中国表面工程

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汤勇,潘敏强,汤兴贤

中国表面工程. 2010, 23(1): 1-8.

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表面热功能结构是指在固体表面加工出具有不同形貌、不同尺度、不同维数，并具有散热或传热功能的结构。复杂表面热功能结构在高集成度芯片热控制方面有着广阔的应用前景。如何根据热功能需求主动设计表面结构并提出适合高效率低成本的制造方法是解决高热流密度问题的核心所在。在对当前表面热功能结构的发展现状分析基础上，较详细论述了表面热功能结构制造领域的关键技术，指出未来表面热功能结构研究的重点应集中在结构的微细化和复杂化、表面热功能结构的高效低成本制造方法等方面。

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等离子体浸没离子注入与沉积技术的发展及前沿问题

王浪平,王小峰,汤宝寅

中国表面工程. 2010, 23(1): 9-14.

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等离子体浸没离子注入与沉积技术可实现复杂形状零件表面垂直、均匀地离子注入与沉积处理，在材料表面改性领域具有广泛的应用前景。在技术发明后的20年间，该技术得到了快速的发展，但是也遇到了如何提高离子注入效率和注入均匀性、内表面注入、大面积注入等一系列问题。若上述问题得到解决，将极大的推进等离子体浸没离子注入与沉积技术的工业应用进程。

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中频交流磁控溅射制备氧化锌铝(ZAO)薄膜的研究

刘江,庄大明,张弓,李春雷,段宇波

中国表面工程. 2010, 23(1): 15-18.

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利用两种中频交流磁控溅射电源，溅射Al2O3含量为2 %的两块氧化锌铝陶瓷靶材，在不同衬底温度的条件下制备得到了ZAO薄膜。研究了不同衬底温度条件下不同靶材和溅射电源对ZAO薄膜结构、电学和光学性能的影响。结果表明，制备得到的ZAO薄膜均具有c轴择优取向生长的晶体结构，在衬底温度为240 ℃时，得到的ZAO薄膜的电阻率低至1.4×10-3 Ω·cm，可见光平均透过率在82 %以上。

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大气等离子喷涂Al₂O₃-3%TiO₂涂层的性能

邓春明,周克崧,刘敏,邓畅光,朱晖朝

中国表面工程. 2010, 23(1): 19-23.

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分别采用大气等离子喷涂APS和带延长Laval喷嘴的大气等离子喷涂制备了Al₂O₃-3%TiO₂涂层，对涂层的相组成、显微结构、结合强度、显微硬度等进行了评价，并和常规大气等离子喷涂氧化铝涂层的性能进行了对比，根据粒子在焰流中的特征对涂层性能差异进行了讨论。结果表明，两种Al₂O₃-3%TiO₂涂层均以γ–Al₂O₃为主，其中还含有少量的α–Al₂O₃和微晶或非晶。带Laval喷嘴APS所制备涂层的孔隙率、显微硬度和结合强度均明显劣于普通APS涂层，但前者涂层的沉积率达到70 %，明显高于后者，大大降低了涂层的生成成本。粒子特征分析表明，延长的Laval喷嘴降低了粒子在等离子焰流中的速度，延长了粒子在焰流中的停留时间，从而使涂层的结合强度和致密度降低，而使涂层沉积率有明显升高。

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钛及钛合金表面金属电沉积的预处理问题

屠振密,朱永明,李宁,胡会利,于元春

中国表面工程. 2010, 23(1): 24-29.

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目前钛及钛合金在国民经济和国防工业上的应用越来越广泛，为了提高和改善其使用特性，需要对其进行表面处理。金属表面电沉积是最常用且比较有效的方法，通过金属表面电沉积就可以提高和改善其功能性、装饰性、耐蚀性以及与涂覆层的结合强度。金属电沉积的关键是预处理问题，而预处理的关键是在其表面形成适宜的“活性膜”。电沉积层的性质取决于电解液的组成以及温度、pH值、电流密度、电沉积时间等因素。

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温度对化学气相沉积钨组织与表面形貌的影响

马捷,魏建忠,王从曾,范爱玲

中国表面工程. 2010, 23(1): 30-33.

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以WF₆和H₂为原料，采用化学气相沉积法在纯铜基体上沉积出难熔金属钨涂层。分析研究了不同沉积温度（500 ℃, 600 ℃, 700 ℃）沉积层显微组织、表面形貌、表面粗糙度及相关机制。试验分析表明：随沉积温度升高，沉积速率加快，涂层组织柱状晶生长取向趋于杂乱；沉积层表面形貌发生明显改变，表面粗糙度显著增加。杂质颗粒对沉积组织有显著的影响，造成沉积表面粗糙度显著增加。

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反应磁控溅射法制备(Ti,Al)N薄膜的力学性能

周滔,聂璞林,李铸国,黄坚,蔡珣

中国表面工程. 2010, 23(1): 34-38.

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采用镶嵌靶反应磁控溅射技术，通过调节氮分压及基体偏压在M2高速钢基体表面制备了一系列耐热的 (Ti,Al)N硬质薄膜，并用XRD，EDS及纳米压入法、划痕法等方法研究了(Ti, Al)N薄膜的成分、相结构与力学性能的关系。结果表明，氮分压和基体偏压对(Ti, Al)N薄膜取向及Ti、Al、N原子含量有明显影响，从而导致薄膜硬度及膜基结合性能发生变化。研究中，在氮分压为33.3×10^-3 Pa、基体偏压为?100 V时制备的(Ti, Al)N薄膜力学性能最优，其纳米硬度为43.4 GPa，达到40 GPa超硬薄膜的要求。

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静电纺丝制备连续SiC亚微米/纳米纤维

杨大祥¹,肖平²,赵晓峰²,宋永才³

中国表面工程. 2010, 23(1): 39-44.

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高性能SiC纤维在耐高温、抗氧化领域有着重要的应用前景，而纤维直径是影响纤维力学性能的主要因素之一。随着纤维直径降低，纤维强度显著升高。利用静电纺丝工艺，结合先驱体热解转化法制备SiC，探索了一种简单、易行的制备亚微米/纳米SiC纤维的方法。由聚碳硅烷(PCS)出发，研究了PCS溶液静电纺丝的工艺参数对纺丝性的影响，PCS原纤维经不熔化、N2中1200℃热处理1h，成功的制备了纤维直径在0.5～2mm之间分布均匀的SiC纤维。

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蛇纹石内氧化效应对铁基金属磨损表面自修复层生成的作用

金元生^1,2

中国表面工程. 2010, 23(1): 45-50.

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以蛇纹石，矿物质羟基硅酸镁Mg₆(Si₄O₁₀)(OH)₈，为主成分的自修复剂对金属磨损表面的修复作用，在我国已得到较为广泛关注和认同。文中以在内燃机车柴油机缸套内表面生成的自修复层为例，通过SEM, XRD, XPS, AES, Laser Raman, HRTEM, STEM和纳米硬度计等表面分析和测量手段，深入观察和分析了磨损表面自修复层的生成机理。结果表明：蛇纹石的高化学活性使氧原子、氧离子和自由水从表面向内部强扩散，铁基金属的合金成分渗碳体（Fe₃C）被氧化。这是有别于高温内氧化的一种特殊的内氧化过程，对磨损表面生成自修复层有决定性的作用。进而，摩擦副的相对往复运动诱发内氧化组织的形变细化和形变强化，形成性能优异的自修复保护层。

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悬浮液等离子喷涂与常规等离子喷涂纳米结构陶瓷涂层的研究

许艳华,李强

中国表面工程. 2010, 23(1): 51-56.

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采用悬浮液等离子喷涂(SPS)和常规等离子喷涂(CPS)2种工艺制备纳米结构ZrO₂/Y₂O₃涂层。利用XRD和SEM分析涂层的物相和微观组织，同时使用韦伯分布函数对涂层的显微硬度进行了统计分析。研究结果表明：在试验条件下，SPS制备的纳米结构ZrO₂/Y₂O₃涂层为粒状结构，涂层致密且没有观察到显微裂纹。单个层片直径在0.3～4 μm之间，平均晶粒尺寸51.8 nm。CPS制备的纳米结构ZrO₂/Y₂O₃涂层由部分熔化区和全熔区组成，部分熔化区保持纳米结构。2种方法制备的涂层物相均为亚稳四方相。CPS纳米结构涂层的显微硬度韦伯图呈双态分布，其中全熔区显微硬度较高，离散性大，而部分熔化区显微硬度低，离散性较小。SPS涂层显微硬度离散性比CPS全熔区小，表明SPS涂层组织更为均匀。

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环氧富Zn-Al-Mg-Ce合金涂层耐腐蚀性能

从善海,侯强

中国表面工程. 2010, 23(1): 57-62.

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介绍了Zn–Al–Mg–Ce合金的熔炼、制粉和环氧富Zn–Al–Mg–Ce合金防腐涂料的制备，并与环氧富Zn涂料、环氧富Zn+Al涂料和国外环氧富Zn防锈涂料进行了盐雾和盐水耐腐蚀性能对比试验，并分析了Zn–Al–Mg–Ce合金的电化学性能、显微组织及耐蚀机理。结果表明环氧富Zn–Al–Mg–Ce合金涂层比其他涂料腐蚀时间延迟900 h以上。稀土Ce在晶界偏聚及鳞片状合金微粉叠层结构是其高耐蚀的主要机理。

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阴极电弧TiN膜层的观察检测和比较

董骐,田凯,胡中军,吴臻

中国表面工程. 2010, 23(1): 63-68.

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通过对TiN膜层上和膜层中微液滴的观测，探讨了微液滴对膜层和基底结合力产生的影响，并分析了划痕试验中微液滴破损和膜层剥落之间的关系。在丹普公司开发的AS700DTXB型计算机自动控制离子镀膜机上，通过调整镀膜工艺参数、控制微液滴的尺寸，明显改善了TiN膜层和基底(高速钢和模具钢)的结合力。采用不同的划痕仪检测临界载荷Lc₂可以稳定在100 N，或者更高；分析和探讨了膜基结合力国内外不同的检测判据和规范。根据实际测量中的经验积累和结果分析，提出了对国内测量标准的修改意见。

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非金属材料表面化学镀中活化工艺的改进及发展方向

秦铁男,马立群,刘敏基,袁亮,丁毅

中国表面工程. 2010, 23(1): 69-74.

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介绍了国内外对非金属材料表面化学镀前的传统活化工艺诸多改进，并着重叙述了非贵金属催化在非金属表面化学镀前处理中的研究和应用。气相沉积活化、光化学活化和超声活化作为先进的活化技术，在改善活化效果、提高活化效率等方面的优势必将使其成为今后非金属表面化学镀活化工艺的重要发展方向。

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复合Zn/ZnS层的组织结构及其大气与真空环境下的摩擦学性能

司洪娟^1,2,徐滨士¹,王海斗^1,2,马国政^1,2

中国表面工程. 2010, 23(1): 75-79.

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采用纳米电刷镀技术在淬火后45钢表面制备Zn涂层，对其进行低温离子渗硫处理得到复合Zn/ZnS层。考察了该复合涂层在大气和真空环境下的减摩润滑性能。结果表明，高真空环境下，刷镀层孔隙有增多、变大现象。大气环境的摩擦试验过程中，暴露的新鲜涂层与大气中的氧作用形成氧化膜，导致磨损严重，润滑性能降低，摩擦因数在0.23左右。真空中的减磨润滑效果较好，摩擦因数相对较低，在0.18左右。

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高温合金叶片粉末冶金修复再制造

王茂才,张杰

中国表面工程. 2010, 23(1): 80-86.

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粉末冶金修复再制造是新近发展的一种先进材料表面求原重构完型的工艺方法。采用此工艺方法，可以有效解决高温合金，尤其是难焊铸造高温合金叶片及部件的无损伤熔焊连接难题；还可以对叶片的大间隙缺陷如裂纹、孔洞、烧蚀区与磨蚀区等进行三维空间的近等强度的恢复与重建。与加拿大Ｌiburdi Powder Metallurgy(L–PM)工艺相比，作者所研发的高温合金叶片粉末冶金修复工艺（China Powder Metallurgy，C–PM）有显著特色。

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面向装备再制造的纳米复合电刷镀技术的新发展

胡振峰,董世运,汪笑鹤,徐滨士

中国表面工程. 2010, 23(1): 87-91.

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纳米复合电刷镀技术是一项先进的装备再制造工程技术。近年来，其技术基础研究不断深入、应用领域不断拓展。适应再制造产业化的发展，文中在前期研究成果的基础上，介绍了近几年在双纳米材料复合电刷镀、替代硬铬纳米复合合金电刷镀和自动化纳米电刷镀等方面的研究与应用。

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深井钻机刹车盘激光熔覆铁基涂层的组织与摩擦磨损性能

陆萍萍,王勇,韩彬,杨浩

中国表面工程. 2010, 23(1): 92-96.

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针对深井钻机刹车盘的工况条件，采用激光熔覆技术在35CrMo钢表面分别制备Fe基涂层和含Cr₃C₂的Fe基合金复合涂层，研究了2种涂层的组织结构、显微硬度及耐干滑动摩擦磨损性能。结果表明，Fe基涂层以亚共晶方式结晶，在初生柱状固溶体枝晶间存在大量网状共晶组织，主要由γ–Fe、Cr₇C₃及少量的Cr–Fe固溶体等组成。Fe基复合涂层中Cr₃C₂大部分溶解，枝晶凝固特征保持不变，枝晶组织明显细化，主要由γ–Fe、Cr₇C₃及少量的Cr–Fe固溶体及较少量未熔的Cr₃C₂等组成。Fe基复合涂层的显微硬度及其摩擦磨损性能优于Fe基涂层。

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激光成形修复ZL104合金的组织与性能研究

薛蕾¹,黄一雄²,卢鹏辉¹,陈静¹,林鑫¹,黄卫东¹

中国表面工程. 2010, 23(1): 97-103.

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激光成形修复ZL104合金的修复区组织由α–Al和α–Al+Si共晶组织构成，熔池底部组织由列状α–Al枝晶构成，中部和顶部组织由α–Al等轴晶和枝晶间α–Al+Si共晶组织构成，观察到的气泡多封存在熔池底部的α–Al列状枝晶层中。基体区组织由粗大的α–Al枝晶和α–Al+Si共晶构成，观察不到明显的热影响区。从修复区向基体区过渡，硬度值呈减小趋势。修复试样拉伸测试中，断裂均发生在铸件基体处，表明激光修复区的强度高于所修复的铸件材料。

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2010年, 第23卷, 第1期　刊出日期：2010-01-19

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