2018年, 第47卷, 第7期　
刊出日期：2018-07-20

  

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专题-高表面完整性加工
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  硅晶圆分层划片工艺试验研究

  尹韶辉, 杨宏亮, 陈逢军, 耿军晓, 张俊杰

  表面技术. 2018, 47(7): 1-7. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.001

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  目的 优化硅晶圆划片工艺参数，提高划片质量。方法 提出一种硅晶圆分层划片工艺方法，利用自主研发的精密全自动划片机，通过全因素试验，研究了主轴转速、进给速度和切削深度等工艺参数对分层划片与传统单次划片的工艺性能的影响，检测了崩边宽度、相对缝宽、切缝表面粗糙度，通过检测划片过程中主轴电流大小来间接反映切削力的大小。最后对分层划片工艺进行优化试验，得出最佳工艺参数组合。结果 随着划片深度的增加，主轴电流增大，进给速度对主轴电流的影响较小，分层划片可以有效减少划片过程产生的切削力，提高划切效果。分层划片试验发现，随主轴转速的增加，相对缝宽增大；随进给速度增大，相对缝宽先减小后增大。进给速度为15 mm/s，转速为10 000 r/min时，相对缝宽最小，为1.048。随着主轴转速的增加，崩边宽度减小；随着进给速度的增大，崩边宽度增大。进给速度为1 mm/s，转速为25 000 r/min时，崩边宽度最小，为5.31 μm。结论 与传统单次划片方式相比，分层划片工艺能够得到更好的划片效果，可一定程度上降低崩边宽度，减小相对缝宽值，减少微裂纹，提高划切质量。
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  五轴联动加工中进给速度的控制算法

  耿军晓, 李立伟, 李友刚, 尹韶辉

  表面技术. 2018, 47(7): 8-14. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.002

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  目的 研究刀具进给速度平稳性对五轴联动加工中复杂自由曲面表面粗糙度、轮廓精度的影响。 方法 首先对五轴联动机床运动过程中的空间线性插补原理进行了分析，推导出插补周期内各轴的分解速度数学模型。根据数控系统中不同的速度指令方式以及刀具在空间的实际运动距离，分端铣和侧铣两种情况，分别建立了刀具空间运动的实际速度计算模型，然后根据机床各轴的最高速度及加速度约束条件，对各轴分速度、分加速度进行校核处理，最终求得刀具实际的合成速度。最后，基于后置处理技术，用开发的专用后置处理软件进行刀位源代码后置处理，采用某叶轮试件进行了验证，并对实验结果进行了分析。结果 在复杂曲面加工中，稳定的表面进给速度会获得较高的表面质量及轮廓精度，曲面曲率变化越大，速度变化对加工质量的影响越大。在同等条件下切削，刀具采用恒表面速度与采用恒进给速度相比，获得的叶片进出汽边轮廓误差值由0.1 mm减小为0.04 mm。结论 在五轴联动加工中，越稳定的表面进给速度，越能获得较高的表面质量和轮廓精度，对于曲率变化较大的复杂曲面，需要严格控制刀具的进给速度，尽量获得稳定的表面速度以减少过切值，从而提高零件表面质量。
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  基于静电喷雾的金刚石磨粒微表面均布特性研究

  陈逢军, 张磊, 尹韶辉, 黄帅, 郝姗媚

  表面技术. 2018, 47(7): 15-20. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.003

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  目的 改善精密/超精密成形磨削中砂轮存在磨粒分布不均匀的问题。方法 仿真分析针-环电极空间电场强度的分布特性，以及喷嘴轴线上场强随喷嘴直径、环状电极直径、电极间距的变化规律。金刚石磨粒均匀分散在静电喷雾溶液中，在高压电场和压力泵的作用下将喷出形成微表面。通过网格分析法和截距法定量分析金刚石颗粒微表面分布的均匀性。结果 针-环电极产生的空间电场是对称分布的，电场线集中分布在喷嘴附近，其电场强度沿轴线向外急剧降低。由于尖端效应，喷嘴直径减小，其尖端处的电场强度明显增大；电极间距增大，喷嘴处的场强降低。网格计数法中，网格划分得越细，微表面颗粒分布偏差越大，即分布均匀性越差，但更能反映真实的颗粒整体分布情况，且各偏差曲线分布的趋势基本相同，仅在液体流量20 mL/h处出现了与理论的变化规律不符合的情况。截距法中，当液体流量增大时，颗粒间距离偏差值逐渐降低，且在液体流量20 mL/h处明显下降。结论 在金刚石颗粒微表面分布的定量化分析中，网格计数法只能体现区域分布的均匀性，而对某块区域内颗粒的距离不敏感，无法区分颗粒聚集的情况，导致计算结果出现偏差。截距法则对颗粒的间距比较敏感，因此有效地结合网格计算法和截距法可以对金刚石磨粒的分布情况做出准确分析。
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  应用弹性砂轮对铝合金镜面磨削工艺研究

  袁伟杰, 邓日涛, 杨振涛, 尹韶辉

  表面技术. 2018, 47(7): 21-27. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.004

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  目的 解决铝合金手机外壳传统抛光工艺中存在的抛光效率低等问题。方法 采用聚氨酯弹性砂轮对6061铝合金进行了磨削加工，使用正交试验研究了磨料粒度、进给速度、切削深度、砂轮线速度对加工表面粗糙度及材料去除率的影响。试验中使用折线走刀方式进行加工，可减轻磨料分布不均带来的影响。使用白光干涉仪测量了加工后表面的粗糙度，通过计算单位时间内工件的质量变化得出了去除率，并通过对结果的综合优化得出了最优工艺参数。结果 在选取的16组磨削工艺参数中，可获得的最低表面粗糙度为44.87 nm，最大去除率为0.329 g/min。对表面粗糙度影响最大的因素为磨料粒度，影响最小的因素为进给速度；对材料去除率影响最大的因素为切削深度，影响最小的为进给速度。经过综合优化，最佳工艺参数组合为：砂轮600#，转速2000 r/min，切削深度0.04 mm，进给速度20 mm/min。结论 弹性聚氨酯砂轮应用于铝合金磨削可提高加工表面质量，可简化工艺流程，节省备料和安装调整时间，从而提高效率。
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  氧化锆陶瓷大抛光模磁流变抛光试验研究

  郭美键, 罗虎, 王长兵, 尹韶辉, 陈逢军, 郭源帆

  表面技术. 2018, 47(7): 28-34. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.005

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  目的 研发一种高效、高质量氧化锆陶瓷超光滑表面加工技术。方法 采用大抛光模磁流变抛光方式加工氧化锆陶瓷，利用自主研发的磁流变平面抛光装置，配制含有金刚石磨粒的磁流变抛光液，通过设计单因素实验，研究抛光时间、工作间隙、工件转速和抛光槽转速等主要工艺参数对氧化锆陶瓷平面磁流变加工性能的影响，并对材料去除率和表面粗糙度进行分析。结果 在工作间隙为1.4 mm、工件转速为100 r/min、抛光槽转速为25 r/min的工艺条件下，表面粗糙度在达到饱和之前随时间的增加而降低。抛光30 min达到饱和，表面粗糙度Ra达到0.7 nm。继续延长抛光时间，表面粗糙度不再改善。氧化锆陶瓷的材料去除率随着工件转速和抛光槽转速的增加而增大，随着工作间隙的增大而减小。当工件转速为300 r/min时，材料去除率可以达到1.03 mg/min；抛光槽转速为25 r/min时，材料去除率可以达到0.80 mg/min；工作间隙为1.0 mm时，材料去除率最高可达0.77 mg/min。结论 采用大抛光模磁流变抛光方法可以提高氧化锆陶瓷的材料去除率，同时获得纳米级表面粗糙度，实现氧化锆陶瓷的高效超光滑表面加工。
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  超声加工在齿轮抗疲劳制造中的研究综述与展望

  别文博, 赵波, 王晓博, 陈凡, 张跃敏

  表面技术. 2018, 47(7): 35-51. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.006

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  深入分析齿轮在超声加工下的表面完整性对齿轮抗疲劳性能的影响，促进超声加工在齿轮抗疲劳制造中的应用。基于超声加工的优势，分别对目前应用于齿轮加工中的超声滚齿、超声研齿、超声电化学齿轮加工和超声珩齿加工等方法进行综合分析。基于残余应力和表层组织可控的齿面加工机理，结合超声加工在表面改性技术和表面强化方面的应用，分别对在齿轮等构件中的超声冲击、超声喷丸和超声深滚强化技术进行分析。与传统齿轮加工方法相比，经过超声加工后，齿轮的表面粗糙度大幅度降低，齿面的微观形貌得以改变，表面质量显著提高。经过超声强化后的齿轮表面，表层引入了高幅值、大深度的残余压应力，表面层得到硬化，在一定程度上对裂纹的扩展起到了抑制作用，工件的抗疲劳强度得以提高，从而提高齿轮的抗疲劳能力。鉴于此，超声加工不仅可以为齿轮的抗疲劳制造提供一种新的精密高效的加工方法，而且对我国高性能齿轮制造理论的完善与工艺技术的进步具有重要意义。
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  加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜力学性能的影响

  唐昆, 朱勇建, 谭可成, 张健, 彭文波, 王宇

  表面技术. 2018, 47(7): 52-58. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.007

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  目的 研究不同加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜力学性能的影响。方法 用化学镀镍磷工艺在模具钢基体上镀Ni-P层作切削层，采用过滤阴极真空电弧（FCVA）技术分别沉积Ti过渡层和DLC保护层。利用拉曼光谱分析了多层膜表层在不同加热温度下的结构成分，采用纳米压痕、纳米划痕和扫描电镜对多层膜的硬度和弹性模量、膜层结合性能以及划痕表面形貌进行了表征。结果 拉曼光谱检测结果表明，随着加热温度的升高，多层膜表层DLC膜中的AD/AG值及sp2键含量增大，且400 ℃时AD/AG值的变化幅度明显增大。纳米压痕实验结果表明，多层膜的硬度和弹性模量随着温度的升高呈先增后减的趋势，且在300 ℃时达到最大，纳米压痕过程中膜层未出现破裂现象。纳米划痕实验及SEM观测结果表明，多层膜的临界载荷A1随着加热温度的升高而增加，临界载荷A2在25~200 ℃区间没有明显变化，而在300~400 ℃区间显著增大。结论 在加热温度达到400 ℃时，多层膜表层DLC膜的石墨化倾向显著。加热温度为300 ℃时，多层膜的力学性能及膜层间的结合性能较优，而400 ℃时膜层间的结合性能及抑制裂纹扩展能力减弱，且膜层具有较大的塑性。因此，适宜的加热温度有利于提高多层膜的力学性能和膜层间的结合性能。
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  Ni-P/Ti/DLC多层膜的摩擦磨损性能

  唐昆, 谭可成, 张健, 彭文波, 朱勇建, 王宇

  表面技术. 2018, 47(7): 59-66. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.008

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  目的 研究摩擦速度、载荷及加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜摩擦磨损性能的影响。方法 用化学镀镍磷工艺在模具钢基体表面镀上Ni-P层作切削层，采用过滤阴极真空电弧（FCVA）技术分别沉积Ti过渡层和DLC保护层。通过摩擦磨损实验，评价该多层膜的摩擦磨损性能。利用纳米压痕测试和拉曼光谱检测，研究该多层膜在不同加热温度下的硬度、弹性模量和结构成分。利用扫描电镜及表面轮廓仪分别对该多层膜的磨痕形貌和横截面轮廓进行分析。结果 随着摩擦速度的增大，Ni-P/Ti/DLC多层膜的摩擦系数呈下降趋势，磨损率和磨损体积呈先减后增的趋势。不同载荷下的摩擦系数变化幅度较小，磨损率和磨损体积随着载荷的增大呈增加的趋势。随着加热温度的升高，摩擦系数呈下降趋势，磨损率和磨损体积呈先增后减的趋势。此外，随着加热温度的升高，多层膜表层DLC膜中石墨相逐渐增多，硬度和弹性模量随之呈先增后减的趋势。结论 较高摩擦速度下，多层膜表层DLC膜石墨化趋势增强，摩擦系数变化幅度较大，且表面磨痕宽度和深度显著增加，磨损加剧。多层膜中软质的Ti金属层和硬质的DLC层，能有效提高多层膜在高载荷下的摩擦磨损性能。随着加热温度的升高，多层膜表层DLC膜中石墨相逐渐增多，摩擦过程更易生成转移膜。
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  热压成型参数对非球面透镜轮廓偏差的影响

  朱科军, 欧阳波, 许博文, 徐志强, 张高峰

  表面技术. 2018, 47(7): 67-72. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.009

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  目的 研究玻璃热压成型参数对非球面玻璃透镜轮廓偏差的影响。方法 设计正交试验，并通过Msc. Marc软件对玻璃透镜热压成型过程进行数值模拟，在不同热压成型参数组合下，测量透镜轮廓偏差的大小，从而得到最佳热压成型参数组合。接着进行透镜热压试验，观察成型透镜形状与设计值间的偏差，验证仿真分析结果。结果 经正交优化分析，热压温度为570 ℃时，最大轮廓偏差均值为2.876 μm；热压速率为0.02 mm/s时，最大轮廓偏差均值为2.808 μm；摩擦因数为0.6时，最大轮廓偏差均值为2.780 μm；退火速率为1.5 ℃/s时，最大轮廓偏差均值为1.893 μm；保持压力为700 N时，最大轮廓偏差均值为1.775 μm；冷却速率为1 ℃/s时，最大轮廓偏差均值为1.990 μm。它们在各自参数组别中都为最小值。优化成型参数组合为：热压温度570 ℃，热压速率0.02 mm/s，摩擦因数0.6，网格大小0.05 mm，退火速率1.5 ℃/s，保持压力700 N，冷却速率3 ℃/s。热压试验测得最大偏差值为1.61 μm。结论 离透镜中心越远，透镜表面的轮廓偏差越大。热压模型网格划分越细，越能准确地模拟玻璃热压成型过程。热压速率增大时，透镜的轮廓偏差会增大。热压温度升高，透镜的轮廓偏差会减小，但过高的热压温度会使轮廓偏差变大。退火速率、保持压力、摩擦因数增大时，透镜的轮廓偏差会减小，冷却速率对轮廓偏差无明显影响。
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  电化学砂带复合加工回转沟槽表面的形貌与精度特性

  庞桂兵, 辛开开, 徐文鹏, 蔡晓, 高腾, 卜繁岭

  表面技术. 2018, 47(7): 73-82. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.010

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  目的 通过电化学砂带复合加工实现回转表面上沟槽结构的光整。方法 针对沟槽结构的特殊性，提出阴极悬浮定位方式控制加工间隙。通过对比有无电化学作用条件下砂带抛磨加工获得的表面形貌差异，以及分析加工过程中表面形貌的变化规律，研究电化学作用和机械作用对表面形貌与精度特性的影响机理。进行工艺参数对表面粗糙度和圆度影响的实验，获得单因素条件下各工艺参数的优化取值范围。进行正交实验和极差分析，获得各工艺参数对表面粗糙度和圆度影响重要性的排序。综合单因素和正交实验结果，确定面向表面粗糙度和圆度的工艺参数优化取值范围。结果 砂带无轴向运动时，该工艺能实现小极间间隙条件下的稳定加工，同时获得良好的表面质量和加工精度。机械作用参数对表面粗糙度的影响程度大于电化学作用参数，砂带压力为主要因素；电化学作用参数对圆度的影响程度大于机械作用参数，加工电流为主要因素。结论 对回转沟槽表面等磨具难以实现轴向运动的部位进行表面光整加工，电化学砂带复合加工是一种有效方法。
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  电化学抛光铜的实验研究

  马宁, 刘家宁, 陈阳, 李景春, 单宝峰, 赵树国

  表面技术. 2018, 47(7): 83-89. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.011

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  目的 提高铜的表面质量，并将铜的去除量控制在适用范围，研究铜电化学抛光的溶液配比和最佳工艺参数。方法 使用自行搭建的电化学抛光系统对工件进行电化学抛光，并使用3D表面轮廓仪和精密电子天平测量工件加工前后的表面粗糙度和质量。采用单因素和正交实验结合的方法设计了实验方案，研究了磷酸浓度、电解液温度、电压、占空比、频率和加工时间对铜表面粗糙度的影响，以及添加剂对实验结果的影响。结果 得到磷酸浓度和温度对表面粗糙度的影响曲线。通过极差分析得到了电压、占空比、频率和加工时间对表面粗糙度的影响趋势以及最优参数。在溶液中加入抗坏血酸后，材料去除率可以降低到 1000 nm/min以下，但表面粗糙度最高达到75 nm。同时加入抗坏血酸和乙烯硫脲后，材料去除率为400 nm/min，表面粗糙度最低达到17 nm。结论 电化学抛光铜的最优参数为：电压10 V，占空比23%，频率23 kHz，加工时间11~14 min，溶液配比为55%磷酸+0.3%抗坏血酸+0.2%乙烯硫脲。抗坏血酸可以有效地控制材料去除率，抗坏血酸与乙烯硫脲同时作用又可以降低铜的表面粗糙度。
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  五轴联动刀轴矢量插补优化算法

  王玉涛, 唐清春, 周泽熙, 黎国强

  表面技术. 2018, 47(7): 90-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.012

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  目的 研究解决五轴联动机床旋转轴角度采用线性插补方式生成的加工轨迹，导致刀具姿态偏离所设计的理想平面，引发刀具姿态误差的问题，减少非线性误差，提高零件表面质量。方法 首先对旋转轴角度线性插补方式引发刀具姿态误差的原理进行了分析，提出了一种刀轴矢量插补优化算法。然后在线性插补的基础上，根据提出的刀轴矢量插补优化算法保证首末点间的刀轴插补矢量始终位于首末刀轴矢量所构成的平面内，实现刀具姿态优化，并在MATLAB中对线性插补和矢量插补优化两种方式进行仿真分析，观测出对应方式下刀轴插补矢量的空间位置。最后利用叶片试件在AB型转台摆头类型机床上进行仿真和加工验证，对比两种刀轴矢量插补方式仿真数据。结果 在VERICUT同等条件下仿真，刀轴矢量采用线性插补时，叶片进出汽边误差值分别为-0.218 66 mm和-0.312 58 mm；刀轴矢量插补优化后，叶片进出汽边误差值分别为-0.095 46 mm和-0.099 05 mm。刀具姿态经过插补优化算法后，叶片进出汽边的过切值明显降低。结论 刀具姿态经过插补优化算法后，叶片过切值的大小和数目明显减少，使得非线性误差明显降低，从而提高了零件表面质量。
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  空间三维刀具误差补偿研究

  唐清春, 周泽熙, 王玉涛, 谢栋

  表面技术. 2018, 47(7): 96-103. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.013

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  目的 研究空间三维状态下刀具误差补偿方法，提高多轴加工复杂自由曲面表面轮廓精度。方法 首先对五轴加工中刀具与工件接触方式及刀具中心点、刀具接触点位置及矢量关系进行了分析，推导出空间刀具误差补偿数学模型，通过MATLAB初步对补偿算法进行了验证。基于双摆头式五轴机床运动学模型，结合刀具误差补偿模型，开发了带有刀具误差补偿功能的专用后置处理器。最后，通过开发的专用后置处理软件进行G代码转换，采用某叶片试件进行了仿真和实际切削实验，并对实验结果进行了分析。结果 在复杂曲面加工中，通过合理的刀具误差补偿方法，可获得理论刀具尺寸下同样的表面质量及轮廓精度。刀具误差补偿值越小，补偿效果越明显，加工效果与理论结果越接近。叶片试件分别采用f8、f9、f9.5及f10刀具仿真加工，与理论f 10刀具加工的数据对比，三种尺寸刀具补偿加工后的残留误差差值分别约为0.08、0.06、0.04 mm，其中f9.5的刀具误差补偿后的加工效果与理论结果最接近。结论 采用刀具空间误差补偿方法，可获得与理论刀具一样的切削效果，有效提高零件的表面质量，不仅可以获得稳定的复杂零件轮廓精度，还可以减少辅助时间。误差补偿效果与实际补偿值的大小有关，补偿值越小，补偿效果越好。
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  超声磁力研磨加工参数对蓝宝石表面粗糙度的影响

  耿其东, 李春燕

  表面技术. 2018, 47(7): 104-111. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.014

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  目的 提高蓝宝石研磨后的表面质量。方法 采用超声研磨与磁力研磨相结合的工艺方法，对蓝宝石进行研磨加工。超声研磨采用恒流超声电源及等效阻抗控制进给方式，通过改变不同阻抗阈值获得不同的加工表面。磁力研磨采用永磁体及磁场旋转的运动方式，通过调节转速、更换磨粒大小获得不同的加工表面。以旋转磁场速度、磁性磨粒大小、阻抗阈值作为主要工艺参数，以表面粗糙度值Rp、Rv、Rz、Ra为评价指标，设计相应的工艺试验。结果 采用超声磁力研磨加工方法，当旋转磁场转速为1200 r/min、磁性磨粒目数为120目、阻抗阈值为330 Ω时，得到了蓝宝石加工表面粗糙度值分别为：Rp=1.992 μm，Rv=1.313 μm，Rz=3.305 μm，Ra=0.055 μm。结论 采用超声磁力研磨工艺加工蓝宝石时，在旋转磁场转速及阻抗阈值一定的情况下，磁性磨粒大小对表面粗糙度值的影响较显著；在磁性磨粒大小一致的情况下，旋转磁场转速及阻抗阈值主要对表面粗糙度值Rp及Rv的影响较大。
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  磁力研磨加工K9光学玻璃的实验研究

  耿其东, 李春燕

  表面技术. 2018, 47(7): 112-118. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.015

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  目的 提高K9光学玻璃研磨加工的材料去除率及表面质量。方法 采用改进的磁力研磨工艺对玻璃表面进行加工，改变相对运动方式，磁力研磨过程中工作台及工具头同时转动。以材料去除率及表面质量为研究目标，研究磁力研磨主要工艺参数的影响。优选了工具头转速、研磨压力、工作台转速、磨粒大小等关键参数，进行了一系列实验。利用KEYENCE VK系列的形状测量激光显微镜观察不同加工条件下的微观形貌，并分析主要加工参数对表面质量的影响。利用JJ124BC 双杰电子分析天平对加工前后进行称量，计算材料去除率。结果 在本实验装置下，采用工具头转速为1500 r/min、工作台转速为200 r/min、加工间隙为2 mm、磨粒目数为150目的工艺参数时，加工试件的表面粗糙度值Ra达到120 nm。从3D微观形貌来看，该参数条件下可以获得更好的表面质量，表面一致性较好，最高点的值为2.8 μm。结论 经过改进的磁力研磨加工方法，研磨速度及研磨压力仍是关键的加工因素，K9光学玻璃的加工实验对硬脆材料的加工具有一定借鉴意义。
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  电化学机械加工对轴承滚子表面质量及凸度的影响

  魏泽飞, 李蕾, 佘东生, 徐文骥

  表面技术. 2018, 47(7): 119-124. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.016

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  目的 在提高轴承滚子表面质量的基础上获得具有一定凸度的表面轮廓。方法 将自主搭建的电化学机械加工（electrochemical mechanical machining，ECMM）平台用于轴承滚子的表面加工，采用中性NaNO3水溶液作为电解液，设计了L9(34)的正交实验，使用表面粗糙度测量仪对实验前后轴承滚子的表面粗糙度Ra、轮廓最大高度Rz和轮廓凸度进行测量和分析，并利用实验数据分析影响表面粗糙度和凸度的各因素和水平。结果 经过ECMM加工后，轴承滚子表面粗糙度Ra值由加工前的0.0874 μm降低至0.0247 μm，轮廓最大高度Rz值由加工前的0.772 μm降低至0.238 μm，轮廓凸度由原来的平直表面增加到最大值43.3 μm。对于表面粗糙度，电流密度的影响最显著，各因素最佳水平为：电流密度5 A/cm2，机械作用压力0.20 MPa，运动速度0.24 m/s，磨具号数1000#。对轮廓凸度，电流密度的影响最显著，各因素最佳水平为：电流密度5 A/cm2，运动速度0.21 m/s，磨具号数2000#，机械作用压力0.20 MPa。结论 ECMM加工方法适用于轴承滚子的加工，可在一次加工中同时提高滚子的表面质量并获得一定凸度的表面轮廓。加工参数对表面质量和凸度影响最大的因素是加工电流密度，优先选择较大加工电流密度的同时要合理选择其他加工参数。
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  双向复合振动辅助磁力研磨加工的试验研究

  孙岩, 兰勇, 杨海吉, 陈燕

  表面技术. 2018, 47(7): 125-131. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.017

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  目的 进一步提高研磨加工效率，并获得更好的工件表面质量。方法 提出双向复合振动（磁极垂直于加工表面的法向超声振动和平行于加工表面的切向振动相结合）辅助磁力研磨法实现对工件表面的研磨抛光。以钛合金工件为研究对象，进行了四种不同工况的研磨加工试验，并对试验结果进行了对比和分析。结果 采用双向复合振动辅助磁力研磨法研磨钛合金工件，研磨加工60 min后，工件表面粗糙度值Ra由研磨前的3.78 μm降至0.36 μm，有效去除了原始加工纹理，获得了较好的表面形貌。工件表面的残余应力由拉应力转化为压应力。结论 双向复合振动辅助磁力研磨法既能增加磁性磨粒的瞬时研磨压力，提高研磨加工效率，又能促进磁性磨粒的翻滚与更替，随时改变磁性磨粒的切削刃和切削方向，使磁性磨粒的运动轨迹互相交织，去除工件表面材料更均匀，同时还能有效地改善工件表面的应力状态。
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  磨削对氧化膜去除质量影响的稳定性与敏感性

  魏泽飞, 李蕾, 佘东生, 李琨, 徐文骥

  表面技术. 2018, 47(7): 132-138. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.018

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  目的 研究磨削参数对电化学加工氧化膜去除质量的影响规律，以及各参数对氧化膜去除质量影响的稳定性和敏感性。方法 在试件表面形成均匀一致，无缺陷电化学加工氧化膜的前提下，借助自主搭建的机械磨削实验平台，分别研究磨粒尺寸、工件速度、磨削压强和加工时间对氧化膜去除质量的影响，使用精密电子天平和扫描电子显微镜对实验前后的试件进行测量，结合稳定性与敏感性分析理论对实验结果进行分析。结果 不同的加工参数对氧化膜去除程度的影响不尽相同，氧化膜既存在不完全去除的现象，也存在完全去除的现象。扫描电子显微镜结果也显示，不同尺寸的磨粒对氧化膜的破坏程度不同，其表面氧化膜的沟槽深浅不同。结论 受氧化膜硬度低、容易去除和基体金属硬度高、不容易去除的影响，氧化膜去除质量随着工件速度和加工时间的增加呈现三次曲线的规律增加，随磨削压强和磨粒尺寸的增大呈线性增加趋势。磨削参数对氧化膜去除质量影响的稳定性与敏感性不同，而且在电化学机械加工生产应用中不改变磨削工具，所以在磨削参数相对值较低的区间，其对去除质量影响的稳定性由大到小（敏感性由小到大）为：磨粒尺寸、加工时间、磨削压强、工件速度。在磨削参数相对值较高的区间，稳定性由大到小（敏感性由小到大）为：磨粒尺寸、磨削压强、工件速度、加工时间。加工中优先选择稳定性高（敏感性低）的参数作为调整电化学机械加工效果的主要因素，可在提升经济性的同时，提高加工精度。
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  刀具摆角对复杂曲面轮廓精度的影响研究

  吴志清, 唐清春

  表面技术. 2018, 47(7): 139-145. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.019

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  目的 通过优化五轴联动加工中刀具摆角参数，基于后置处理技术提高复杂零件表面加工的轮廓精度。方法 针对回转轴非线性运动造成的刀具姿态误差过大会导致零件轮廓精度低，提出了一种摆角优化方法。首先，对回转轴线性插补产生的刀具姿态误差进行分析，控制回转角的摆动幅度大小和初始位置；其次，将线性插补后的刀轴矢量投射到理论上始末两点矢量构成的平面上获得新的插补矢量，通过线性插补刀轴矢量来优化刀具空间姿态；最后，以某叶轮试件通过仿真及实际加工实验进行了验证。结果 通过摆角优化方法后，叶片轮廓与理论轮廓的轮廓误差由0.08 mm减小到0.04 mm，最大过切量也由0.03 mm减小到0.01 mm。刀具摆角优化后，能大大提高复杂曲面零件的轮廓精度。结论 基于后置处理技术对五轴机床回转轴摆角进行优化，在通用算法基础上加载角度优化算法，开发专用的后置处理器处理G代码程序，是一种提高复杂曲面加工轮廓精度的可行措施。实验验证了该方法的有效性。
表面强化及功能化
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  硅粉表面改性及其分散效果评价

  郭丽萍, 雷东移, 陈波, 吴樾

  表面技术. 2018, 47(7): 146-151. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.020

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  目的 降低原状工业硅粉颗粒的团聚现象和聚集效应，提高其分散性，改善掺硅粉水泥基材料的力学及界面过渡区性能。方法 采用表面化学修饰和机械分散两种改性方法，对硅粉进行表面改性。利用表面电位测试、紫外光谱分析、激光粒度分析、扫描电镜测试等试验手段，评价了改性前后硅粉颗粒的表面电位和减水剂分子吸附量、颗粒粒度分布，以及硅粉颗粒和硬化硅粉-水泥净浆的微观形貌。采用棱柱体试件，研究了改性硅粉对水泥-硅粉净浆抗折与抗压强度的影响。结果 用氨丙基三乙氧基硅烷及磁力搅拌工艺对原状工业硅粉进行表面改性后，硅粉表面电位由?21 mV变为+3 mV，高性能聚羧酸减水剂吸附量提高了60%，硅粉中纳米级微细颗粒数量显著增加，大颗粒团聚现象明显降低，硅粉颗粒的分散性明显改善；改性硅粉使水泥-硅粉净浆的力学性能提高了11%~24%。结论 采用氨基硅烷和磁力搅拌工艺对原状硅粉表面改性后，硅粉表面的电位由负值变为正值，减水剂吸附量显著增大，颗粒团聚性降低，纳米级颗粒数量增多，在水泥中分散性改善，水泥-硅粉水化产物的界面过渡区性能改善，掺硅粉水泥浆体的力学性能明显提高。
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  钒氧化物薄膜的溅射法制备及电学性质研究

  朱煜, 刘思杨, 朱子疏, 祝巍

  表面技术. 2018, 47(7): 152-159. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.021

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  目的 通过真空镀膜工艺，获得电学性能优良的钒氧化物薄膜。方法 采用直流反应磁控溅射法，通过改变镀膜时部分实验条件，包括沉积气氛中氧含量、衬底温度以及衬底材质，进而控制薄膜组成成分。利用椭偏仪、XRD和变温四探针仪检测所镀钒氧化物薄膜的厚度、晶体结构及电学性能。结果 衬底温度在350~400 ℃之间，镀膜室氧气含量在40%~50%之间时，反应溅射所得的钒氧化物薄膜具有较高的温度敏感性，此外得益于（0001）面的α-Al2O3与VO2有相近的晶格参数，在此衬底上沉积出的钒氧化物薄膜电阻在30~100 ℃区间内有一个数量级的线性变化。结论 确定了最佳的钒氧化物薄膜镀制条件范围，同时发现蓝宝石衬底相比于硅片和玻璃片更适合外延生长VO2薄膜。按此种方法所得样品具有优良的电学性能，可以应用到热敏电阻等研究领域当中。
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  超声深滚作用力对Ti-6Al-4V合金微观组织及表面性能的影响

  官良鹏, 王卫泽

  表面技术. 2018, 47(7): 160-166. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.022

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  目的 改善Ti-6Al-4V合金的微观组织及表面性能。方法 用不同作用力（150、250、350、450 N）的超声深滚工艺对Ti-6Al-4V进行表面处理。通过金相显微镜观察、透射电镜分析、维氏硬度测试和残余应力测试，分别评价表面处理后材料的显微组织变化、显微硬度分布和残余应力分布。结果 随着超声深滚作用力的增加，表面塑性变形层厚度增大，但增大趋势随作用力的增加而趋缓，450 N超声深滚作用后，塑性变形层厚度最大。超声深滚处理后，材料表面出现纳米晶，随作用力的增加，纳米晶会逐渐转为非晶态。350 N深滚后，距表面220 μm处会出现少量的孪晶及大量位错堆积。随着塑性应变的加剧，孪晶逐渐消失，晶粒不断细化。材料近表面硬度提高明显，提高幅度同作用力呈正相关。材料基体的硬度为328 HV。在150 N力作用后，材料距表面50 μm处的硬度能达到343 HV，而在450 N力作用后可以达到381 HV。随着超声深滚作用力的增加，材料近表面的残余压应力总体呈现增加趋势，最大残余应力可达到?875 MPa；残余应力的分布范围随力的增加，从0.40 mm增长到0.58 mm。另外，不同作用力作用后，材料最大残余压应力均出现在距表面20~40 μm处。结论 超声深滚作用可有效改变TC4合金的表面微观组织及性能，进而影响其结构完整性和服役寿命。
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  稀土添加量对20CrMnTi钢表面碳铌复合渗层组织及性能的影响

  郑盼, 商剑, 张越

  表面技术. 2018, 47(7): 167-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.023

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  目的 提高20CrMnTi钢表面硬度及耐磨性能。方法 采用粉末包埋法在20CrMnTi钢表面制备了碳铌复合渗层。粉末渗铌剂组成为铌粉、氧化镧、氧化铝及氯化铵，渗铌温度为950 ℃，保温时间为5 h。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、能谱仪、X射线衍射仪及微动摩擦磨损试验机，研究了不同La2O3添加量条件下，碳铌复合渗层的硬度、厚度、组织、物相组成及摩擦系数。结果 不同La2O3添加量条件下，复合渗层主要由NbC相组成，厚度为23~28 mm，硬度为2250~2950HV0.5。随着La2O3添加量的增加，复合渗层物相组成变化不明显，渗层晶粒尺寸先增大后减小，厚度逐渐下降，硬度先上升后逐渐下降，摩擦系数基本是先上升后下降。稀土添加量（质量分数）为0.5%时，其摩擦系数较低。结论 粉末包埋复合渗铌渗剂中，La2O3的最佳添加量为0.5%，能细化渗层晶粒尺寸，有利于提高20CrMnTi表面碳铌复合渗层的致密性及硬度。
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  纯水射流间接强化对18CrNiMo7-6钢表面粗糙度和残余应力的影响

  孙俊杰, 邓重启, 屈臣鸣, 王文涛

  表面技术. 2018, 47(7): 173-178. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.024

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  目的 减小高压水射流强化中冲蚀现象对材料表面的影响。方法 选择水射流喷射压力、喷射靶距和覆盖小钢珠直径为可变参数，对18CrNiMo7-6渗碳合金钢进行高压水射流强化单因素试验。运用三维表面形貌测量系统和X射线残余应力分析仪对试验后的材料进行测量分析。结果 随着压力的增大，表面粗糙度增加，残余应力最大可达693 MPa，但继续增大喷射压力反而会使残余压应力减小。随着靶距的增加，表面残余应力几乎直线减小，表面粗糙度则在靶距为110 mm时达到最小值0.77 μm。随着小钢珠直径的增加，表面残余压应力先增大后减小，最大值为782 MPa；表面粗糙度先变小后增大，最小值为0.76 μm。结论 水射流喷射压力、喷射靶距和覆盖小钢珠直径对18CrNiMo7-6钢的表面粗糙度和残余应力影响明显。同时，每个参数在不同的变化范围，对材料表面主要的影响方式不同，对材料的表面粗糙度和表面残余压应力的影响也存在着差异。
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  氮掺杂纳米金刚石膜的结构和电学性能

  龚耀庭

  表面技术. 2018, 47(7): 179-184. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.025

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  目的 研究不同氮气浓度对氮掺杂纳米金刚石薄膜结构和电学性能的影响。方法 在N2-CH4-H2体系中，以单晶硅作为沉积基底，使用MPCVD法进行纳米金刚石膜的沉积。采用扫描电子显微镜对所沉积的纳米金刚石膜的表面形貌进行表征，采用拉曼光谱对纳米金刚石膜的质量进行表征，采用X射线衍射对纳米金刚石的N原子构型进行研究，采用电化学工作站对纳米金刚石膜表面电学性能进行表征。结果 N2浓度上升，线状纳米金刚石平均线长降低，在90%时转变为团聚状纳米金刚石晶粒。N2浓度上升，H2浓度下降，纳米金刚石膜的sp2键含量先上升后下降。随着氮气浓度的上升，纳米金刚石膜的晶粒尺寸先减小后增大，在85%时最小，为12.6 nm；表面电阻先下降后上升，在85%时最低，为9.2 Ω。XPS高分辨率N1s结果表明，具有导电性能的吡啶氮和吡咯氮的含量随氮气浓度上升的变化趋势相反，但两者之和保持不变。结论 纳米金刚石膜的电学性能主要受其平均晶粒尺寸的影响，晶粒尺寸降低，则晶界含量上升，电学性能上升；晶粒尺寸下降，则晶界含量下降，电学性能下降。
表面失效与防护
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  不同气氛对激光熔覆IN718涂层形貌、组织与性能的影响

  李栋, 张群莉, 张杰, 姚建华, Volodymyr S. Kovalenko

  表面技术. 2018, 47(7): 185-190. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.026

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  目的 研究不同气氛条件下激光熔覆IN718高温合金涂层的微观偏析。方法 利用激光熔覆技术，在不同送粉气和不同保护气条件下制备了IN718高温合金涂层，并对制备的涂层进行双时效热处理。采用光学显微镜观察显微组织结构和特征，采用扫描电镜和能谱仪对涂层组织和相成分进行分析，采用维氏硬度计对涂层热处理前后的硬度进行测定。结果 送粉气种类对熔覆层的形貌和组织有一定影响，而保护气种类对熔覆层的形貌和组织影响不明显。与氩气作为送粉气制备的涂层相比，氦气作为送粉气制备的涂层组织更加细密，Laves相的尺寸更小且分布更均匀，Laves相的体积分数由氩气送粉的9.35%减少到氦气送粉的5.25%，并且Laves相中Nb的质量分数由20%下降到16%，涂层硬度由287HV0.2提高到306HV0.2。双时效热处理后，涂层的显微硬度明显提高，氦气作为送粉气制备的涂层硬度为468HV0.2，高于氩气作为送粉气制备的涂层硬度447HV0.2。结论 氦气作为送粉气能有效降低激光熔覆IN718涂层的Nb元素偏析，同时细化涂层组织，提高涂层显微硬度。氦气作为保护气对涂层形貌和组织的影响不明显。
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  AlMg/Al2O3粉芯丝材电弧喷涂的粒子和涂层特征

  罗兴, 贺定勇, 周正, 王国红, 王曾洁, 吴旭

  表面技术. 2018, 47(7): 191-196. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.027

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  目的 研究AlMg/Al2O3粉芯丝材电弧喷涂的飞行粒子、扁平粒子、涂层结构及涂层抗冲击性能。方法 研制了2种含微米级Al2O3粉料的铝基粉芯丝材，利用扫描电镜对收集到的电弧喷涂过程中形成的飞行粒子、扁平粒子以及喷涂层的微观结构进行表征。采用自制的循环冲击设备测试了涂层的抗冲击性能。结果 AlMg/Al2O3粉芯丝材电弧喷涂过程中形成了含有铝镁、铝镁包覆氧化铝、氧化铝3种不同类型的飞行粒子，添加的Al2O3粒径越小，铝镁包覆氧化铝飞行粒子中的铝镁膜增厚，所包覆的Al2O3颗粒越多。喷涂形成的扁平粒子形状复杂多样，表面不平坦，有溅射现象。制备的涂层结构致密、缺陷少，Al2O3粉料粒径范围为400~500 μm和30~50 μm制备的AlMg/Al2O3涂层表面的Al2O3颗粒平均面积含量分别为5.52%、13.54%，说明添加小粒径Al2O3颗粒的涂层中残留的Al2O3颗粒增多。在500次循环冲击试验下，AlMg涂层和AlMg/Al2O3涂层没有明显的径向、环形裂纹和大面积剥落现象，但存在明显的塑性变形。结论 随着添加的微米级Al2O3颗粒粒径的减小，涂层中Al2O3颗粒的含量增加。制备的AlMg/Al2O3涂层以塑性变形吸收了大部分冲击功，降低了冲击疲劳裂纹产生的可能性，涂层与基体保持良好的结合状态。
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  延时电路在高温湿气环境中的腐蚀行为与机理研究

  魏小琴, 张伦武, 肖勇, 王艳艳, 赵方超, 王峙卫

  表面技术. 2018, 47(7): 197-202. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.028

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  目的 提高延时电路的贮存环境适应性。方法 在80 ℃、90%RH的湿热条件下，开展延时电路实验室加速老化试验，分别在老化0、97、133 d时取样，检测电性能，分析电路外表面腐蚀损伤特征，测试内部缺陷和多余物，检查腔体密封性，定位失效部位，观测内部芯片腐蚀损伤特征，检测腐蚀产物，分析高温湿气对延时电路外引线-玻璃界面密封性失效与可伐合金基体腐蚀的作用机制。结果 湿热老化133 d时，延时电路输出端3无输出波形。随湿热老化时间的延长，外引线-玻璃界面缝隙腐蚀程度逐渐加深，氦漏率单调上升，壳体密封性逐渐降低乃至失效。外界湿气进入延时电路内部，整个老化周期内部芯片无缺陷，但133 d时电路内腔出现多余物，位于第14外引脚引线柱边缘处，也是导通测试定位的失效点。该引线柱的可伐合金基体与其上的镀金层在高温湿气的作用下，由于电位差形成腐蚀电池，可伐合金作为阴极与湿气和氧发生电化学腐蚀，生成腐蚀产物并覆盖于镀金表面，导致第14外引脚与其上的金键合丝之间开路，延时电路失效。结论 降低延时电路贮存环境湿度，同时改进生产工艺，在金属-玻璃封接界面形成一层厚度适当的致密氧化膜过渡层，可延缓湿气进入电路内部。增大可伐合金基体镀金层或镀镍层厚度，可减小基体发生电化学腐蚀几率，提高延时电路贮存环境适应性。
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  含石墨烯纳米片电解液中电流密度对2024铝合金微弧氧化膜性能的影响

  唐誉豪, 向东, 李东豪, 王雷, 王平, 韩培冬

  表面技术. 2018, 47(7): 203-208. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.029

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  目的 研究电流密度对陶瓷膜层厚度、硬度及耐磨、耐腐蚀性能的影响。方法 在含有氢氧化钠和硅酸钠的电解液中添加石墨烯纳米片（GNPs），采用脉冲直流模式实现不同电流密度条件下2024铝合金的微弧氧化（MAO）处理。采用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）对膜层形貌和成分进行了分析，借助电化学极化曲线测试了膜层的耐腐蚀性能，使用X射线衍射仪（XRD）表征了试样的相组成，利用多功能材料表面性能试验机测定了陶瓷膜表面力学性能。结果 电流密度从1 A/dm2增加到5 A/dm2时，含GNPs的陶瓷膜层厚度由4.2 μm增加到5.8 μm，不含GNPs的膜层厚度由2.7 μm增加到4.5 μm。电流密度为1 A/dm2时，含GNPs的膜层硬度达到163 HV，比同电流密度下不含GNPs的膜层硬度提高63%。电流密度为1 A/dm2时，摩擦系数约为0.5；电流密度达到5 A/dm2时，摩擦系数降低为0.3，膜层的耐磨性能提高。电流密度为3 A/dm2时，自腐蚀电位开始逐渐升高，而自腐蚀电流呈下降趋势，生成的陶瓷膜的耐蚀性最好。电流密度对陶瓷膜成分的影响不明显。结论 试样致密层的摩擦系数随电流密度的增大而显著降低，耐磨性能提高。提高电流密度可有效减少膜层上放电孔洞的数量和尺寸，改善膜层的耐蚀性，电流密度达到3 A/dm2时，膜层的耐蚀性能最佳。引入GNPs可提高膜层的厚度、硬度、耐磨性能、耐腐蚀性能。
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  镁合金电化学转化膜的组成及反应机理

  刘志江, 朱卫国

  表面技术. 2018, 47(7): 209-213. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.030

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  目的 更好地开展镁合金防腐蚀研究，提高其耐蚀性。方法 利用电化学法制备镁合金磷化膜，通过单因素条件实验研究电流密度、温度以及时间对反应过程的影响，得出制备最佳方案。通过X荧光光谱仪（EDX）、X射线衍射仪（XRD）及电化学测试等现代检测技术对镁合金电化学膜微观结构、沉积速率等进行测试，得出制备的转化膜组成成分的定性及半定量分析结果，以此推断镁合金电化学转化膜的生成机理。结果 电化学法制备镁合金磷化膜的最佳工艺条件为：电流密度0.5 A/dm2，温度30 ℃，反应时间5 min。EDX分析结果显示，磷化膜主要成分为Mg、P、Zn，其质量分数分别为11.017%、2.105%、28.534%。 结论 电化学转化膜的主要化学成分为Mg、P、Zn，还有少量其他成分，如Al、S、Ca、Mn、Ni、Cu。腐蚀机理复杂，不确定性较大。镁合金磷化膜主要由结晶型磷化锌、磷化铝、锌镁金属磷化夹杂物和单质Zn组成，并且还有少量的其他化合物。
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  C19H42NBr对电合成氧化钴/聚苯胺复合膜腐蚀性能的影响

  郝建军, 牟世辉

  表面技术. 2018, 47(7): 214-218. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.031

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  目的 研究电化学合成氧化钴/聚苯胺复合膜时，添加剂十六烷基三甲基溴化铵（C19H42NBr）的含量对氧化钴/聚苯胺复合膜微观形貌及耐腐蚀性能的影响。方法 在硫酸钴-硫酸混合液与苯胺-硫酸混合液按照体积比1∶1配制的电解液中，采用恒电位法合成氧化钴/聚苯胺复合膜，添加不同量的C19H42NBr，获得不同耐蚀性的氧化钴/聚苯胺复合膜。采用电化学测试技术，结合扫描电镜、X射线衍射仪和加速腐蚀试验等方法对膜层的耐腐蚀性能进行分析。结果 恒电位法合成的氧化钴/聚苯胺复合膜中，氧化钴以晶体形式存在。随着C19H42NBr添加量的增加，膜层的微观形貌由不致密、不规则的片状形貌逐渐变为均匀、致密、规则的片状形貌，再变为带有裂纹的整体片状形貌。未添加C19H42NBr得到的氧化钴/聚苯胺复合膜的自腐蚀电流密度为4.742×10?6 A/cm2，自腐蚀电位为?0.46 V。添加0.3 g/L的C19H42NBr后，试样的自腐蚀电流密度为2.622×10?7 A/cm2，自腐蚀电位为?0.069 V，10%HCl点滴腐蚀时间达483 s，中性盐雾实验56 h未见锈蚀。随着C19H42NBr添加量的增加，试样耐蚀性先提高后降低。结论 C19H42NBr的加入对电化学合成氧化钴/聚苯胺复合膜的作用明显，对复合膜的微观形貌及耐蚀性有很大的影响。
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  三种喹啉类衍生物的毒性预测及其对碳钢的缓蚀作用

  周堃, 江露, 向斌

  表面技术. 2018, 47(7): 219-224. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.032

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  目的 探究喹啉、5-苯并喹啉和8-羟基-5-苯并喹啉的健康毒性和生态毒性，以及这三种喹啉类衍生物对碳钢在1 mol/L HCl溶液中的防腐性能。方法 采用毒性预测软件T.E.S.T对这三种物质进行毒性预测，筛选出环境友好型缓蚀剂。通过动电位极化曲线方法测定室温下喹啉、5-苯并喹啉和8-羟基-5-苯并喹啉对碳钢的缓蚀性能并比较缓蚀效果。根据吸附等温模型对缓蚀机理进行初步探讨。结果 毒性计算表明，5-苯并喹啉没有致畸变性（Ames试验）和发育毒性，小鼠经口毒性LD50在第五级。8-羟基-5-苯并喹啉有致畸变性但无发育毒性，而喹啉存在致畸变性和发育毒性。通过动电位极化曲线测试发现，5-苯并喹啉和8-羟基-5-苯并喹啉对碳钢在1 mol/L HCl溶液中具有优异的缓蚀性能（在1 mmol/L浓度下，ηp(5-苯并喹啉)=94.74%，ηp(8-羟基-5-苯并喹啉)=98.06%）。喹啉的缓蚀效果在1 mmol/L处接近饱和，缓蚀效率仅为85%左右。从自腐蚀电位的移动判断，三种缓蚀剂均属于混合型缓蚀剂。吸附行为研究表明，喹啉、5-苯并喹啉和8-羟基-5-苯并喹啉在碳钢表面的吸附均符合Langmuir吸附，且为物理化学混合吸附。结论 5-苯并喹啉是一种环境友好型缓蚀剂。5-苯并喹啉和8-羟基-5-苯并喹啉对碳钢在1 mol/L HCl溶液中的抗腐蚀性能明显优于喹啉，这是由于苄基和羟基使得缓蚀剂分子在金属表面的化学吸附更加稳定，形成了致密的保护膜，有效减小了碳钢的腐蚀。
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  保护气对SUS304 MAG焊接头耐蚀性能的影响

  刘志平, 鲁二敬, 张艳辉, 郝晓卫, 马福强, 沈长斌

  表面技术. 2018, 47(7): 225-229. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.033

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  目的 研究熔化极活性气体保护电弧（MAG）焊的保护气体成分对SUS304焊接接头耐晶间腐蚀性能及耐电化学点蚀性能的影响。方法 通过不锈钢硫酸-硫酸铁晶间腐蚀试验方法（GB/T 4334.2—2000）、不锈钢点蚀电位测量方法（GB/T 17899—1999），对97%Ar+3%O2和95%Ar+5%CO2两种保护气体下的SUS304 MAG焊接接头的耐腐蚀性能进行了研究。结果 97%Ar+3%O2保护气体下的SUS304 MAG焊试件焊缝处的平均腐蚀率为2.78 g/(m2?h)；95%Ar+5%CO2保护气体下的试件焊缝处的平均腐蚀率为2.50 g/(m2?h)。由SEM扫描结果可知，在焊接热影响区，敏化区以保护气体为95%Ar+5%CO2的试样晶界腐蚀更严重，而非敏化区（焊缝与敏化区之间）和焊缝区以保护气体为97%Ar+3%O2的试样腐蚀较严重。采用97%Ar+3%O2保护气体的MAG焊试样热影响区和焊缝的E?b100分别为0.208 V和0.144 V；采用95%Ar+5%CO2保护气体的试样热影响区和焊缝的E?b100分别为0.199 V和0.155 V。保护气体为95%Ar+5%CO2的MAG焊焊缝试样的耐点蚀能力略好，保护气体为97%Ar+3%O2的热影响区试样的耐点蚀能力略好。结论 两种保护气体下MAG焊的接头的耐点蚀性能相差不大，95%Ar+5%CO2保护气体下MAG焊的接头的耐腐蚀性更好。
膜层材料与技术
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  三氯化铝/盐酸三甲胺离子液体中电沉积制备Al-Ni合金镀层

  侯媛媛, 李瑞乾, 梁军, 苏培博, 鞠鹏飞

  表面技术. 2018, 47(7): 230-235. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.034

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  目的 研究离子液体中Ni2+浓度对Al-Ni合金镀层结构和成分的影响，同时考察电流密度对镀层表面形貌和织构的影响。方法 采用脉冲电流法，在含有不同浓度氯化镍的无水三氯化铝/盐酸三甲胺离子液体中，于不同电流密度下电沉积制备Al-Ni合金镀层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射技术和能谱分析仪探究离子液体中Ni2+的浓度对Al-Ni合金镀层结构和成分的影响，考察电流密度对镀层表面形貌和织构的影响。结果 随着离子液体中Ni2+浓度的增加，镀层中镍的含量增多，表面胞状颗粒逐渐变小，表面趋于均匀，当Ni2+的浓度为0.2 mol/L时，形成铝镍金属间化合物。另外，随着电流密度的增加，镀层表面形貌由针状晶体变为棒状颗粒，并且颗粒逐渐增大。结论 离子液体中Ni2+的浓度和电流密度对Al-Ni合金镀层表面形貌、结构和成分有一定的影响。当溶液中Ni2+的浓度为0.2 mol/L、电流密度为6 mA/cm2时，电沉积4 h可制备得到厚度为10 μm、由3 μm大小晶粒组成、含有铝镍金属间化合物的合金镀层。
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  ZL101表面电火花沉积Zr基非晶涂层的组织结构

  何艳玲, 王彦芳, 司爽爽, 宋增金, 孙旭, 石志强

  表面技术. 2018, 47(7): 236-240. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.035

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  目的 提高铝合金材料的表面性能，开拓非晶涂层的应用。方法 以直径为2 mm的Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金棒为电极，采用电火花沉积技术在氩气保护下沉积两遍，在ZL101A铝合金表面制备非晶沉积层。通过X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和共聚焦显微镜等，分析研究了沉积层的相组成、表面形貌、组织结构、微区成分和界面特性。结果 沉积层表面呈银灰色橘皮状，表面较致密、均匀，为典型的“火山坑”和“溅射状”花样形貌。涂层表面凸凹不平，表面粗糙度均方根偏差Rq约为3 μm，沉积层厚度约为40 μm，主要由非晶、ZrO2、Cu8Zr3和ZL101基体Al(Si)相等组成，非晶以团块状或条状分布在晶体相之间。结论 由于元素互扩散，非晶涂层与基材在界面处形成了3~4 μm厚的过渡层，且呈良好的冶金结合。
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  光纤光栅表面化学镀镍及影响镀层性能的因素

  朱月红, 文继华

  表面技术. 2018, 47(7): 241-245. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.036

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  目的 通过优化化学镀工艺，在光纤光栅表面获得综合性能优良的镀镍层。方法 利用化学镀置换还原反应，在非金属表面沉积金属镀层。改变镀镍液温度、pH值并优化敏化活化处理，得到连续光滑的镍层。通过金相显微镜对镀层进行形貌观测，用高低温交变试验箱和万能试验机对镀层附着力和镀镍后光纤光栅的抗拉力进行测试。结果 与未优化时沉积镍层对比，优化化学镀工艺沉积的镍层连续光滑，说明镀液稳定干净，镍原子沉积速率合理。优化条件为：过滤敏化液和活化液，并在敏化、活化后各进行超声清洗30 s，镀镍液温度92 ℃，pH值3.2。该条件下可得到稳定干净的镀液和连续光滑的镀层。经测试，镀层无开裂脱落，镀镍光纤光栅的抗拉力在5.5 N以上。而未优化时，镀液不稳定，镀层不连续或连续部分不光滑，且超声清洗时部分脱落。结论 优化化学镀工艺中敏化活化处理和镀镍液温度、pH值后，镀液干净稳定，镍原子沉积速率合理，所得镀层连续致密、厚度均匀，从而力学性能得到改善。
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  电弧离子沉积钽膜及微结构研究

  陈大军, 李忠盛, 吴护林, 陈汉宾, 丛大龙, 何庆兵

  表面技术. 2018, 47(7): 246-251. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.037

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  目的 研究电弧离子沉积钽膜的沉积工艺及微观结构，分析钽膜生长机理。方法 采用电弧离子沉积法在石墨基体上沉积钽膜，研究了沉积工艺（如弧电流、负偏压等参数）对钽膜的物相组成、沉积速率、表面形貌的影响。结果 电弧离子沉积钽膜的物相由α-Ta相和极少量β-Ta相组成。弧电流、负偏压、靶间距等沉积参数对钽膜厚度、沉积速率和膜-基结合力的影响很大，在弧电流为220 A、负偏压为300 V、靶间距为200 mm时，钽膜沉积速率为0.1 μm/min，沉积速率适宜，膜-基结合力达到69 N，结合力高。钽膜厚度均匀，在靠近基体侧形成了晶粒细小、组织致密的过渡层，厚度约0.6~0.9 μm，其余为细小柱状晶结构。钽膜表面颗粒尺寸随负偏压的升高而减小，负偏压为300 V时，颗粒尺寸细小均匀（仅3~5 μm），钽膜表面无细小孔隙和裂纹。结论 电弧离子沉积法可以在石墨基体上沉积出组织致密、厚度均匀且膜-基结合力高的钽膜。沉积初期主要通过沉积、移动、扩散等过程形成稳定核，随着沉积时间的延长，稳定核逐渐长大成岛，并在三维方向以岛状生长形成连续膜，为典型岛状生长模式。
表面质量控制及检测
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  基于单转盘变曲率沟槽研磨方法的球体加工试验研究

  郭伟刚, 袁巨龙, 项震, 周芬芬, 吕冰海, 赵萍

  表面技术. 2018, 47(7): 252-258. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.038

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  目的 针对传统V形槽研磨方球体时自转角恒定、加工轨迹不能均匀包络整个球面而影响产品一致性的问题，提出一种单转盘变曲率沟槽球体研磨加工方法，使球体运动状态随沟槽曲率的变化而变化。 方法 基于纯滚动假设条件，通过几何运动学分析建立自转角与运动轨迹的关系模型，并自主研发了变曲率沟槽循环研磨机床，在该平台上对G16级GCr15钢球进行加工试验，改变研磨液、载荷、转速与研磨盘等工艺参数，经过粗磨、精磨和抛光三道工序，以球体圆度、粗糙度与批内一致性测量结果为指标，对单转盘变曲率沟槽的研磨效果进行评价。结果 仿真结果表明，通过优化变曲率轨迹参数能实现球体表面加工轨迹的均匀全包络，轨迹均匀性标准差SD达到0.1986。球体抛光后，圆度均值为0.095 μm，表面粗糙度均值为0.011 μm，一致性达到了0.17 μm，加工精度达到G5级球要求。结论 沟槽滚道曲率的变化可使球体自转角在0?~90?之间持续变化，改变球体的运动姿态，获得全包络研磨轨迹，进而实现球体高效高一致性的加工，具有较强的工程应用价值。
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  非下采样Contourlet变换在带钢表面缺陷图像去噪中的应用研究

  杨建新, 王中叶

  表面技术. 2018, 47(7): 259-264. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.039

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  目的 对带钢表面图像中的噪声进行有效滤除，以获取较清晰的带钢表面图像，为通过带钢表面图像检测带钢表面缺陷提供良好的源图。方法 利用非下采样 变换具有精细分解的特性，对获取到的带钢表面图像进行尺度分解，获取图像的高、低频系数。在最大后验概率框架的基础上，以噪声图像系数的方差为判断条件，构建了自适应去噪模型，对带钢图像进行前级去噪。为了进一步去除带钢表面图像中的噪声，利用非局部均值方法对前级去噪后的带钢表面图像进行处理，以达到对带钢表面图像中的噪声进行有效滤除。结果 仿真实验结果显示，与对照组方法相比，采用所设计方法去噪后的带钢表面图像不存在阶梯效应等不足，具有更高的峰值信噪比及结构相似度。结论 本文所提方法能有效去除带钢表面图像中夹杂的噪声，可获取较清晰的带钢表面图像。
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  超声振动辅助缓进给磨削温度场仿真与试验分析

  李厦, 王锴霖

  表面技术. 2018, 47(7): 265-269. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.07.040

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  目的 通过对比研究磨削过程中超声振动辅助缓进给磨削工件表面的温度变化，验证超声振动对磨削热的影响，为进一步研究磨削机理提供依据。方法 基于磨削温度场解析模型，建立了磨削热源平均强度。运用ANSYS软件热分析模块分别对普通缓进给磨削和超声辅助缓进给磨削进行了工件表面温度场仿真，得到了不同载荷步的温度场分布以及工件表面的温度时间变化曲线，较准确地反映了磨削工件时工件表面的温度变化。结果 试验和模拟表明，缓进给磨削工件时，工件表面温度较高，对工件施加超声振动后，能够有效降低磨削力，减少磨削过程中产生的热量，降低工件表面温度20%左右。结论 超声振动辅助磨削工件时，由于工件高频振动导致磨粒与工件间断性接触，使磨削过程变为有规律的脉冲状断续磨削，有利于工件散热，降低了磨削温度，为避免缓进给磨削时容易出现的磨削烧伤现象提供了技术支持。