2020年, 第49卷, 第7期　
刊出日期：2020-07-20

  

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专题——生物材料表面处理技术
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  钛及钛合金表面纳米管的生物功能化研究进展

  吴琰, 赵昱颉, 李岩

  表面技术. 2020, 49(7): 1-8. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.001

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  钛及钛合金因为其良好的生物相容性和力学性能，作为生物医用材料得到广泛使用。通过表面处理后，可以在钛金属基体表面获得氧化钛纳米管阵列。氧化钛纳米管阵列的管径和长度尺寸可控，通常具有大表面积、强吸附性和超亲水性，可以提高钛及钛合金基体的生物相容性和耐腐蚀性能，为进一步赋予其更多的生物功能性奠定了基础。对钛及钛合金表面纳米管再次表面改性后，可使其具有更好的促进骨整合、抗菌消炎、药物响应可控释放、生物荧光成像等功能，在生物医学领域应用潜力巨大。介绍了钛及钛合金表面纳米管的制备方法，分析了氧化钛纳米管阵列的生物学特性，探讨了纳米管的物理特征对细胞行为的影响，对二次表面改性（包括碱处理、水热处理、电化学沉积、溶胶-凝胶法）影响氧化钛纳米管生物功能性的研究进展进行了综合评述，总结了氧化钛纳米管作为药物载体在药物缓释、响应性释放和疾病检测等生物功能化方面的进展情况，提出了对氧化钛纳米管生物功能化研究的一些问题，并展望了其未来发展方向。
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  聚合物表面可控修饰构筑蛋白质检测芯片

  王梦婷, 吴仲岿, 代思雨

  表面技术. 2020, 49(7): 9-16. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.002

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  概述了基于聚合物表面可控修饰构筑蛋白质检测芯片的相关技术。对于探针分子筛选技术，探针分子的筛选对蛋白质芯片的灵敏度十分重要，介绍了目前常用的技术（噬菌体抗体库技术和SELEX技术）以及近年来发展的新技术（PFSC技术）的特点。聚合物表面蛋白质微图案构筑技术，可分为使用模具的模板法和基于聚合物自组装的非模板法。模板法介绍了软光刻技术和粒子束刻印技术，其特点是微图案的构筑重复精确。非模板法介绍了聚合物薄膜去湿法和呼吸图法，其特点是不依赖于刻蚀技术，表面图案形状尺寸可动态调控。对已经发表的一些该技术制备的蛋白质检测芯片及其应用方向进行了相关介绍。最后总结了该技术仍存在的不足，并针对此展望了未来研究的关注点。
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  羟基磷灰石纳米粒子表面修饰的研究进展

  范依然, 闫文馨, 韩颖超

  表面技术. 2020, 49(7): 17-27. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.003

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  羟基磷灰石是人体骨骼和牙齿的主要无机成分，具有良好的生物相容性和生物活性，且能诱导骨组织的生长，促进组织缺损的修复，是性能优异的骨修复材料。近年来，纳米羟基磷灰石由于其独特的性能，在生物医学领域展现出新的应用功能。但是，为了发挥纳米羟基磷灰石独特的功能特性，常常需要对其进行表面修饰，以满足生物医学应用的条件和要求。从生物医学角度，针对羟基磷灰石纳米粒子在生物显影、DNA转染、药物递送、与高分子复合、促进成骨和抑菌等方面的应用，对羟基磷灰石纳米粒子的表面修饰研究进行论述，探讨相关表面修饰思路和技术及修饰应用效果。通过表面修饰，不仅可以提高羟基磷灰石纳米粒子的分散性和悬浮稳定性，提升药物装载能力和促进成骨能力，还可以赋予其生物显影能力、主动靶向功能和抑菌能力。总之，表面修饰是一种促进羟基磷灰石纳米粒子生物医学应用的有效手段。
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  离子注入在医用钛及其合金表面改性中的应用

  李朝岚, 程昱之, 钟丽辉, 于晓华, 王远

  表面技术. 2020, 49(7): 28-34. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.004

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  钛及其合金因具有较好的耐蚀抗磨性、生物活性、生物相容性以及在生理环境中的无毒性，成为医用领域中最常用的一种金属材料。但是，钛及其合金自身无抗菌性，表面摩擦因数大，抗塑性剪切能力低，且长期服役中易被环境污染和易于磨损失效，这些特性在一定程度上限制了其应用领域的扩展。因而，学者常采用离子注入技术对医用钛及其合金进行表面改性，以提升其表面性能，延长其制件服役寿命和扩展材料应用范围。研究表明，单一元素离子注入对提升钛及其合金的医用性能不够理想，因而学者采用金属+非金属、金属+金属离子进行复合注入，旨在提升改性层减摩抗磨、耐蚀性能的同时，增强改性层的生物活性及服役过程中的抗菌性。另外，对现有研究展开分析与综述后，提出了对医用钛及其合金的离子注入改性，将朝着进一步深入理论、模拟研究，多复合离子（特别是金属+金属+非金属复合离子）注入研究，高性能离子注入设备研发及其离子注入参数拟定与优化等方面发展。
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  激光熔覆SiO2/La2O3梯度生物陶瓷涂层生物活性研究

  盛波, 顾怀章, 李龙, 汤耿, 刘其斌

  表面技术. 2020, 49(7): 35-41. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.005

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  目的 研究SiO2含量对钛合金表面激光熔覆梯度生物陶瓷涂层生物活性的影响。方法 利用激光熔覆技术，采用梯度成分设计思想，固定涂层中稀土氧化物La2O3的添加量，在钛合金TC4表面制备了掺杂不同含量SiO2的梯度生物陶瓷涂层。采用金相显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、噻唑蓝（MTT）及荧光素双醋酸酯（FDA）染色等测试手段，研究了SiO2含量对激光熔覆制备梯度涂层的组织结构和生物活性的影响。结果 SiO2在激光熔覆过程中可以降低梯度生物陶瓷涂层的开裂敏感性，并起到细化晶粒的作用。当SiO2掺杂量为2.5%时，激光熔覆过程中诱导合成的HA+CaTiO3数量最大；当SiO2掺杂量为7.5%时，模拟体液（SBF）实验表明，涂层的矿化沉积能力最强。MTT测试表明，SiO2掺杂量为7.5%的涂层细胞增殖数量的OD值最大，细胞能够紧贴涂层表面生长。FDA染色分析表明，SiO2掺杂量为7.5%的涂层上细胞数量最多，且分布均匀。结论 SiO2掺杂量深刻影响着生物活性陶瓷相HA和Ca2SiO4数量，进而影响生物陶瓷涂层的生物活性。SiO2掺杂量为7.5%的涂层具有最佳的生物相容性及生物活性。
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  等离子喷涂制备HA/MO纳米管复合涂层及性能分析

  许莹, 赵思坛, 蔡艳青, 魏子琰

  表面技术. 2020, 49(7): 42-52. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.006

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  目的 提高生物医用钛合金涂层的结合力与生物活性。方法 采用阳极氧化法在Ti-10Mo-28Nb- 3Zr-6Ta合金表面先制备纳米氧化管，接着通过等离子喷涂法在纳米氧化层表面喷涂HA生物涂层，制备HA/MO纳米管复合涂层，对合金进行表面改性。在等离子喷涂法制备复合涂层时，通过改变喷涂电压和喷涂距离，对涂层的显微结构和物相组成进行探究，获得最佳制备工艺参数，同时对最佳工艺参数制备的复合涂层，通过电化学工作站实验、自动划痕仪测试、仿生矿化法试验和MTT法（四唑盐比色法）试验，分别评价复合涂层的耐腐蚀性能、附着力、生物活性和细胞毒性。结果 在钛合金用阳极氧化法预处理的前提下，通过等离子喷涂制备HA/MO纳米管复合涂层，当喷涂电压为40 V、喷涂距离为100 mm时，制备出 的HA/MO纳米管复合涂层涂覆均匀，涂层厚度在50 μm左右，耐蚀性得到提高，结合力最佳，为14.8 N。HA/MO纳米管复合涂层具有良好的生物活性，通过培养细胞进行毒性实验，HA/纳米管复合涂层试样的毒性分级为0级，对细胞无影响，且从细胞增殖速率分析，试样表现出优异的细胞活性，对细胞的增长速率促进效果最好。结论 HA/MO纳米管复合涂层可以有效提高耐蚀性和结合强度，同时提高材料的生物活性。
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  GZ91K镁合金含石墨微弧氧化膜层的耐蚀性能

  朱鼎, 章晓波

  表面技术. 2020, 49(7): 53-59. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.007

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  目的 通过在电解液中添加石墨，提高Mg-9Gd-1Zn-0.4Zr（GZ91K）镁合金微弧氧化膜层的耐蚀性能。方法 通过微弧氧化法，在GZ91K镁合金表面制备含和不含石墨的微弧氧化膜层。利用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、电化学工作站、浸泡实验等手段，研究膜层的形貌、成分、物相和耐蚀性能。结果 含石墨膜层较不含石墨膜层更加致密，孔洞更加细小。含石墨膜层主要由Mg、O、C、Si、P、Gd等成分组成，相比不含石墨膜层，除了C以外，成分变化不大。含和不含石墨膜层的物相均主要由MgO和Mg2SiO4等组成。随着电解液中石墨浓度的增加，膜层的耐蚀性能相应提高。添加5 g/L石墨制备的试样具有最佳的耐蚀性能，腐蚀电流密度仅为9.8×10–9 A/cm2，相比未添加石墨试样的耐蚀性能提高了500倍。模拟体液浸泡实验显示，含石墨量越高的试样具有越低的析氢量，添加5 g/L石墨制备的试样析氢量最低。结论 在0~5 g/L添加量范围内，石墨浓度越高，石墨颗粒越容易堵塞和切断膜层中的部分孔洞，并阻碍腐蚀性液体与基体接触，从而显著提高镁合金的耐蚀性能。
专题——热喷涂技术研究及应用
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  冷喷涂固态颗粒沉积中颗粒间结合形成机制研究进展

  葛益, 雒晓涛, 李长久

  表面技术. 2020, 49(7): 60-67. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.008

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  就目前主流的冷喷涂颗粒结合形成机理进行了系统总结和评述，为冷喷涂沉积体性能的调控和后续研究提供借鉴。分别就经典的颗粒界面绝热剪切失稳结合机理，颗粒界面应力波释放诱导材料射流形成结合机理，以及高速碰撞诱导颗粒表面氧化膜破碎、新鲜金属接触结合机理的基本概念、原理、特点进行了概括总结。通过大量系统文献的调研，指出现有理论目前存在的相悖和不足之处，并简要分析了现有颗粒间结合形成理论对冷喷涂沉积体质量调控方面的指导意义。最后基于现有研究的不足，对冷喷涂颗粒界面结合机制方面的研究进行了展望。
研究综述
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  无机磷酸盐基复合涂层在表面防护技术中的研究现状及应用进展

  张定军, 鲜彦博, 马彦军, 赵志成, 吴?平, 陈磊, 周惠娣, 陈建敏

  表面技术. 2020, 49(7): 68-75. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.009

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  无机磷酸盐基复合涂层因其优异的耐高温、耐核/空间辐照及良好的特殊介质相容性等优点，被广泛应用于航空航天等军工高技术及民用工业领域。从不同种类及半径大小的金属离子制备得到的不同结构的粘结剂出发，详细介绍了无机磷酸盐基复合涂层的种类，对无机磷酸盐基粘结剂的粘结性能、耐热性能和储存稳定性进行了对比，并对其各自的优缺点进行了概述。详细总结了无机磷酸盐基复合涂层在高温防护、腐蚀防护、润滑防护、空间耦合辐照及地面强辐射环境等相关领域的应用现状，阐述了无机磷酸盐基复合涂层在不同使役条件下的防护机理。针对目前无机磷酸盐基复合涂层在不同领域应用时所面临的问题，提出了进一步改进无机磷酸盐基复合涂层性能的一些技术手段和方法。特别地，基于无机磷酸盐基复合涂层优异的抗辐射性能、耐高温性能，良好的空间环境适应性以及耐候性等独特性能，对无机磷酸盐基复合涂层在航空航天、武器装备和核技术等高技术产业表面防护中亟待解决的关键科学和技术问题进行了探讨，并对其发展趋势进行了展望。
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  复合材料用碳纤维等离子体表面改性技术进展

  何卫锋, 李榕凯, 罗思海

  表面技术. 2020, 49(7): 76-89. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.010

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  近年来复合材料得到了广泛的应用，尤其在航空工业领域，已成为了世界强国竞相发展的核心技术。碳纤维树脂基复合材料作为复合材料中的优秀代表，由于其独特的性能优势，具有很大的发展潜力，但是界面结合强度是制约其应用的关键瓶颈。等离子体表面改性技术能提高碳纤维与树脂基的界面结合强度。总结了国内外学者工作，从等离子体处理装备发展和工艺参数影响两个角度对碳纤维等离子体表面改性技术的研究进展进行了阐述。在装备发展方面，重点介绍了在碳纤维表面处理研究中三类处理装置，包括射频等离子体处理装置、DBD等离子体处理装置和滑动弧射流等离子体处理装置，分析了各自的优缺点。在工艺参数方面，重点介绍了不同等离子体种类、等离子体处理时间、等离子体放电功率对碳纤维表面状态的影响规律。在此基础上，对碳纤维等离子体表面处理技术的未来发展方向进行了展望。
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  PVD纳米涂层致硬机理研究现状及发展

  吴雁, 王冰, 王犁, 肖礼军, 张而耕

  表面技术. 2020, 49(7): 90-97. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.011

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  从纳米多层涂层和纳米复合涂层两个角度总结了PVD纳米涂层的强化机制和涂层设计准则，提出了现有的涂层强化机制及涂层设计准则主要存在涂层强化机制适用性不足和理论性问题缺乏实验手段论证两个问题，并合理分析了问题存在的原因。从纳米多层涂层和纳米复合涂层两个角度，综述了PVD纳米涂层致硬机理的国内外研究现状。研究现状表明，涂层强化机制和一些涂层表征实验在涂层致硬机理研究中扮演着重要的角色，研究者们根据涂层强化机制和必要的实验手段对涂层的致硬机理进行了分析。但是涂层强化机制并非涂层致硬机理研究中必不可少的工具，既存在用一种或多种涂层强化机制解释涂层致硬机理的情况，又存在未使用涂层强化机制去解释涂层致硬机理的情况。针对这种现象，分析了其存在的内因和外因。外因为涂层材料组合方式和实验研究变量不同；内因为涂层强化机制及设计准则不完善。最后结合PVD纳米涂层致硬机理研究现状存在的问题，本着完善涂层强化机制和设计准则的目的，对未来研究方向进行了展望。
表面功能化
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  基于光固化的全固态电致变色器件制备与性能

  金世奇, 文尚胜, 李牧云, 陈延威, 王皓罡, 蒋世杰

  表面技术. 2020, 49(7): 98-104. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.012

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  目的 使用聚乙二醇400（Polyethylene Glycol 400，PEG400）掺杂直接将光固化树脂溶于电解液，并通过光固化先液后固制备全固态电解质。方法 使用溶胶-凝胶法制备掺杂了聚乙二醇400的WO3薄膜，用高氯酸锂粉末、聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate，PMMA）粉末和光固化树脂（UV-cured resin）配制了凝胶态的电解液。采用毛细封装法对制得的WO3薄膜进行光固化封装。对制得的电致变色器件进行循环响应时间、光透过率和记忆效应测试，使用扫描电子显微镜对薄膜表面形貌进行分析。结果 掺杂了聚乙二醇400的WO3薄膜表面裂痕明显减少，平均粗糙度为3 nm，疏松孔隙结构较多，制得的电致变色器件完全着色时只需要0.5 s，而未掺杂PEG400制得的电致变色器件完全着色需要4 s，掺杂了PEG400制得的器件完褪色需要0.5 s，而未掺杂的器件需要1.5 s，且掺杂组比未掺杂组的光调制幅度要高出20%，记忆效应也要更好。结论 掺杂PEG400可以使WO3薄膜表面更加均匀，有效地提升了光调制幅度和降低了循环响应时间，记忆效应也有明显的提升。同时，利用光固化技术制备全固态电致变色器件，制备工艺简单，且易于保存。
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  超疏水低红外发射率复合涂层的制备及性能表征

  张伟钢, 郑梦影, 吕丹丹

  表面技术. 2020, 49(7): 105-111. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.013

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  目的 制备得到具有超疏水特性的低红外发射率涂层。方法 以纳米SiO2为微纳结构改性剂，聚二甲基硅氧烷（PDMS）为树脂基体，Al粉为功能颜料，采用刮涂法制备得到了多种类型的改性和非改性PDMS/Al复合涂层。分析探讨了PDMS和Al粉配比、纳米SiO2添加量及表面微纳结构层对涂层性能的影响规律及成因。结果 PDMS和Al粉配比对涂层发射率和光泽度影响明显，当PDMS和Al粉配比为6∶4时，涂层的发射率和光泽度可分别低至0.265和10.3，涂层的水接触角可达到109.5°，要明显高于传统树脂基低发射率涂层。添加纳米SiO2可使涂层的粗糙度上升明显，从而使涂层的疏水性显著增强。当纳米SiO2质量分数为8%时，涂层的水接触角可增大到130°，涂层的发射率和光泽度仍可低至0.330和9.8。PDMS/SiO2微纳结构层可在PDMS/Al复合涂层表面形成明显的乳突状微纳结构，从而使涂层实现超疏水特性。当PDMS和纳米SiO2配比为7∶3时，改性后的涂层水接触角可高达156°，同时具有相对较低的发射率（0.661）和极低的光泽度（2.1）。结论 在PDMS/Al复合涂层表面构筑一定厚度的微纳结构层，可实现该涂层超疏水、低发射率和低光泽的兼容。
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  3Cr13不锈钢微纳表面制备及疏水机理分析

  刘韬, 刘莹, 底月兰, 王海斗, 郑博源

  表面技术. 2020, 49(7): 112-119. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.014

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  目的 构筑具有疏水性能的3Cr13不锈钢微纳结构表面，并分析表面微纳结构与疏水性能之间的关系。方法 试验设计了喷砂与化学刻蚀结合的两步构筑方法，通过对喷砂与刻蚀工艺的不同参数优化，制备了具有疏水性能的3Cr13不锈钢微纳表面。从表面形貌参数推测了亲水与疏水试样表面微结构的差异，并从微结构面积分布的不同对推测进行了证明。结果 经过处理后，不锈钢基体表面呈现由微米孔洞与纳米颗粒组成的微-纳双重结构分布，喷砂与刻蚀参数会影响基体表面微纳结构粗糙度因子，同时表面微孔洞的尺度、分布会影响疏水性能。疏水试样表面200~1000 μm2孔洞占孔洞总面积的比值大于39%，而1000 μm2以上孔洞占孔洞总面积的比值小于30%，即疏水试样表面微结构更多的是由密集的小面积孔洞组成。结论 通过喷砂与化学刻蚀的方法可使3Cr13不锈钢表面产生具有疏水性能的微-纳双重结构，且疏水性能与微结构面积密切相关，当1000 μm2以上孔洞面积小于30%时，试样呈疏水性。
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  强磁场对碱液腐蚀制备多晶硅表面织构的影响

  宋建宇, 肇伟懿, 齐东丽, 贾子凡, 沈龙海, 李想

  表面技术. 2020, 49(7): 120-125. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.015

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  目的 在碱液腐蚀制备多晶硅表面织构过程中施加具有方向性的强磁场，研究强磁场对多晶硅表面织构减反射的影响。方法 在非磁场和1、2、3、4 T磁场作用下，用NaOH溶液腐蚀制备多晶硅表面织构，用电子天平称量表征硅片腐蚀程度，用奥林巴斯LEXT OLS4100共聚焦显微镜观察多晶硅片表面形貌，用Ocean Optics USB4000光谱仪测量多晶硅片的反射率，用WT-1200硅片测试仪测量样品少子寿命。结果 随磁感应强度的增大，多晶硅片的腐蚀程度增强，多晶硅片腐蚀程度由非磁场条件下处理的2.1%，变化为磁感应强度为1 T时的2.8%，2 T时的3.9%，3 T时的5.3%，到4 T时的6.3%，同时多晶硅表面织构变得均匀且细腻。多晶硅片的反射率随磁感应强度的增大而降低，由非磁场条件下处理硅片的23.9%，变化为磁感应强度为1 T时的19.2%，2 T时的17.5%，3 T时的15.9%，到4 T时的14.5%。另外，随磁感应强度的增大，多晶硅片少子寿命略有降低。结论 在碱液腐蚀制备多晶硅表面织构过程中施加强磁场，多晶硅片腐蚀程度增强的同时，表面织构的微结构更趋合理，减反射效果显著。
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  高透明低发射率ITO薄膜的制备及其光电性能研究

  李晓晖, 宋凯强, 丛大龙, 张敏, 孙彩云, 吴护林, 李忠盛

  表面技术. 2020, 49(7): 126-132. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.016

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  目的 研究磁控溅射工艺对ITO薄膜光电性能的影响，为制备高性能ITO薄膜提供数据和理论支撑。方法 采用磁控溅射在PET基材上制备ITO薄膜，利用扫描电镜、X射线衍射仪、分光光度计、四探针、红外发射率测仪、Hall效应测试系统等，分析工艺参数对ITO薄膜光电性能的影响。结果 随着氧气流量的增加，ITO薄膜在可见光区的透过率先增加，然后变缓，薄膜方块电阻先降低后升高；随着工作气压的增加，ITO薄膜的可见光透过率增加，薄膜方块电阻先下降后上升，电阻率先变小再增大，载流子浓度先增大后减小，红外发射率先减小后增大，晶体结构逐渐由晶态转变为非晶态；随着氩氧比的降低，薄膜红外发射率先降低，然后缓慢升高；随溅射时间的增加，薄膜的厚度逐渐增大，方块电阻、红外发射率和可见光透过率迅速下降，晶体结构逐渐由非晶结构转变为晶体结构。综合对比研究发现，当氧气流量为0.6 mL/min、工作气压为0.4 Pa、氩氧比为19.8∶0.2、溅射时间为80 min时，可获得综合性能优异的ITO薄膜，其可见光透过率大于80%，在8~14 μm红外波段的辐射率小于0.2。结论 磁控溅射工艺参数是决定薄膜综合质量的重要因素，通过严格控制工艺参数，可获得透明性高、发射率低的ITO薄膜。
表面摩擦磨损与润滑
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  纳米结构对二硫化钼摩擦学性能的影响

  高雪, 吉利, 鞠鹏飞, 陈磊, 刘晓红, 李红轩, 周惠娣, 陈建敏

  表面技术. 2020, 49(7): 133-140. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.017

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  目的 探究二硫化钼结构以及尺寸对其宏观摩擦学性能以及滑移机制的影响。方法 采用水热法制备了尺寸不同的二硫化钼微球花，并与购买的商业化块状二硫化钼以及单层二硫化钼进行对比，将四种二硫化钼粉末在乙醇中进行分散，采用喷涂的方式在硅基底上制备了四种二硫化钼涂层。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对粉末和涂层的形貌、结构进行了表征，并对比研究了涂层的摩擦学性能，通过光学显微镜观察了对偶的形貌，利用SEM和TEM对摩擦界面的结构和形貌进行了研究。结果 四种二硫化钼材料均为层状结构的纳米片或微片组成，摩擦系数平稳且均小于0.05。块状二硫化钼寿命最短，摩擦界面覆盖了较少的润滑膜；单层二硫化钼摩擦系数平稳，且寿命最长，摩擦界面由大量纳米片组成，摩擦过程主要是单纯的物理剥离；二硫化钼微球花的寿命介于二者之间，微球花在摩擦力的作用下很容易发生剥离，在摩擦过程中起润滑作用的是剥离的二硫化钼纳米片，摩擦界面覆盖了较厚的致密润滑膜。二硫化钼微球花摩擦后，层间距由0.62 nm增至0.7 nm，层间距的增大有利于良好的润滑。结论 尺寸对二硫化钼的滑移机制有影响，从而显著影响其耐磨寿命，层数和尺寸的减小有利于耐磨寿命的提升。
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  TiN/TiCN/Al2O3/TiN与TiN/TiCN/Al2O3/TiCNO多层涂层的组织性能比较

  沈同威, 朱丽慧

  表面技术. 2020, 49(7): 141-148. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.018

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  目的 对比TiN/TiCN/Al2O3/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiCNO两种多层涂层的组织性能。方法 采用化学气相沉积（CVD）技术在硬质合金基体上沉积TiN/TiCN/Al2O3/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiCNO两种多层涂层。通过X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析涂层的物相和组织形貌，采用纳米力学测试系统测试涂层顶层的硬度和弹性模量，利用显微维氏硬度计和划痕仪分别测量涂层的显微硬度和结合强度，利用往复式多功能摩擦磨损试验机研究涂层的摩擦磨损性能。结果 顶层TiN晶粒为柱状晶，顶层TiCNO晶粒呈细针状。与顶层TiN相比，顶层TiCNO硬度更大，抗塑性变形能力更强。与以TiN为顶层的多层涂层相比，以TiCNO为顶层的多层涂层表面粗糙度、摩擦系数较大，结合强度较低。当磨损只发生在顶层时，耐磨性取决于顶层涂层的性能，TiN/TiCN/Al2O3/TiN的磨损体积和磨损率为TiN/TiCN/Al2O3/TiCNO的1.2倍。当磨损进行到顶层与Al2O3层界面时，结合强度对耐磨性也有重要影响，TiN/TiCN/Al2O3/TiN的磨损体积和磨损率是TiN/TiCN/Al2O3/TiCNO的82%。结论 与TiN/TiCN/Al2O3/TiN相比，TiN/TiCN/Al2O3/TiCNO的顶层TiCNO硬度较大，抗塑性变形能力强，其顶层耐磨性较好。改善TiN/TiCN/Al2O3/TiCNO多层涂层表面粗糙度和结合强度将进一步提高该涂层的摩擦磨损性能。
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  磨料水射流-离子氮化复合处理对316不锈钢表面摩擦性能的影响

  段仁慧, 刘志奇, 王骁, 林乃明, 林修洲

  表面技术. 2020, 49(7): 149-158. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.019

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  目的 研究磨料水射流-离子渗氮复合处理对316不锈钢摩擦学性能的影响。方法 采用磨料水射流、离子氮化技术分别在316不锈钢表面进行喷丸（WJ-316SS）、渗氮(PN-316SS)、喷丸＋渗氮（WJ-PN-316SS）表面强化处理，并采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、洛氏硬度计、粗糙度测试仪、超景深显微镜、划痕仪和摩擦磨损仪等研究复合处理试样的表面形貌、表层相结构与韧性，并讨论了不同表面处理试样的力学性能以及在干摩擦条件下的摩擦学行为。结果 复合处理后的试样表面形成了连续密排的凹槽织构，表面改性层含有Fe2N、Cr2N、CrN等化合物，离子渗氮层厚度大约为10 μm，表面显微硬度（79HRC）和表面粗糙度（1.10 μm）高于单一表面处理试样。在与Si3N4摩擦配副进行干摩擦的实验中，316SS、WJ-316SS、PN-316SS的摩擦因数分别为0.8、0.4、0.5，磨损质量分别为7.1、3.3、3.7 mg。而WJ-PN-316SS的摩擦因数在0.25附近波动，磨损质量为0.3 mg，明显低于单一表面处理试样，耐磨性能更加优异，其磨损机理主要为疲劳磨损和氧化磨损。结论 磨料水射流-离子渗氮复合处理能显著改善316不锈钢的摩擦学性能。
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  表面微织构涂层-基体系统重载弹流润滑性能分析

  肖洋轶, 罗静, 石万凯, 康明林

  表面技术. 2020, 49(7): 159-167. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.020

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  目的 研究表面涂层与织构化协同作用时摩擦副的重载弹流润滑性能，为重载传动的摩擦学设计提供参考。方法 基于广义Reynolds方程、线弹性方程以及载荷平衡方程，建立表面微织构涂层-基体系统的弹流润滑模型，并无量纲化，然后运用Full-system有限元法编程求解，探讨涂层的弹性模量以及三角形织构深度、宽度、密度对系统弹流响应的影响。结果 载荷一定时，薄膜涂层（2 μm）的弹性模量变化（50~500 GPa）对油膜压力整体分布影响较小，但二次压力峰在硬质涂层上更为显著。在涂层与基体存在弹性模量差时，其上由微织构引起的集中应力是无涂层的2~3倍。最小油膜厚度随着涂层弹性模量的增大而增大。随着织构深度的增大（0~5 μm），油膜压力和厚度波动更加明显，最小油膜厚度随之减小，系统最大等效应力也显著增大。当织构宽度增大（10~20 μm）时，油膜压力和厚度波动减弱，最小油膜厚度先减小后增大。如果织构密度增大（0.5~2），油膜压力波动更为剧烈，油膜厚度波动变化不大，但其波动周期变化明显，最小油膜厚度先减小后增大。膜基界面最大剪应力出现在二次压力峰附近，织构化表面油膜压力波动越大，膜基界面剪应力波动也越大。结论 存在一个最优的织构深度、宽度和密度，使得镀膜齿轮的承载能力最佳。合理的涂层选配和微织构设计，可以有效地提高齿轮的摩擦学性能，提前预防膜基系统失效。
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  沉积压力对磁控溅射La-Ti/WS2复合薄膜结构和摩擦学性能的影响

  蔡海潮, 薛玉君, 王景华, 叶军, 贺江涛

  表面技术. 2020, 49(7): 168-174. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.021

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  目的 研究不同沉积压力对磁控溅射La-Ti/WS2复合薄膜微观结构及摩擦学性能的影响。方法 采用非平衡射频磁控溅射法制备WS2薄膜和La-Ti/WS2复合薄膜。利用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对薄膜微观形貌、成分和晶向结构进行表征。用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试薄膜的力学性能和摩擦磨损性能。结果 掺杂La和Ti可以改善WS2复合薄膜的微观结构。在给定的沉积压力下，La-Ti/WS2复合薄膜均呈岛状生长模式，组织均匀，且排列较为紧凑，结构致密性好。随着沉积压力的增大，WS2(002)衍射峰向高θ值偏移，晶面间距减小，晶格发生收缩。复合薄膜的硬度和弹性模量随着沉积压力的增大，先增大后减小。沉积压力为1.2 Pa时，La-Ti/WS2复合薄膜的摩擦系数低至0.07左右，磨损率低至2.45×10–8 mm3/(N?m)。结论 沉积压力对La-Ti/WS2复合薄膜的性能有较大影响，合适的沉积压力可以提升La-Ti/WS2复合薄膜的摩擦磨损性能。
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  三维石墨烯作为润滑油添加剂的抗断油性能研究

  刘文秋, 李瑞山, 李维学, 林博, 李东山, 鲁志斌

  表面技术. 2020, 49(7): 175-183. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.022

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  目的 设计三维网状石墨烯（3D framework carbon, 3DFC）作为PAO-6基础油添加剂，改善基础油的摩擦磨损性能，提高基础油的抗断油能力。方法 使用十八胺修饰得到亲油的3DFCs，将0.001 g 3DFCs粉末添加到10 g PAO基础油中，超声分散30 min，得到稳定分散的3DFCs润滑油。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、能量分散X射线仪（EDX）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和拉曼光谱仪（Raman）分析了3DFCs的微观形貌和结构。利用CSM摩擦试验仪器评估了3DFCs作为基础油添加剂的摩擦学性能，并用扫描电镜、拉曼光谱对磨斑及磨痕成分进行了分析。结果 经十八胺修饰的3DFCs的亲油性得到提高，可在PAO-6基础油中稳定分散。3DFCs作为PAO-6基础油添加剂（0.01%），在非断油摩擦情况下，其磨损率较PAO-6基础油降低了约1个数量级，而较0W-50机油并未降低。在断油摩擦情况下，PAO-6基础油和0W-50机油易发生摩擦失效，3DFCs润滑油能保持平稳有效摩擦，其抗断油性能最优。结论 具有三维结构、石墨层间距大、润滑性能优异的3DFCs作为润滑油添加剂，具有良好的抗断油能力，可以有效地保护摩擦部件免遭损坏。
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  离子注入对TC4钛合金TiN/Ti涂层结合力和抗砂尘冲蚀性能的影响

  黄达, 何卫锋, 吕长乐, 曹鑫, 廖斌, 汪世广

  表面技术. 2020, 49(7): 184-191. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.023

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  目的 通过离子注入提高TiN/Ti涂层的结合力和抗冲蚀性能。方法 先采用金属蒸气真空弧（MEVVA）离子源在TC4基体上分别注入四种离子（Mo、Ti、Nb、Co），再用磁过滤真空阴极弧（FCVA）技术制备TiN/Ti涂层。采用非球面测量仪、AFM、XRD和纳米压痕仪，对四种离子注入的TC4基体表面粗糙度、表面形貌、物相结构、纳米硬度和弹性模量进行表征，采用划痕仪测量涂层的结合力，采用涂层冲蚀考核平台对不同试样进行砂尘冲蚀性能试验。结果 经过Mo、Ti、Nb离子注入的TiN/Ti涂层的结合力和抗冲蚀性能都有提高，其中Mo离子注入的TiN/Ti涂层的结合力达71 N、耐冲蚀时间为80 min，与未离子注入涂层相比，分别增加31.5%和77.8%，而平均冲蚀率降低39.5%，仅为0.0078 mg/g。Co离子注入的TiN/Ti涂层的结合力仅为40 N，平均冲蚀率增大了19.0%，达0.0433 mg/g，其抗砂尘冲蚀性能明显下降。结论 离子注入涂层的抗砂尘冲蚀性能与结合力密切相关，随着结合力的增大，TiN/Ti涂层的平均冲蚀率减小，其耐冲蚀时间增加，选择合适的离子注入可提高TiN/Ti涂层的抗冲蚀性能。
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  氟化聚氨酯涂层的制备及耐气蚀磨损性能研究

  张瑞珠, 王文博, 田伟杰, 王重洋, 黄建林

  表面技术. 2020, 49(7): 192-198. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.024

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  目的 提高聚氨酯涂层材料的耐磨性和疏水性。方法 以全氟辛基乙基醇（TEOH-8）与二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）为原料，制备疏水性氟化聚氨酯（FPU）涂层，并使用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、差示扫描量热法（DSC）、耐冲蚀磨损试验、扫描电镜观察（SEM）等，分别对涂层内部官能团以及氟化聚氨酯的软、硬段玻璃化转变温度进行分析，并表征了涂层的耐气蚀磨损性能和表面微观结构。结果 ATR-FTIR显示FPU试样不含亲水性—CH2OH基团，DSC表明FPU弹性涂层在遭受冲蚀时，硬段相Tg（HS）值随着外力的增加而降低，使得硬段相的结晶度提高，涂层表面硬段相的抗张强度增强，涂层的抗磨性能提升。耐气蚀磨损试验表明，FPU涂层的实际空蚀量C为0.9313×10-3 kg，小于根据运行时间计算的空蚀保证量Cn，达到了空蚀保证量的标准，抗磨能力相对合金提高了44.68%。由扫描电镜和能谱分析可知，磨损后的表面出现了划痕，但近表面键能较高的C—F链具有高强度和耐水性，阻止了磨损向涂层深处扩展。结论 疏水性FPU具有较好的耐水性和耐磨性，可用于水下零部件的防护。
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  无熔滴电弧热丝GTAW自润滑耐磨堆焊层组织及性能

  田春英, 王军, 庄明辉, 李慕勤, 杨小兵

  表面技术. 2020, 49(7): 199-206. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.025

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  目的 采用无熔滴电弧热丝GTAW堆焊技术，在Q235钢表面堆焊具有自润滑功能的含石墨相耐磨合金。方法 设计含有镍包石墨粉的药芯焊丝，并使用无熔滴电弧热丝GTAW堆焊技术和传统GMAW两种方法进行对比堆焊。焊后，采用销盘式摩擦磨损试验机对堆焊层进行对比摩擦磨损性能测试，利用光学显微镜、SEM和EDS研究堆焊层的微观结构及成分，并对磨损面形貌进行对比分析，探究自研焊接系统制备含石墨相堆焊层的工艺特点和堆焊层自润滑耐磨性能。结果 无熔滴电弧热丝GTAW可以有效降低母材的稀释率，保证药芯焊丝自润滑石墨相过渡，且能提高熔敷率。堆焊层形成了Fe-Cr-B耐磨基体，并在晶界处分布大量的颗粒状石墨相。摩擦磨损实验中，堆焊层摩擦系数可低至约0.65，随着摩擦时间的延长，摩擦系数进一步减小，磨损面未发现典型犁沟，表面平滑且呈黑色，堆焊层具有自润滑功能，且摩擦系数与焊接参数有关。传统GMAW方法制备的堆焊层的摩擦系数为1.4左右，且随着磨损时间的延长，摩擦系数略有增大。结论 无熔滴电弧热丝GTAW堆焊技术低热输入和高熔敷率的工艺特点适合堆焊，尤其适合防止焊丝化学成分烧损的堆焊。在合理控制工艺参数，焊接稳定的前提下，选择低辅助电流，可以成功制备含石墨相的自润滑耐磨堆焊层。
表面失效及防护
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  封严涂层脱落对高压压气机性能影响的数值模拟

  张俊红, 袁一, 刘志远, 戴胡伟, 刘诺浩, 吴滨, 林杰威

  表面技术. 2020, 49(7): 207-214. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.026

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  目的 研究封严涂层脱落对高压压气机转子工作稳定性、流场结构的影响。方法 以某型航空发动机高压压气机末端第12级转子作为研究对象，生成单通道网格，选择Spalart-Allmaras一方程湍流模型，采用数值模拟的方法研究了起飞工况、不同脱落厚度下的叶栅通道内的流动特性。结果 随着封严涂层脱落，高压压气机效率和总压比均降低，失速裕度呈指数型下降；脱落厚度为4τ时，工作流量下压气机达到近失速边界。工作流量下，随着封严涂层脱落，叶尖泄漏涡与来流交界面、二次泄漏流进入泄漏涡的位置前移，出现后返流和在叶尖前部反复泄漏的流线；脱落厚度≥3τ后，叶尖通道后部泄漏涡涡核剧烈膨胀，出现显著的低速团。非定常数值模拟中，脱落厚度为4τ时，叶尖泄漏流呈现出显著的周期性和自诱导非定常性，并存在瞬时涡破碎现象。结论 封严涂层的脱落会大幅度降低高压压气机的工作稳定性，其主要影响因素为叶尖泄漏涡、二次泄漏流与主流相互作用形成的复杂流动及低速团，并具体表现为叶尖通道流场的非定常性。
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  金属合金化X（X=Sr、Zr、Sn、Ce）对RuAl抗氧化性能影响的计算研究

  袁江, 周惦武, 魏红伟, 薛海华

  表面技术. 2020, 49(7): 215-221. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.027

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  目的 研究RuAl的金属合金化及其氧化物Al2O3和RuO2两相组的氧化关系，揭示其抗氧化性能机理。方法 采用密度泛函理论的第一性原理，建立RuAl掺杂金属原子X及其间隙添加O原子的RuAl-X-O晶胞模型与其氧化产物Al2O3和RuO2的晶胞模型。结果 计算的Al2O3和RuO2氧化能结果显示，Al2O3的氧化能（-11.43 eV/O2）比RuO2的氧化能（-2.28 eV/O2）小，RuO2的氧化能值与0值较为接近，在高温下结构稳定性较差，比较容易发生分解，RuAl的抗氧化能力主要依靠氧化产物Al2O3来进行。金属X合金化后，RuAl的氧化产物Al2O3和RuO2的氧化能都增加，氧化能差值（eV/O2）从大到小依次为Zr(0.29)>Ce(0.28)> Sn(0.22)>Sr(-0.49)，其中，金属Zr合金化对提高RuAl抗氧化能力的效果最好。计算的氧间隙形成能和电荷密集数等结果显示，金属X原子对RuAl的合金化降低了RuAl中的O固溶度，从而导致RuAl中内氧化速度降低。结论 金属X原子对RuAl的合金化，阻碍RuAl表面的O向其内部扩散，障碍“内氧化”的生成条件，在RuAl表层界面的横向方向上容易形成连续、致密的Al2O3氧化层，提高RuAl的抗氧化性能。
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  干湿交替环境状态对碳钢海洋腐蚀行为的影响

  张庆普, 杨海洋, 王佳, 杨朝晖, 杜翠薇

  表面技术. 2020, 49(7): 222-229. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.028

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  目的 研究干湿交替海水环境对碳钢腐蚀速率的影响。方法 以青岛小麦岛海域海水为试验介质，使用周期间浸设备，以60 min为一个循环，在浸没/干燥时间分别为10 min/50 min、20 min/40 min、30 min/ 30 min三种不同干湿比的干湿交替条件下，对碳钢试片和电化学试样分别试验3、7、14、21、28 d后取出。通过失重法和电化学测试方法，研究了腐蚀速率的变化情况，使用X射线衍射仪（XRD）、能量色散谱仪（EDS）和扫描电子显微镜（SEM）分别研究了腐蚀产物成分、腐蚀产物形貌和除锈后的腐蚀形貌。结果 失重法和电化学方法表明，碳钢在三种干湿比条件下的腐蚀速率为全浸条件下的3~8倍，且碳钢的腐蚀速率随着干湿比的增大而增大，但是增大的幅度越来越小。随着干湿比的增大，碳钢表面生成的锈层变薄，腐蚀产物中γ-FOOH和氧的含量升高，Fe3O4的含量降低。结论 干湿交替环境的干湿比越大，对碳钢腐蚀的加速作用越显著，且这一加速作用存在极大值。
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  喷丸强度对316不锈钢表面完整性及疲劳寿命的影响

  周文龙, 吕成, 李烨, 何声馨

  表面技术. 2020, 49(7): 230-237. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.029

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  目的 阐明喷丸强度对316不锈钢疲劳寿命的影响机制。方法 不同喷丸强度处理的316不锈钢试样经化学腐蚀后，利用光学显微镜观察其微观结构的变化。采用白光干涉仪、维氏显微硬度测量系统、X射线应力分析仪等，分析喷丸处理前后316不锈钢试样的表面轮廓、表面粗糙度、显微硬度以及残余应力等的变化。利用疲劳试验机测得喷丸处理前后316不锈钢试样的拉伸性能和疲劳寿命。结果 喷丸处理后，试样表面粗糙度明显增加，随着喷丸强度的增大，表面粗糙度Sa由0.04 μm增至6.73 μm。此外，喷丸处理后，产生了从表层到材料基体的微结构梯度，随着喷丸强度的变化，表面变形层的厚度位于110~290 μm之间。喷丸过程中产生了加工硬化现象，并且引入了一定深度的残余压应力层。随着喷丸强度的增大，喷丸处理试样显微硬度的最大值由356HV0.1增至435HV0.1，残余压应力的最大值由-633 MPa增至-750 MPa。与未喷丸试样相比，喷丸处理改善了材料的力学性能和疲劳特性，喷丸试样的塑性应变幅值降低，疲劳寿命明显增加。结论 喷丸处理能够有效地改善316不锈钢的综合力学性能，增加其疲劳寿命。不同强度的喷丸处理效果差异明显，在喷丸强度为0.35 mmA时，达到最优喷丸效果。
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  喷丸处理对锆合金微动磨损及抗腐蚀性能的影响

  胡英俊, 黄小波, 高玉魁

  表面技术. 2020, 49(7): 238-244. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.030

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  目的 探索喷丸处理工艺对锆合金包壳管的微动磨损及抗腐蚀性能的影响。方法 对锆合金包壳管进行喷丸处理，对原始试样及喷丸处理试样进行微动磨损试验，并测量磨损深度和磨损体积、表征微动磨损后的表面粗糙度和表面形貌。此外，对原始试样及喷丸处理试样进行腐蚀试验，测量喷丸前后锆合金的腐蚀增重。结果 喷丸处理使ZIRLO锆合金的磨损体积相对于未处理试样减少了5.7%。喷丸处理能够提高ZIRLO锆合金包壳管的硬度，但是高硬度区域较薄，约为4~8 μm。腐蚀介质为去离子水和LiOH溶液时，喷丸试样的腐蚀增重分别经过140 d和220 d后低于原始试样。LiOH溶液条件下，未喷丸的ZIRLO合金管氧化膜的厚度约为15 μm，喷丸后ZIRLO合金管氧化膜的厚度约为1.21 μm。结论 喷丸处理在一定程度上可以提高ZIRLO锆合金抗微动磨损性能和抗腐蚀性能，其中抗微动磨损性能有提高，但幅度不大，这与硬化层较薄有关。喷丸后试样经过腐蚀试验，腐蚀增重减少，氧化膜厚度减小，说明抗腐蚀性能增强，但喷丸试样的抗腐蚀性能在腐蚀进行到一定阶段时才开始体现。
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  X65管线钢在成品油管道沉积物中的微生物腐蚀行为

  王正泉, 徐玮辰, 周子扬, 杨黎晖, 李言涛

  表面技术. 2020, 49(7): 245-254. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.031

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  目的 分析华南一成品油管道内微生物腐蚀（MIC）的主要原因及行为，为成品油管道安全运行提供支撑。方法 利用微生物分析、表面分析和电化学手段，分析成品油管道沉积物中可能引发腐蚀的细菌群落，研究细菌群落协同作用下，X65管线钢的腐蚀状态，并对X65管线钢在成品油管道沉积物稀释液中的MIC行为进行分析。结果 从属水平来看，成品油管道沉积物中相对丰度大于0.1%的29种菌属中有13种可能引发MIC。在实验的1~3天，天然稀释液体系（X65-Bacteria）的OCP持续正移，且正移幅度大于灭菌稀释液体系（X65-Asepsis），第3天的EIS阻抗弧半径最大。在实验的3~7天，天然稀释液（X65-Bacterias）体系的OCP负移，且负移程度明显大于灭菌稀释液（X65-Asepsis）体系。在实验的第7天，天然稀释液（X65-Bacterias）体系的阻抗弧半径小于灭菌稀释液（X65-Asepsis）体系，且自腐蚀电位更负。对生成的生物膜进行成分分析发现，生物膜和腐蚀产物膜主要由有机物和铁的氧化物组成。结论 柠檬酸杆菌属（Citrobacter）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）可能是造成华南一成品油管道沉积物中MIC的主要菌群。在管道沉积物中细菌群落的协同作用下，X65管线钢的腐蚀速度加快。
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  脱硫弧菌引起的铝的微生物腐蚀机理研究

  韩晓梅, 窦雯雯, 蒲亚男, 全雨, 宋翼, 陈守刚

  表面技术. 2020, 49(7): 255-262. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.032

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  目的 揭示培养周期内脱硫弧菌（一种硫酸盐还原菌）引起的铝的微生物腐蚀机理。方法 采用细胞计数、荧光显微镜、电子显微镜、X射线能谱仪以及电化学测试等技术，测试并分析铝在硫酸盐还原菌（SRB）培养基中的腐蚀行为和机理。结果 培养初期，SRB没有引起铝的腐蚀速率加速。铝电极的线性极化电阻在SRB培养基中的值甚至高于无菌培养基。这是因为生物膜的累积阻碍了基体与溶液介质界面的电子传输。随着培养时间的延长，铝在SRB培养基中的腐蚀速率明显提高。培养7天时，铝电极在SRB培养基中的腐蚀电流比无菌培养基中高3个数量级。结论 随着时间的延长，培养基中有机碳源等营养成分消耗过多，导致SRB无法从培养基中获得足够的营养源，进而转向从铝中获取自身呼吸作用所需的能量。同时，由于生物膜的覆盖导致膜下微环境的改变，局部酸性可能较大，进而加速了点蚀的形成。
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  镀锌层硅酸盐+虫胶复合转化膜的制备和表征

  潘艳芝, 王胜民, 乐林江, 赵晓军, 裴和中

  表面技术. 2020, 49(7): 263-271. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.033

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  目的 阻碍热镀锌板出现白锈，提高镀锌层的耐腐蚀性能。方法 采用正交试验法优化出添加虫胶水溶液的有机无机复合钝化液。通过电化学Tafel极化曲线、交流阻抗（EIS）、乙酸铅点滴和中性盐雾试验，对比分析基体、硅酸盐+虫胶复合钝化膜与铬酸盐钝化膜的耐腐蚀性能。采用摩擦法测试对比分析基体和无铬钝化膜试样的附着性能，并通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和红外光谱对形貌和结构进行分析。结果 添加虫胶水溶液的复合钝化膜表面平整致密，72 h中性盐雾试验后的腐蚀面积小于10%。乙酸铅点滴试验和电化学测试显示，复合钝化膜的耐腐蚀性能较基体好。附着力试验测试显示，复合钝化膜具有良好的附着能力。 结论 因为复合钝化液中的虫胶与硅酸盐交织为O—Si—CH2结构，与金属离子结合生成致密的膜层附着在镀锌层表面，使得复合钝化膜致密平整，且使腐蚀过程得到了强烈的抑制。
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  火电机组过/再热器锅炉管内壁铝化物涂层研究(Ⅰ)：涂层制备及组织结构

  黄锦阳, 鲁金涛, 张醒兴, 杨珍, 谷月峰

  表面技术. 2020, 49(7): 272-279. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.034

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  目的 在奥氏体不锈钢锅炉管内壁制备抗高温蒸汽氧化涂层。方法 采用料浆法在锅炉过/再热器用小口径Super304H不锈钢锅炉管内壁制备铝化物涂层，研究了钢管热处理制度范围内制备工艺（时间、温度）对涂层结构、成分和相组成的影响规律，同时基于扩散定律建立了涂层结构的预测模型。结果 铝化物涂层厚度约为30~150 μm，与基体冶金结合良好。涂层为双层结构，外层由(Fe,Ni)Al(Cr)相、CrxSiy相以及少量Fe3Al相组成，互扩散层（IDZ）由(Fe,Ni)Al相、CrxSiy相、点状M6C碳化物相和针状TCP相组成。涂层的制备温度和保温时间对互扩散层厚度变化影响显著，其随时间和温度的变化曲线近似满足抛物线规律。管材热处理制度范围内的温度过高，易减小涂层外层厚度。结论 在匹配Super304H锅炉管热处理工艺的基础上，采用料浆法在小口径Super304H锅炉管内壁获得了双层结构的铝化物涂层。基于Fick第二扩散定律建立了涂层结构控制的预测模型，拟合结果与实验实测数据吻合较好，可为获得不同结构的涂层提供参考。
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  感应电流作用下海底电缆铜铠装层腐蚀规律研究

  许志军, 周自强, 李特, 胡家元, 姜子涛, 杜艳霞, 张雷

  表面技术. 2020, 49(7): 280-286. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.035

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  目的 研究感应电流作用下的海底电缆铜铠装层在模拟海水环境中的腐蚀规律。方法 通过浸泡实验，研究不同感应电流密度下铜铠装层随时间变化的腐蚀速率，然后通过扫描电镜观察铜铠装腐蚀后表面的形貌，通过X-射线衍射分析铜铠装腐蚀后的产物，最后通过交流阻抗法对腐蚀后铜铠装的表面双电层结构进行研究。结果 在模拟海水环境中，感应电流的存在能够在一定程度上加速铜铠装的腐蚀。随着浸泡时间的延长，腐蚀速率呈先上升、后下降的趋势，并逐渐趋于稳定。在峰值情况下，腐蚀速率提升4~7倍；在稳定阶段，腐蚀速率提升3~5倍。随着感应电流密度的增大，铜铠装的腐蚀速率逐渐增加，并与感应电流密度呈非线性关系，经数据拟合，腐蚀速率与感应电流密度的0.5次方成正比关系。经X-射线衍射分析可知，铜铠装在模拟海水中的腐蚀产物主要是Cu2O。结论 感应电流引起的腐蚀速率约占其等效直流电流腐蚀速率的0.16%~2.03%。流经铜铠装上的感应电流大部分通过界面双电层电容的充放电不发生实质的腐蚀反应，小部分通过极化电阻发生腐蚀反应。
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  316L奥氏体不锈钢在不同电位下的点蚀和再钝化行为研究

  樊学华, 于勇, 张子如, 冯喆, 陈丽娟, 董磊, 张雷

  表面技术. 2020, 49(7): 287-293. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.036

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  目的 研究外加电位对316L奥氏体不锈钢点蚀和再钝化行为的影响。方法 采用循环极化、恒电位极化，电化学阻抗谱（EIS）等多种电化学测试方法，研究了系列电位与混合电位对316L奥氏体不锈钢点蚀敏感性的影响，并采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）观察分析钝化膜点蚀形貌和元素含量。结果 在60 ℃的饱和CO2的10 g/L NaCl溶液中，316L奥氏体不锈钢的钝化区间为-0.394~0.168 V，但电位在-0.100~0.168 V之间，即亚稳态点蚀区时，电流出现一定的波动。在钝化区极化时，316L奥氏体不锈钢的稳态电流密度非常低，随外加电位的升高而略有增加，极化后试样表面无点蚀；在亚稳态点蚀区，极化的电流密度较高，极化后，试样表面出现明显的点蚀坑；混合区极化时，电位从0.1 V转换到-0.1 V时，电流密度急剧下降，并稳定在一个较低的电流值。XPS结果表明，在钝化区电位极化后，Cr、Mo元素含量有所升高，而Fe元素发生了选择性溶解。结论 Cr、Mo元素是耐蚀性元素，其氧化物或氢氧化物的存在可促进钝化膜的局部修复，因此电位转换到低电位后，试样表面发生再钝化现象，钝化膜的稳定性增强，材料的耐蚀能力提高。
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  不同金属盐对水合肼化学镀镍层耐蚀性能的影响

  陈小平, 宋玉, 陈静武, 黄涛, 汪兵, 张星燕, 王向东

  表面技术. 2020, 49(7): 294-302. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.037

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  目的 对比研究三种金属盐的化学镀镍层组织和性能，选出最佳金属盐，并开发出一种以水合肼为还原剂的化学镀镍新配方。方法 采用金相显微镜、扫描电镜（SEM）等形貌表征手段，测厚法、质量法等速度表征手段，及盐雾实验和电化学极化曲线测试等耐蚀性表征手段，分别研究硫酸镍（NiSO4?6H2O）、碳酸镍（NiCO3?2Ni(OH)2?4H2O）和氨基磺酸镍（Ni(NH2SO3)2?4H2O）三种金属盐对Fe基体化学镀镍层形貌、沉积速度和耐蚀性能的影响。结果 以水合肼为化学镀镍液中的还原剂，在其他实验条件相同时，镀层形貌依次为硫酸镍最优，氨基磺酸镍次之，碳酸镍较差。采用厚度法计算得到化学镀镍沉积速度，碳酸镍平均镀速为5.33 μm/h，氨基磺酸镍为4.83 μm/h，硫酸镍为4.00 μm/h。耐蚀性能与形貌对应，硫酸镍镀层盐雾实验出现锈点时间最晚，电化学极化曲线测试表明其自腐蚀电位最正，腐蚀电流最小，耐蚀性能最好，而氨基磺酸镍次之，碳酸镍最差。结论 将耐蚀性能作为选择金属盐标准，选择硫酸镍金属盐时，化学镀镍沉积速度最慢，此时形成的镀镍层形貌最好，耐蚀性能最佳，因此硫酸镍为水合肼化学镀镍金属盐的最佳选择。
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  Q235碳钢在静止和流动条件下的腐蚀不均匀性研究

  王晓辉, 李钊, 刘杰, 黄波, 李菲

  表面技术. 2020, 49(7): 303-310. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.038

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  目的 研究Q235碳钢在静止和流动条件下腐蚀程度和主要腐蚀区域的差异。方法 使用丝束电极（WBE）技术和电化学阻抗谱（EIS）技术分别研究了WBE在静止和流动条件下的电流密度分布、电荷转移电阻以及腐蚀形貌的变化和差异，同时分析了电极的极性转换现象。结果 流动条件下Q235碳钢的电荷转移电阻明显降低。在静止条件下，Q235碳钢表面阳极电流区域所占的最大比例为47%，且阳极电流峰集中出现在WBE的中间区域，而四周边缘处的阳极电流峰较少。在流动条件下，Q235碳钢表面的阳极电流区域所占的最大比例为58%，阳极电流峰随机分布在整个WBE表面，且电流分布区间明显变窄。浸泡在静止条件下的58#电极和流动条件下的39#电极发生了多次极性转换现象。结论 Q235碳钢在静止和流动条件下均发生了明显的不均匀腐蚀现象。流动条件加剧了Q235碳钢的腐蚀且降低了腐蚀不均匀性。静止条件下Q235碳钢的腐蚀区域集中在中间区域，流动条件下Q235碳钢的腐蚀区域随机分布在整个碳钢表面。静止和流动条件下的钢电极均发生了电流的极性转换现象。
膜层材料与技术
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  激光内送粉高速熔覆Cr50Ni合金稀释率及单道形貌分析

  王暑光, 石拓, 傅戈雁, 万乐

  表面技术. 2020, 49(7): 311-318. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.039

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  目的 研究“光内送粉”正离焦高速熔覆Cr50Ni合金单道形貌及稀释率变化影响因素，制备耐磨、耐腐蚀绿色无污染的金属表面涂层，从而替代传统电镀。方法 采用“光内送粉”正离焦新型耦合技术开展高速熔覆工艺试验，即在304不锈钢基体上制备Cr50Ni合金熔覆层。建立了光内送粉条件下粉末遮光模型，得出了送粉速率与粉末遮光率的关系，从而得到最终照射在基体上的激光能量，而激光能量密度与稀释率呈正相关，以此分析了不同送粉速率对熔覆层稀释率的影响，同时考察了不同离焦量对熔覆层稀释率以及单道熔覆厚度的影响，分析了最佳熔覆层的显微组织成分变化和硬度变化趋势。结果 当扫描速度为9 m/min、离焦量为+1~+2 mm、激光功率为1.85 kW时，可获得厚度约为121~452 μm、稀释率为12.9%~75%、硬度值为280~320HV的表面形貌较好的熔覆层。粉末粒子直径为50 μm时，在16~32 g/min送粉速率下，粉末遮光率为16.6%~33.1%。熔覆层底部的晶粒形态主要为明显的柱状枝晶，由于冷却速度快，进入熔池中的气体来不及逃逸，使得熔覆层内部存在一些微小气孔。结论 “光内送粉”正离焦光粉耦合新技术采用Cr50Ni合金材料，在激光功率为1.85 kW、送粉速率为28 g/min、离焦量为+2 mm、扫描速度为9 m/min的工艺参数下，可以获得理想的单道成形效果，实现高速熔覆。
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  中空环形激光熔覆层温度场与应力场的数值模拟研究

  李广琪, 朱刚贤, 赵亮, 王丽芳, 石世宏

  表面技术. 2020, 49(7): 319-328. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.040

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  目的 研究基于“光束中空、光内送粉”工艺下中空环形激光熔覆层温度场分布规律、应力演化过程及沿熔覆层深度方向上的残余应力分布，为调控或降低光内送粉激光熔覆层残余应力提供参考。方法 采用ANSYS软件APDL语言建立单道熔覆层物理模型，利用生死单元法模拟激光加载，从而得到温度场结果，在此基础上进行热力耦合，分析熔覆层内应力演化过程，在熔覆层深度方向上建立路径，得到沿路径方向上的残余应力分布结果，最后进行实验测定。结果 当采用中空环形激光束加载时，光斑温度分布呈“马鞍形”，熔覆层横切面上温度分布形状呈对称的“W”形，两侧温度高，中间温度低，熔覆层上表面扫描路径上的节点在扫描过程中都会经历两次温度峰值，且第二次温度峰值要高于第一次。热应力随着扫描过程进行而不断变化，由起初产生的熔覆层压应力逐渐转化为拉应力。沿扫描方向上的残余应力值最大，可达到273 MPa。熔覆层深度方向沿扫描方向上的残余应力值在上表面位置有最大值235 MPa，熔覆层与基材接合面处有最小值185 MPa。最后结合实验测定，数值计算与实验结果一致。结论 中空环形激光光斑“马鞍形”式的能量分布使得熔覆层温度分布更为均匀，可有效降低温度梯度。环形光斑后半环高温区域的重熔作用有利于能量的再分配，有利于减缓应力集中。熔覆层深度方向沿激光扫描方向上的残余应力分布，随着深度的增加而逐渐减小。
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  新型次磷酸钠体系化学镀铜添加剂及其对镀液和镀层性能的影响

  李立清, 冯罗, 吴盼旺, 吴婧杰, 黄志强, 许永章, 杨佳棋, 季淑蕊

  表面技术. 2020, 49(7): 329-337. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.041

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  目的 将聚乙烯吡咯烷酮和二苯胺磺酸钠作为添加剂应用到次磷酸钠化学镀铜体系，并获取最佳应用效果的工艺和条件。方法 以PCB环氧树脂板为基材，通过电化学方法研究以聚乙烯吡咯烷酮和二苯胺磺酸钠为添加剂的次磷酸钠体系化学镀铜液及其性能，用称量法研究添加剂对沉积速率的影响，用扫描电镜和X射线能谱仪分析添加剂对沉铜表面质量的影响，用极化曲线法研究添加剂对沉铜表面孔隙率的影响，用交流阻抗法研究添加剂对沉铜表面耐蚀性的影响，同时测定镀液的稳定性。结果 在pH=10、温度为65 ℃的基础液（成分为5 g/L五水硫酸铜、30 g/L次磷酸钠、16 g/L柠檬酸钠、30 g/L硼酸、1 g/L硫酸镍）中，单独加入聚乙烯吡咯烷酮或二苯胺磺酸钠，都能起到很好的沉铜效果。它们的最佳质量浓度分别为20~28 mg/L和50~58 mg/L。当聚乙烯吡咯烷酮和二苯胺磺酸钠在最佳范围内组合使用时，获得的镀液更稳定，镀层孔隙率低、耐蚀性好、表面均匀，表面铜的质量分数达到95.52%，镀层显粉红色，沉积速率在1.5~2.5 μm/h范围内，符合PCB行业要求。结论 最佳的化学镀铜液配方和条件为：5 g/L五水硫酸铜、30 g/L次磷酸钠、16 g/L柠檬酸钠、30 g/L硼酸、1 g/L硫酸镍、20~28 mg/L聚乙烯吡咯烷酮、50~58 mg/L二苯胺磺酸钠，pH=10，温度65 ℃。研究成果对电镀铜添加剂的开发和应用有重要意义。
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  铁基渗硼强化粉末冶金材料的性能及渗层生长动力学研究

  方慧敏, 张光胜, 夏莲森

  表面技术. 2020, 49(7): 338-345. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.07.042

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  目的 通过固体粉末渗硼法直接烧结铁基粉末冶金材料，制备具有渗硼层的试样。方法 采用固体渗硼工艺对铁基粉末冶金材料在1123、1223、1323 K温度下渗硼处理3、5、7、10 h，采用光学显微镜及扫描电镜（SEM）观察了渗硼层的形貌，测定了渗硼层的厚度。用X射线衍射仪分析了渗硼层的物相组成，用摩擦磨损试验评估渗硼层的耐磨性，采用Rockwell-C粘附性试验评估渗硼层与基体的粘合强度质量。对渗层的生长动力学曲线进行拟合，得出渗层动力学曲线和厚度等值线图。结果 试样的渗硼层厚度为35~ 183 μm，1323 K条件下获得双相渗硼层（Fe2B+FeB），1123 K及1223 K条件下获得单相渗硼层Fe2B。试样在1223 K温度下渗硼处理5 h获得的渗硼层的耐磨性最佳，其粘合强度质量根据规范通过HF3等级认可。该试验中B元素的扩散激活能为164 kJ/mol。结论 烧结温度和渗硼时间与渗层厚度关系密切，渗硼时间与渗层厚度的关系呈现出抛物线关系。厚度值的平方与渗硼时间符合阿瑞纽斯（Arrhenius）公式呈线性关系。渗硼层的显微硬度显著高于基体硬度，随时间的增加，渗层中出现较多的孔洞与疏松，渗硼层形状由明显的梳齿状逐渐变成不太明显的梳齿状，此情况在高温下更加明显。