色曲线、扫描电镜、电子能谱分析仪以及接触角测试等手段研究了化学蚀刻前处理对不锈钢着色性能、微观结构、表面浸润性以及耐腐蚀性能的影响。结果 蚀刻处理后，着色过程减缓，所着终点颜色有轻微改变，着色后表面保留了微纳米粗糙结构。由全氟硅烷分子修饰后，获得超疏水彩色不锈钢表面，水接触角为152.6°，其耐腐蚀性能较普通彩色不锈钢更为优异。结论 成功制备了耐蚀彩色超疏水不锈钢表面。
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  花状形貌TiO2-NTs@Sb-SnO2电极的脉冲电沉积法制备及电催化性能研究

  段体岗, 马力, 侯健, 辛永磊, 蔺存国, 孙明先

  表面技术. 2018, 47(2): 36-41. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.007

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  目的 通过引入TiO2纳米管中间层，增加表面活性层与基体的接触和活性物质的负载量，提高电极的稳定性。通过表观形貌构建，增加电极的活性比表面积，提高Sb-SnO2电极的电催化性能。方法 采用TiO2纳米管阵列（TiO2-NTs）作中间层，通过两阶段脉冲电沉积法，构建了新型多层次花状形貌的Sb-SnO2电极。通过调整脉冲信号，实现对电极形貌的控制。结果 通过阳极氧化法，在Ti基体表面得到了均一的TiO2纳米管阵列结构。在电极制备过程中，采用反向脉冲电沉积（8 ms，833 mA/cm2；2 ms，?833 mA/cm2；0.99 s，0 A），得到了均匀的管套管结构，继而得到了TiO2-NTs@Sb-SnO2的致密层。通过施加脉冲信号（5 ms，200 mA/cm2；195 ms，0 mA/cm2），获得了花状形貌。电化学测试显示，电极的析氧电位达到2 V(vs. SCE)，苯酚氧化峰出现在1.7 V左右，电极的电荷传递阻抗为50.4 Ω，加速寿命结果可达到39 h。电化学苯酚降解测试显示，4 h电化学降解后，TiO2-NTs@Sb-SnO2电极对苯酚的去除率达到97%，苯酚降解的一级动力学速率常数为14.9×10?3 min?1。结论 脉冲电沉积制备的电极具有良好的稳定性和良好的苯酚电催化去除性能。
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  喷丸处理对S30432钢650 ℃蒸汽氧化行为的影响

  王智春, 蔡文河, 韩哲文, 王建国, 董树青, 蒋楠

  表面技术. 2018, 47(2): 42-47. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.008

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  目的 提高S30432钢的抗蒸汽氧化性能。 方法 对S30432钢管进行内表面喷丸处理。在蒸汽氧化实验平台上，对喷丸和未喷丸的S30432钢管进行蒸汽氧化实验，对比研究了其在650 ℃水蒸汽中的氧化行为。用分析天平测量了试样的增重变化，通过扫描电镜观察了氧化皮表层形貌和氧化层显微结构。结果 未喷丸的S30432钢管氧化增重呈抛物线规律，而喷丸后的试样具有完全抗氧化性。未喷丸S30432钢试样表面生成富Fe氧化物，在200 h左右发生失稳氧化，氧化皮快速增厚，500 h时氧化皮厚度达到13 μm。喷丸处理后，氧化皮富Cr且很薄，约0.5 μm，具有良好的保护性。结论 喷丸处理能够显著地提高S30432钢的抗蒸汽氧化性能，通过抑制失稳氧化的发生，使表面快速生成完整的富Cr氧化皮。
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  磁性Fe3O4/活性炭对电镀废水中Cr(VI)吸附性能的研究

  范文娟

  表面技术. 2018, 47(2): 48-54. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.009

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  目的 获得吸附性能、磁分离性能和再生性能较佳的磁性Fe3O4/活性炭吸附剂（MAC）。方法 通过化学共沉淀法制备出磁性Fe3O4/活性炭吸附剂。采用X-射线衍射仪（XRD）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）对活性炭进行表征。使用磁性Fe3O4/活性炭吸附电镀废水中的Cr(VI)，考察吸附剂用量、吸附pH值和吸附时间对吸附性能的影响，并研究了吸附动力学模型。利用磁铁对磁性Fe3O4/活性炭进行了回收。结果 制备的磁性Fe3O4/活性炭中含有纯度较高的立方相磁性Fe3O4粒子。在温度为25 ℃、pH=3、吸附时间为120 min、吸附剂用量为0.15 g时，对Cr(VI)的去除率最高，达到了97.44%，吸附动力学符合拟二级动力学模型。电镀废水中共存阳离子会使吸附性能增强，共存阴离子会使吸附性能降低。磁性Fe3O4/活性炭的回收率达93.58%，6次解吸-再生后，吸附量仍较高，为27.17 mg/g。结论 磁性Fe3O4/活性炭吸附剂对电镀废水中的Cr(VI)具有较高的去除率，吸附剂回收方法简单，回收率高，具有较好的应用前景。
表面摩擦磨损与润滑
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  超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层材料的摩擦磨损性能研究

  高涵, 魏先顺, 梁丹丹, 江浩然, 应承希, 沈军

  表面技术. 2018, 47(2): 55-63. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.010

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  目的 通过优化涂层制备工艺，制备致密的Fe基非晶合金涂层，以提高非晶合金涂层的耐磨性。方法 采用活性燃烧高速燃气超音速火焰喷涂（AC-HVAF）技术，通过工艺优化，制备了组织致密的Fe基非晶合金涂层。利用场发射扫描电子显微镜、Ｘ射线衍射仪、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备，对非晶合金涂层的组织结构、摩擦性能和磨损机制进行了深入分析。结果 Fe基非晶合金涂层呈现典型的非晶结构，涂层厚度在300 μm左右，涂层的平均显微硬度值高达1000HV0.1。在干摩擦试验条件下，Fe基非晶合金涂层的磨损量远低于304不锈钢材料，磨损率是304不锈钢基体的1/3～1/2。Fe基非晶合金涂层的磨损机制以疲劳磨损为主，伴随着氧化磨损。氧化磨损主要是由干摩擦过程中产生的摩擦热导致，氧化磨损加速了片层剥落。结论 Fe基非晶合金涂层孔隙率的降低和非晶相含量的提高，有利于稳定摩擦系数和改善涂层的耐磨损性能。
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  镍基金属陶瓷涂层在人工海水中的摩擦学性能

  赵剑波, 王勇, 韩彬, 李美艳, 张世一, 崔岗

  表面技术. 2018, 47(2): 64-70. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.011

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  目的 探讨镍基金属陶瓷涂层在海水中的耐腐蚀磨损性能。方法 采用激光熔覆技术在45钢表面制备了1.1 mm厚的镍基金属陶瓷涂层。采用电化学测试系统，对比分析了涂层的耐蚀性。采用往复式摩擦磨损试验机，测量了涂层在干摩擦及海水环境下的摩擦系数。采用扫描电镜等手段分析了涂层和磨痕的表面形貌。结果 镍基金属陶瓷涂层的表面硬度约为基体的3倍，且硬度较均匀。在结合区开始，硬度剧烈下降，直至降为基体硬度。在3.5%NaCl溶液中，镍基金属陶瓷涂层的腐蚀倾向低于316L不锈钢及316L堆焊层，而腐蚀速率介于两者之间。干摩擦条件下，镍基金属陶瓷涂层明显降低了基体的摩擦系数（从0.58降低至0.49）和磨损量（降低了50%）。与干摩擦实验相比，人工海水明显降低了镍基金属陶瓷涂层的摩擦系数（从0.49降低至0.37）和磨损量（降低了40%）。结论 由于具有良好的耐蚀性和较高的硬度，镍基金属陶瓷涂层在人工海水中表现出了良好的耐磨耐蚀性能。磨损过程中，人工海水的冷却、润滑作用和其中盐类的隔离作用，有效改善了摩擦界面的接触状态，提高了镍基金属陶瓷涂层的耐磨性。
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  40Cr钢表面渗氮及制备CrN涂层在重载低速下的摩擦学性能

  王永光, 陈瑶, 陆小龙, 章华

  表面技术. 2018, 47(2): 71-76. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.012

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  目的 提高40Cr齿轮在重载低速下的摩擦学性能。方法 采用离子渗氮和电弧离子蒸发镀（AED）技术在40Cr钢基体上制备了渗氮层和CrN涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和往复式摩擦磨损试验机，研究了经两种表面处理后40Cr钢的物相组成、形貌和摩擦学性能。结果 渗氮样品表面化合物层厚度约10 μm，硬度约为558HV。CrN涂层表面厚度约为4 μm，涂层硬度约为1341HV。在60 N载荷的条件下，渗氮处理后40Cr钢的磨损率为104.17×10-6 mm3/(N?m)，其磨损机理主要为轻微的粘着磨损和磨粒磨损；制备CrN涂层后40Cr钢的磨损率为17.36×10-6 mm3/(N?m)，其磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。结论 在20~60 N法向载荷下，制备CrN涂层后，40Cr钢均表现出最优异的耐磨减摩性能。
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  氮气流量对CrCN镀层摩擦学性能的影响

  范国栋, 施文彦, 程欢欢, 陈迪春, 彭新玲, 蒋百灵, 李洪涛

  表面技术. 2018, 47(2): 77-82. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.013

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  目的 研究氮含量对CrCN镀层结构和摩擦学性能的影响。方法 采用微弧离子镀技术制备CrCN镀层，通过改变氮气的流量来改变镀层中氮元素含量。利用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察镀层的截面和表面形貌，采用划痕法对镀层与基体的结合强度进行评价，采用维氏硬度计测试镀层的显微硬度，利用针盘式摩擦磨损试验机测定镀层的摩擦系数。结果 当通入的氮气流量逐渐增大时，镀层由致密细小的颗粒逐步演变为含微孔的柱状组织。当氮气流量为3 mL/min时，镀层中生成的弥散分布的硬质相具有显著的强韧化作用，镀层的膜基结合力和硬度分别达到最大值41 N和1476HV，摩擦系数略微增大。继续增大氮气流量后，镀层性能有所下降。结论 通过控制氮气流量来控制镀层中氮元素的含量，可以显著优化镀层结构和性能，达到结合强度、硬度和摩擦系数的最优化配置。
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  Mg3Sb2含量对Al-Mg3Sb2复相涂层耐磨性的影响

  韩婷婷, 龙威, 周小平

  表面技术. 2018, 47(2): 83-88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.014

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  目的 研究Mg3Sb2含量对Al-Mg3Sb2复相涂层的组织、硬度和摩擦学性能的影响，对比分析AZ31B镁合金基体、纯Al涂层和添加不同含量的Mg3Sb2之后涂层性能的差异。方法 通过火焰喷涂技术在AZ31B镁合金表面制备了Al-Mg3Sb2复相涂层。利用扫描电镜（SEM）观察了涂层的截面形貌，利用X射线衍射仪（XRD）分析了涂层的物相组成。通过显微硬度计测试了AZ31B和涂层的硬度，通过摩擦磨损试验仪测试了AZ31B和涂层的摩擦学性能，并通过超景深三维显微镜测试了试样的磨痕宽度、深度及磨损体积。结果 经火焰喷涂后可得到组织致密的复相涂层，涂层中的物相主要为Mg3Sb2和Al。涂层的平均硬度随Mg3Sb2含量的增加而增加，最高可达334.2HV0.025，是AZ31B的4.14倍。摩擦磨损试验中，涂层的摩擦系数随着Mg3Sb2含量的增加而减小，但都大于AZ31B的摩擦系数；涂层的磨损率随着Mg3Sb2含量的增加而减小，60%Mg3Sb2和80%Mg3Sb2涂层的磨损率小于AZ31B的磨损率，其他涂层的磨损率大于AZ31B的磨损率，80%Mg3Sb2涂层的耐磨性最好，比AZ31B下降了63.26%。随着Mg3Sb2含量的增加，Al-Mg3Sb2复相涂层的磨痕表面犁沟逐渐变浅并消失。结论 Mg3Sb2的加入可以提高涂层的硬度，随着其含量的增加，涂层的耐磨性逐渐提高。
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  离子液体和ZDDP添加剂的减摩抗磨性及成膜机理探讨

  张东, 杨淑燕, 郭峰

  表面技术. 2018, 47(2): 89-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.015

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  目的 顺应当前尽可能选用低黏度润滑油而满足节能减排的要求，进一步探讨离子液体作添加剂时的摩擦润滑机理。方法 选用低黏度的聚α烯烃（PAO-4和PAO-8）为基础油，以二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）和季膦盐油酸离子液体（IL）为添加剂，在四球试验机上分别测量了40、100 ℃下的摩擦系数，并对比磨斑直径，对磨损表面进行SEM和EDS分析。利用轮廓仪对磨斑表面进行三维扫描，并分析其表面粗糙度。结果 与基础油对比，离子液体有效降低了摩擦系数，而传统添加剂ZDDP则导致摩擦系数上升。在部分工况，尤其是高温环境下，离子液体和ZDDP均可有效降低磨损。EDS和表面粗糙度结果可推断：ZDDP和IL在摩擦表面产生了两种截然不同的摩擦反应膜。结论 离子液体可以明显改善基础油的摩擦学性能。ZDDP和IL产生的不同摩擦膜引起了摩擦性能的不同，二者的成膜机理值得进一步探讨。
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  氟聚合物耐磨自润滑涂层的性能与工程应用效果

  邹洪庆, 吕基成, 钱建才, 吴厚昌, 方敏, 许斌

  表面技术. 2018, 47(2): 96-102. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.016

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  目的 介绍自主研发的氟聚合物耐磨自润滑涂层（简称为协合涂层）的基本性能、测试评价结果、工程应用效果及方向。方法 采用TOKYO SEIMITSU Surfcom测量仪、SEM、电子探针线扫描分析、显微硬度仪、球盘式磨损试验仪、MM摩擦试验仪、Table摩擦磨损试验仪、CI4000氙灯老化测试仪及FY-10E盐雾试验箱等，对涂层的性能进行了表征，并且通过应用实例分析介绍了该涂层的主要应用情况。结果 涂层厚度可控制在20~60 μm，铝合金涂层硬度为400~600HV，钢铁材料涂层硬度为700~950HV，涂层摩擦系数小于0.15，磨损量小于50 mg/10 000 r，耐中性盐雾试验达336 h以上，抗光老化试验800 h，在165 ℃仍具有高温阻粘性能。涂层的综合防护性能突出，可满足耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐温、阻粘等单一或综合功能性防护需求。结论 氟聚合物耐磨自润滑涂层兼有阳极氧化膜或电镀层与控制渗入的低摩擦聚合物或润滑剂的优点，在铝合金和钢铁材料上的规模化应用表明，该涂层的性能和工艺技术状态稳定，具有广泛的工程应用价值。
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  等离子弧堆焊镍基球形碳化钨涂层摩擦磨损研究

  李淑涛, 刘珊珊, 陈海?, 董丽华, 尹衍升

  表面技术. 2018, 47(2): 103-110. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.017

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  目的 采用等离子转移弧堆焊技术制成镍基球形碳化钨复合涂层，研究碳化钨含量对复合涂层摩擦磨损性能的影响，以用于实际生产开发。方法 碳化钨质量分数分别为20%、30%、50%、60%的镍基混合粉末通过等离子堆焊方法制备成复合涂层，并采用Bruker公司生产的万能摩擦磨损试验机对镍基碳化钨复合涂层的侧面进行摩擦磨损性能测试。对各组涂层的表面形貌、摩擦系数、划痕横截面积及磨损面的微观形貌进行对比分析，探究碳化钨的含量对复合涂层摩擦磨损性能的影响。结果 等离子转移弧堆焊镍基球形碳化钨复合涂层的耐磨性能随着碳化钨含量的增大而增大，同时近熔合区基体的耐磨性能也不断提高。当碳化钨质量分数小于50%时，主要发生的是粘着磨损和氧化磨损；当碳化钨质量分数大于50%时，主要发生的是粘着磨损和磨料磨损。结论 由于碳化钨的存在以及增强相的不断生成，随着碳化钨含量的增大，复合涂层的磨损性能不断提高。出于性能和成本考虑，当碳化钨质量分数为50%时更适合实际应用。
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  偏航制动摩擦片热力耦合计算及失效原因分析

  王岳峰, 姜宏伟, 宁文钢, 王建华

  表面技术. 2018, 47(2): 111-116. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.018

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  目的 结合摩擦片的失效原因，分析偏航制动摩擦片的接触面受力情况。方法 利用有限元法建立制动盘和制动器摩擦片的热力耦合接触模型，设置摩擦片和制动盘的参数和材料性能，研究不同压力、滑动速度、摩擦系数和环境温度下的制动器摩擦片应力和温度的分布情况。结果 得到了偏航压力、滑动速度、摩擦系数、环境温度对制动器摩擦片接触面的等效米塞斯应力和温度分布曲线，摩擦片两侧区域属于等效应力和温度分布的交变集中区，但靠近边缘，等效应力和温度值略微减小。适当减小压力，增大滑动速度，减小摩擦系数，有助于减小摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布，温度对摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布基本无影响。得到了摩擦片接触面等效米塞斯应力和温度场与接触面位置的高斯分布曲线方程。通过将制动器摩擦片磨损失效照片和文中计算数据进行对比，验证了有限元分析的正确性。结论 通过合理选择偏航压力、滑动速度、摩擦系数，可以有效地缓解偏航制动器摩擦片的等效应力和温度分布的交变集中区，进而达到延长摩擦片使用寿命的目的。
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  氧乙炔火焰喷焊制备自熔性合金涂层及其性能研究

  王建萍, 唐菊, 王灿, 李小武

  表面技术. 2018, 47(2): 117-122. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.019

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  目的 研究镍基自熔性合金喷焊涂层成形机理，比较不同合金材料制备涂层的综合性能，以获得综合性能最佳的喷焊材料。方法 以四种不同成分的镍基自熔性合金粉末作为喷焊材料，通过氧乙炔火焰在45钢基材表面进行喷焊。使用金相显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜等对喷焊层进行显微结构分析，并利用维氏硬度计、磨损试验机等对喷焊涂层性能进行对比分析。结果 氧乙炔火焰制备的涂层与基体呈现良好的冶金结合，涂层和基体在喷焊过程中发生元素扩散，生成了金属间化合物，基体的整体性能有显著改善。随着材料中Cr、B、Si等合金元素含量的增加，喷焊时涂层中生成的BCr、Ni17Si3等共晶硬质相含量上升，促使涂层的显微硬度、耐磨性能等得到显著提升。其中，Ni60A涂层提升最为显著，其涂层硬度相当于基体硬度的2.5倍，耐磨性为基体的18.1倍。Ni25A涂层提升最小，其显微硬度是基体的1.3倍，耐磨性是基体的6.6倍。结论 喷焊状态下的Ni60A涂层与基体冶金结合良好，涂层表面质量好，涂层性能最佳。
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  聚酰胺酰亚胺涂层添加润滑剂对其摩擦性能的影响

  杨帆, 齐育红, 崔立英, 冯建东, 李莉, 纪冰楠, 张占平

  表面技术. 2018, 47(2): 123-129. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.020

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  目的 研究固体润滑剂对聚酰胺酰亚胺（PAI）涂层摩擦磨损性能的影响。方法 由偏苯三酸酐（TMA）和4,4-二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）合成并添加二硫化钼、二硫化钨、石墨制备自润滑PAI涂层，并对其用HSR-2M型高速往复摩擦试验机进行磨损实验。结合ATR-FTIR、TA-TG热重、磨痕形貌等表征手段，对自润滑PAI涂层摩擦性能进行表征，探究了固体润滑剂的种类与含量对聚酰胺酰亚胺涂层摩擦性能的影响。结果 载荷与PAI涂层的摩擦系数呈反比例关系，当MoS2含量达到30%时，PAI涂层的摩擦系数降至0.1744。添加固体润滑剂后，PAI涂层的摩擦系数减小，磨痕宽度变窄，磨痕变浅，表面粗糙度相对较低。结论 具备最佳摩擦性能的涂层添加了30%MoS2，添加10%石墨的涂层次之，添加10%WS2的涂层较好。添加固体润滑剂可明显提高PAI涂层的摩擦磨损性能，增加其使用时长。
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  低合金钢表面Fe基B4C耐磨涂层组织与性能

  蔡玮玮, 邵帅, 吴来军

  表面技术. 2018, 47(2): 130-135. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.021

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  目的 在低合金结构钢表面制备一层高硬度、高耐磨的铁基陶瓷颗粒增强层，并研究熔覆层的微观结构及性能。方法 利用等离子熔敷技术，在16Mn钢基体上熔敷Fe58合金粉与B4C陶瓷粉的混合粉末。结果 在16Mn钢表面成功制备了高硬度、高耐磨的铁基陶瓷颗粒增强层，陶瓷颗粒增强层致密、均匀、无气孔、无裂纹，且与基体结合良好。XRD及SEM结果表明，熔覆层生成了细小、均匀的碳、硼化物增强相，熔覆层与基体的相容性好，界面呈冶金结合，熔覆层的增强相主要有Fe2B、FeB、Cr7BC4、Cr7C3及B4C相，Fe与B的化合物Fe2B、FeB呈链状沿晶界分布在(Fe,Ni)固溶体上，并与(Fe,Ni)固溶体在晶界形成网状结构。铬的碳、硼化物Cr7BC4和Cr7C3 及未完全反应的B4C陶瓷相，则呈不规则块状和点状在晶内弥散分布。熔覆层断面的显微硬度及表面磨粒磨损测试结果表明，熔覆层断面的显微硬度分布均匀，平均硬度可达11.9 GPa，是16Mn钢基体的7.95倍，耐磨粒磨损性能是基体的7倍以上。结论 晶内弥散分布的B4C、Cr7BC4和Cr7C3硬质相与晶界成链状分布的Fe2B、FeB共同作用，使熔覆层的硬度、耐磨性明显提高。
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  MPCVD类金刚石膜抗氧化和摩擦性能的研究

  龚耀庭, 彭先

  表面技术. 2018, 47(2): 136-143. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.022

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  目的 研究MPCVD法制备的DLC膜的抗氧化和摩擦性能。方法 使用石英钟罩式MPCVD装置，在CH4-H2体系中，通过不同微波功率和沉积气压的正交实验，在载玻片上沉积DLC膜。通过X射线光电子能谱和拉曼光谱对DLC膜表面的化学组成进行测试分析，采用场发射扫描电镜对DLC膜的表面形貌进行观察分析，采用摩擦磨损仪对DLC膜的摩擦性能进行测试研究。结果 同一沉积气压下，IO1s/IC1s和sp2/sp3的比值随着微波功率的上升而下降；同一微波功率下，IO1s/IC1s和sp2/sp3的比值随着沉积气压的上升而上升。DLC膜的抗氧化性能随着sp2/sp3比值的下降而上升。场发射扫描电镜结果表明，微波功率由500 W上升至700 W时，DLC膜表面的团聚现象明显受到抑制，摩擦系数下降。当微波功率上升至900 W时，DLC膜表面出现明显裂痕，摩擦系数上升。微波功率为700 W、沉积气压为8.0 kPa时，可得到氧化性能较好、摩擦系数最低为0.14的DLC膜。结论 MPCVD法制备的DLC膜的抗氧化性能受sp2/sp3比值的影响，比值越低，抗氧化性能越好。摩擦性能同时受sp2/sp3比值和其表面粗糙度的影响，比值越小，表面越平整，摩擦系数越小。
表面失效及防护
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  微生物抑制腐蚀机理及生物矿化机理研究进展

  郭章伟, 郭娜, 刘涛, 尹衍升

  表面技术. 2018, 47(2): 144-150. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.023

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  微生物既可以加速材料腐蚀，也可以在一定程度上减缓材料腐蚀，这与微生物膜有着密不可分的关系，微生物的抑制腐蚀作用正是微生物膜与腐蚀产物交互作用的结果。一般来说，这种抑制作用不仅仅是通过一类微生物或一种机制实现的。首先分类归纳了微生物膜抑制腐蚀的三种主要机理——微生物的呼吸作用消耗氧气，通过细菌分泌物抑制腐蚀，在材料表面形成保护层，并结合实例进行了分析论述。重点论述了生物矿化抑制腐蚀的机理，包括生物矿化的基础、生物矿化的过程、微生物在生物矿化中所起的作用，特别是EPS对于生物矿化的作用，着重分析了影响矿化产物膜结构与形态的关键影响因素，包括微生物种类、生物膜结构、海水环境等。另外，总结了近年来国内外利用生物矿化提高材料耐腐蚀性能的一些研究，对未来发展趋势做出了展望，并提出了三个亟待解决的问题。
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  真空度对2205双相钢在热浓缩海水中点蚀行为的影响

  杨勇, 张程, 徐荣海, 陈以生, 李谋成

  表面技术. 2018, 47(2): 151-156. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.024

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  目的 研究真空度对2205双相不锈钢在海水淡化环境中耐点蚀性能的影响。方法 在1.5倍人工浓缩海水中，采用循环阳极极化曲线与电化学阻抗谱等电化学方法，研究了2205双相不锈钢的点蚀和再钝化行为，并通过扫描电子显微镜对极化后试样的腐蚀形貌进行分析。结果 测试了七种不同真空状态下2205双相不锈钢的循环阳极极化曲线和电化学阻抗谱，发现随着真空度的升高，试样的自腐蚀电位和点蚀电位均不断降低，分别约从-256 mV和605 mV下降到-485 mV和363 mV（均vs. SCE），点蚀倾向明显增大。同时，Nyquist曲线中的半圆弧逐渐变得扁平，Bode图中的相位角约从80°下降到77°，但是点蚀电位与再钝化电位之差逐渐升高。不同真空度下循环阳极极化后，试样表面的点蚀坑形貌不完全相同，蚀坑数量随着真空度的升高而明显减少，当真空度升高为0.72时，点蚀坑尺寸明显减小。结论 随着真空度的逐渐升高，不锈钢钝化膜的致密性和保护性降低，电化学阻抗值逐渐减小，耐点蚀性能变差，但是再钝化性能却有所增强。循环阳极极化后试样的腐蚀程度减小。
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  流速对L360管线钢在H2S/CO2环境中腐蚀行为的影响

  王霞, 唐佳, 陈玉祥, 任帅飞, 王辉

  表面技术. 2018, 47(2): 157-163. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.025

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  目的 为选取合适的流速来输送油气，降低流速对管线钢腐蚀造成的危害。方法 以L360管线钢为实验用钢，流速（0、3、5 m/s）为变量，利用高压釜研究L360钢在含Cl-的H2S/CO2酸性环境中的腐蚀行为，采用极化曲线及交流阻抗研究L360钢的腐蚀电化学行为，利用SEM、EDS分析腐蚀后试样的微观形貌、结构特征以及腐蚀产物成分。结果 失重法测定L360钢的腐蚀速率时，在实验条件完全相同的情况下，流速为5 m/s时的腐蚀速率（0.4824 mm/a）大于0 m/s时的腐蚀速率（0.3696 mm/a）。电化学测试中，3种状态对应的实验条件完全相同，可以发现流速为3 m/s时钢被腐蚀的难易程度位于0 m/s和5 m/s之间。随着流速的增加，试样表面腐蚀产物膜的破裂程度加剧。腐蚀产物以Fe的硫化物为主，流速为0 m/s时，有少量FeCO3 和FeC3生成，流速为3 m/s时形成了四方硫铁和硫复铁矿晶体。随着流速从0 m/s增加到5 m/s，试样的腐蚀电位负移，腐蚀电流密度增大，在5 m/s时的腐蚀电位最负，此时自腐蚀电流密度最大，容抗弧半径最小，最易被腐蚀。结论 结合腐蚀失重实验和电化学实验，发现流速在0~5 m/s范围内，流速越小，对L360管线钢造成的腐蚀作用越小，在不影响油气正常输送的情况下，尽可能选取小的流速，以保证管线钢的安全使用，提高管线钢的使用寿命。
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  AZ31B镁合金氧化石墨烯掺杂钇盐转化膜耐蚀性研究

  邹忠利, 王北平, 马金福, 曹延秀

  表面技术. 2018, 47(2): 164-170. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.026

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  目的 研究一种绿色环保的表面处理方法，以提高镁合金的耐蚀性。方法 采用化学浸泡法，以硝酸钇为成膜物质，在AZ31B镁合金表面成功制备一种新型稀土盐转化膜，并以氧化石墨烯为阻隔剂对该转化膜进行复合掺杂。采用扫描电镜（SEM）对膜层的表面形貌进行观察，采用析氢实验和电化学测试对不同试样在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性进行了研究。结果 镁合金钇盐转化膜表面平整均一，覆盖良好。氧化石墨烯掺杂后的钇盐膜层表面出现了大小不均一的瘤状物质，膜层完整，未出现裂痕。析氢实验结果显示，经过处理的转化膜试样可以极大地抑制腐蚀反应的发生。由极化曲线可知，钇盐转化膜的存在使镁合金的腐蚀电位发生了明显正移，正移了150 mV；而氧化石墨烯掺杂的钇盐膜层的腐蚀电位相对于掺杂前变化不大，但其腐蚀电流密度是掺杂前的1/28。电化学交流阻抗谱的测试结果显示，氧化石墨烯掺杂钇盐转化膜的电荷转移电阻最大，Rct为2485 Ω?cm2；钇盐转化膜的电荷转移电阻次之，Rct为1224 Ω?cm2。两者的电荷转移电阻相对于未经处理的镁合金都有明显提升。结论 钇盐转化膜可以明显提高AZ31B镁合金的耐蚀性，氧化石墨烯的加入可以进一步提高转化膜层的耐蚀性。
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  一种多硅偶联剂的合成及其耐腐蚀性能

  孙成军, 王柱, 刘海峰

  表面技术. 2018, 47(2): 171-176. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.027

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  目的 开发可独立用于金属表面防护处理的硅烷偶联剂。方法 以巯丙基三甲氧基硅烷（MPS）、三乙烯基三甲基环三硅氧烷（TEMS）为反应物，通过巯基-烯烃点击化学反应，合成一种三官能度硅烷偶联剂（TSC，产率95%），在马口铁片表面得到一层致密的偶联剂防护涂层。采用FTIR、1H NMR分析合成产物的化学结构；通过XPS对涂层结构进行分析，并采用SEM对涂层形貌进行了表征；采用热重分析、极化曲线、盐雾腐蚀试验等对TSC水解液固化涂层性能进行表征。结果 红外分析表明，反应后原料的双键伸缩振动吸收峰C＝C、C—H、S—H均消失，说明发生了反应。核磁谱图（1H NMR）分析表明，产物结构为目标产物TSC。XPS测试结果表明，涂层与金属表面形成了Si—O—Fe共价键。TSC膜层热稳定性能优于MPS水解液膜层。盐雾加速腐蚀实验表明TSC的防护性能明显优于MPS，腐蚀速率为2.60×10?2 mm/a。TSC膜层的硬度达到了5H。SEM分析表明，TSC涂层表面较MPS平整光滑，缺陷少。结论 合成了一种多硅偶联剂，该偶联剂经水解后可直接用于马口铁片表面处理与防护，防护涂层性能优异。
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  基于改进BP神经网络优化的管道腐蚀速率预测模型研究

  许宏良, 殷苏民

  表面技术. 2018, 47(2): 177-181. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.028

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  目的 构造金属管道腐蚀速率预测模型，预测管道的使用寿命。方法 分析了二氧化碳（CO2）和硫化氢（H2S）对金属管道的腐蚀过程，给出了管道腐蚀的化学反应方程式。引用了BP神经网络构造金属管道腐蚀速率的数学模型，采用了改进粒子群算法对预测模型进行优化。以45号金属管道为例，借助于Matlab软件对管道腐蚀速率进行仿真验证，并与实验测量数据进行对比和分析。结果 金属管道腐蚀速率随着CO2或H2S压强的增大而逐渐增大，仿真结果显示CO2和H2S的最大腐蚀速率分别为7.20×10-5 mm/h和5.76×10-5 mm/h，而实验测量结果显示CO2和H2S的最大腐蚀速率分别为7.14×10-5 mm/h和5.65×10-5 mm/h，采用改进BP神经网络预测模型所产生的相对误差在5%以内。结论 金属管道在不同压强条件下，采用改进BP神经网络预测模型能够近似地预测其腐蚀速率，为金属管道的更换提供了参考依据。
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  新型电弧喷涂用Zn-Cu-Ti线材及其金属涂层性能研究

  倪雅, 吴国光, 闫远方, 周春侠

  表面技术. 2018, 47(2): 182-188. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.029

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  目的 开发一种能够在服役期内免维护或少维护的钢结构电弧喷涂合金线材。方法 通过二元相图以及探究试验确定新型Zn-Cu-Ti合金线材的最优配方，通过盐雾试验及电化学实验研究涂层的防腐性能。采用SEM观察金属涂层腐蚀前后的表面形貌，采用XRD谱图表征不同腐蚀状态下涂层表面的化学成分。结果 3.5%NaCl腐蚀溶液浸泡10 d后，涂层表面钝化，腐蚀溶液对涂层的影响趋于平稳。盐雾试验进行1080 h后，腐蚀速率开始下降，2160 h时腐蚀速率降到最低，为0.044 g/(m2?h)。新型Zn-Cu-Ti涂层的腐蚀电位较负，短时间内能发生氧化反应形成钝化膜并保护基体。被腐蚀涂层的X 射线衍射谱图显示，2θ为36.4o、39.1o、54.1o处均出现了Zn的氧化物，主要氧化物包括Zn(OH)2和Zn(OH)8Cl2?H2O，各元素峰强度随腐蚀时间的变长而逐渐减弱。结论 以新型Zn-Cu-Ti合金线材为原料的金属涂层的耐腐蚀性能优异。
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  输电塔塔腿镀锌层电化学腐蚀性能研究

  李新梅, 李秀莲, 张忠文, 赵冠琳, 李文, 杜宝帅

  表面技术. 2018, 47(2): 189-194. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.030

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  目的 利用冷镀锌层进行输电塔塔腿防护和损伤修复。方法 采用电化学腐蚀试验，并结合扫描电子显微镜等试验手段，研究输电塔塔腿镀锌层的耐腐蚀性能。结果 在NaCl和NaHSO3溶液中进行电化学腐蚀时，镀锌层的腐蚀速率随着溶液pH的增大而下降，腐蚀电流密度减小，耐腐蚀性能逐渐变好。在pH为4的酸性溶液中，锌层表面凹凸不平，腐蚀产物主要是ZnSO4。在中性和碱性溶液中，锌层溶解减弱，腐蚀后锌层表面较为平整，腐蚀产物呈针状或片状，腐蚀产物为ZnSO4和Zn5(OH)8C12?H2O。结论 在NaCl和NaHSO3酸性溶液中，镀锌层腐蚀电位较低，腐蚀速度较快，镀锌层发生晶界腐蚀而使表面凹凸不平。随着pH值的增大，镀锌层腐蚀速度快速降低，在pH值为10的碱性溶液中，镀锌层腐蚀速度显著降低，耐腐蚀性能增强。
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  海上热采井套管热应力强度衰减与高温腐蚀叠加条件下的管材优选研究

  陈毅, 许杰, 贾立新, 王孔阳, 林海, 闫伟

  表面技术. 2018, 47(2): 195-201. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.031

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  目的 探究不同材质套管在高温腐蚀环境下的适用性。方法 采用高温高压釜，以渤海某稠油油田岩心、地层水样为腐蚀介质，对不同材质的套管进行模拟评价。结果 利用气相色谱技术分析确定了该油田的腐蚀环境：CO2分压最高值为0.2 MPa，H2S分压最高值为0.0023 MPa。用最高的腐蚀气体分压进行了腐蚀模拟实验，测定出不同钢材在此腐蚀环境下的腐蚀速率，并建立了长期腐蚀速率预测模型，得到100H、80-1Cr、110-3Cr的长期腐蚀速率分别为0.24、0.20、0.05 mm/a。综合腐蚀实验结果和稠油热采套管强度衰减规律，对热采套管进行了强度设计，80-1Cr、100H、110-3Cr的安全寿命分别为3.8、6.5、11.2 a。结论 高温会引起套管强度衰减，且腐蚀会导致套管径厚比变化，而多轮次注蒸汽会加速腐蚀进程，降低套管的使用寿命。研究结果对腐蚀环境中稠油热采套管的选材具有重大指导意义。
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  化学计量学在新型十八胺复配缓蚀剂开发中的应用

  刘凯, 王笑, 彭艳, 查方林, 王凌, 魏加强, 吴俊杰

  表面技术. 2018, 47(2): 202-207. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.032

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  目的 改善十八胺在低温下的成膜性能。方法 以吡啶和二异丙胺混合液为溶剂，添加辅助缓蚀剂进行复配。以pH、温度和各药剂的浓度为变量设计均匀试验，利用高压釜模拟发电厂水汽环境进行挂片实验，结合硫酸铜点滴试验和交流阻抗测试，评价试片的成膜效果。以膜电阻为定量评价指标，经化学计量学计算得到最优的复配配方。结果 最优复配配方为：十八胺50 mg/L，辅助缓蚀剂A、B、C、D质量浓度分别是45、30、25、30 mg/L，成膜pH=9.4，成膜时间3.5 h，成膜温度100~130 ℃。复配缓蚀剂成膜试片硫酸铜点滴试验初红时间达41 s，保护膜电阻值达82 420 Ω?cm2。结论 通过复配，有效改善了十八胺在100 ℃左右温度下的成膜效果，该配方可对停备用期间发电机组低温段设备提供有效的成膜保护。
层材料与技术
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  大气等离子喷涂热障涂层CMAS防护层成分及厚度优化

  楼思余, 单萧, 赵晓峰

  表面技术. 2018, 47(2): 208-217. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.033

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  目的 优化热障涂层（TBCs）CMAS（CaO-MgO-Al2O3-SiO2）阻抗层的成分和厚度，使其能有效阻抗CMAS沉积物的腐蚀，并同时与热障涂层有较高的结合力。方法 首先利用多孔无压烧结陶瓷块体研究了不同含量Al2O3和8YSZ（8wt.%氧化钇稳定氧化锆）均匀混合后在高温（1250 ℃）条件下对CMAS沉积物的防护作用。采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）以及X射线衍射（XRD）仪，分析研究了CMAS腐蚀层的显微结构、腐蚀深度及反应产物。其次，基于最优成分，利用大气等离子喷涂（APS）制备了具有8YSZ/Al2O3陶瓷层的热障涂层。对CMAS腐蚀厚度进行分析测量，提出CMAS阻抗层的厚度。结果 Al2O3的添加可以有效地阻碍CMAS的渗入，并且Al2O3含量越多，防护效果越好。但是CMAS的渗入深度和氧化铝的添加量呈非线性关系。结合TBC陶瓷层的热学性能和力学性能的要求，本实验中最佳的TBCs复合陶瓷层组分为70wt%8YSZ+30wt%Al2O3。基于实验结果，提出YSZ/Al2O3复合陶瓷层（50 μm）-YSZ陶瓷层（150 μm）的双层TBC陶瓷层结构，并综合计算出复合陶瓷层的热膨胀系数为9.93×10?6 ℃?1以及双层TBC陶瓷层的热导率为2.4 W/(m?K)。最后对Al2O3减缓CMAS腐蚀的机理进行了量化分析。结论 YSZ/Al2O3复合阻抗层的最优成分为70wt%8YSZ+30wt%Al2O3，厚度为50 μm，能有效阻碍高温下CMAS腐蚀。
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  钢的渗铝工艺技术及性能研究进展

  张冀翔, 徐修炎, 宋健斐, 严超宇, 魏耀东

  表面技术. 2018, 47(2): 218-224. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.034

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  钢材渗铝是通过化学和物理的方法将铝原子渗入钢材表面形成微合金层，改变钢材的表面化学成分和特性的热处理工艺。渗铝处理可以提高钢材耐氧化性能、耐腐蚀性能和硬度，作为一种简单有效的表面化学热处理工艺得到研究者的关注。简要介绍了当前常见的渗铝工艺，如热浸渗铝、热喷涂渗铝、粉末包埋渗铝、料浆渗铝，总结了常见渗铝工艺的特点与不足，随后介绍了研究人员开发出的新型渗铝工艺，如机械辅能助渗铝、电场辅助渗铝、流化床气相沉积渗铝和离子电镀渗铝。论述了渗铝钢的显微结构和渗层的生长机理，对渗铝后的渗铝钢具有耐氧化、耐腐蚀性能的机理进行了讨论说明。最后，对渗铝工艺的发展趋势进行了探讨和展望。
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  Al含量对Al-Mg2Si复合涂层耐蚀耐磨性能的影响

  范春, 龙威, 周小平

  表面技术. 2018, 47(2): 225-230. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.035

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  目的 在AZ31B镁合金表面火焰喷涂制备Al-Mg2Si复合涂层，研究其耐腐蚀和耐磨性能。方法 用SEM、电化学测试仪、高速往复摩擦磨损测试仪和超景深三维显微镜检测分析不同成分配比的Al-Mg2Si复合涂层的耐腐蚀和摩擦磨损性能。结果 Al-Mg2Si复合涂层的电位较AZ31B镁合金基体正，且Al含量越少，电位正移越明显。Al(20%)-Mg2Si复合涂层的自腐蚀电位正移得最多，正移了0.5288 V；自腐蚀电流密度最小，为3.298×10?6 A/cm2。Al加入量越少，复合涂层的磨损率和摩擦系数越小，当Al质量分数为20%时，两者均达到最小值，分别为2.48×10?4 mm3/(N?mm)和0.25。结论 Al含量越少，Al-Mg2Si复合涂层的耐蚀和耐磨性能越好。
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  电流密度和施镀温度对铝合金表面Ni-SiC-MoS2复合镀层显微组织的影响

  雷钰, 闫莹雪, 田晓东

  表面技术. 2018, 47(2): 231-235. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.036

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  目的 研究电镀工艺参数中的电流密度和施镀温度对铝合金表面Ni-SiC-MoS2复合镀层组织形貌及成分的影响。方法 利用复合电镀的方法在铝合金上制备Ni-SiC-MoS2复合镀层。通过扫描电子显微镜、能谱仪以及显微硬度仪，分析不同电流密度和施镀温度下复合镀层的组织结构、成分、界面之间的结合情况以及显微硬度。结果 电流密度为4 A/dm2时，镀层与基体的结合差，镀层表面粗糙不平；当电流密度增加到5 A/dm2时，镀层与基体结合紧密，并且镀层表面平整；当电流密度增大到6 A/dm2时，镀层表面平整度变差。施镀温度为40 ℃时，镀层厚度较薄；施镀温度为50 ℃时，镀层与基体结合良好，镀层表面平整；当施镀温度上升到60 ℃时，镀层与基体结合处出现裂纹，镀层质量下降。随电流密度和施镀温度的升高，镀层中SiC和MoS2摩尔分数先增加后减小，显微硬度先增大后减小。结论 采用复合电镀的方法在铝合金表面可以制备出Ni-SiC-MoS2复合镀层，当电流密度为5 A/dm2、施镀温度为50 ℃时，制备出的Ni-SiC-MoS2复合镀层表面平整，厚度均匀，SiC与MoS2摩尔分数可分别达到10.40%和0.77%。复合镀层的显微硬度与其SiC含量成正比，最高可达357.7HV0.01，是基体合金硬度的3.7倍。
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  氮气流量对类富勒烯碳氮薄膜结构及力学性能的影响

  冯兴国, 杨拉毛草, 周晖, 张凯锋, 万志华, 胡汉军, 郑玉刚

  表面技术. 2018, 47(2): 236-242. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.037

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  目的 在9Cr18钢表面制备类富勒烯碳氮薄膜，提高9Cr18钢表面强度。方法 采用非平衡直流磁控溅射技术，在沉积温度为300 ℃的Ar和N2混合气氛中溅射C靶，制备类富勒烯CNx薄膜。利用XPS、Raman光谱、SEM研究了类富勒烯CNx薄膜的微观结构，利用纳米压痕仪和球盘摩擦试验机研究了CNx薄膜的力学性能和摩擦学性能。结果 类富勒烯CNx薄膜中存在sp2 C—C、sp2 N—C和sp3 C—N化学键，类富勒烯结构的CNx薄膜的ID/IG比值较高且G峰向低峰位移动。随着氮气流量的增加，薄膜的硬度和弹性恢复系数先增大后减小，薄膜的硬度和弹性恢复系数越高，其磨损率越低。结论 氮气流量为10 mL/min时制备的CNx薄膜具有较高的硬度和弹性恢复系数以及较低的摩擦系数和磨损率。在9Cr18钢表面制备类富勒烯碳氮薄膜能显著提高其表面强度。
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  碳钢硅-锆复合预处理工艺研究

  吴锋景, 刘小娟, 肖鑫

  表面技术. 2018, 47(2): 243-248. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.038

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  目的 为解决传统预处理工艺能耗高、环境污染严重的问题，在前期研制的硅烷化和锆化配方的基础上，进一步调整工艺参数，探索将硅烷化和锆化工艺合二为一，优化出性能优良的硅-锆金属预处理工艺。方法 通过硫酸铜点滴实验、盐水浸泡实验、电化学极化曲线法测试转化膜的耐蚀性能，采用拉开法测试涂层在金属表面的附着力。使用SEM对转化膜的微观形貌进行表征。结果 硅锆处理的最佳工艺参数为：pH=3.5，处理温度20 ℃，处理时间10 min。极化曲线测试结果表明，经硅锆处理后的碳钢腐蚀电流密度为未处理的1/40，膜层耐蚀性能良好。拉开法测得涂层在基体上的附着力达到11.48 MPa，完全满足一般预处理工艺要求。微观形貌分析显示，硅锆膜属于纳米级无定形型转化膜，膜层均匀、致密，能为金属表面提供有效防护。结论 通过调整工艺参数，将硅烷化处理和锆化处理合二为一，获得性能优良的硅-锆复合膜。转化膜的耐蚀性能优良，与涂层附着力良好，满足预处理工艺要求。
表面质量控制及检测
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  超硬织构化刀具高速切削钛合金试验研究

  苏永生, 李亮, 王建彬, 王刚

  表面技术. 2018, 47(2): 249-254. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.039

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  目的 研究高速切削钛合金过程中表面织构对刀具切削性能的影响。方法 通过开展常规（无织构）和织构化聚晶金刚石（PCD）刀具高速切削钛合金试验，分析不同条件下切削力、摩擦系数、切削粘结的变化。结果 增加切削速度能够有效降低PCD刀具的切削力和摩擦系数。当切削速度为16.485~175.84 m/min时，相对于无织构刀具，织构化刀具的干切削性能在总体上表现最佳，且织构化刀具在干切削时的进给抗力、主切削力和摩擦系数最大分别降低了约71.75 N、39.95 N、0.13。结论 高速切削可以显著降低刀-屑界面的切削力、摩擦系数。织构化PCD刀具在低速下的干切削性能明显优于常规刀具，且优于低温润滑条件时的减摩效果。
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  刀片表面粗糙度对工件表面残余应力分布影响的分析

  胡自化, 王金龙, 秦长江, 毛美姣, 陈小告, 杨志平, 李众

  表面技术. 2018, 47(2): 255-261. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.02.040

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  目的 探究硬质合金刀片表面粗糙度对加工工件表面残余应力分布的影响。方法 首先通过AdvantEdge FEM软件建立斜角三维切削模型，得出刀-屑间的摩擦模型。然后采用化学机械抛光方法对硬质合金刀片表面进行预处理，制备不同表面粗糙度的硬质合金刀片，通过对不同表面粗糙度的刀片进行四因素四水平的正交切削实验获得切削力，结合切削力的实验结果及刀-屑之间的摩擦模型，获得刀-屑间的摩擦系数，基于AdvantEdge FEM对切削残余应力进行模拟仿真。最后，结合实验对仿真模型的合理性进行验证。结果 采用表面粗糙度为0.02、0.04、0.08、0.2 μm的硬质合金刀片切削45钢时，工件表面的最大残余应力分别为621.51、655.46、654.69、687.29 MPa。采用表面粗糙度为0.02 μm的硬质合金刀片切削与采用表面粗糙度为0.2 μm的硬质合金刀片切削相比，工件表面的最大残余应力减小了10.58%。结论 硬质合金刀片的表面粗糙度越小，切削工件表面的残余应力越小。