中国表面工程

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丁传贤,刘宣勇,王国成

中国表面工程. 2009, 22(5): 1-6.

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等离子喷涂氧化锆涂层用作航空和陆基发动机热保护已经有数十年历史,取得了很好的效果.为了进一步提高发动机的效率和寿命,人们致力发展新的涂层材料和改进现有涂层的结构和性能.文中叙述了中国科学院上海硅酸盐研究所在等离子喷涂纳米氧化锆涂层方面的近期研究结果.通过工艺参数调整控制涂层微观结构,制备了具有纳米结构的3 % Y2O3-ZrO2涂层;较为系统地测定了涂层的物理、力学和热物性能;对比了纳米和常规氧化锆涂层的抗热震行为,初步阐述了不同涂层的热震破损失效机制;对涂层的生物活性和细胞相容性亦进行了初步评价.此外,还展望了等离子喷涂纳米氧化锆涂层的未来研究工作方向.

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耐磨堆焊材料在水泥工业的应用现状及发展前景

魏建军,潘健,黄智泉,许健,王欣

中国表面工程. 2009, 22(5): 7-12.

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分析了水泥机械挤压辊、立磨辊、磨盘、破碎机锤头、锤盘的工况条件、失效形式,综述了应用堆焊技术对这些机械耐磨面进行复合制造和再制造的工艺、材料及应用效果.堆焊技术的应用,使这些零件的使用寿命成倍延长,其经济效益和节能、降耗、环保效益显著.指出水泥机械耐磨堆焊技术今后的发展方向是,运用已有成果扩大水泥机械耐磨堆焊的应用范围;深入研究工件的磨损机理,兼顾耐磨性和抗裂性两项重要指标,不断研发适应不同工况、不同材质、不同磨损形式的耐磨材料和堆焊工艺技术.

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大型零件的高效涂层工艺—粉末填充埋弧焊

Sc. Hans Hallén,Karl-Erik Johansson

中国表面工程. 2009, 22(5): 13-15.

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描述了一种对连铸辊轮表面双层熔覆的埋弧焊新工艺.它采用了两根低合金电极(Φ2.5 mm)和一种高合金填充粉末.这种工艺效率高,得到的组织细且均匀,并且根据不同要求可以灵活改变涂层成份.

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温度计算基础上的激光熔覆过程临界扫描速度的探讨

张平,马琳,李奇,李晓娜

中国表面工程. 2009, 22(5): 16-19.

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激光熔覆过程中,激光扫描速度是直接影响熔覆层质量的重要工艺参数,只有当激光扫描速度小于熔覆临界扫描速度时,才有可能实现熔覆过程.文中以熔覆层与基体交界处的点的温度计算为基础,分别利用传统经典焊接理论和有限元法对激光熔覆过程中的临界扫描速度进行计算.计算结果表明,有限元法得到的临界扫描速度更接近实际情况.

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温度对TiN/Ti多层膜微观结构和氧化行为的影响

龚海飞,邵天敏,王喜眉

中国表面工程. 2009, 22(5): 20-25.

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研究了TiN/Ti多层膜不同温度下的微观结构和氧化行为.采用阴极弧离子镀沉积的方法制备了19层调制周期为200 nm的TiN/Ti多层膜及相应的TiN单层膜.采用高分辨场发射电子显微镜(HR-FESEM)、光学显微镜和X射线衍射仪(XRD)分别对膜层断面结构、表面形貌和物相进行分析.结果表明,随着加热温度的升高,TiN单层膜在350℃时开始出现局部剥落,550℃出现大范围的剥落,而多层膜未发生剥落;相对TiN单层膜,TiN/Ti多层膜具有层状结构,其抗氧化能力有一定的提高.结合试验结果,讨论了TiN/Ti多层膜和TiN单层膜的工作温度.

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Kramers-Kronig转换在电化学阻抗中的适用性及应用

刘福国,张有慧,马桂君,陆长山

中国表面工程. 2009, 22(5): 26-30.

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探讨了Kramers-Kronig转换对交流阻抗典型的数学模型的适用性,提出一种新的用于Kramers-Kronig转换进行数值解析的方法-牛顿-科茨公式法,并对Q235钢在添加咪唑啉缓蚀剂的饱和CO2盐水中的交流阻抗数据进行Kramers-Kronig转换.结果表明典型的数学模型适用于Kramers-Kronig转换,Q235钢分别在空白盐水中和添加25 ppm缓蚀剂144 h的体系中,试验数据符合阻抗的四个基本条件,而在添加缓蚀剂1 h时不符合,体系不稳定.

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掺钨氧化钒薄膜的制备及研究

龙航宇,余志明,陈爽,魏秋平,刘学璋

中国表面工程. 2009, 22(5): 31-35.

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采用复合靶磁控溅射法在SiO2玻璃、普通玻璃和Si(100)上沉积氧化钒薄膜,然后对其进行真空退火.分别利用X射线衍射、原子力显微镜、紫外可见光分光光度计和红外光谱仪分析样品的物相、表面形貌和光透过率.结果表明:500 ℃下退火1 h,SiO2玻璃衬底上沉积40 min的薄膜主要物相为VO2和V2O5,退火时间延长到2 h,薄膜主要物相为VO2,薄膜晶粒尺寸均匀,晶粒大小约为100 nm;Si (100)上沉积40 min的薄膜在500 ℃下退火2 h后,物相为低于+4价的钒氧化物;掺钨后薄膜可见光和红外光的透过率都有提高.

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不锈钢表面TiO₂薄膜的溶胶-凝胶法制备及其性能

袁麟,刘静,黄峰

中国表面工程. 2009, 22(5): 36-39.

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通过溶胶-凝胶法在316L不锈钢表面制备TiO2薄膜.研究发现,经500℃热处理1h的TiO2主要由锐钛矿相构成,随着热处理温度的提高,锐钛矿相逐渐转变为金红石相.降解结晶紫水溶液和对水的接触角结果测试表明,随着涂膜次数的增加,TiO2薄膜的光催化性和亲水性都有一定的提高.电化学腐蚀测试说明,表面涂有TiO2薄膜的316L不锈钢的耐腐蚀性提高,薄膜对基体起到了一定的保护作用.

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NdFeB基体ZrN涂层的耐腐蚀性能

杜军,张平,赵军军,蔡志海,田飞

中国表面工程. 2009, 22(5): 40-44.

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采用离子镀技术在NdFeB基体上沉积ZrN、ZrN/Zr多层和TiN/Ti多层涂层,考察了其耐腐蚀性能,分析了腐蚀过程.采用静态全浸腐蚀试验(20 % NaCl, 20 ℃)测定其失重曲线,扫描电子显微镜(SEM)分析腐蚀前、后的涂层表面形貌变化及腐蚀过程,用CHI600B系列电化学分析仪测试极化电位.试验发现:未镀层NdFeB基体在4 h后明显失重,随时间延长失重速率增加.施加涂层基体10 h后失重,随时间失重速率增加,但小于未镀层试样.NdFeB基体的自腐蚀电位约﹣1.037 V,腐蚀电流1.69×10-3 A/cm2;施加涂层后自腐蚀电位向正向移动0.131V(TiN/Ti)～0.258 V(ZrN),腐蚀电流10-5～10-6 A/cm2;ZrN/Zr涂层由7层增加到14层后,腐蚀电位提高0.037 V,腐蚀电流降低.结果说明:离子镀沉积ZrN系列涂层显著提高NdFeB耐腐蚀性能.增加ZrN/Zr周期能够提高耐蚀性能.腐蚀源首先在涂层表面缺陷与基体结合部位形成.一旦形成腐蚀源,NaCl晶体即在基体上结晶并生长,随着此过程进行,涂层逐步腐蚀.

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镁合金微弧氧化膜层结构分析

陈显明,罗承萍,刘江文

中国表面工程. 2009, 22(5): 45-49.

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对镁合金微弧氧化膜层结构进行分析测试,所采用的手段主要有X-ray、SEM、EDS和XPS.通过测试发现,膜层中的物相Mg、MgO、MgSiO3、MgAl2O4会随着膜层深度的不同有不同的分布.通过表面价态和结合能的分析,发现膜层中还含有少量的SiO2和Al2O3.并测试了一些含Mn或Cr的着色膜表面,发现样品表面不含有Mn或Cr元素,这些元素应该是通过表面层多孔结构进入到膜层较深处参与反应并分布在膜层深处.

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多弧离子镀铝对TiAl合金高温抗氧化性能的影响

吴向清,田进,谢发勤,胡宗纯

中国表面工程. 2009, 22(5): 50-55.

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利用多弧离子镀技术在TiAl合金表面制备镀铝层.采用SEM、EDS和XRD分析了膜层的显微组织、化学成分及其相组成,研究了镀铝层对TiAl合金的高温抗氧化性能的影响.结果表明:TiAl合金表面离子镀铝后,形成致密的纯铝层,经850℃×100 h高温氧化后,氧化膜外层为连续致密的A12O3,内层为扩散层TiAl3相,有效地提高了TiAl合金高温抗氧化性能; 经950℃×100h高温氧化后,表面氧化膜由A12O3及少量的TiO2组成,膜层中TiAl2为主要成膜相.对TiAl合金的抗高温氧化性能起到一定的提高作用.

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粉末结构对冷喷涂纳米结构WC-Co沉积行为的影响

高培虎,杨冠军,李毅功,李长久

中国表面工程. 2009, 22(5): 56-61.

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纳米结构WC-Co具有比常规WC-Co更高的硬度,因此受到了广泛关注.冷喷涂制备纳米结构WC-Co涂层过程中,因粒子温度低于熔点,沉积过程需要依靠WC-Co粒子的塑性变形,然而WC-Co粒子变形能力有限,使得WC-Co涂层难以实现有效沉积.文中从粉末结构角度出发,选用3种不同孔隙结构的WC-12Co粉末,运用扫描电镜研究不同结构WC-12Co单个粒子在基体上的沉积行为,分析了3种粉末在相同喷涂工艺参数下沉积的涂层的组织结构.研究发现,定点喷涂容易实现,沉积的WC-12Co沉积层组织结构致密,硬度接近块材,为粉末的连续沉积制备涂层提供了可能.涂层的连续沉积需要粉末和基体材料均产生一定的变形,具有一定孔隙结构的纳米结构WC-Co粉末,因其多孔结构促进了粉末拟变形的发生,适合于冷喷涂制备纳米结构WC-Co涂层.

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铌含量对Fe-Cr-C熔敷金属组织与性能的影响

蒋建敏,夏立明,贺定勇,王智慧

中国表面工程. 2009, 22(5): 62-65.

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采用埋弧自动焊的方法制备出不同铌含量的Fe-Cr-Nb-C堆焊层,研究了铌含量对堆焊层微观组织结构和性能的影响,焊接过程中铌和碳发生反应生成NbC,随着铌含量的增加NbC数量增多,尺寸有所增大,堆焊层硬度和耐磨性能先增加后降低.当铌含量增加到一定程度时堆焊层中硬质相M7C3的数量减少,基体含碳量降低,组织软化.试验结果表明,铬含量在15 %左右、碳含量在4 %左右的情况下,铌含量为5 %左右最为合适,Fe-Cr-Nb-C堆焊层表现出优良的综合性能.

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热镀锌钢表面硅烷膜的腐蚀电化学性能

吴海江,杨飞英

中国表面工程. 2009, 22(5): 66-69.

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将热镀锌钢板在7 %(体积比)、pH＝4的乙烯基三甲氧基硅烷溶液中40 ℃下处理2 min,获得了硅烷膜试样.应用极化曲线和电化学交流阻抗谱(EIS)评价了硅烷膜在5 % NaCl溶液中的耐蚀性能,采用俄歇电子能谱(AES)分析了膜层的成分和结构特性.结果表明,硅烷膜主要由C、O、Si等元素组成,硅烷分子并非是简单地以物理吸附的方式存在于热镀锌层上,而是通过Si-O-Zn键使得硅烷界面层与热镀锌层紧密结合在一起.硅烷膜能同时抑制Zn腐蚀过程中的阳极和阴极反应,其极化阻抗值Rp可达5.53 kΩ·cm2.硅烷膜的低频与高频容抗弧几乎合成一个弧,表明腐蚀过程中硅烷膜层已经很致密,界面电容很大,Cl﹣难以通过膜层间隙到达Zn基体表面.

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调质钢电子束表面处理组织及性能分析

金铁玉,许洪斌,陈元芳,胡建军,鲜杨

中国表面工程. 2009, 22(5): 70-74.

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利用强流脉冲电子束对调质钢(40Cr)进行表面处理,分析处理后试样表面形貌、组织结构以及截面显微硬度.研究表明:40Cr钢经电子束处理后,近表层晶粒明显细化,分布着细小针状组织,表层熔化厚度约为2~3 μm.表层几百微米显微硬度明显增加,8次和25次轰击后,峰值硬度在次表层约80 μm处,增幅达50 %左右,硬度影响深度分别为750 μm和1 500 μm.

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高功率密度柴油机缸套激光渗硫复合处理技术研究

蔡志海,曾庆强,赵军军,张平

中国表面工程. 2009, 22(5): 75-78.

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为提高大功率密度柴油机缸套的抗高温粘着磨损性能,文中采用高能量密度的激光束对柴油机缸套内壁进行网格化淬火处理,然后用低温离子渗硫技术在缸套内壁外层生成固体润滑的FeS相.采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计等分析设备对缸套内壁的强化层进行表征分析,采用T11高温摩擦磨损试验机对处理前后缸套内壁的抗高温磨损性能进行了比较研究,研究结果表明:缸套内壁经过激光渗硫复合处理后,抗高温粘着性能大大提高,同时渗硫层能够防止发动机刚启动时机油润滑不良导致的异常磨损和改善摩擦副之间的润滑效果.探讨了缸套内壁复合处理强化前后的摩擦磨损失效机理.

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滚压处理对镍刷镀层表面形貌及磨损性能的影响

底月兰,梁志杰,原津萍,曹勇

中国表面工程. 2009, 22(5): 79-82.

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对镍刷镀层进行滚压加工,采用扫描电镜、显微硬度计观察和测试镍刷镀层滚压前后的组织形貌和硬度,并在MM200摩擦磨损试验机上考察了两种镀层的磨损性能,并对镀层的强化机理进行了分析.结果表明,同镍刷镀层相比,经滚压加工处理后的镀层表面更为平整,粗糙度降低,镀层硬度达到561HV0.1,是原始镀层硬度(433HV0.1)的1.3倍,在200 N和400 N载荷下,镀层相对耐磨性分别达到2.33和1.40,这主要是由于镀层表面加工硬化所致.

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刘宣勇研究员谈生物医用材料表面工程的发展与应用

中国表面工程. 2009, 22(5): 83-84.

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生物医用材料表面工程是一门交叉性很强的学科,涉及生物学、材料学、物理学和化学等多个领域,其发展对提升表面工程技术水平以及应用范围具有重要意义.为了宣传推广生物医用材料表面工程方面的新成果、新进展,结合新近召开的首届生物医用材料表面工程青年学术论坛,记者于2009年9月21日采访了中国科学院上海硅酸盐研究所刘宣勇研究员.

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2009年, 第22卷, 第5期　刊出日期：2009-05-19

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