2019年, 第48卷, 第2期　
刊出日期：2019-02-20

  

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专题——激光复合制造与表面改性
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  前驱体对激光熔覆复合溶胶凝胶制备陶瓷涂层的影响

  张群莉, 姚中志, 周塘, 姚建华, Volodymyr S. Kovalenko

  表面技术. 2019, 48(2): 1-9. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.001

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  目的 研究不同前驱体配比下，激光熔覆复合溶胶凝胶在3Cr13不锈钢表面制备的陶瓷涂层的性能，并对强化机理进行分析。方法 通过溶胶凝胶法制备均匀的前驱体，即TiO2和C（微米石墨和碳纳米管），利用激光熔覆技术，在3Cr13不锈钢基体表面制备出高性能的涂层。采用光学显微镜、X射线衍射仪、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的硬度进行测试，采用HT-600型高温摩擦磨损试验机测试基体和熔覆层在常温下的磨损性能。结果 通过溶胶凝胶法，制备出均匀的TiO2和C混合粉末。激光熔覆后，在覆层中均匀分布着TiC和Cr7C3强化相。改变前驱体配比，当C和TiO2的摩尔比增大时，涂层组织明显细化，且涂层中无气孔，显微硬度也有较大提高。当n(TiO2)∶n(C)=1∶8时，次表面显微硬度达到810HV0.2，涂层硬度从上到下呈现递减的趋势，且涂层的耐磨性最好，为基体的4.5倍。 结论 增大C和TiO2两者摩尔比，可以提高熔覆层的显微硬度和耐磨性。在熔池中，TiC密度较小，涂层中硬质颗粒从上到下依次减少，与之对应，硬度也依次递减。同时，碳纳米管的加入将对涂层起到细晶强化的效果。Ti与碳纳米管和微米石墨结合生成微米级和亚微米级TiC，提高了形核率，Cr7C3以亚微米级TiC为非均质核心，形核长大，生成均匀分布的Cr7C3强化相。
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  316L不锈钢激光瞬时退火软化工艺研究

  蒋可静, 王梁, 张群莉, 胡勇, 姚建华, 刘蓉

  表面技术. 2019, 48(2): 10-16. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.002

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  目的 解决冲压中加工硬化导致的高强度低塑性的问题。方法 提出以矩形光斑的温控模式激光为热源，对工件进行选区瞬时退火，达到局部软化的目的。通过金相显微分析、显微硬度分析、力学拉伸及断口分析，分别评价激光瞬时退火软化后试样显微组织、显微硬度、抗拉强度、断后伸长率和断口形貌。结果 金相组织显示，不同工艺条件下的晶粒大致呈现变形晶粒、再结晶晶粒、细小晶粒和较大等轴晶4种状态。由显微硬度可知，固溶态母材硬度为173HV0.2，加工硬化后达到341HV0.2。当激光温控温度为1400 ℃，扫描速度分别为5、10、15 mm/s时，软化处理后硬度分别为164、173、257HV0.2。而扫描速度一定时，激光温控温度越高，软化处理后硬度越低。对试样做室温拉伸试验发现，激光瞬时退火后强度降低，塑性提高。当温控温度为1400 ℃，扫描速度为5 mm/s时，抗拉强度由加工硬化后的911 MPa下降到591 MPa，接近固溶态母材的570 MPa，断后伸长率由18.2%恢复到54.7%，达到固溶态母材的95.5%。结论 激光瞬时退火软化可有效降低加工硬化后的材料强度，提高材料塑性，使其恢复大变形能力。其软化程度随激光温控温度的降低、激光扫描速度的提高而降低，在较优工艺参数下，激光瞬时软化后性能甚至优于母材性能。
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  激光辐照碳化硅颗粒原位生成碳化硅纳米纤维的条件与特征

  骆芳, 杜琳琳, 张群莉, 叶琛, 卢献钢, 姚建华

  表面技术. 2019, 48(2): 17-23. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.003

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  目的 通过优化制备碳化硅纳米纤维的工艺及激光工艺参数，获得一种制备碳化硅纳米纤维的新方法。方法 利用500 W振镜式光纤激光器，在氩气的保护下，以一定的激光工艺参数辐照预置在镍基板上的纳米碳化硅颗粒，采用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和透射电镜（TEM）分别对所得产物的形貌、元素组成、物相以及微观结构进行分析。结果 激光工艺参数对所得产物的形貌以及结构有一定的影响，当激光能量密度在7.71~8.75 kJ/cm2之间时，制备出的碳化硅纳米纤维由多晶和非晶结构组成，其直径范围在5~10 nm之间；当激光能量密度为7.92~8.33 kJ/cm2时，样品中除SiC外，还有少量的C元素。结论 激光辐照Ni基板上的碳化硅纳米颗粒，在优化的激光工艺参数下，可以制备出形貌良好的纳米纤维，为制备纳米材料提供了一种新途径。
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  316L表面激光熔覆复合微弧氧化制备陶瓷涂层

  孙敏, 吴国龙, 王晔, 张群莉, 姚建华, Volodymyr S. Kovalenko

  表面技术. 2019, 48(2): 24-32. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.004

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  目的 提高316L不锈钢表面的耐蚀性和生物活性。方法 首先采用激光熔覆技术在316L不锈钢表面制备钛层，然后对钛层表面进行微弧氧化处理，从而在316L不锈钢表面制备出含有Ca、P元素的多孔状陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、能谱仪（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）、X射线衍射仪（X-Ray Diffraction，XRD）分析了钛层厚度对陶瓷涂层的表面显微形貌、元素含量及物相组成的影响。利用电化学实验、浸泡实验分别测试了涂层在1.5倍SBF溶液中的耐蚀性能和生物活性。结果 通过激光熔覆复合微弧氧化能够在316L不锈钢表面制备出多孔状陶瓷涂层。随着钛层厚度的增加，微弧氧化原位生成的陶瓷涂层致密度、厚度也增加。当钛层厚度达到0.4 mm时，微弧氧化后得到的陶瓷涂层完整致密，厚度达到20 μm。涂层主要由锐钛矿相TiO2、金红石相TiO2组成。极化曲线分析可知，腐蚀电位Ecorr为-0.162 V，腐蚀电流密度降至5.11×10-7 A/cm2。陶瓷涂层在1.5倍SBF中浸泡3天后表面即有羟基磷灰石沉积。结论 通过激光熔覆复合微弧氧化在316L不锈钢表面制备的陶瓷涂层在模拟体液环境下具有较好的耐蚀性能，同时也具备良好的生物活性。
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  飞秒激光加工单晶金刚石制备正前角磨削工具

  殷赳, 陈根余, 熊彪, 朱智超, 王彦懿, 金梦奇, 胡搒

  表面技术. 2019, 48(2): 33-39. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.005

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  目的 制造一种磨粒有序排布、具有正前角的无结合剂端面金刚石磨削工具。方法 采用波长为1030 nm、脉宽为250 fs的钛蓝宝石飞秒激光对单晶金刚石（SCD）进行烧蚀加工，首先研究加工工艺参数（特别是烧蚀轨迹间距）对金刚石加工效率及表面质量的影响。采用预先设计的激光扫描路径，基于优化后的工艺参数在SCD表面加工出微磨粒阵列结构，各磨粒呈方锥台形结构，其顶部倾斜角约为100°。在此基础上，对微磨粒阵列进行烧蚀加工，将所有微磨粒顶部的倾斜角减小至小于90°。结果 当激光烧蚀轨迹间距为10.0 μm时，烧蚀加工表面RMS粗糙度最小。确定了一种微磨粒边缘倾斜角小于90°且磨粒有序排布的新型无结合剂金刚石端面磨削工具的激光制备方法和工艺，采用该工艺加工的磨削工具表面质量好，轮廓精度高，磨粒平均正前角约为9.80°。结论 采用飞秒激光可以高质量、高效率地制备出磨粒有序排布的新型正前角无结合剂金刚石端面磨削工具，该工具有望在硬脆材料磨削中减小磨削力，提高材料表面完整性。
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  金刚石粒径及含量对超音速激光沉积金刚石/Cu复合涂层微观结构及性能的影响

  吴丽娟, 汪伟林, 李波, 陈智君, 金琰, 姚建华

  表面技术. 2019, 48(2): 40-46. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.006

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  目的 研究不同金刚石粒径及含量对超音速激光沉积金刚石/Cu复合涂层微观结构及性能的影响。方法 利用超音速激光沉积技术制备金刚石/Cu复合涂层。采用扫描电镜和摩擦磨损测试对涂层的显微组织结构和磨损性能进行了分析，用激光闪烁法测量复合涂层的热导率。结果 金刚石均匀分布在复合涂层中，原始粉末中金刚石体积分数从30%增加到50%时，复合涂层中金刚石颗粒的面积占比仅从14.01%升至16.79%，远低于金刚石颗粒在原始粉末中的含量。400目金刚石/Cu复合涂层的平均热导率为296 W/(m?K)，摩擦系数为0.551；800目金刚石/Cu复合涂层的平均热导率为238 W/(m.K)，摩擦系数为0.545。结论 原始粉末中金刚石配比的增加并未对复合涂层中金刚石含量的提升有显著作用。金刚石/Cu复合涂层的热导率随着增强相颗粒含量的增加而降低，随着增强相颗粒粒径的增大而提高。不同粒径金刚石颗粒的添加能显著降低Cu涂层的摩擦系数，且小粒径金刚石颗粒的添加使复合涂层的摩擦系数更低和更稳定，从而使其具有更小的磨损量和磨痕宽度，表现出较优的耐磨损性能。
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  固溶温度对激光增材制造Inconel 718合金组织和性能的影响

  张杰, 张群莉, 陈智君, 李栋, 姚建华, 刘蓉

  表面技术. 2019, 48(2): 47-53. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.007

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  目的 探索激光增材制造Inconel 718高温合金最理想的固溶处理制度。方法 利用激光增材制造技术制备了Inconel 718合金，通过组织观察（光学显微镜和扫描电镜）、能谱分析和维氏硬度测试等方法，研究了固溶温度对其组织、析出相及硬度的影响。结果 不同固溶温度对Inconel 718的晶粒尺寸有很大影响。在固溶温度1000 ℃下保温1 h，沉积层开始出现再结晶现象。当固溶温度继续增加到1080 ℃时，与沉积态的组织相比，晶粒明显细化且再结晶过程基本完成。此外，不同固溶温度条件下，Inconel 718的相析出和溶解行为也有所差异。固溶温度为940 ℃时，在未溶解的Laves相周围存在明显的δ相，当固溶温度继续提高时，δ相由于固溶作用而数量减少。另外，不同固溶温度处理后的合金显微硬度也表现出规律变化。当固溶温度为940 ℃时，试样硬度高于沉积态硬度，但是随着固溶温度持续升高，合金的显微硬度开始迅速下降并低于沉积态硬度，1050 ℃时保持稳定；当温度高于1150 ℃时，显微硬度继续迅速下降。结论 激光增材制造Inconel 718合金的热处理制度不同于铸造和锻造的热处理制度，其较为理想的固溶制度为 1080~1150 ℃保温1 h。
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  稳态磁场对激光熔注尖角WC涂层颗粒分布及显微组织的影响

  胡晓冬, 朱秀晖, 胡勇, 王梁, 陈智君, 姚建华

  表面技术. 2019, 48(2): 54-61. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.008

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  目的 研究稳态磁场对激光熔注尖角WC涂层中WC颗粒分布及涂层显微组织的影响。方法 利用稳态磁场辅助激光熔注技术，在316L不锈钢基板上制备了WC/316L复合涂层。采用光学显微镜（OM）对涂层横截面形貌进行分析，采用扫描电镜（SEM）观察涂层显微组织结构和特征，采用能谱仪（EDS）对涂层元素分布进行分析，采用维氏硬度计对涂层的显微硬度进行测定。结果 未施加稳态磁场的涂层中WC颗粒均匀分布，涂层主要由鱼骨状的共晶组织组成，在涂层的顶部出现了十字花状的过共晶组织。施加稳态磁场后，涂层横截面形貌发生明显改变，涂层深度减小，宽度增大，WC颗粒主要分布在涂层底部。涂层顶部由细长的树枝状组织组成；在涂层中部，树枝状组织变短变粗；在涂层底部，转变为大量的十字花状组织。施加稳态磁场后，涂层的平均显微硬度由未加磁场时的394 HV0.3提高到478 HV0.3。结论 稳态磁场能有效作用于熔池，通过抑制熔池的流动来改变WC颗粒的受力状况以及熔池的传热、传质情况，最终改变熔池中WC颗粒的分布状态和涂层的显微组织。
表面强化及功能化
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  激光冲击强化对回转支承用钢42CrMo表面性能的影响

  陈彬, 张兴权

  表面技术. 2019, 48(2): 62-68. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.009

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  目的 研究激光冲击强化对回转支承用钢42CrMo表面形貌、表面硬度、微观组织和残余应力的影响，为后续研究激光冲击强化技术在回转支承上的应用提供指导和依据。方法 采用高功率短脉冲的强激光束对回转支承用钢42CrMo试样进行激光冲击处理，然后用共聚焦显微镜进行表面形貌观察，用维氏硬度计测量冲击前后试样的表面硬度，用扫描电子显微镜观察截面微观组织结构，最后运用ABAQUS模拟激光冲击后的残余应力场。结果 光斑直径为3 mm，脉冲宽度为8 ns，激光能量为2、3、4、5 J的情况下，激光冲击后产生的微凹坑最大深度分别为2.17、3.54、4.67、6.07 μm，材料表面最高硬度较基体分别提高了10.10%、12.58%、13.58%、17.38%，材料表面的最大残余压应力分别为?210、?384、?495、?508 MPa。观察微观组织发现，激光冲击后塑性变形区的板条马氏体长度和宽度较基体材料更小，且分布更加均匀。结论 激光冲击强化回转支承用钢42CrMo后，会在材料表面产生微米级的凹坑，并在材料表面和一定深度方向上产生残余压应力。在一定参数范围内，凹坑最大深度、材料表面硬度和最大残余压应力均随激光能量的增大而增大。回转支承用钢42CrMo的激光冲击强化机理是板条状回火马氏体的细化。
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  一种具有自粘附性能的超疏水自清洁涂层制备方法

  侯俊文, 蔡东宝, 叶向东

  表面技术. 2019, 48(2): 69-75. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.010

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  目的 提高超疏水涂层的粘附性、表面强度及耐磨性，精简制备工艺，并解决制备中存在的不环保问题。方法 将SPK胶水和疏水性二氧化硅纳米粒子作为原料，采用简单喷涂工艺制备了具有自粘附性能的超疏水涂层，通过水的接触角测量、粘附力测试、耐磨性测试、涂层自清洁效果测试，分别评价涂层的润湿性、粘附力、耐磨性、自清洁效果，并通过扫描电子显微镜对喷涂前后涂层的形貌及元素组成变化进行分析。结果 制备的涂层接触角为150.5°。在电子万能试验机作用下，涂层粘附玻璃样片的最大拉伸剪切强度为1.45 MPa，粘附打磨光滑的45钢样片，最大拉伸剪切强度可达1.69 MPa，粘附性良好。受力涂层在砂纸上拖行120 cm后，表面润湿性仍为超疏水。覆盖有涂层的照片，表面光滑平整，不影响照片本身的清晰度，当混合污染物滴落在图片表面时难以浸润入，并沿着表面流走。结论 制备的涂层具有超疏水特性。该涂层对基底具有强粘附性，且涂层粘附力与胶粘附力有关，如果使用粘附力更强的胶，涂层的粘附力可继续提升。涂层具有良好的耐磨性且超疏水效果稳定。由于涂层的超疏水特性，附着在其表面的混合污染物难以浸润入基底，可以很好地保护基底表面。
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  LiFePO4/C多层膜的制备及电化学性能研究

  陈昶, 曹凤红, 邓迟, 徐要辉, 刘春海, 张伟

  表面技术. 2019, 48(2): 76-81. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.011

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  目的 研究LiFePO4/C多层膜在不同的调制周期下的电化学性能。方法 采用多靶磁控溅射方法，在304不锈钢基底上，先沉积10 nm Ti薄膜作为阻挡层，然后交替沉积LiFePO4薄膜和C薄膜，制备三组不同调制周期的[LiFePO4/C]n多层膜。通过扫描电子显微镜（SEM）及其附带的EDS能谱仪对退火前和经500 ℃退火2 h后的不同调制周期[LiFePO4/C]n多层膜的截面形貌、成分进行表征，利用X射线衍射仪（XRD）对退火前和经500 ℃退火2 h后的LiFePO4薄膜及不同调制周期[LiFePO4/C]n多层膜的结构进行表征，利用激光显微拉曼光谱仪（Raman）分析经500 ℃退火2 h后不同调制周期[LiFePO4/C]n多层膜中的C结构，利用循环伏安和恒流充放电法对LiFePO4薄膜和不同调制周期[LiFePO4/C]n多层膜的电化学性能进行测试。结果 调制周期为7.5次的[LiFePO4 (160 nm)/C(16 nm)]7.5多层膜中的碳石墨化程度高于调制周期为15次的[LiFePO4 (80 nm)/C(8 nm)]15和调制周期为5次的[LiFePO4 (240 nm)/C(24 nm)]5多层膜，且具有更好的充放电容量和倍率性能。在0.1 C放电倍率下，[LiFePO4 (160 nm)/C(16 nm)]7.5多层膜的放电容量为151 mAh/g，在5 C高放电倍率下的放电容量为30 mAh/g。结论 适当的调制周期下，LiFePO4/C多层膜具有良好的电化学性能。
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  双源共蒸技术制备MgF2/ZnS复合薄膜的特性

  徐均琪, 师云云, 李候俊, 苏俊宏

  表面技术. 2019, 48(2): 82-88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.012

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  目的 以MgF2和ZnS为单组分制备MgF2/ZnS复合薄膜，研究复合薄膜的光学性能，以获取任意折射率薄膜材料，并优化高损伤阈值激光薄膜的制备工艺。方法 基于光电极值膜厚监控原理，采用电子束热蒸发和电阻热蒸发技术制备了复合薄膜，测量了复合薄膜的折射率、消光系数和透射率光谱，并对其激光损伤特性进行了研究。结果 在所研究的工艺参数范围内，当MgF2和ZnS的沉积速率比为5∶1、4∶1、2∶1、1∶1和0.5∶1时，所制备复合薄膜的折射率分别为1.4227、1.4932、1.6318、1.9044和2.0762（波长550 nm）。复合薄膜的折射率符合正常色散，当沉积速率选取合适，可以获得介于两种组分薄膜材料之间的任意折射率。对激光损伤性能测试的结果显示，不同沉积速率比率下制备的复合薄膜的激光损伤阈值可能介于两种单组分薄膜之间，也可能高于每种单组分薄膜的激光损伤阈值，其激光损伤阈值最高比单组分MgF2薄膜高28.6%，比单组分ZnS薄膜高96.4%。结论 采用光电极值法监控膜厚，可根据不同蒸发源的蒸发特性，获得介于单组分膜料折射率之间的任意折射率材料，双源共蒸技术获取中间折射率是可行的。采用双源共蒸技术制备的复合薄膜，可改善单组分膜层的缺陷，获得高于单组分薄膜激光损伤阈值的材料。
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  稀土铈对Ni-Mo-P-PTFE镀层组织结构与防垢性能的影响研究

  杨梓健, 付传起, 王宙, 高越, 项永矿

  表面技术. 2019, 48(2): 89-93. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.013

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  目的 在化学镀Ni-Mo-P-PTFE的工艺基础上向镀液中加入稀土铈，确定当Ni-Mo-P-PTFE镀层的沉积速率达到最大、组织结构最优、PTFE含量最高和防垢性能最好时稀土铈的浓度。方法 制备Ni-Mo- P-PTFE复合镀层，在镀液中分别添加不同含量的稀土铈。通过金相显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、电子显微镜、电子天平等对复合镀层成分和结构进行表征，确定稀土铈诱导共沉积Ni-Mo-P-PTFE复合镀层的最佳工艺。结果 随着镀液中稀土铈浓度的添加，复合镀层的沉积速率呈现先增后减的趋势，同时促进了镀层由晶态向非晶态结构的转变。PTFE的含量在加入稀土铈后有明显的提高，呈现先增后减的趋势。镀层的结垢率也随硫酸铈的加入而降低，在硫酸铈为0.04 g/L时达到最低值0.656 g/m2，此质量浓度镀层的防垢性能最佳。结论 当硫酸铈质量浓度为0.04 g/L时，PTFE粒子沉积速率达到最大，为28.214 μm/h，PTFE粒子体积分数达到40.43%，同时具有最好的阻垢性能。综合考虑，制备Ni-Mo-P-PTFE复合镀层时，最佳的稀土铈质量浓度为0.04 g/L。
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  稀土La2O3对45钢渗硼层性能的影响

  王兰, 吴奕明, 卞国阳, 谢欣宇

  表面技术. 2019, 48(2): 94-99. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.014

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  目的 研究渗硼剂中稀土氧化物La2O3的添加量对45#钢渗硼层厚度及性能的影响。方法 通过在渗硼剂中添加质量分数为0%、5%、10%的La2O3，对45#钢在850 ℃进行4 h渗硼处理，利用金相显微镜观察渗硼层的形貌并测试其厚度，利用XRD分析渗硼层的物相结构，利用显微硬度计、磨损试验机、电化学工作站对渗硼层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及脆性进行测定及衡量。结果 45#钢渗硼后，硬度显著提高，且在渗剂中加入5%和10%的La2O3进行渗硼后，渗硼层厚度及硬度较渗剂中不加La2O3均有明显增加。在渗剂中添加不同含量的La2O3对渗硼层的耐磨性、耐蚀性以及脆性影响不同。添加5%La2O3进行渗硼后，渗硼层的耐磨性、耐蚀性最佳，脆性最小；添加10%La2O3进行渗硼后，渗硼层的耐磨性和脆性都比未加La2O3的要差，但耐腐蚀性较未加La2O3的要好。结论 综合渗硼层的厚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及脆性指标，在渗硼剂中加入5%La2O3时，45#钢渗硼层厚度适中，性能最佳。
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  选区激光熔化成形Ti6Al4V合金微弧氧化生物活性膜层的制备、结构及性能

  常煜, 赵国瑞, 闫星辰, 马文有, 刘敏

  表面技术. 2019, 48(2): 100-108. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.015

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  目的 提升选区激光熔化成形（SLM）Ti6Al4V合金的生物活性。方法 研究了不同电压对微弧氧化技术（MAO）在SLM Ti6Al4V表面制备含钙磷生物陶瓷涂层的影响。通过扫描电子显微镜（SEM）、能量分散X射线光谱（EDS）和X射线衍射仪（XRD）等分析和研究了不同电压下微弧氧化涂层的显微结构、组织和成分等性能，并通过接触角测量和模拟体液浸泡实验及后续的红外光谱分析（FT-IR）等检验涂层的生物活性。结果 经过微弧氧化处理，SLM Ti6Al4V表面含一定比例的钙磷且与基体结合良好的涂层，涂层的主要物相为锐钛矿，涂层厚度、钙/磷含量以及锐钛矿组织含量均随电压的升高而增加。300 V电压制备的膜层，表面均匀，钙、磷的原子数分数分别为7.04%、9.65%。涂层截面质量均一，厚度适宜，为3.19 μm，且随着涂层增厚，基体元素Ti含量下降，Ca、P和O元素的含量增加。300 V电压制备的膜层润湿性相比SLM Ti6Al4V基体的更好，膜层在SBF溶液中浸泡35天后，钙、磷比由0.73增加到1.2，并有羟基磷灰石生成。结论 SLM Ti6Al4V通过微弧氧化技术制备生物活性膜层的最优电压为300 V，经过微弧氧化后的钛合金表面生物活性得到提升。
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  冰水两相流管道冲蚀磨损影响与防护

  刘寒秋, 范世东

  表面技术. 2019, 48(2): 109-116. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.016

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  目的 研究低温条件下冰晶颗粒随水流进入弯管并对弯管造成的冲蚀磨损，确定弯管关键防护区域。方法 通过欧拉-拉格朗日双向耦合法，研究了冰晶颗粒的斯托克斯数、流速、粒径、质量流率以及管道弯径比对磨损特性的影响。结果 冰晶颗粒的斯托克斯数会显著影响最大磨损率区域变化，当斯托克斯数由2.8增大至5.84时，最大磨损率区域由弯头内侧拱壁向弯头外拱壁与出口管道连接处转移，斯托克斯数高出或低于该范围时，最大磨损率位置不再发生变化，斯托克斯数的增加在一定范围内对最大磨损率没有绝对性影响。流速、粒径和质量流率的增大会使得最大磨损率不断升高，粒径和流速的变化会改变最大冲蚀磨损区域，而质量流率的改变对最大冲蚀磨损区域没有明显影响。弯径比的增大也会使得最大冲蚀磨损区域由弯头内拱壁向外拱壁与直管连接处转移，并降低最大磨损率。结论 冰水两相流弯管的最大冲蚀磨损区域主要集中在弯头内拱壁、弯头外拱壁与出口直管连接处、靠近弯头侧壁三处，且大弯径比的管道可实现减磨防护。
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  发光复合冷喷涂层的组织结构及发光性能研究

  何玲, 胡春霞, 吴雪彦, 李文生, 唐丽芳, 赵凡

  表面技术. 2019, 48(2): 117-122. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.017

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  目的 在45#钢表面制备可高效快捷监测涂层摩擦磨损状况的耐磨自敏涂层（Cu-14A1-X/ SrAl2O4:Eu2+,Dy3+）。方法 用冷喷涂方法，在45#钢基体表面制备含不同体积分数的铝酸锶与高铝青铜粉末的复合发光涂层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和荧光分光光度计，分析了荧光粉比例对自敏复合发光涂层的相组成、发光性能、表面及截面形貌的影响。结果 复合涂层的物相与原始粉末基本相同。随着涂层粉体中铝酸锶磷光粉体积分数的增加，相同工艺下制备的涂层厚度逐渐增大。三种涂层与基体的结合强度随着铝酸锶粉末颗粒所占的比重增大，呈现出先增大后略微降低的趋势。同时，随着磷光粉体积分数的改变，铝酸锶颗粒在复合涂层表面的沉积率最大为13.6%，且沉积率变化的趋势逐渐减小，相应地，涂层的发光强度也降低。结论 高铝青铜与铝酸锶粉末配比为7∶3时，涂层发射光谱符合4f65d1→4d7的宽带发射，在受到激发后，均发出耀眼的黄绿色光，具有很好的指示效果，且铝酸锶粒子对涂层起钉扎作用，沉积好，结合强度高。
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  Ti811合金表面激光熔覆涂层微观组织及性能研究

  刘亚楠, 孙荣禄, 张天刚, 牛伟

  表面技术. 2019, 48(2): 123-132. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.018

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  目的 研究Ti811合金表面激光熔覆涂层的微观组织及磨损性能。方法 利用激光熔覆技术，在Ti811合金表面激光熔覆原位合成了TiC+TiB2增强镍基复合涂层。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、电子探针（EPMA）、显微硬度计和摩擦磨损试验机，系统地研究了熔覆层的物相组成、显微组织、显微硬度及摩擦磨损性能，并利用二维点阵错配度理论对TiC的细化机理进行分析。结果 激光熔覆涂层与基体呈良好的冶金结合，熔覆层生成物相主要由TiC、TiB2、Ti2Ni和γ-Ni组成，其中TiC呈等轴枝晶状和花瓣状，Y2O3的（111）面与TiC的（110）面之间的二维点阵错配度为6.813%，Y2O3作为TiC的非均质形核核心为中等有效。熔覆层的平均显微硬度为913.93HV0.5，约为基体Ti811硬度的2.4倍。熔覆层摩擦系数稳定在0.45~0.52之间，磨损机理主要为粘着磨损与磨粒磨损。结论 采用激光熔覆技术能够在Ti811合金表面成功制备Ni基复合增强涂层。熔覆层中Y2O3颗粒具有细晶强化、弥散强化、增加形核率的作用，熔覆层具有较高的显微硬度与良好的耐磨损性能。
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  退火处理对DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响

  王林青, 周永涛, 王军军

  表面技术. 2019, 48(2): 133-138. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.019

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  目的 研究退火处理对DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响，并讨论它们之间的相互关系。方法 采用平板空心阴极等离子体增强化学气相沉积系统，以C2H2和Ar作为反应气源制备DLC薄膜，将DLC薄膜在大气环境中进行不同温度的退火处理。采用扫描电子显微镜、Raman光谱仪及金相显微镜、薄膜应力测试仪及球-盘摩擦实验仪等，对退火处理前后的DLC薄膜结构、应力及摩擦学性能等进行测试分析。 结果 在较低温度（q≤300 ℃）下退火，随退火温度的增加，薄膜中sp3-C的相对含量缓慢减少，结构没有发生明显的变化，内应力降低，薄膜的摩擦系数变化趋势相同，且随退火温度的增加，摩擦系数达到平稳的趋势发生得更早。在400 ℃退火温度下，DLC薄膜的结构发生了明显的改变，且表面发生了一定的氧化，初始摩擦系数较高，随摩擦时间的延长，薄膜的摩擦系数降低，同时稳定后的摩擦系数（~0.16）较低温退火的DLC薄膜高。在450 ℃退火温度下，DLC薄膜结构发生了明显的改变，并出现了严重的氧化，摩擦学性能严重恶化并迅速失效。结论 退火温度的选择对DLC薄膜的结构及摩擦学性能具有重要影响。
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  初始表面粗糙度对沟槽织构摩擦性能的影响

  纪敬虎, 周加鹏, 王沫阳, 王伟, 符永宏

  表面技术. 2019, 48(2): 139-143. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.020

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  目的 探究初始表面粗糙度大小对激光沟槽织构化表面摩擦性能的影响规律。方法 采用脉冲光纤激光器在不同粗糙度的45#钢试样表面制备具有不同深度、规则排列的沟槽织构，利用摩擦磨损试验机进行销-盘式往复摩擦试验，研究初始表面粗糙度对沟槽织构化表面摩擦系数的影响规律，以及不同初始表面粗糙度条件下，激光沟槽织构化表面的摩擦学行为。结果 沟槽织构能够有效降低表面的摩擦系数，初始表面粗糙度、载荷和速度的大小对沟槽织构的润滑减摩性能有较大影响。在较低的载荷下，沟槽织构能有效提高表面的流体动压润滑效应；在较高的载荷下，沟槽织构能够有效改善表面的边界润滑性能。存在最优初始表面粗糙度，使得摩擦系数达到最小，初始表面粗糙度最优值的大小应根据载荷和速度大小来确定。 结论 根据摩擦副表面的载荷和速度工况条件，合理优化初始表面粗糙度能使沟槽织构获得较为理想的润滑减摩效果。
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  高压压裂液对JY-50压裂弯管冲蚀行为影响的数值模拟

  易先中, 彭灼, 周元华, 成芳, 刘军辉, 盛治新, 殷光品

  表面技术. 2019, 48(2): 144-151. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.021

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  目的 研究在水力压裂作业中，高压压裂液对JY-50压裂弯管冲蚀磨损的影响规律及其主要影响因素。方法 基于液-固两相流理论、FLUENT冲蚀模型，为消除误差，应用FLUENT 3次重复性分析并取平均值，得到支撑剂密度、粒径、质量浓度、压裂液流速的变化对弯管冲蚀行为的影响。结果 压裂弯管的易冲蚀区域为弯管段靠近出口的内壁面外侧区域和接近弯管出口的直管区域。随着支撑剂密度和粒径的增大，最大冲蚀速率均增大，支撑剂密度从2500 kg/m3增大到3500 kg/m3时，最大冲蚀速率增长了0.69倍，粒径从0.074 mm增大到0.54 mm时，最大冲蚀速率增长了1.45倍，但二者对平均冲蚀速率数值影响变化不大。支撑剂质量浓度的增大，导致冲蚀速率呈近似线性增大，从40 kg/m3增大到210 kg/m3时，最大冲蚀速率增长了2.3倍，平均冲蚀速率增长了1.526倍。流速从5 m/s增大到25 m/s时，最大冲蚀速率平均增长了34.30倍，平均冲蚀速率也增长了34.85倍。结论 对JY-50压裂弯管冲蚀行为及影响进行了数值模拟，获得了压裂液的参数变化对压裂弯管的冲蚀影响规律，综合最大冲蚀速率和平均冲蚀速率数值及其增长倍数分析，压裂液流速是冲蚀速率增长的主要因素，对弯管冲蚀磨损影响显著。
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  钛合金基体上AlCrN涂层的冲蚀磨损行为研究

  李巾杰, 吴凤芳, 吴冰

  表面技术. 2019, 48(2): 152-158. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.022

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  目的 研究钛合金基体表面的AlCrN涂层在固体粒子冲蚀条件下的磨损性能和材料去除机制。方法 采用阴极电弧离子镀物理气相沉积技术在钛合金基体表面制备AlCrN硬质涂层。利用扫描电镜（SEM）分析冲蚀试验前后试样表面的微观形貌；利用能谱分析仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）分析涂层的化学成分和物相组成；利用白光干涉轮廓仪检测试样表面粗糙度和冲蚀试验后试样表面的冲蚀坑深度；利用纳米压痕仪和多功能材料表面性能测试仪测量试样的显微硬度、弹性模量和涂层与基体的结合力；利用冲蚀试验机考察高角度冲蚀条件下试样的抗冲蚀磨损性能。结果 抛光后的钛合金表面光滑，没有明显缺陷，硬度为4.29 GPa，弹性模量为141.02 Gpa。AlCrN涂层厚度约为10.5 μm，表面有大量尺寸不一的球形颗粒和圆形凹坑等生长缺陷，硬度为23.27 GPa，弹性模量为264.95 GPa，XRD图谱表明AlCrN涂层中主要存在AlN相和CrN相。在冲蚀角度90°、粒子冲击速度85 m/s和冲蚀粒子供给速率(2±0.5) g/min的条件下，AlCrN涂层的冲蚀坑深度仅为钛合金基体的1/10。通过冲蚀表面微观形貌观察与分析发现，钛合金基体表面的冲蚀磨损特征主要有冲击凹坑、挤压唇和微切削痕，AlCrN涂层表面的冲蚀磨损特征主要有微切削痕、大颗粒塑性变形和剥落坑。结论 钛合金的冲蚀磨损行为为典型的塑性材料冲蚀磨损机制。AlCrN涂层在冲蚀早期为塑性材料冲蚀磨损机制，随着冲蚀的进行，既有塑性材料冲蚀磨损机制，又有脆性材料冲蚀磨损机制。
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  树脂基摩擦材料耦合机理研究

  钟厉, 吴林群, 陈梦青

  表面技术. 2019, 48(2): 159-165. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.023

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  目的 提高树脂基摩擦材料的机械性能和摩擦磨损性能。方法 利用纤维的协同耦合效应制备混杂纤维增强材料，通过正交实验法设计配方，探究混杂纤维对摩擦材料性能的影响。借助扫描电镜对磨损表面和磨屑的微观形貌进行分析，使用能谱分析其元素组成，以探究摩擦材料的耦合机理。结果 混杂纤维含量从8%增加到10.5%，摩擦材料的洛氏硬度和剪切强度分别维持在50~75 HRB、11.5~16.5 MPa适宜范围内，其中S3试样的洛氏硬度最大，为71 HRB，S4试样的剪切强度最大，为16.1 MPa。混杂纤维的交叉耦合效应决定了摩擦材料的机械性能。碳纤维在接触表面形成一层转移膜，发挥着润滑降温的作用，对摩擦材料的摩擦系数及磨损率均影响最大。结论 转移膜的形成可有效缓解热衰退现象。适宜含量的混杂纤维可使摩擦表面形成连续的转移膜，且粒径细小的磨屑可提高转移膜的自洁性，从而降低摩擦材料的磨损率。磨损机理也由磨粒磨损和粘着磨损转变为多种机理综合的磨损形式。
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  FeCoCr0.5NiBSix高熵合金涂层的高温冲蚀磨损性能

  张冲, 吴旭晖, 戴品强

  表面技术. 2019, 48(2): 166-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.024

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  目的 研究FeCoCr0.5NiBSix高熵合金在高温冲蚀下的表面形貌、冲蚀机理和磨损性能。方法 在45钢基体上用激光熔覆方法制备FeCoCr0.5NiBSix（x=0.1~0.4）高熵合金涂层，将不同Si含量的FeCoCr0.5NiBSix高熵合金涂层分别在室温和650~900 ℃下进行冲蚀试验。利用SEM和EDS等方法分析涂层截面和表面冲蚀形貌，同时测试涂层的显微硬度和冲蚀磨损率。结果 FeCoCr0.5NiBSix涂层由简单FCC固溶体和硼化物两相组成，Si元素易固溶在FCC固溶体中。FeCoCr0.5NiBSix涂层的冲蚀形貌在低角度冲蚀下以犁沟和切削为主，而在高角度下则出现挤压坑。随着Si添加量的增加，FeCoCr0.5NiBSix涂层的硬度先下降后升高，这与涂层在低角度下的冲蚀磨损率规律相反，而与高角度下的规律一致。FeCoCr0.5NiBSix涂层的冲蚀磨损规律正好与304不锈钢相反，其冲蚀磨损率均随着冲蚀攻角和温度的增加而明显增大，30°攻角下呈现出最小的冲蚀磨损率（8.2 mg/cm2）。结论 FeCoCr0.5NiBSix涂层的冲蚀磨损机理类似于脆性材料，低角度下以切削和犁沟破环形式为主，高角度下则以挤压破环和脆性破碎形式为主。FeCoCr0.5NiBSix涂层在低角度下的冲蚀磨损性能明显好于304不锈钢。
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  N2气流量比对磁控溅射Mo-N涂层结构和性能的影响

  齐东丽, 宋健宇, 沈龙海

  表面技术. 2019, 48(2): 173-178. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.025

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  目的 研究N2气流量比对直流反应磁控溅射Mo-N涂层结构、力学性能和摩擦性能的影响。方法 采用直流反应磁控溅射技术在304不锈钢基体表面制备Mo-N涂层，对涂层结构进行X射线衍射（XRD）分析，对涂层形貌和磨痕形貌进行扫描电镜（SEM）分析，采用维氏显微硬度计测试涂层的显微硬度，采用划痕法表征涂层的结合强度，采用球盘式摩擦磨损试验仪评价涂层的摩擦磨损性能。结果 随着N2气流量比R从0.3增加至0.7，涂层主要由面心立方γ-Mo2N相构成，当R为0.7时，制备的涂层中出现少量的六方δ-MoN相。涂层的显微硬度先降低后增加，最高硬度可达3060HV。结合强度先增加后降低，当R为0.4和0.5时，涂层的结合力较高，约为40 N，且具有较好的摩擦学性能，平均摩擦系数约为0.22，磨损形式主要为磨粒磨损。结论 在基体温度为300 ℃时制备涂层，N2气流量比在0.3~0.7的范围变化对涂层相结构的影响较小。硬度相对较高时，结合力越好，摩擦学性能越好。
表面失效及防护
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  梯度成分结构TiAlSiYN涂层的制备及其抗氧化性能研究

  鲜广, 范洪远, 赵海波, 熊计, 罗粮, 李之旭

  表面技术. 2019, 48(2): 179-185. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.026

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  目的 采用阴极电弧镀叠加磁控溅射的复合PVD涂层技术，实现梯度成分结构TiAlSiYN多元涂层的制备。方法 在涂层沉积过程中，通过切换不同成分的电弧靶，获得成分梯度变化的TiAlSiYN涂层。利用扫描电子显微镜及其附带能谱仪、X射线衍射仪分析涂层氧化前后的截面组织形貌、成分和物相结构。结果 在阴极电弧沉积过程中，通过磁控溅射方式植入微量Y元素会干扰涂层的生长，降低涂层的生长速率。Y元素在涂层中具有细化柱状组织的作用，并使涂层的开始氧化温度和氧化速率降低。相比于均一成分结构的TiAlSiN涂层，均一成分结构的TiAlSiYN涂层在800 ℃时表层未发生氧化。在900 ℃保温1 h后，TiAlSiYN涂层的高氧含量氮氧化物层厚度小于TiAlSiN涂层。梯度成分结构使TiAlSiYN涂层的抗氧化性能明显降低，在900 ℃保温1 h后，梯度成分结构的TiAlSiYN涂层组织完全被氧化，氧化组织以金红石结构的TiO2为主，还有少量锐钛矿结构的TiO2、SiO2和Al2O3。结论 微量稀土Y元素具有改善涂层抗氧化性的作用，而梯度成分结构不利于涂层的抗氧化性。
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  Zr含量对磁控溅射NiCrZr薄膜结构及耐蚀性的影响

  孙康, 崔洪芝, 田硕硕, 宋晓杰, 王维国

  表面技术. 2019, 48(2): 186-192. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.027

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  目的 在316L不锈钢基体表面磁控溅射NiCrZr薄膜，提高其在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性。方法 采用非平衡磁控溅射技术，在316L不锈钢基体上，用NiCr（原子比80 : 20）复合靶和纯Zr靶制备了不同Zr含量的NiCrZr薄膜。采用XRD、原子力显微镜、扫描电镜和Gamry电化学工作站，分别分析了NiCrZr薄膜的物相组成、表面形貌、表面粗糙度、截面形貌、元素组成、厚度以及在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀性能。结果 随着Zr靶功率的增加，薄膜中Zr含量不断增加，薄膜的组织结构不断细化，表面粗糙度由4.91 nm减小到了2.79 nm。薄膜主要由Cr3Ni2、Cr1.2Ni0.8Zr、Cr2Zr、CrO3、NiCrO4和ZrO2相组成，表明薄膜容易在空气中氧化。此外，随着Zr含量的增加，与316L基体相比，NiCrZr薄膜在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电流减小，腐蚀电位增大。当Zr原子分数为24.73%时，NiCrZr薄膜可以在溶液中形成稳定的钝化膜，从而表现出最佳的耐蚀性，腐蚀电流密度达到最小值13.10 nA/cm2，与316L基体相比减小了95%。结论 Zr含量的增加可以使薄膜变得更加细密，有效阻隔电解质与基体的接触，从而提高涂层的耐蚀性。
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  电流密度对碳钢微弧氧化层耐液态铅铋腐蚀性能的影响

  朱强, 陈文彬, 雷玉成, 赵军

  表面技术. 2019, 48(2): 193-199. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.028

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  目的 提高碳钢耐液态Pb-Bi耐腐蚀性能。方法 采用熔钎焊的方法，对6061铝合金和Q235钢进行搭接焊，焊后采用微弧氧化技术在焊接接头制备微弧氧化陶瓷层，将其放入350 ℃的高温液态Pb-Bi中进行300 h静态腐蚀试验。结果 选用钨极氩弧焊机，用ER4043焊丝作为钎料，通过调节焊接参数，在焊接电流为85 A、焊接速度为140 mm/min的参数下，铝层与Q235钢的结合强度达到182 MPa，金属间化合物厚度为7.3 μm。在2 g/L KOH+4 g/L Na2SiO3?9H2O的电解液中进行微弧氧化试验，放电孔洞直径和数量随着电流密度的增大而增加。通过对比发现，在10 A/dm2下生成的氧化膜层厚度适宜，同时致密性较好，陶瓷层由γ-Al2O3和α-Al2O3组成。经过静态腐蚀后，Q235碳钢母材试样表面被明显腐蚀，而Q235钢微弧氧化后的试样则有较好的耐腐蚀性能，其中10 A/dm2电流密度参数下制得的氧化膜层耐蚀性能最优。结论 微弧氧化陶瓷膜层可显著提高材料在高温液态Pb-Bi合金中的耐腐蚀性能，且膜层致密性和厚度会影响其对材料的保护作用。
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  低温多效海水淡化铝合金换热管的化学清洗

  靳亚鹏, 吴芸芳, 崔振东, 高丽丽, 尹建华, 王维珍

  表面技术. 2019, 48(2): 200-206. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.029

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  电弧离子镀制备耐事故包壳材料厚Cr涂层及高温抗氧化性能

  胡小刚, 董闯, 陈宝清, 杨红艳, 张瑞谦, 谷伟, 陈大民

  表面技术. 2019, 48(2): 207-219. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.030

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  目的 在Zr-4包壳材料表面制备具有耐事故高温性能的抗氧化厚Cr涂层，保护Zr基体，以防止与高温水蒸汽反应。方法 采用自主研发的φ155 mm大弧源电弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备约20 μm的Cr涂层，通过X射线衍射仪（XRD）分析氧化前后的物相变化，通过扫描电子显微镜（SEM）和电子探针（EPMA）研究厚Cr涂层在不同温度下产生的多种缺陷，探究厚Cr涂层对Zr基体的防护机制。结果 当涂层沉积速率>3 μm/h，制备的Cr涂层均匀致密，结合力优异，具有柱状晶结构，可经受至少15.8%的形变量，其抗塑性形变能力优异。沉积Cr层样品经过1000、1100、1200 ℃氧化，保温1 h后快速冷却至室温，厚Cr涂层分化为CrOx层、Cr2O3层、残余Cr层和Cr-Zr扩散层。经受苛刻条件(1200 ℃/3600 s)测试，除保持连续性的氧化层外，在基体上仍残余良好结合的6.8 μm Cr层。氧化层两次开裂阻止基体被进一步破坏。Cr-Zr扩散层是由Zr元素向Cr涂层方向渗透生长的。1200 ℃时，在基体近表面处产生的大尺寸隆起，是由于在近表面处韧性β-Zr(O)相转变为脆性α-Zr相，以及Cr偏聚贫Sn造成的。残余Cr层的柱状晶结构会形成Zr-O扩散通道，对涂层最后失效将起关键作用。结论 Zr合金包壳材料镀覆20 μm的Cr涂层具有充分的耐事故能力，在严苛的事故条件测试下，各缺陷均未能使Zr-4合金基体暴露，涂层能够形成有效壁垒，防止锆合金基体暴露造成核事故，阻止基体进一步被破坏。
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  硅烷涂层对316L不锈钢耐腐蚀性能的影响

  林元华, 马毓聪, Mohd Talha, 李冰, 石云升, 孙志鹏, 唐亮

  表面技术. 2019, 48(2): 220-225. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.031

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  目的 提高316L不锈钢的耐腐蚀性能。方法 在316L不锈钢样品表面涂覆主要成分为1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷（BTSE）的硅烷涂层。通过电化学分析测试，评价涂覆硅烷涂层的316L不锈钢的耐蚀性，并通过扫描电子显微镜和扫描电化学显微镜对其表面形貌进行分析。结果 在相同的腐蚀环境下，与未涂覆硅烷涂层的316L不锈钢样品相比，涂覆硅烷涂层样品的表面更加光滑，点蚀现象明显好转。电化学测试结果显示，涂覆硅烷涂层的316L不锈钢样品的腐蚀电位为?565.02 mV，未涂覆硅烷涂层样品的腐蚀电位为?796.01 mV，前者明显高于后者，其腐蚀倾向明显减小。另外，涂覆硅烷涂层的316L不锈钢样品的腐蚀电流为2.5177 μA，未涂覆硅烷涂层样品的腐蚀电流为5.4291 μA，涂覆硅烷涂层样品的腐蚀电流明显更小，表现出了更好的耐腐蚀性能。通过观察扫描电化学显微镜图像可以得出，未涂覆硅烷涂层的316L不锈钢样品的电流范围为?3.144×10?9 ~ ?1.957×10?9 A，涂覆硅烷涂层的316L不锈钢样品的电流范围为?3.004×10?9~ ?1.975×10?9 A，涂覆硅烷涂层样品的电流范围更窄，腐蚀程度明显减轻。结论 在316L不锈钢表面涂覆硅烷涂层可以在一定程度上减缓样品的腐蚀程度，硅烷涂层起到了物理屏障的作用，显着提高了316L不锈钢的耐腐蚀性。
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  拉应力作用下X80管线钢预制长槽缺陷周围局部腐蚀行为

  李海坤, 孙倩, 张效铭, 吴世杰, 黄琳, 谢涛

  表面技术. 2019, 48(2): 226-231. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.032

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  目的 评价在应力作用下，土壤中管道长槽缺陷周围的腐蚀速率。方法 采用有限元方法分析了100%屈服应力下，X80管线钢垂直于应力方向的长槽形人造缺陷周围的应力分布。采用扫描电化学显微镜技术（SECM）测试了100%屈服应力下，库尔勒土壤模拟溶液中预浸40天的X80管线钢试件人造缺陷附近的腐蚀电化学活性，通过电流场模型和法拉第定律计算并估计了人造缺陷端部应力集中区和缺陷两侧在库尔勒土壤中的腐蚀速率。结果 外加应力下，长槽形预制缺陷端部产生应力集中，缺陷两端局部应力达到试件所施加应力的2~3.4倍。在土壤模拟溶液中，缺陷端部应力集中区为阳极区，缺陷两侧低应力区为阴极区。预制缺陷端部应力集中区域作为阳极，有腐蚀加速的趋势，存在点蚀倾向。结论 在拉应力作用下，库尔勒土壤模拟溶液中X80钢缺陷端部平均腐蚀速率可达0.12 mm/a，点蚀速率可达0.9~1.7 mm/a，分别为自然腐蚀速率的1.25倍和9.4~17.7倍，即在应力集中位置更易发生点蚀。
膜层材料与技术
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  占空比对TiAl合金表面阴极微弧沉积Al2O3涂层的影响研究

  王少青, 吴向清, 谢发勤

  表面技术. 2019, 48(2): 232-238. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.033

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  目的 通过调整实验工艺，研究占空比对TiAl合金表面阴极微弧沉积过程的影响规律和作用机制。方法 对TiAl合金进行预处理后，在不同占空比条件下，于Al(NO3)3电解液中制备阴极微弧沉积Al2O3陶瓷涂层。采用电子扫描电镜（SEM）、元素能谱分析（EDS）、透射电子电镜（TEM）以及X射线衍射（XRD）等分析测试技术，对不同陶瓷涂层的微观组织结构和成分进行了分析，并使用涡流测厚仪、表面轮廓仪、维氏硬度计和划痕仪等材料性能测试设备，对涂层厚度、粗糙度、硬度、结合强度等力学性能进行了表征。结果 在沉积过程中，占空比主要影响试样表面非晶态Al(OH)3的沉积吸附和脱水烧结以及晶体Al2O3的形成。随占空比增加，陶瓷涂层内部晶体结晶度提升，表面缺陷和微裂纹减少，均匀性、致密性和表面硬度均有所提高，厚度和结合强度先增加后降低，而表面粗糙度则呈现先降低后增加的趋势。结论 占空比为30%时，涂层表面缺陷较少，与基体结合良好，涂层晶格条纹整齐，由α-Al2O3、γ-Al2O3和少量金红石相rutile-TiO2以及非晶相的Al(OH)3组成，α-Al2O3质量分数为89.0%，涂层厚度为47 μm，表面粗糙度为1.0 μm，结合强度为72 N，硬度为1010 MPa(HV200)。
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  乙内酰脲体系无氰电镀镉工艺

  黄勇, 杜楠, 沈宗耀, 王帅星

  表面技术. 2019, 48(2): 239-245. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.034

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  目的 开发一种新型的无氰镀镉工艺，替代传统的氰化镀镉。方法 以海因和柠檬酸为主、辅络合剂，通过选用光亮剂和表面活性剂获得无氰镀镉工艺配方，优化pH值、电流密度和温度等工艺参数。按规定的方法测试镀液的分散能力、深镀能力。利用SEM、三维显微镜观察镀层的微观形貌，通过极化曲线和循环伏安曲线讨论镀液的极化度和成膜机理，利用塔尔菲尔曲线和点滴实验测试其耐蚀性。结果 镉电沉积是通过“成核/生长”机理进行的，乙内酰脲体系无氰镀镉双络合剂协同作用明显，镀液极化能力强。与氰化镀镉相比，该工艺电流效率提高20%，沉积速率提高30%，分散能力可达89%以上，镀液深镀能力和镀层结合力检验合格，镀层表面光亮细致，钝化膜彩虹色明显。无氰镀镉层耐蚀性优于氰化镀镉层，与氰化镀镉钝化层相比，钝化封闭后，自腐蚀电流密度降低至之前的1/15，耐蚀性显著提高。结论 该配方及工艺条件为：硫酸镉30~50 g/L，硫酸钠60~100 g/L，乙内酰脲60~70 g/L，柠檬酸20~40 g/L，光亮剂1~3 g/L，表面活性剂1~3 g/L，pH=5~6，温度15~35 ℃。镀液镀层各项性能优越，完全可以替代氰化镀镉工艺用于我国飞机和航空发动机钢结构的防护。
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  PVP-Cu2O微胶囊防污涂料的制备及性能研究

  毛田野, 陆刚, 迟钧瀚, 徐朝阳, 杨宏波, 余红伟

  表面技术. 2019, 48(2): 246-252. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.035

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  目的 合成一种氧化亚铜微胶囊，以其为防污剂制备防污涂料，并进行性能研究。方法 利用亚硫酸钠还原-单凝聚法合成聚乙烯吡咯烷酮-氧化亚铜（PVP-Cu2O）微胶囊，并利用电镜测试和红外光谱对微胶囊的结构组成和包覆效果进行了验证。以合成的微胶囊为防污剂，PU/EP改性树脂为基体，制备了防污涂料试样，对涂料试样的涂层硬度、抗冲击性、拉伸强度、剪切强度、吸水性能、释放性能等进行了测试表征，探究防污剂的种类和用量对防污涂料各方面性能的影响。对遴选的优异配方涂料进行浅海挂板防污试验，探究其实海防污性能。结果 实验成功合成出了PVP-Cu2O微胶囊，与使用普通Cu2O作为防污剂的涂料试样相比，使用PVP-Cu2O微胶囊的涂料试样涂层硬度、抗冲击性、拉伸强度、剪切强度、吸水率和缓释效果等性能均有了较大幅度的提升和改善。当PVP-Cu2O用量增加至35 phr时，微胶囊对防污涂料性能改善效果有一定程度的减弱，综合考虑涂料试样的各方面性能，确定PVP-Cu2O用量以15 phr为宜。浅海挂板防污试验证明：用量仅为15 phr的微胶囊涂料达到了与商品防污涂料基本相当的防污效果。结论 PVP-Cu2O微胶囊防污涂料可以在实现防污涂料的环保化、节能化和长效化方面起到十分积极的作用。
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  三元磷酸盐体系无机预润滑试剂的研发及其在改善热镀锌汽车板成形方面的应用

  赵晓非, 苗雨芳, 黎敏, 于东云

  表面技术. 2019, 48(2): 253-259. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.036

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  目的 旨在合成一种用于改善热镀锌汽车板材料成形性能的无机预润滑试剂，以期降低热镀锌板表面摩擦系数，进而减少冲压过程中开裂等缺陷的发生。方法 以磷酸、金属硝酸盐等为主要试剂合成机预润滑试剂，在热镀锌汽车板材料表面得到均匀、连续的无机预润滑薄膜。采用扫面电子显微镜、辉光光谱仪等手段对材料表面所形成的无机预润滑薄膜的基本形貌、厚度等进行表征。采用平板摩擦、深冲实验对材料涂覆预润滑膜后的表面摩擦系数及冲压性能进行分析。同时，根据汽车板材料认证特点，对无机预润滑处理后的热镀锌汽车板材料的焊接/胶接、涂装性能进行分析。结果 采用辊涂法在热镀锌汽车板材料表面可形成厚度为50~60 nm连续、均匀的薄膜。较之普通热镀锌材料，上述表面涂覆无机预润滑薄膜后的热镀锌材料表面摩擦系数可有效下降13%。，且伴随板面温度升高，无机预润滑热镀锌材料表面摩擦系数的下降愈发明显；同时，无机预润滑处理热镀锌材料的焊接性能（包括焊接窗口、焊接寿命）符合同等厚度汽车板材料的认证需求。涂覆无机预润滑薄膜热镀锌板表面与汽车结构胶具有良好的兼容性；此外，汽车主机厂挂片实验结果证实，现有的脱脂工艺可将材料表面无机预润滑膜彻底脱除，所得磷化膜厚度、晶粒大小与普通热镀锌板无异。结论 当前所研发的无机预润滑试剂在热镀锌板表面形成薄膜，在不影响材料其他各项性能的前提下，可有效降低材料摩擦系数，为减少冲压缺陷的发生提供保证。
表面质量控制及检测
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  硬质合金刀具材料化学机械抛光机理研究

  袁巨龙, 毛美姣, 李敏, 刘舜, 胡自化, 吴锋

  表面技术. 2019, 48(2): 260-267. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.037

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  目的 研究硬质合金刀具材料化学机械抛光（CMP）机理，为改善硬质合金刀具表面质量提供理论支持。方法 分析硬质合金刀具材料在酸性抛光液中的化学反应，研究硬质合金刀具材料CMP的化学反应机理。基于接触力学理论计算抛光垫与工件的实际接触面积和单个磨粒的实际切削面积，在运动学分析的基础上，建立硬质合金刀具材料CMP的材料去除率模型，通过实验验证材料去除率模型的有效性。结果 在酸性抛光液中，硬质合金被氧化成Co3O4。当工件、抛光垫、磨粒类型、工件安装位置确定时，材料去除率与抛光载荷、磨粒浓度和抛光盘转速有关。常用硬质合金抛光条件下，抛光YG8刀具的修正系数Kcm为8.53，抛光后刀具的最低表面粗糙度能达到48 nm，材料去除率为62.381 nm/min，材料去除率的理论值和实验值的最大相对误差为13.25%，消除了表面缺陷，获得了较好的镜面效果。结论 建立的材料去除率模型具有一定的有效性，对硬质合金刀具材料进行化学机械抛光能消除刀具的表面缺陷，改善表面质量。
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  陶瓷球高效超光滑磁流变柔性抛光新工艺研究

  肖晓兰, 阎秋生, 潘继生, 焦竞豪

  表面技术. 2019, 48(2): 268-274. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.038

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  目的 为实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光，提出一种集群磁流变抛光陶瓷球的新工艺。方法 在传统V型槽抛光陶瓷球的基础上增加集群磁极和上盘旋转动力，配制适当的磁流变抛光液，通过在上下抛光盘的集群磁极，形成磁流变抛光垫包覆陶瓷球，进行研磨抛光加工。然后，基于陶瓷球工件几何运动学和动力学分析得到球体各运动参数的影响关系，利用机械系统分析软件ADAMS对成球过程进行动态仿真，可以看出该抛光方法能够主动控制球体的运动，实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络。最后，根据仿真结果，通过调整上下抛光盘的转速比、偏心距和加工间隙等参数，控制陶瓷球的自转角，实现球面的快速高效超光滑抛光。结果 用自行设计的陶瓷球集群磁流变抛光实验装置，对氮化硅陶瓷球进行抛光2.5 h，表面粗糙度Ra从60 nm左右下降到10 nm左右，球形误差为0.13 μm，达到了陶瓷球轴承氮化硅球的国家标准（G5水平）。结论 集群磁流变抛光方式可以实现球面抛光轨迹的快速均匀全包络，实现陶瓷球表面的高效超光滑抛光，值得进一步深入探讨研究。
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  PVA基粘弹性磁性磨具的实验研究及加工参数优化

  闫涛, 李秀红, 李文辉, 杨胜强, 王栋梁

  表面技术. 2019, 48(2): 275-280. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.039

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  目的 检验新研制的PVA基粘弹性磁性磨具的表面光整加工性能，掌握配比参数、加工条件等因素对加工效果的影响规律，并对加工参数进行优化以达到最佳加工效果。方法 以6061铝合金管外圆表面为光整加工实验对象，通过先导实验首先确定出影响加工效果的主要因素及其参数范围，而后基于响应曲面法实验，对主轴转速、两相质量比、磨粒尺寸及加工时长等因素与工件表面粗糙度下降率（%?Ra）之间的关系进行了探究分析。结果 最后通过对实验结果进行方差分析，建立了PVA基粘弹性磁性磨具加工铝合金管外表面的%?Ra预测模型，并对影响参数进行了优化设计，得到在最佳实验条件下（加工时间46 min、两相质量比1.45、主轴转速635 r/min、磨粒尺寸65目），工件表面粗糙度下降率为92.5%，最低表面粗糙度为59 nm，显著改善了加工效果。结论 作为一种新型光整加工介质PVA基粘弹性磁性磨具，其具有良好的自适应性及流动性，能达到较好的光整加工效果。影响%?Ra的单因素显著性从强到弱依次为：加工时长、主轴转速、磨粒尺寸、两相质量比。交互作用显著的因子为两相质量比+主轴转速、加工时长+主轴转速、两相质量比+磨粒尺寸。在主轴转速、加工时长取高水平，两相质量比取中等水平，磨粒尺寸取低或高水平时，能得到较好的表面加工效果。
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  旋转超声锯切光学玻璃的表面形成机理研究

  沈剑云, 朱旭, 宋伟, 陈剑彬, 吴海融, 吴贤

  表面技术. 2019, 48(2): 281-289. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.040

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  目的 探究不同物理性能光学玻璃锯切加工的表面形成机理，以及旋转超声锯切过程中径向振动冲击对其表面特性的影响。方法 首先通过显微压痕实验，对比K9与石英两种光学玻璃的硬度与断裂韧性，计算其各自的临界切削深度，并用LS-DYNA进行单颗磨粒切削的有限元仿真，分析不同物理性能光学玻璃的表面形成机理。然后对其进行旋转超声锯切（Rotary ultrasonic sawing RUS）和普通锯切（Conventional sawing CS）实验，分析径向超声振动对不同物理性能的光学玻璃表面特性的影响。结果 K9、石英玻璃的断裂韧性分别为5.232 MPa?m0.5和1.644 MPa?m0.5，临界切削深度为4.288 μm和0.012 μm。仿真结果表明，加工过程中，超声振动将单颗磨粒的最大切削厚度由1.1767 μm提高为8.001 μm。对石英与K9玻璃进行锯切试验的结果显示，对于K9玻璃，旋转超声锯切后，沟槽底部粗糙度Pa与峰谷值Pv相对普通锯切大幅降低，但石英玻璃下降幅度不大。结论 超声振动增大了单颗磨粒切削厚度，使得K9玻璃的材料去除方式由部分塑性去除转变为完全脆性断裂去除，致使表面层产生微破碎，避免了传统加工过程中产生的大面积破碎和裂纹，进而提高表面粗糙度。石英玻璃因为临界切深小，在普通锯切中即为脆性去除，超声振动的影响效果稍小，对加工后表面粗糙度的影响不大。