2018年, 第47卷, 第8期　
刊出日期：2018-08-20

  

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专题——2017年国家自然科学基金研究进展
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  纳米孪晶强化贝氏体化涂层及其耐磨性

  周野飞, 王少峰, 邢晓磊, 杨庆祥

  表面技术. 2018, 47(8): 1-7. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.001

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  目的 通过诱发纳米孪晶强化贝氏体化涂层强度及耐磨性。方法 在 250 ℃对中碳合金钢进行激光熔覆，并进行等温处理。通过残余应力测试、X 射线衍射试验、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察、显微硬度和纳米压痕测试、往复磨损试验及磨损形貌表征，分别评价激光熔覆涂层的残余应力、物相、显微组织与结构、硬度梯度及微观硬度\耐磨性能。结果 激光熔覆涂层平行和垂直激光移动方向的平均应力值分别为(209±20) MPa和(319±21) MPa。激光熔覆引入大量位错结构，使残余奥氏体尺寸降低至(37.5±2.5) nm。两组试样均为无碳化物贝氏体组织，其显微组织由针状的贝氏体铁素体以及残余奥氏体组成。在激光热作用及后续等温过程中，显微组织明显细化，并伴随生成大量塑性良好的纳米孪晶结构。激光熔覆涂层的平均显微硬度为 650HV，较基体的平均硬度提升了约 25%。相同磨损时间下，熔覆层的磨损体积为 0.675 mm3， 基体的磨损体积为 1.142 mm3，纳米孪晶结构的形成大大提升了中碳合金钢的抗粘着磨损性能。结论 在特定温度对中碳合金钢进行激光熔覆可以制备贝氏体化涂层，在热应力作用下，显微组织中形成的纳米孪晶结构能够对涂层增强增韧，同时提高其抗粘着磨损性能。
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  高速列车车轮多边形磨耗的形成机理及影响因素探究

  赵晓男, 陈光雄, 崔晓璐, 吕金洲, 张胜, 朱琪

  表面技术. 2018, 47(8): 8-13. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.002

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  目的 研究高速列车车轮多边形磨耗的形成机理以及轮轨系统结构参数对车轮多边形磨耗的影响。 方法 基于轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致车轮多边形磨耗的理论，建立了包含车轮、钢轨、轨枕和道床的实体模型，然后导入到有限元软件 ABAQUS 中，钢轨和轨枕之间采用点对点的无质量弹簧阻尼单元组进行模拟，轨枕和道床之间采用绑定约束连接，道床底部支撑采用点对地的无质量弹簧阻尼单元组。采用复特征值方法研究高速线路上发生制动滑动时轮轨系统的运动稳定性。结果 在饱和蠕滑力的作用下，高速线路轮轨系统产生的不稳定振动频率为 f=495.01 Hz，列车轮对容易产生 18 阶多边形磨耗。在一定范围内，扣件的垂向刚度对抑制车轮多边形磨耗影响较小，适当提高扣件的垂向阻尼，可以有效抑制轮轨系统的摩擦自激振动，从而达到抑制车轮多边形磨耗的目的。不同偏心形式对轮轨系统不稳定振动几乎没有影响。结论 在高速线路上，列车制动滑动容易引起车轮多边形磨耗，适当提高钢轨扣件的垂向阻尼，可有效抑制车轮多边形磨耗。
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  仿生表面织构研究进展及其在油气装备领域的应用前景

  王国荣, 廖代胜, 江士凯, 何霞, 廖文玲, 钟林, 蒋龙, 杨昌海

  表面技术. 2018, 47(8): 14-22. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.003

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  机械系统中，摩擦磨损不仅消耗大量的能源，且是导致设备磨损和提前失效的主要因素之一。作为摩擦学的一个重要分支，仿生表面织构已被证实是改善润滑及摩擦性能的有效手段。基于国内外表面织构润滑减磨的理论研究，概述了流体动压润滑理论的发展历程，对比分析了 Reynolds 方程和 N-S 方程的优缺点，介绍了几种润滑理论研究常用的数值求解方法，包括有限差分法、有限元法、有限体积法等，探讨了 Reynolds 方程的适用性范围和流体控制方程的选择，同时，综述了混合润滑理论的研究进展。此外，从国内外表面织构润滑减磨的试验研究着手，总结了当前的研究成果及其存在的不足。在此基础上，阐述了开展针对实际工况的表面织构参数优化设计研究的必要性，并结合特殊工况下油气装备的摩擦磨损机理，表明了表面织构化对油气装备的重大意义，论述了仿生表面织构技术提高油气装备润滑及摩擦学性能的可行性及其在油气装备领域的应用前景。最后指出了仿生表面织构未来发展的方向。
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  防 CMAS 腐蚀热障涂层开裂的研究现状

  王卫泽, 方焕杰, 黄继波

  表面技术. 2018, 47(8): 23-29. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.004

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  针对热障涂层在服役过程中受 CMAS (CaO-MgO-Al2O3-SiO2)腐蚀而造成的表层剥落及层间易开裂问题，探讨总结了 CMAS 对于热障涂层的腐蚀机理，指出目前所用方法存在的不足，因此急需研究抗 CMAS 腐蚀的新材料系统和相关工艺。开裂失效是热障涂层主要的失效形式，通过降低氧化层的氧化速度和增加陶瓷层的韧性，能有效延长涂层的使用寿命。基于对涂层结构复杂性的分析，可知涂层需从宏观、细观、微观三个角度进行表述，因此合理运用跨尺度理论对于分析涂层结构等问题有着较为重要的意义。为此提出开发防 CMAS 渗入的细观增韧的热障涂层，并进一步从跨尺度角度进行开裂分析。研究结果对于丰富涂层增韧途径、增强抗腐蚀性能，保障热障涂层乃至航空发动机的安全平稳运行具有重要的理论意义和工程应用价值。
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  一种高速列车制动盘高熵合金耐磨层组织和性能的研究

  曹振飞, 齐海波, 林齐, 包大志, 门晓玲, 王健宇

  表面技术. 2018, 47(8): 30-35. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.005

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  目的 对磨损后的高速列车制动盘进行修复，以降低列车运营成本。方法 采用机械自混粉末，利用激光熔覆工艺制备 CrMnFeCoNi 高熵合金熔覆层对制动盘进行修复，对熔覆层组织、组成相、耐磨性和耐腐蚀性进行研究。结果 最佳实验工艺为：激光功率 1000 W，扫描速度 5 mm/s，送粉电压 7.5 V，对应单道宽度 2.42 mm，高度 0.44 mm，搭接率 50%。激光熔覆过程中存在烧损，造成粉末成分不是等摩尔原子比，最终熔覆层组成相为 BCC 和 FCC 两相。熔覆层铸造组织较均匀，生长方向趋于一致，存在一定数量的非晶和纳米级组织。CrMnFeCoNi 高熵合金熔覆层可降低材料磨损量，摩擦系数为 0.3655，更耐磨；腐蚀电流密度为 1.24×10?5 A/cm2，腐蚀速率为 0.146 475 mm/a。结论 通过激光熔覆工艺制备的高速列车制动盘高熵合金修复层，其耐磨性、耐腐蚀性均优于基体，延长了磨损后制动盘的使用寿命，满足制动盘使用要求。
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  AZ81 镁合金表面固态扩渗 Al、Zn 渗层形成机理

  刘纹序, 李秀兰, 周新军

  表面技术. 2018, 47(8): 36-41. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.006

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  目的 通过表面固态扩渗合金化技术获得金属扩渗涂层，研究扩渗涂层的形成机理。方法 在 390 ℃ 对 AZ81 镁合金表面固态扩渗 Al 和 Zn，通过 X 射线衍射仪和光学显微镜，对扩渗合金层的物相结构和形貌进行分析，通过建立扩渗过程模型研究其扩渗形成机理。结果 扩渗时间为 4~8 h 时，合金扩渗层中除了 AZ81 镁合金的原始相?-Mg+Mg17Al12 外，还会发生 Mg0.97Zn0.03→Mg7Zn3+Mg2Zn3+Mg2Zn11+AlMg2Zn→ Mg32(Al,Zn)49+AlMg4Zn11+AlMg2Zn 等变化。Al 和 Zn 初始阶段在 AZ81 镁合金表面的扩渗机理为空位扩散， Al 和 Zn 固溶于镁合金基体表面，Zn 原子首先达到最大固溶度，Mg 和 Zn 反应生成化合物。但在 390 ℃下 扩渗，Mg 和 Zn 的化合物不稳定，会发生分解，形成更稳定的 Mg-Al-Zn 化合物。Mg-Zn 化合物出现后，渗层的形成机理表现为空位扩散+反应扩散+熔化分解，Mg-Zn 化合物的熔化分解加速了扩散和反应扩散的进程。结论 AZ81 镁合金表面固态扩渗金属 Al 和 Zn，在同一扩渗温度下，随扩渗时间的延长，渗层的厚度、相组成、大小、形貌逐渐发生变化，扩渗合金层的主要形成机理由物理扩散转变为反应扩散。
表面强化及功能化
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  高频机械冲击处理的焊接接头疲劳强度评定

  曾文杰, 胡振东, 高玉魁

  表面技术. 2018, 47(8): 42-50. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.007

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  目的 研究结构应力法和缺口应力法评估经高频机械冲击处理的高强度钢焊接接头疲劳强度。方法 在名义应力法相关的研究基础上，采用结构应力法和缺口应力法，分析四种常见焊接接头经高频机械冲击焊后处理的疲劳测试数据，通过统计分析得出各评估应力系统下合适的特征强度 FAT 值。将统计结果分别与各种焊接接头的疲劳测试数据对比，分析其 FAT 值的适用性。结果 分别在结构应力系统和缺口应力系统下导出了特征疲劳强度推荐 FAT 值。它们采用随材料屈服强度变化的 FAT 等级和 m=5 的 S-N 斜率指数，且与各种接头的疲劳数据符合较好。结论 经高频机械冲击处理后，钢材的焊接接头疲劳强度对材料屈服强度有明显的统计差异，需要采用随材料屈服强度变化的 FAT 等级。采用文中分析得出的结果，可以在不失安全的情况下，充分利用高强度钢材经高频机械冲击焊后处理的优异特性。
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  高透光氧化硅涂层的低温制备及微观结构调整

  张栋, 陈仁德, 智理, 柯培玲, 汪爱英

  表面技术. 2018, 47(8): 51-57. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.008

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  目的 提供一种在真空装饰领域能够广泛应用的具有防护、功能性的氧化硅涂层制备方法，为具体应用中涂层工艺参数的选择提供指导。方法 采用 PECVD 技术，通过改变 O2与 HMDSO 配比，低温制备具有不同微结构的氧化硅涂层。采用扫描电镜观察涂层的表截面微观形貌，采用 X 射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、X 射线光电子能谱仪、激光共聚焦拉曼光谱仪分析涂层的微结构及成分，采用紫外分光光度计表征涂层透光性，采用纳米压痕仪表征涂层的力学性能，采用接触角仪表征涂层的表面润湿性。结果 所制备的氧化硅涂层表面光滑，结构致密。随反应气体中 O2配比的增加，涂层结构由 SiO 逐渐过渡为 SiO2，并掺杂有少量非晶碳，其光学透过率增加，力学性能下降，亲水性增加。当碳含量最低时，涂层具有最优异的透光性及最好的亲水性，在全可见光波段范围内透过率接近 100%，与水接触角为 45.38°；当碳含量最高时，涂层具有最优异的力学性能，硬度为 13.5 GPa，H/E 为 0.11。结论 采用 PECVD 方法能够在低温下获得光学透明、具有一定硬度、表面易清洁的氧化硅涂层，通过气体控制能够对涂层微结构及性能进行调节，从而适用于不同需求的功能装饰。
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  ZnO 的电化学制备及银修饰对其光催化的影响

  魏守强, 张瑜, 赵佳新, 戴诗行, 孙劲松, 邵忠财

  表面技术. 2018, 47(8): 58-63. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.009

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  目的 优化 ZnO 电化学制备工艺，使用银修饰提高薄膜的光催化性能。方法 采用单因素实验，对薄膜的活性和稳定性进行评价，研究电化学和光催化沉积银的氧化锌薄膜的光催化活性和稳定性，研究空穴剂、光催化时间、硝酸银的浓度对氧化锌薄膜的影响。使用扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射仪（XRD）对膜层进行表征。结果 电流密度为 3.33 mA/cm2，电解 10 min 时，制备的纯氧化锌薄膜金橙 II 脱色率最好，且脱色时间与脱色率成正相关。电化学沉积银的薄膜有严重的脱落现象，误差较大。加入 0.05 mol/mL 的硝酸银，光催化 10 min 的光催化沉积氧化锌薄膜的稳定性、去除率较好，脱色率最小。选取的空穴清除剂中，加入 0.05 mol/mL 乙醇时，薄膜没有脱落现象，脱色率较低。光催化沉积银的氧化锌薄膜在 2θ=30.92°和 26.3°处有 ZnO 的最强峰，在 2θ=37.9°处有 Ag 的最强峰。结论 电流强度为 20 mA，电解时间为 10 min，硝酸锌浓度为 0.5 mol/mL，硝酸银浓度为 0.05 mol/mL，空穴清除剂乙醇浓度为 0.05 mol/mL，光催化时间为 10 min 时，制备的薄膜最适宜。经过银修饰的氧化锌薄膜明显比纯氧化锌薄膜光催化效果好。在制备银修饰氧化锌薄膜时加入空穴清除剂，其光催化效果明显又比不加空穴清除剂的光催化效果好。
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  负向电流对钛合金微弧氧化形成生物陶瓷膜的影响

  康佳, 王帅星, 邵志松, 刘小辉, 赵晴, 马刚, 杜楠

  表面技术. 2018, 47(8): 64-70. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.010

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  目的 研究负向电流密度对 TC4 钛合金在含 Ca-、P-的电解液体系中微弧氧化形成生物陶瓷膜的影响，为钛合金微弧氧化生物学改性提供参考。方法 采用交流脉冲微弧氧化技术在 TC4 合金表面制备生物陶瓷膜，通过 SEM、EDS、XRD、EIS 观察分析不同负向电流密度下微弧氧化膜的生长过程、膜层结构及化学组成，利用划痕实验表征了负向电流密度对膜/基结合强度的影响。结果 钛合金在含 Ca-、P-的电解液体系中微弧氧化时，陶瓷膜均由金红石 TiO2、锐钛矿 TiO2及少量的钙磷非晶态化合物组成，但随着负向电流密度的增加，膜层中 Ca、P 含量小幅提高，锐钛矿 TiO2 的占比逐渐减少，Ca/P 摩尔比则始终保持在 1.67 左右。负向电流的加入虽然会使膜层生长速率下降，但膜层表面的微裂纹明显减少，膜层与基体之间的结合强度有所提高。加入 3 A/dm2负向电流后，氧化膜开裂的临界载荷（Lc）由未加负向电流时的（15.1±0.5）N 增加至（19.9±0.5）N。结论 加入负向电流，可以提高膜/基界面结合强度，减少氧化膜中的裂纹缺陷，理论上更利于保证钛合金植入体与骨骼粘结成功。
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  超疏水泡沫铜的制备及油水分离应用研究

  曹琨, 胡玲寓, 刘春淼, 刘欣岚, 杨燕秋

  表面技术. 2018, 47(8): 71-76. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.011

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  目的 对泡沫铜进行超疏水改性，用于油水混合物的分离。方法 以泡沫铜为基底，通过沉积法构筑花簇状 ZnO 晶体微纳米尺度的粗糙结构表面，并用十八烷基三乙氧基硅烷进行修饰，制备具有超疏水性能的泡沫铜。利用扫描电子显微镜、X 射线衍射仪、接触角测定仪表征超疏水泡沫铜的表面形貌、化学组成以及浸润性能，同时研究了其在油水分离中的应用效果。结果 所制备的泡沫铜具有超疏水表面，接触角为 150，对不同油水混合物的分离效率达到 95%以上，且具有良好的耐机械摩擦性。通过调节油水混合物酸碱性，超疏水泡沫铜对酸性和碱性油水混合物分离效率略有降低，经过 30 次连续分离，分离效率无明显降低， 接触角仍保持在 130以上，具有良好的耐久性。结论 通过原位沉积法在泡沫铜表面制备出 ZnO 晶体，并利用低表面能硅烷进行修饰，所得超疏水泡沫铜能够有效地分离不同种类的油水混合物，经历循环分离，效率无明显降低，对于油水混合物的大规模分离具有潜在的应用价值。
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  激光熔覆 NJ-4 镍基合金涂层显微硬度的探究

  李金华, 李高松, 张德强, 陈翔

  表面技术. 2018, 47(8): 77-83. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.012

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  目的 探究晶体尺寸、组织结构和过冷度对 NJ-4 镍基合金涂层显微硬度的影响规律，找出一定组织结构和晶体尺寸下的最佳显微硬度。方法 采用正交实验对基体进行激光熔覆，然后分析组织结构、晶体尺寸和过冷度对合金涂层硬度的影响。结果 不同组织结构的 NJ-4 镍基合金涂层显微硬度有很大差异。从熔覆层的上表面到下表面依次为树枝晶、等轴晶、胞状枝晶、等轴晶、树枝晶、板条状马氏体。晶体结构依次变化时，显微硬度先增大、后减小、再增大，在熔覆层上部的等轴晶处的显微硬度最大。此外显微硬度还受到晶体尺寸和过冷度的影响。激光为熔池凝固提供特殊的冷却环境，抑制了凝固过程中杂质的析出，降低了缺陷的产生概率，提高了熔覆层硬度。激光熔覆层产生的板条状马氏体镶嵌在基体和熔覆层之间，提高了冶金结合强度，测量发现熔覆层的显微硬度是基体的 2.5 倍以上。结论 熔覆层的显微硬度最终由组织结构、晶体尺寸和过冷度决定。
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  轴孔超声冲击强化及有限元模拟研究

  唐亮, 刘忠伟, 王文健, 颜力, 朱有利

  表面技术. 2018, 47(8): 84-89. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.013

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  目的 提高渗碳淬火轴使用寿命。方法 针对渗碳淬火轴关键部位孔口，采用超声冲击处理工艺对其进行表面强化处理，利用电子显微镜、硬度计结合有限元模拟对处理后的微观组织、硬度、残余应力等进行分析。结果 在孔口处理区，材料产生了明显的加工硬化，形成了梯度硬化层，硬化层厚度达到 80 μm，表层硬度约 60HRC。对超声冲击孔孔口部分的表面残余应力值进行测量，最小残余应力值为 374 MPa, 最大残余应力值为?530 MPa，采用上述超声冲击处理后，样品的残余应力平均值在?450 MPa。利用有限元模拟了孔口附近沿轴向深度的残余应力分布，其残余压应力层深约 1.4 mm，最大残余应力?891 MPa，疲劳危险点处的残余应力平均值约?760 MPa。轴孔边缘第三主应力基本上沿轴线方向。结论 通过超声冲击处理工艺对渗碳淬火轴孔口进行处理后，在孔角处形成硬化层，同时产生残余压应力，上述处理后可有效降低工作应力造成的疲劳载荷幅。
表面摩擦磨损与润滑
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  斜撑式超越离合器用 Cr7C3涂层和 GCr15 基体的磨损行为研究

  雷美娟, 田凌, 石金大, 刘钡钡

  表面技术. 2018, 47(8): 90-97. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.014

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  目的 研究斜撑式超越离合器用 Cr7C3涂层和 GCr15 基体与合金钢 9310 对磨时的摩擦性能和磨损机理。方法 在 GCr15 基体上利用化学气相沉积技术制备 Cr7C3涂层样件。利用带有能谱分析仪的扫描电镜、X 射线衍射仪和纳米压痕仪分析测量涂层的厚度和物相组成以及有无 Cr7C3 涂层时样件的显微硬度。利用球盘接触式 SRV-4 高温摩擦磨损试验机考察 Cr7C3涂层和 GCr15 基体的摩擦磨损性能。采用三维白光干涉形貌仪和扫描电镜系统地分析材料的磨痕情况。结果 Cr7C3涂层厚度约为 4~6 μm，主要包含 Cr7C3和(Cr,Fe)7C3 两种相。涂层的平均显微硬度为 22.709 GPa，约为 GCr15 基体（11.198 GPa）的 2 倍。在试验参数下，Cr7C3 涂层的摩擦系数为 0.18~0.24，GCr15 基体的摩擦系数为 0.15~0.20。当滑动速度为 60 mm/s，法向载荷为 20 N~60 N 时，GCr15 的磨损率约是 Cr7C3涂层的 4~6 倍；当滑动速度为 100 mm/s 时，GCr15 基体的磨损率约是 Cr7C3涂层的 7~11 倍。当滑动速度为 100 mm/s，法向载荷为 60 N 时，GCr15 基体的磨损机理为典型的犁沟磨损。Cr7C3涂层主要为犁沟磨损和一定的疲劳磨损。结论 Cr7C3涂层具有较高的硬度和良好的耐磨性，有助于改善基体的耐磨性能和斜撑式超越离合器的使用性能。
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  含氮硼酸酯对轧制铝板摩擦学性能及表面质量的影响

  赵永涛, 孙建林, 王成龙, 张红松

  表面技术. 2018, 47(8): 98-104. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.015

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  目的 探讨含氮硼酸脂的摩擦学性能及轧制润滑性能。方法 合成一种新型含氮硼酸酯挤压抗磨添加剂（NB）。将合成的含氮硼酸酯分别和磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯进行复配后加入铝材轧制基础油中，配制成多种铝材轧制润滑油。利用四球摩擦磨损试验机考察多种铝材轧制润滑油摩擦学性能，利用轧制实验考察其轧制润滑性能，利用扫描电子显微镜观察轧后表面形貌。对多组样品的磨斑直径、摩擦系数、最大无卡咬负荷、轧制压力、轧制摩擦系数、最小可轧厚度和轧后表面质量进行对比，探究含氮硼酸酯复配比例对铝材轧制润滑油摩擦学性能和轧制润滑性能的影响。结果 当含氮硼酸酯和磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯的复配系数为0.5和0.25时，样品的摩擦系数分别降低了35.2%和18.4%，磨斑直径分别降低了48.4%和19%，表现出比单体添加剂更好的抗磨减摩效果。轧制实验也表明，添加含氮硼酸酯后，实验轧制压力降低到了 164 MPa 和160 MPa，轧制摩擦系数降低到了 0.076 和0.078，最小可轧厚度分别减少了 23%和21%。轧后铝板表面平整，犁沟深浅均一，表面质量好。结论 铝材轧制基础油中加入含氮硼酸酯后，改善了摩擦学性能和轧制润滑性能。含氮硼酸酯分别与磷酸三甲苯酯、磷酸三丁酯复配后具有良好的协同效应，轧件表面质量好。
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  重熔对 NiCrBSi 涂层组织及高温耐磨性能的影响

  董天顺, 李小兵, 李国禄, 王海斗, 刘明, 周秀锴

  表面技术. 2018, 47(8): 105-112. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.016

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  目的 改善 NiCrBSi 涂层的组织及高温耐磨性能。方法 采用等离子喷涂在 45 号钢基体上制备 NiCrBSi 涂层，并用氩弧对其进行重熔处理。利用扫描电子显微镜、能谱仪和 X 射线衍射仪对喷涂层与重熔层的形貌、微观组织、成分与物相进行分析。采用显微硬度仪与纳米压痕仪测试涂层的硬度、弹性模量，并计算出涂层的断裂韧性。通过室温、300 ℃、500 ℃的摩擦磨损试验评价和比较喷涂层与重熔层的耐磨性能。结果 重熔层各元素分布较均匀，主要由 γ-(Fe,Ni)、Cr2B、Mn5Si2和 α-Fe 等物相组成。重熔层由喷涂层的层状结构转变为致密的铸态组织，孔隙率由 7.2%降低至 0.4%，重熔层与基体之间形成了冶金结合。涂层重熔后硬度由 724HV 降低至 608HV，但是弹性模量与断裂韧性分别由 161.15 GPa 和 0.63 MPa?m1/2提高至 195.92 GPa 和 7.18 MPa?m1/2。结论 重熔处理改善了涂层的组织，使得重熔层在室温、300 ℃、500 ℃的耐磨性能均优于喷涂层。随着温度的升高，喷涂层氧化脱落越来越严重，而重熔层无明显氧化脱落。
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  微米及纳米金刚石涂层扁钻的制备及其切削性能

  向道辉, 郭振海, 冯浩人, 姚云龙, 刘中云, 赵波

  表面技术. 2018, 47(8): 113-120. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.017

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  目的 研究微米金刚石薄膜（Microcrystalline diamond film，MCD film）和纳米金刚石薄膜 （Nanocrystalline diamond film，NCD film）的微观组织结构和表面质量，以及由两种薄膜涂覆制成的微米金刚石涂层扁钻（MCD coated spade drill）和纳米金刚石涂层扁钻（NCD coated spade drill）在切削碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced plastics，CFRP）时的切削性能。方法 采用热丝化学气相沉积法在硬质合金扁钻上分别制备 MCD 薄膜和 NCD 薄膜。使用扫描电子显微镜观察金刚石薄膜的表面和横截面形貌，利用白光干涉表面轮廓仪测量薄膜的表面粗糙度值，使用拉曼光谱仪检测薄膜的结构成分，利用 X 射线衍射仪（XRD）检测薄膜的晶体结构和晶面取向，通过切削实验分析无涂层刀具和微、纳米涂层刀具的切削性能。结果 制成的 MCD 和 NCD 薄膜涂覆均匀，两种薄膜的厚度都为 8 μm，晶面取向均以(111)面和(220) 面为主。MCD 薄膜晶粒棱角分明，平均晶粒尺寸为 2~3 μm，NCD 薄膜的表面更光滑，平均晶粒尺寸为 100 nm。MCD 和 NCD 薄膜测定区域的表面粗糙度值分别为 0.4 μm和 0.24 μm。在相同的切削条件下，无涂层刀具钻削 30 个孔后，刀具已经达到了报废标准，不能继续使用。两种金刚石涂层刀具各钻削 50 个孔后，MCD 和 NCD 涂层刀具后刀面的最大磨损量分别为 0.192 mm 和 0.093 mm，均没有超过磨钝标准 VB=0.2 mm（后刀面磨损带宽度），其中 NCD 涂层刀具的耐磨性最好。结论 MCD 和 NCD 薄膜，尤其是 NCD 薄膜，能够有效地提高硬质合金刀具的耐磨性，延长刀具的使用寿命。
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  激光复合织构焊管轧辊模具成形有限元模拟与试验研究

  符永宏, 周颖鸿, 符昊, 潘彩云, 胡光耀

  表面技术. 2018, 47(8): 121-128. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.018

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  目的 提高焊管成形质量，为激光复合织构轧辊模具产业化提供试验依据。方法 通过数值模拟方法模拟焊管轧辊成形过程，获得不同摩擦系数组合下板料成形应力应变和径向厚度数据，并获得最优模具表面织构方案，为轧辊模具表面织构处理提供依据。依据数值模拟结果，运用激光表面织构技术对辊子模具表面进行复合织构加工处理，开展激光复合织构模具和未织构模具成形对比，并对成形件进行残余应力、应变、边缘减薄率等检测分析。结果 数值模拟结果表明，下辊边缘区域应为减摩区，上辊边缘区域应为增摩区；应对下辊边缘区域进行激光微织构减摩，上辊边缘区域进行激光毛化增摩。成形试验结果表明，试验结果与数值模拟结果基本一致；与未织构模具相比，激光复合织构焊管轧辊模具优化了成形件的应力应变分布，降低了板厚边缘减薄率（5.06%），提高了成形件的均匀性（3.9%），成形件边缘区域形成了残余压应力。结论 激光复合织构焊管轧辊模具相比未织构模具，可显著改善成形件的边缘稳定度和成形质量。
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  片状纳米 MoS2的制备及其在油润滑中的减摩抗磨性能研究

  梅堂杰, 郭俊德, 李月, 刘奇, 董光能

  表面技术. 2018, 47(8): 129-138. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.019

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  目的 探究片状纳米 MoS2的制备工艺及其在油润滑中的减摩抗磨性能。方法 以钼酸钠和硫脲为原料，采用水热反应法在 220 ℃条件下制备片状纳米 MoS2，利用红外（FT-IR） 、X 射线衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、能量色散谱仪（EDS）表征纳米颗粒的化学成分、晶体结构等理化性质。使用硅烷偶联剂（KH570）对其进行表面包覆改性，并使用超声处理将其分散到石蜡油中，形成润滑油分散体系。采用球-盘式摩擦磨损试验机对其作为添加剂在润滑油中的减摩抗磨性能进行考查，通过 SEM、EDS 等结果建立理论模型，并探究其减摩抗磨机理。结果 制备出粒径在 30~100 nm 的片状纳米级 MoS2。石蜡油中添加片状纳米 MoS2可以显著改善其摩擦学性能。当添加量为 1.0%（质量分数）时，摩擦系数比用纯石蜡油低约 53.4%，磨斑直径比用纯石蜡油降低约 41.1%。当用纯石蜡油作为润滑剂时，对偶盘磨损表面表现出了明显的犁沟磨损，而当用纳米润滑油作为润滑剂时，对偶盘的磨痕宽度最高降低了 43.9%。结论 片状纳米 MoS2可随润滑油流动进入摩擦接触界面，并随着界面的相对滑动吸附在摩擦表面形成沉积膜，从而达到减摩耐磨的效果。
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  铁基金属摩擦副表面自修复层分析

  税国红, 杨屹, 吴明霞, 杨刚, 王立波, 黄渊

  表面技术. 2018, 47(8): 139-146. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.020

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  目的 分析不同工况对表层自修复层的影响，探究羟基硅酸镁纳米管在摩擦磨损过程中的作用机理。 方法 以人工合成的羟基硅酸镁纳米管 Mg3Si2O5(OH)4 为自修复添加剂，在油润滑实验条件下进行铁基金属摩擦副摩擦磨损实验。利用 SEM、EDS、激光拉曼光谱仪及显微维氏硬度计分别对自修复层厚度、自修复层元素组成、自修复层表面结构及自修复层表面显微硬度进行表征。结果 在转速为 1000、2000 r/min 时，载荷为 200、300、400 N 的实验条件下，表层均有自修复层的生成。在转速为 2000 r/min、载荷为 400 N 时，表层自修复层的厚度最大。实验过程中，摩擦副得到修复，出现负磨损，自修复层的主要元素为 C、O、Fe 等。高转速载荷工况下，其摩擦系数相比基础油下降0.008。自修复层为类金刚石结构，其平均硬度值在673HV 左右，为基体的 1.87 倍。结论 羟基硅酸镁、基础油及磨屑三者共同作用，在高能摩擦作用下合金化，形成高硬度的类金刚石结构修复层，能有效保护摩擦副工作面，并延长寿命。加大实验载荷与实验转速，能加速自修复层的形成，实现摩擦副负磨损，并降低摩擦系数。
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  激光表面织构化对 45 钢摩擦磨损性能的影响

  李亚军, 逄显娟, 孙乐民, 牛一旭, 张永振

  表面技术. 2018, 47(8): 147-154. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.021

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  目的 研究表面织构对 45 钢干摩擦和乏油状态下摩擦磨损性能的影响。方法 用激光加工的方法在 45 钢表面加工出不同面密度的凹坑织构，在 UMT-2 型多功能摩擦磨损试验机上以球-盘副考察凹坑密度在干摩擦和乏油条件下对 45 钢摩擦磨损性能的影响。结果 在干摩擦条件下，织构密度在 4%时，摩擦配副的摩擦系数最小，稳定摩擦系数为 0.56。随着织构密度的增大，摩擦系数也逐渐增大，当织构密度增大至 16.2% 时，配副摩擦系数最大，稳定摩擦系数为 0.72。在乏油条件下，织构密度在 4%时，摩擦系数为 0.39，小于未织构试样摩擦配副。凹坑密度增大后，其摩擦系数大于未织构试样，但是均在 0.43 左右。在干摩擦和乏油条件下，织构化试样的磨损率都小于未织构试样，并且随着织构密度的增大，磨损率先减小后增加，织构密度在 8.1%时，抗磨效果最好。结论 表面织构能收集磨粒，储存润滑油，从而起到良好的减磨作用。
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  热处理温度对大气等离子喷涂 316L 不锈钢涂层组织和性能的影响

  刘黎明, 张超

  表面技术. 2018, 47(8): 155-161. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.022

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  目的 研究 316L 不锈钢涂层在不同热处理温度下组织结构和性能的变化规律，提高该涂层的摩擦学性能。方法 利用大气等离子喷涂（APS）技术制备 316L 不锈钢涂层，对喷涂态涂层进行 300~700 ℃热处理。通过光学显微镜（OM）和 X 射线衍射仪（XRD）观察分析涂层的显微组织和相组成，利用维氏硬度计测试涂层的显微硬度值。采用摩擦磨损试验机和三维光学显微镜测试涂层的摩擦系数和磨损率，利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察磨痕表面并对磨损机制进行深入分析。结果 喷涂态 316L 不锈钢涂层的厚度约为 350 ?m，显微硬度值为 335HV0.1，涂层组织中含有未熔颗粒、孔隙和氧化物等。在干摩擦条件下，涂层的摩擦系数稳定在 0.75 左右，磨损率为(1.329±0.14)×10?5 mm3/(N?m)。随着热处理温度的升高，涂层扁平颗粒界面处的氧化行为明显，同时涂层内部的孔隙缩小，涂层结构更加致密，使得涂层显微硬度提高了 30%。涂层的耐磨性能在 700 ℃热处理条件下最佳，磨损率为(1.149±0.26)×10?5 mm3/(N?m)，较喷涂态涂层降低 14%，磨损机制以疲劳磨损和粘着磨损为主。结论 热处理有助于提高 316L 不锈钢涂层的显微硬度，700 ℃热处理可有效提高涂层的耐磨性。
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  铜材表面激光合金化和激光熔覆制备 Ni/Cu-Cr3C2/Co 梯度涂层

  赵健, 刘光, 马冰, 郑子云, 历天翼, 戴宇

  表面技术. 2018, 47(8): 162-169. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.023

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  目的 提高铜合金的表面硬度，改善其耐磨性能。方法 利用激光表面合金化和激光熔覆工艺在铜合金表面制备出 Ni/Cu-Cr3C2/Co 梯度涂层。采用 X 射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪，系统分析了合金化过渡层与熔覆层的物相构成及显微组织，通过硬度测试、摩擦磨损实验，对梯度涂层的显微硬度和耐磨性进行评估。结果 合金化过渡层组织致密且具有单一柱状晶结构，主要由 α-(Cu,Ni)固溶体、Ni3Al 和 NiAl 构成。Cr3C2/Co 复合熔覆层中分布着未熔 Cr3C2颗粒，且以未熔 Cr3C2颗粒为中心，四周有大量呈杆状（或针状）的 M23C6和 M7C3型碳化物，这种碳化物可以有效提高熔覆层的硬度。梯度涂层的显微硬度从基体的 80HV 逐渐增加到熔覆层的 640HV，梯度涂层的摩擦磨损失重仅为铜合金基体的 1/8。铜基体的磨损表面发生大规模破坏并形成大量磨屑，其磨损机制主要是粘着磨损；Cr3C2/Co 喷涂层由于内部结合力较弱，出现了大量的疲劳磨损面，其磨损机制为表面疲劳磨损；而 Ni/Cu-Cr3C2/Co 梯度涂层的磨损表面比较平整，只存在轻微的“犁沟”，其磨损机制为典型的磨粒磨损。结论 梯度涂层由于 Cr3C2、M23C6及 M7C3相的存在，显微硬度和耐磨性能显著提高。同时，涂层的成分与性能均呈一定的梯度变化，改善了铜基体与涂层的相容性。
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  金刚石探针曲率半径对单晶铜表面粘附接触失效影响分析

  陈晶晶, 胡洪钧, 赖联锋

  表面技术. 2018, 47(8): 170-174. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.024

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  目的 降低微机电系统表面粘着接触失效。方法 考虑纳尺度粘附力﹑单晶铜弹塑性形变及各向异性影响。基于分子动力学法的混合势函数（EAM 和 Morse）和 Verlet 算法，对不同曲率半径探针与单晶铜基底粘着接触失效特性进行研究，通过计算原子中心对称参数来描述接触区域原子破坏和迁移轨迹变化。结果 研究发现探针与基底尚未接触时（即位移小于 1 nm）的粘附接触力不受探针曲率半径影响；而探针下降位移大于 1 nm 时，探针曲率半径对粘附接触力曲线有着重要影响，即探针曲率半径越大，粘附接触力也越大，导致基底弹塑性变形更加剧烈，易诱导单晶铜基底大量原子粘附于探针底表面，产生明显的粘着效应；此外，探针曲率半径越大，接触体间粘着滞后现象越明显。结论 此研究结果将对微机电系统的粘着接触失效机理和微机械产品表面轮廓设计有着重要的实践指导意义。
表面失效及防护
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  Ni基合金喷熔层在NaCl溶液中的抗空蚀性能研究

  刘海涛, 丁彰雄, 黄宝祥, 袁成清

  表面技术. 2018, 47(8): 175-181. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.025

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  目的 比较不同系列 Ni 基合金喷熔层在 NaCl 溶液中的抗空蚀性能，并探讨其空蚀机理。方法 采用 XRD 方法分析了氧乙炔火焰喷熔工艺制备的 NiCrBSi、WC 增强 Ni 基、NiCrBSiCuMo 合金喷熔层的组织结构，采用洛氏硬度计测量了喷熔层的硬度，通过 CorrTest 电化学测试系统分析了喷熔层在 3.5%NaCl 溶液中的电化学腐蚀性能，使用超声波振动空蚀仪对喷熔层在 NaCl 溶液中的抗空蚀性能进行了研究。结果 NiCrBSiCuMo 合金喷熔层在 NaCl 溶液中具有优异的抗腐蚀性能。该喷熔层中除含有 Cr23C6、Cr7C3、 Cr3C2、Cr2B 硬质相外，还存在细化涂层组织、改善涂层韧性的 Mo2C 与 MoSi2相，其硬度与 NiCrBSi 合金喷熔层相近（约 58HRC），在 3.5%NaCl 溶液中空蚀 16 h 的累积体积损失分别为 NiCrBSi 和 WC 增强 Ni 基合金喷熔层的 65%与 51%。WC 增强 Ni 基合金喷熔层在含有 NiCrBSi 喷熔层中 Cr 的碳化物、硼化物硬质相的基础上，还含有 WC与 W2C 硬质相，虽然喷熔层具有较高的硬度（59.3HRC），但在 NaCl 溶液中的腐蚀电位较低，腐蚀电流密度最大，抗空蚀性能较差。结论 NiCrBSiCuMo 合金喷熔层在 NaCl 溶液中具有最优异的抗空蚀性能，WC 的加入使 Ni 基合金喷熔层在 NaCl 溶液中的抗空蚀性能减弱。
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  海洋环境下金属材料微生物腐蚀研究进展

  田丰, 白秀琴, 贺小燕, 袁成清

  表面技术. 2018, 47(8): 182-196. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.026

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  海洋环境下的微生物易附着在金属材料表面形成生物膜，进而导致金属材料表面的微生物腐蚀（MIC）。分析了海洋环境下常见的易导致腐蚀的微生物种类及其特征，如硫酸盐还原菌（SRB）、铁氧化细菌（IOB）、产酸菌（APB）与产粘液菌（SPB）等，归纳了船舶与海洋平台涉及的微生物腐蚀及其与材料摩擦磨损的协同作用。在此基础上，重点综述了近年来碳钢、不锈钢与铜合金在海洋环境下的微生物腐蚀研究进展，包括溶解氧（DO）浓度、胞外聚合物（EPS）、生物膜微观形态等因素对碳钢 MIC 的影响，不锈钢在 MIC 过程中钝化膜与 Cr 元素化合物形态与含量变化，微生物抵抗 Cu 离子毒性机制以及铜合金在 MIC 过程中出现的脱合金成分腐蚀。对比了碳钢、不锈钢与铜合金表面在 MIC 中由生物膜、腐蚀产物与钝化膜形成的复合表面层结构差异。并从阴极去极化理论与微生物电化学腐蚀理论的角度解释了 MIC，总结了两种理论间的关联性与局限性，指出了一些亟待解决的问题。
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  无铬复合钝化膜的微观组织结构及耐腐蚀性能

  郑兴睿, 刘成, 于晓华, 张雁南, 刘建雄

  表面技术. 2018, 47(8): 197-203. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.027

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  目的 解决热镀锌钢板表面六价铬钝化工艺所产生的环境污染问题。方法 以钼酸铵、纳米硅溶胶、单宁酸、硅烷偶联剂 KH151 和 KH792 为主要原料配制新型环保的无铬复合钝化液，在镀锌板表面制备钝化膜。采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和 X 射线光电子能谱仪（XPS）分析无铬复合钝化膜表面的微观形貌、元素组成和化学成分，用电化学工作站测试 Mo 元素对镀锌板耐蚀性的影响，使用中性盐雾实验研究不同皮模量时膜层的耐蚀性。结果 无铬复合钝化膜中的 Mo 元素可以抑制微裂纹的产生和发展，阻挡腐蚀性介质向金属基体扩散，提高复合硅烷膜的电阻。复合钝化膜的电化学交流阻抗比硅烷钝化膜提高了 1.6 倍，与六价铬钝化膜接近，可以有效抑制腐蚀电化学反应的发生，降低反应速度，提高膜层的耐蚀性。皮膜量为 892 mg/m2时，膜层的腐蚀面积为 0，耐蚀性达到六价铬钝化膜水平；皮膜量为 1252 mg/m2 时，耐蚀性能优异。结论 制备的无铬复合钝化膜结合了硅烷钝化膜和钼酸盐钝化膜两方面的优点，提高了膜层的致密性和结合性，膜层耐腐蚀性接近/达到了六价铬钝化的效果。
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  温度对 CO2/盐水中碳钢腐蚀形貌的影响及其描述方法研究

  白海涛, 王永清, 马云, 任鹏, 张宁生

  表面技术. 2018, 47(8): 204-210. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.028

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  目的 研究 CO2/盐水环境下，温度对 J55 碳钢腐蚀的影响以及腐蚀形貌的描述方法。方法 利用高温高压反应釜模拟 9 MPa、不同温度下的 CO2/盐水腐蚀环境，分别测定 50、65、80 ℃下 J55 碳钢的平均腐蚀速率。利用全自动三维显微成像系统对腐蚀后的试片表面进行大面积图像扫描、提取和分析，表征不同温度下的腐蚀形貌特征。同时，在不同温度和压力的条件下，在 CO2/盐水环境中对 J55 碳钢进行腐蚀试验，验证腐蚀形貌的分布规律。结果 随着温度的升高，CO2/盐水对 J55 碳钢的平均腐蚀速率先减小后增大，65 ℃ 时，平均腐蚀速率为 2.1871 mm/a。在明场、放大倍数为 200 倍、重合度为 10%的 9 视域拼接条件下采集试片表面腐蚀形貌，采集图像面积占整个试片的 12.28%。试片表面腐蚀深度分布符合 Gauss 分布，相关系数为 0.9790，参数 xc与平均腐蚀速率随温度的变化趋势一致，参数 w 能反映腐蚀形貌类型。不同温度和压力下，CO2/盐水环境对 J55 碳钢腐蚀试验的结果相同。结论 随着温度的升高，CO2/盐水环境对 J55 碳钢的腐蚀形态由点蚀逐渐转变为均匀腐蚀。试片表面腐蚀深度分布符合 Gauss 分布，且参数能反映 CO2/盐水环境对 J55 碳钢的腐蚀规律。该腐蚀形貌描述方法可有效避免腐蚀形貌描述中的主观性和随机性。
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  仿贻贝粘附蛋白聚合物的合成及其防腐机理研究

  杨名亮, 吴建华, 李至秦, 苏雅丽, 方大庆, 郑添水

  表面技术. 2018, 47(8): 211-219. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.029

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  目的 合成水性含多巴胺功能基团的仿贻贝粘附蛋白聚合物（PHEA-DOPA），研究在水性环氧涂层中的腐蚀防护机理。方法 通过聚琥珀酰亚胺与乙醇胺和多巴胺的连续氨解反应，成功制备了 PHEA-DOPA 粘附聚合物，并用红外光谱（FTIR）仪、核磁（1HNMR）共振波谱仪和紫外-可见分光光度计对其结构进行了表征。通过电化学阻抗谱（EIS）、扫描电子显微镜（SEM）、石英晶体微天平（QCM-D）和拉曼光谱，对含有 PHEA-DOPA 的水性环氧涂层在碳钢表面的防护性能与机理进行了研究。结果 红外光谱、核磁光谱和紫外-可见光谱结果表明，成功合成了 PHEA-DOPA 聚合物。EIS 和 SEM 结果表明，PHEA-DOPA 的加入能够明显提高涂层的防护性能。QCM-D 和拉曼光谱结果表明 PHEA-DOPA 的防腐机理为：PHEA-DOPA 结构中的 DOPA 基团与 Fe 离子有较强的吸附络合作用，并在碳钢表面和涂层内部反应生成不溶性的 [Fe(DOPA)3]3+络合物，可抑制铁的溶解过程，提高涂层的致密性。结论 PHEA-DOPA 粘附聚合物的加入能够明显提高涂层的防护性能。
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  白铜基体低表面能复合膜的制备及其耐腐蚀性能研究

  顾强, 陈英, 陈东, 张泽霆, 李小江, 刘皓然

  表面技术. 2018, 47(8): 220-228. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.030

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  目的 研究混合修饰构筑白铜超疏水表面的可行性及防腐性能。方法 以白铜为基体，采用简单的化学刻蚀法，以硝酸银溶液作为刻蚀液，经肉豆蔻酸和十二硫醇的混合乙醇溶液修饰来制备超疏水白铜。 采用接触角测量仪、XRD、FTIR、SEM、EDS 对超疏水白铜表面性能和结构等进行了表征，并利用 Tafel 曲线和电化学阻抗谱研究低表面能复合膜的耐蚀性能。结果 肉豆蔻酸和十二硫醇的疏水长链都组装到薄银层表面，其中肉豆蔻酸和薄银层的键合形式为双齿桥式复合模式，超疏水白铜表面形貌由微米级枝晶和纳米级乳突状结构组成，同时材料表面与水的接触角达到 157.4°，表现出超疏水水平。此外，制备的超疏水白铜表面具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性能，在水、有机溶液、3.5%NaCl 溶液中分别浸泡 2 d，所有样品表面仍表现为超疏水水平。由 Tafel 极化曲线拟合参数计算可知，其缓蚀效率达到 83.9%。结论 以两种低表面能物质混合修饰来制备超疏水白铜表面的方法是可行且有效的，且该复合膜具有优良的耐腐蚀性能。
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  沉没辊基础件的熔融锌液腐蚀研究现状

  席艳君, 刘泳俊

  表面技术. 2018, 47(8): 229-235. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.031

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  根据近些年国内外耐锌腐蚀的研究成果，将耐锌腐蚀方法分为两大类：自身耐锌腐蚀材料和表面改性处理。自身耐锌腐蚀材料主要集中在 Fe-Cr-Mn、Fe-B、TiAlNb 等材料上，表面处理主要集中在 WC-Co、 MoB-CoCr、陶瓷等涂层上。两种方法都获得一定的研究成果，但也有一些不足。自身耐锌腐蚀材料的耐熔锌腐蚀虽有改善，但在液锌中也只是延缓了腐蚀速度，最终仍然会腐蚀失效。表面涂层耐蚀性相对较好，但是在锌液中仍然会发生裂纹腐蚀，并且涂层和基体之间的物理匹配性较差，脆性较大，工件的轻微碰撞很容易造成涂层的脱落，加速工件的腐蚀，不宜用于实际生产。充分利用陶瓷耐腐蚀、耐高温、硬度高的优点，以及金属室温强度好、延展性好的优点，开发陶瓷金属复合涂层，可能会成为下一步沉没辊基础件熔融锌液腐蚀研究的主要方向。
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  铁路继电器触点表面形貌及失效机理分析

  李文华, 李爽, 卢文将, 赵月山

  表面技术. 2018, 47(8): 236-243. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.032

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  目的 深入研究铁路继电器触点的失效机理。方法 在直流条件下进行铁路继电器电寿命试验，自动识别静触点表面与动触点的接触区域。利用三维形貌扫描仪和扫描电镜扫描触点，选定平面基准面，计算触点表面粗糙度参数，分析触点表面形貌变化。对触点烧蚀后的表面进行元素分析，研究触点表面的微观组织结构和失效机理。结果 Sa/Sq的值小于 0.8 表示随机性较强的表面， Sa/Sq（静）=0.246
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  黄铜晶间腐蚀机理的实验及模拟研究

  杨志勇, 李明哲, 郝义磊, 刘凯俐, 司慧玲, 刘冬梅

  表面技术. 2018, 47(8): 244-250. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.033

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  目的 为了探究黄铜在含氨介质中的晶间腐蚀加速试验方法，明确黄铜中 Zn 含量对晶间腐蚀敏感性的影响规律和机理。方法 采用电化学方法加速实现了黄铜表面的晶间腐蚀过程，利用 XRD 和金相显微镜分析腐蚀产物及表面形貌，对比分析 H70 和 H80 黄铜的晶间腐蚀规律。使用 Materials Studio 中的 DMol3 模块模拟 NH4 +和 NH3在 H70 和 H80 黄铜晶界表面的吸附和反应过程，对比腐蚀粒子在黄铜表面的吸附规律和反应能垒，揭示黄铜晶间腐蚀敏感性的机理。结果 试验结果表明，在 NH4Cl 溶液中，以 100 倍自腐蚀电流密度恒电流处理的黄铜，在 4 h 内能够发生明显的晶间腐蚀。黄铜晶间腐蚀的产物主要为铜氨络合物和锌氨络合物，H70 黄铜的晶间腐蚀敏感性大于 H80 黄铜。模拟研究表明，NH4Cl 溶液中的 NH4 +会优先在黄铜表面的晶界处发生物理吸附，随后 NH4 +跨越 1.15 eV（H70）和 1.17 eV（H80）反应能垒分解为 NH3和H+，其中 NH3优先吸附于晶界中偏析的 Zn 原子顶位形成络合物，其次与晶界的 Cu 形成络合物，H70 晶界中的 Zn 含量更高，因此 H70 的晶间腐蚀敏感性更强。结论 通过电化学恒电流处理法将黄铜的晶间腐蚀发生时间从 7 d 减少到 4 h，并通过量子化学计算和腐蚀产物分析确定了黄铜在 NH4Cl 溶液中发生晶间腐蚀的机理。
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  S30432 在不同煤灰/烟气环境中的高温腐蚀行为研究

  张民强, 黄丽琴, 刘光明, 刘宇钢, 汪元奎, 毛晓飞

  表面技术. 2018, 47(8): 251-256. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.034

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  目的 研究 S30432 涂覆信源和榆能电厂两种不同硫酸盐含量的煤灰后的腐蚀行为，探讨 S30432 在 SO2气氛/煤灰环境中的高温腐蚀机制。方法 将涂覆煤灰的 S30432 钢试样置于烟气/煤灰中腐蚀，间隔一定时间取出样品称量，获得腐蚀动力学曲线。采用扫描电子显微镜、能谱分析仪和 X-射线衍射仪等，研究腐蚀产物的形貌、成分和物相组成。结果 合金发生了氧化和硫化腐蚀，腐蚀过程中有加速腐蚀阶段。S30432 在低硫含量煤灰腐蚀后未见明显的腐蚀产物剥落，试样表面生成相对致密且具有保护性作用的 Cr2O3膜，腐蚀产物膜较薄。在高硫含量煤灰中，腐蚀产物分层生长且剥落严重，腐蚀 2000 h 后失重超过 45 mg/cm2，腐蚀产物层主要由 Fe2O3、(Fe,Cr)2O3、NiCr2O4 及嵌入腐蚀层的煤灰粒子组成。在腐蚀层/基体界面形成了富 Cr 和 S 的腐蚀层。结论 S30432 在烟气/信源煤灰环境中比在烟气/榆能煤灰环境中更耐蚀。煤灰中硫酸盐含量增加，S30432 的腐蚀速率显著增加。在高温烟气/煤灰协同作用下，合金易发生热腐蚀，铁、镍、铬及其氧化物在合金表面熔盐中的溶解是造成合金耐蚀性降低的原因。
膜层材料与技术
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  磁控溅射技术制备二氧化钛薄膜研究进展

  王博, 魏世丞, 王玉江, 郭蕾, 梁义, 潘复生, 徐滨士

  表面技术. 2018, 47(8): 257-264. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.035

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  磁控溅射技术具有溅射速率高、膜基结合力好、易实现工业化生产等技术优势，在二氧化钛薄膜制备方面具有显著优势，但磁控溅射参数对二氧化钛薄膜结构和性能的影响显著，如何通过控制和优化磁控溅射参数，获得高性能二氧化钛薄膜已成为目前的研究热点。概述了不同晶型二氧化钛的结构特点、物理性质和磁控溅射制备二氧化钛薄膜的工作原理，指出成膜过程中的溅射功率、溅射气压、溅射时间、沉积温度和氧分压等是影响薄膜结构和性能的主要因素，并详细阐述了上述五种工艺参数对二氧化钛薄膜沉积速率、膜层厚度、表面粗糙度、相组成和光催化性能等的影响规律和作用机制。此外，还对其他影响薄膜结构和性能的关键因素及影响规律进行了介绍，包括退火温度对膜层组织转变影响的规律，金属元素掺杂和非金属元素掺杂对膜层形貌和性能的影响，以及不同溅射靶材特点及其对成膜过程的影响。最后提出未来磁控溅射技术制备二氧化钛薄膜的研究难点，并对二氧化钛薄膜的下一步研究方向进行了展望。
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  温度和厚度对纳米金刚石涂层残余应力的影响

  张勇, 袁建辉, 谭礼明, 陈晓晓, 姚阳光, 顾青山

  表面技术. 2018, 47(8): 265-270. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.036

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  目的 通过改善液相等离子喷涂制备纳米金刚石涂层的工艺参数，提高纳米金刚石涂层的显微硬度与结合强度。方法 利用 Ansys 有限元软件对纳米金刚石涂层中的残余应力进行数值模拟。建立纳米金刚石涂层的有限元分析模型与热传导方程，探讨了涂层的厚度与降温速度对纳米金刚石涂层残余应力的影响。通过扫描电子显微镜对制备的纳米金刚石涂层表面进行分析，并且利用显微硬度计和表面划痕仪测定纳米金刚石涂层的显微硬度和结合强度。结果 纳米金刚石涂层的主应力为拉应力，涂层的最大主应力随着厚度的增大而具有先增大、后减小、再增加的特点。随着涂层厚度的增加，涂层的最大剪应力由涂层表面转移到涂层界面，其值先减少，后保持稳定。涂层整体、涂层界面和涂层表面的最大主应力与最大剪应力，随涂层温度的升高而呈线性递减的趋势。纳米金刚石涂层的主应力集中在涂层的四周，而涂层的剪应力分布在涂层表面。纳米金刚石涂层表面较光滑，由大量纳米级的细小扁平颗粒紧密排布而形成。结论 采用适当的工艺参数制备出厚度为 0.1 mm 的纳米金刚石涂层，其显微硬度和结合强度分别约为 150HV 和 9 N。
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  等离子原位合成 VC 增强 CoCrCuFeNiMn 高熵合金基熔覆层微观组织研究

  王虎, 王智慧, 李红波, 贺定勇, 庞国星, 解峥

  表面技术. 2018, 47(8): 271-275. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.037

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  目的 在廉价钢材表面制备原位自生碳化物增强高熵合金基熔覆层，研究熔覆层的微观结构及性能，为进一步探索高熵合金及其复合材料在表面工程中的应用提供实验范例和理论依据。方法 利用等离子熔覆法在 Q235 钢表面原位制备出 VC 增强的 CoCrCuFeNiMn(VC)x（x=0、0.1、0.2，摩尔比）高熵合金基熔覆层，采用 X 射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计，对熔覆层的相结构、微观组织以及硬度进行分析。结果 CoCrCuFeNiMn(VC)x（x=0.1、0.2）熔覆层由高熵固溶体基体相 （FCC1+FCC2）以及 VC 增强相组成。VC 呈颗粒状或花瓣状，主要在基体的枝晶间偏聚，少量在枝晶内析出。透射电子显微镜实验结果显示，原位自生 VC 与基体之间的界面洁净，未发现明显的反应产物，符合原位自生复合材料的界面特征。在一定范围内（x=0~0.2），熔覆层的硬度随着 VC 含量的增加而升高。结论 在 Q235 钢表面采用等离子熔覆法可以原位制备出 VC 增强 CoCrCuFeNiMn 高熵合金基熔覆层，熔覆层与基材呈冶金结合，原位自生 VC 对基体起到了强化作用。
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  提高 Ni-Cr 合金薄膜电阻稳定性的工艺研究

  戚云娟, 邓勇生

  表面技术. 2018, 47(8): 276-279. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.038

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  目的 通过改变沉积 Ni-Cr 合金薄膜厚度、增加保护薄膜及梯度升温热处理工艺，获得电阻稳定性良好的合金薄膜。方法 采用离子束溅射镀膜工艺，沉积 160、230、300 nm 厚的合金薄膜，并沉积 200 nm 厚的 SiO2 保护薄膜，采用梯度升温的方式对薄膜进行真空热处理。通过安捷伦数字繁用表测试试件热处理前后阻值的大小，通过差值计算出阻值变化量，并进行薄膜电阻稳定性研究。结果 与 160 nm 厚的合金薄膜的电阻变化相比，将厚度提高到 300 nm，热处理前后阻值的变化从 25 ? 减小到 2 ?。与没有保护膜的合金薄膜热处理前后的阻值变化相比，增加保护膜的阻值从 76 ? 减小到 25 ?。与直接升温的薄膜热处理工艺相比，采用阶梯升温的方式进行薄膜热处理的薄膜电阻从 46 ?减小到了 25 ?，薄膜电阻稳定性提高。结论 合金膜厚的增加可减小薄膜的边界和杂质效应，有利于提高薄膜的电阻稳定性。增加保护薄膜可阻止外界环境中水汽等对薄膜的影响，阶梯升温方式有利于薄膜残余应力的充分释放，可提高薄膜电阻的稳定性。
表面质量控制及检测
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  基于熔盐超声复合的除漆技术研究及工艺优化

  张保财, 孙一航, 贾秀杰, 李方义, 杨明斌, 辛本礼, 王兴, 王光存

  表面技术. 2018, 47(8): 280-287. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.039

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  目的 针对再制造端盖表面厚重油漆的去除难题，研究基于熔盐超声复合清洗的除漆技术。方法 采用 SEM 电镜和红外光谱分析仪观察分析油漆的微观形貌和组成成分，结合熔盐、超声去除规律，揭示复合清洗机理，并在此基础上开展复合清洗试验。通过中心复合试验法，以复合清洗周期作为评判指标，拟合试验数据构建清洗周期的回归方程和响应曲面模型，利用 Minitab 对清洗温度和超声功率两工艺参数进行最优化分析，并设置实验验证。结果 油漆内部呈明显的分层结构，其主要成分为含酯基、环氧基和芳香类化合物的有机物，复合清洗机理为热膨胀、化学、表面张力和超声空化效应的作用。基于上述结果进行的试验表明，随清洗温度和超声功率的提高，清洗场内化学反应速率提高，超声空化效果显著，复合清洗能力增强，复合清洗周期最短为 4.5 min。最优清洗参数为：温度 335 ℃，超声功率 1440 W。利用最优参数清洗后，表面污染物残余量为 0.2 mg，硬度和抗拉强度的变化率分别为 0.83%和1.68%，符合再制造标准。结论 熔盐超声复合清洗处理通过选取合适的工艺参数，可有效去除污染物，清洗效果以及机械性能符合再制造要求。
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  316 不锈钢电解抛光最佳参数试验研究

  刘坤坤, 孙伶俐, 何声馨, 张二亮

  表面技术. 2018, 47(8): 288-294. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.040

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  目的 得到合适的电解抛光参数，解决 316 不锈钢电子背散射衍射试样高效制备问题，为高精度电镜分析奠定基础。方法 原材料在使用标准金相技术进行机械抛光后，再进行电解抛光。电解抛光试验以直流稳压电源供电，选择浓硫酸与浓磷酸的混合液作为电解液，在不同的电压、电流、温度等参数组合下进行电解抛光试验。试验后，在光学显微镜和扫描电子显微镜下观察样品抛光面并拍摄图像。结果 在确定最佳电压试验中，电压为 5~10 V 时，被抛光面出现腐蚀；电压为 10~15 V 时，出现较多条纹；电压为 15~20 V 时，条纹减少。在确定最佳电流试验中，电流为 2~3 A 时，被抛光面出现腐蚀；电流为 3~4 A 时，出现少量条纹；电流为 4~5 A 时，发生过腐蚀。确定最佳温度试验中，温度为 40~50 ℃时，出现少量条纹；温度为 50~60 ℃时，出现微量条纹；温度为 60~70 ℃时，无条纹出现。结论 电解抛光面的抛光质量很大程度上依赖于电解抛光参数。相对于电压参数和温度参数，电流参数对抛光面抛光质量的影响最大。最佳电解抛光参数组合为：电压 15~20 V，电流 3~4 A，温度 60~70 ℃。
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  超声冲击工艺对 16MnR 十字接头表面质量的影响

  于影霞, 柳依帆, 何柏林

  表面技术. 2018, 47(8): 295-301. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.08.041

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  目的 提高焊接接头的表面质量。方法 采用超声冲击方法对 16MnR 十字接头焊趾处进行冲击处理，对原始焊态及不同冲击工艺参数下的焊趾表面质量进行了对比测试及比较分析。结果 冲击后，焊接接头焊趾处过渡半径增大，母材与焊缝过渡趋于平缓。焊趾表面组织得到明显细化，细化层深度及细化程度随冲击工艺参数的变化而变化。冲击后焊趾处由焊态的拉应力状态转变为压应力状态，表面显微硬度大幅提高。在 1.5 A/20 min 冲击工艺下，焊趾处的残余压应力最大（为 269.8 MPa），表面显微硬度最高（为 340.5HV）。同时，经超声冲击后，表面粗糙度有增大的趋势，而且不当的冲击会使接头表层出现不同类型的缺陷，从而影响焊接接头整体的表面质量。结论 接头表面质量不仅取决于冲击时间、冲击电流，还取决于单道冲击过程中冲击点与冲击点之间及多道往复冲击过程中冲击道与冲击道之间的位置及连接的紧密程度，而且并不是所有表面质量指标都与超声冲击参数正相关或线性相关。