中国表面工程

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徐滨士

中国表面工程. 2010, 23(2): 1-6.

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再制造工程是废旧机电产品高技术修复改造的产业化，是循环经济和节能环保产业的重要技术支撑。中国的再制造工程经历了产业萌生、科学论证和政府推进三个阶段。中国特色的再制造主要基于尺寸恢复和性能提升，并以先进的寿命评估技术、纳米表面工程和自动化表面工程技术为支撑，其重要特征是再制造产品的质量和性能不低于原型新品，成本为新品的50%，节能60%，节材70%，显著改善环保。具有中国特色的再制造模式已逐渐形成，并取得了重要成果。

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表面反应功能结构制造领域的研究现状及发展趋势

汤勇,潘敏强,王清辉

中国表面工程. 2010, 23(2): 7-14.

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表面反应功能结构是指在反应载体表面加工出具有不同形貌、不同尺度、不同维数，并具有反应功能的结构。表面反应功能结构设计和制造是微反应器大规模推广应用的核心技术。文中在对当前表面反应功能结构的表现形式和主动设计方法分析基础上，较详细论述了表面反应功能结构新的制造技术，指出未来表面反应功能结构研究的重点应集中在不同功能结构的优选、特定功能结构的主动设计以及适合不同反应功能结构的高效、低成本制造方法探索等方面。

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共渗制备NiCrAlY涂层及抗高温腐蚀研究

鲁金涛,朱圣龙,王福会

中国表面工程. 2010, 23(2): 15-19.

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采用热扩散的方法在高温合金K417G基体上制备了NiCrAlY涂层，经测定，涂层以β–NiAl 相为主，Cr以固溶态和AlCr(x)相同时存在。1 000和1 100 ℃恒温氧化试验表明，NiCrAlY涂层显著提高了合金的抗氧化性，氧化膜致密稳定的Al₂O₃为主，300 h后氧化膜没有明显的剥落。对基体合金和涂层试样进行了900 ℃，NaCl/Na₂SO₄（25:75）融盐环境的热腐蚀试验。结果表明，NiCrAlY涂层氧化膜完整，涂层内硫化物含量低，有效提高了抗热腐蚀性能。

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大气等离子喷涂球磨Fe-Al合金制备FeAl涂层及其结构表征

田立辉,李长久,李成新,杨冠军

中国表面工程. 2010, 23(2): 20-25.

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FeAl金属间化合物具有良好的抗高温氧化和硫化、抗高温冲蚀性能与较高的高温强度，且密度小、成本低。将FeAl用作SOFC支撑体材料，不仅可提高SOFC的高温强度，而且可显著降低其制作成本。本研究采用机械合金化工艺制备了Fe–35Al粉末，通过大气等离子喷涂（APS）制备了FeAl涂层。利用XRD、SEM表征了球磨粉末及热处理前后涂层的微观结构。研究结果表明，通过大气等离子喷涂球磨粉末，可以制备出FeAl金属间化合物涂层，涂层经800 ℃热处理30 h后，可提高FeAl相的有序度。

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TiAlN涂层高速钢刀具的制备及钻削性能研究

莫继良,任元,朱旻昊

中国表面工程. 2010, 23(2): 26-29.

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研究综合采用了电子枪等离子增强、非平衡磁控溅射和多弧离子镀3种物理气相沉积（PVD）技术，在高速钢麻花钻上沉积TiAlN单层涂层。对涂层的硬度、涂层与基体的结合强度、微观形貌进行了测试及分析，并将TiAlN涂层高速钢麻花钻对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行干态钻削试验。结果表明，在高速钢麻花钻基体上所制备的TiAlN涂层具有良好的力学性能，可以使高速钢麻花钻的使用寿命提高4倍以上。

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热喷Zn涂层浪花飞溅区腐蚀的室内模拟研究

陈家才,王旭东,孙冬柏,孟惠民,俞宏英,张连飞

中国表面工程. 2010, 23(2): 30-35.

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海盐粒子浓度大、干湿交替频繁、海水冲击是浪花飞溅区腐蚀的3个关键性因素。文中以热喷Zn涂层为研究对象，设计了4种循环腐蚀试验制度：① 盐雾–驻留循环；② 盐雾–驻留–飞溅循环；③ 盐雾–干燥循环；④ 盐雾–干燥–飞溅循环，采用失重测量和电化学测量分别研究了涂层在这4种模拟环境下的腐蚀行为及规律，并应用加速转换因子法及灰关联分析对各循环腐蚀试验制度下的加速性、模拟性进行了研究，并为此设计了一个飞溅模拟研究装置以实现浪花飞溅冲击的模拟。试验结果表明：盐雾+驻留循环造成涂层的腐蚀最严重；盐雾+驻留+飞溅循环则能较好的模拟浪花飞溅区的腐蚀情况，可实现室内的热喷Zn涂层在浪花飞溅区腐蚀的模拟。

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梯度掺杂和纳米多层调制类金刚石薄膜的摩擦学性能

陈新春,彭志坚,付志强,王成彪

中国表面工程. 2010, 23(2): 36-41.

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采用阴极电弧结合离子源辅助磁控溅射复合技术，充分利用薄膜组成多元化、晶体纳米化、组成和结构多层化、梯度化的优势，分别制备了多元素复合过渡层缓冲的钨元素梯度掺杂的和Cr元素纳米多层调制的类金刚石（DLC）薄膜，研究掺杂元素含量和调制层厚度对薄膜组成与结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。梯度掺杂、多元、多层结构降低了DLC膜和钢基体之间因组成和结构不同产生的应力，改善了膜基结合力，材料综合耐磨损性能大幅度提高。

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水性环氧粘结固体润滑涂层的摩擦学性能研究

王月梅^1,2,周惠娣¹,陈建敏¹,陈磊¹,冶银平¹

中国表面工程. 2010, 23(2): 42-45.

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水性环氧粘结固体润滑剂，以水作为分散介质，具有价格低廉、无毒、不燃等优点，并且不含VOC，是一类有很好的发展前景的环保型润滑剂。制备了一种环保型的含MoS²、石墨和Sb²O³的性能优良的水性环氧粘结固体润滑剂，其具有优异的理化性能和摩擦学性能，尤其是在微动磨损的条件下，其摩擦学性能优于有机溶剂型粘结固体润滑涂层对比样品。环保的摩擦学性能优异的水性环氧粘结固体润滑剂的制备，为环保型润滑剂的发展提供了很好的依据。

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热障涂层皱曲现象的数值模拟研究

何伶荣^1,2,张坤¹,陈光南¹

中国表面工程. 2010, 23(2): 46-49.

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对装机使用后的热障涂层叶片进行观察，发现电子束物理气相沉积涂层和等离子喷涂涂层表面均出现皱曲，不同于通常意义上的陶瓷层/粘接层界面皱曲。为了解释这种皱曲伴生的涂层断裂以及与皱曲特征参数的关系，利用ANSYS进行了数值模拟，表明皱曲波长对涂层断裂位置产生影响。短波长时面层凹陷处等效应力更大，属危险点。长波长时面层凸起处应力更大，在面层/底层界面处属危险点。

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空气等离子体基注入Ti6Al4V合金摩擦学性能研究

冯兴国,孙明仁,马欣新,唐光泽

中国表面工程. 2010, 23(2): 50-55.

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采用空气等离子体基离子注入技术对Ti6Al4V合金进行了表面改性。注入负脉冲电压分别为10 kV，30 kV，50 kV，注入剂量为0.6×10¹⁷ions/cm²。用X射线光电子能谱仪对注入层元素分布进行了分析，结果表明：改性层的外层为TiO₂，外层与内层基体之间存在Ti₂O₃、TiO、TiN；采用球盘磨损试验机对注入层的摩擦学性能进行了研究。结果表明：随着注入电压的增加，摩擦因数减小，耐磨性能提高。且以50 kV注空气最为显著，摩擦因数较基体降低了3倍多，磨损体积与比磨损率较基体均下降了1个数量级以上。注入层硬度比基材Ti6Al4V也有明显提高。

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镍含量对激光熔覆镍-铁基涂层结构与性能的影响

李瑞峰^1,2,黄坚¹,李铸国¹,张培磊¹,朱彦彦¹,吴毅雄¹

中国表面工程. 2010, 23(2): 56-59.

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采用侧向同步送粉，激光熔覆+重熔的方式在低碳钢表面制备了两种Ni–Fe–Si–B–Nb合金涂层，化学成分分别为(Ni_0.5Fe_0.5)₆₂Si₁₈B₁₈Nb₂(原子数分数 x/%)和(Ni_0.6Fe_0.4)₆₂Si₁₈B₁₈Nb₂(x /%)。探讨Ni含量变化对涂层物相组成、显微组织及其性能的影响。试验结果表明，当Ni和Fe的比为1:1时，涂层重熔层物相分析表现为非晶特征的漫散射峰，微观组织由等轴晶+非晶构成，而当Ni和Fe的比为3:2时，涂层重熔层物相分析无漫散射峰形成，微观组织为树枝晶。同时树枝晶组织的显微硬度值较低，这和涂层内部形成的奥氏体较多，而且无Fe2B相和非晶相生成有关。

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Al_2O_3含量对等离子喷涂TiO_2-Al_2O_3陶瓷涂层组织性能的影响

马然,贺定勇,蒋建敏

中国表面工程. 2010, 23(2): 60-63.

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采用大气等离子喷涂方法制备TiO₂–Al₂O₃陶瓷涂层，利用SEM和XRD分析了涂层的显微组织和相结构，并研究了涂层的电阻率随温度变化的规律。研究结果表明：TiO₂–Al₂O₃陶瓷涂层主要由金红石型TiO₂、锐钛矿型TiO₂、Magneli相、α–Al₂O₃及γ–Al₂O₃组成。涂层的显微硬度和电阻率随Al₂O₃含量的增加而增加，在通电升温条件下涂层的电阻率随温度升高而降低。

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WC颗粒增强Ni基合金复合涂层的热处理组织变化

陈华辉¹,徐采云¹,王振廷²,赵会友¹

中国表面工程. 2010, 23(2): 64-68.

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制备了Ni60B合金激光熔覆涂层、微米WC颗粒增强Ni60B合金激光熔覆涂层（WCm）和纳米WC颗粒增强Ni60B合金激光熔覆涂层（WCn），模拟干滑动磨损温升和磨损时间对激光熔覆涂层进行了100～900 ℃不同温度下的热处理，用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射技术等分析了原始激光熔覆涂层的组织以及在不同温度处理后涂层的组织变化，研究了仅在热的作用下，有无WC颗粒强化对涂层组织变化的影响，以及微米WC和纳米WC不同颗粒增强对镍基合金涂层组织变化的作用。分析结果表明：激光熔覆Ni60B涂层随温度上升到700 ℃，Cr、Fe、C元素发生扩散，碳硼化物形态变化并发生晶型转变，在900 ℃时才有相析出现象。WCm涂层和WCn涂层随着温度的升高，Ni基固溶体中出现W和Cr、Fe、C的脱溶，各种形态的碳化物组织将发生不同形式的转化。纳米WC的加入使得WCn涂层组织过饱和度增大，出现上述变化的温度降低。

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快速成形堆积层表面制备耐磨涂层的组织及性能

曹勇^a,朱胜^a,石海滨^b,孟凡军^a,王望龙^a

中国表面工程. 2010, 23(2): 69-73.

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为了提高快速成形零件的服役性能，采用机器人脉冲熔化极气体保护焊工艺在H08Mn2Si堆积材料表面制备了耐磨涂层。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)观察分析了基体和涂层的组织形貌, 在纳米硬度计上测试了基体–过渡区–涂层的硬度变化，采用T11摩擦磨损试验机考察了油润滑条件下基体和涂层的摩擦学性能。试验结果表明，熔覆涂层与快速成形堆积基体材料呈冶金结合，无孔洞、裂纹出现，沿基体–涂层方向随着距离的增大材料显微硬度呈增大趋势。熔覆涂层的摩擦因数低于快速成形堆积基体材料，磨损过程也更平稳，相对耐磨性是快速成形堆积基体的5.91倍。这主要是由于熔覆涂层基体硬度较高且有M7-C3等硬质相形成所致。

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Nano-TiO₂/FEVE氟碳涂层的水云藻附着性能

齐育红,张占平,刘红

中国表面工程. 2010, 23(2): 74-77.

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为了研发新型无毒舰船防污涂料，以FEVE氟碳树脂为成膜物、纳米TiO₂粉末为功能添加剂，试制了系列Nano–TiO₂/FEVE氟碳涂层，研究了纳米TiO₂含量对大型藻（水云藻）附着行为的影响。结果表明，水云藻的附着量随着涂层中纳米TiO₂含量的增加而减少，当纳米TiO₂含量达到0.8%时，水云藻附着量降至最少，纳米TiO₂含量由0.8%增大至2%，水云藻的附着量增大，纳米TiO₂含量继续增大至4%，涂层上水云藻的附着量反而减小。纳米TiO₂对水云藻的附着具有明显的阻止作用，可以成为一种安全环保的防污功能添加剂。

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基于随机介质理论的热障涂层随机孔隙模型构建

赵扬^a,林莉^a,马志远^a,李喜孟^a,雷明凯^b

中国表面工程. 2010, 23(2): 78-81.

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基于随机介质理论、采取统计学方法，将热障涂层（TBCs）中孔隙和裂纹引起的局部密度和弹性模量起伏用空间自相关函数及某些统计参数来描述，借助极值搜索法对连续随机介质模型进行改造，并针对涂层孔隙率及各向异性取向等进行模型参数优化，提出并建立了TBCs随机孔隙模型。将模型模拟结果与ZrO₂涂层SEM观察结果进行对比表明，所建立的模型能够较好地描述热障涂层中的孔隙、裂纹形貌特征。本研究对于确定TBCs孔隙特征与涂层性能的理论关系以及涂层性能计算研究具有较大意义。

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纳米羟基硅酸镁的原位表面修饰和二次表面修饰

高飞¹,许一¹,徐滨士¹,张保森^1,2

中国表面工程. 2010, 23(2): 82-85.

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对纳米羟基硅酸镁粉体分别采用原位表面修饰和二次表面修饰进行表面化学修饰，在其表面引入众多有机短链和有机长链，使纳米羟基硅酸镁粉体在有机介质中有较好的相容性和分散稳定性。利用透射电子显微镜和傅立叶红外光谱仪分别表征了表面修饰改性前后纳米粉体的表面形貌和红外吸收光谱。结果表明：修饰剂与粉体表面发生化学吸附。未经表面修饰处理的纳米粉体呈纳米颗粒和纳米管/棒的团聚体；经过原位表面修饰处理的纳米粉体的分散性得到很大改善，呈局部分散的表面形貌；经过原位表面修饰和二次表面修饰，纳米羟基硅酸镁粉体在有机溶剂中得到有效分散。

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聚苯乙烯纳米微球单层膜的制备、表征及其力学性能的研究

王元元,郭丹

中国表面工程. 2010, 23(2): 86-89.

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通过对硅片基底亲水处理和改善纳米微球胶体溶液与硅片基底之间的浸润性，利用毛细管制得单层紧密排列的聚苯乙烯纳米微球，探讨了成膜机理与关键因素，和与其它方法相比，制样成功率高，操作简单，成膜速度快。利用AFM对纳米微球的力学性质进行了研究，着重分析了AFM力曲线的测量过程与分析方法，建立了AFM针尖与纳米微球之间的接触模型并测得室温下200 nm聚苯乙烯纳米微球的弹性模量为3.400±0.492 GPa。

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热处理对冷喷涂Fe涂层组织与性能影响研究

李文亚¹,陈亮¹,余敏¹,郭学平²,Hanlin Liao²

中国表面工程. 2010, 23(2): 90-94.

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冷喷涂作为一种新型的涂层技术，在制备大部分金属涂层、金属陶瓷复合涂层方面有着巨大的潜力。本文采用冷喷涂在Al基体上制备了Fe涂层，并结合喷涂后热处理研究了涂层组织与性能特点。结果表明，所得Fe涂层的内部组织比较致密；受到喷涂过程中空气的影响，喷涂射流呈现亮流，所制备涂层表面有较大、较深气孔。在较低温度下热处理后Fe涂层的显微组织变化不明显，显微硬度明显降低；Fe涂层与Al基体之间形成约10 μm厚度的金属间化合物层。

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影响AZ91D镁合金微弧氧化热损耗率和膜层质量的因素

樊康乐^a,b,阎峰云^a,b,王财栋^a,b,黄旺^a,b

中国表面工程. 2010, 23(2): 95-99.

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测量并分析了电解液中NaOH的质量密度、电源频率和反应时间对AZ91D镁合金微弧氧化过程中热损耗率、成膜速率和致密度的影响和作用机理。试验结果表明，在NaOH的质量浓度为2.0 g/L、频率为500 Hz、反应时间为20 min时，分别能使热损耗率降低到8.65%、5.34%、8.63%，且以上各参数值对应的膜层质量能达到最好。

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微波修复技术研究与发展

马世宁,孙晓峰,朱乃姝

中国表面工程. 2010, 23(2): 100-105.

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微波修复技术作为一项新兴的战场抢修手段，越来越受到国内外研究人员的高度关注。文中概述了微波修复技术的产生背景及国内外研究现状，着重介绍了该技术的最新研究成果。研制了便携式大功率微波腔外操作设备，采用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段分析了碳纤维表面处理及微波固化对复合贴片性能的影响。利用该技术修复不同材料的损伤，其静强度恢复率达到90 %以上。

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金属磁记忆技术用于再制造毛坯寿命评估初探

董丽虹¹，徐滨士¹，董世运¹，王丹²

中国表面工程. 2010, 23(2): 106-111.

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剩余寿命预测是再制造工程的核心内容之一，金属磁记忆技术在再制造毛坯寿命预测领域极具潜力。文中概述了金属磁记忆信号的特征、微观物理检测机制的研究结果，探讨了利用金属磁记忆技术表征疲劳裂纹萌生及扩展寿命的途径和方法，并介绍了该技术在再制造毛坯寿命评估领域的初步应用

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2010年, 第23卷, 第2期　刊出日期：2010-02-19
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