中国表面工程

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吕反修

中国表面工程. 2010, 23(3): 1-9.

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大面积光学级金刚石自支撑膜的制备和加工是近年来在CVD金刚石研究领域的最重要的技术进展之一;在军事和民用光学领域有非常重要的应用前景.综述了北京科技大学近年来在CVD金刚石膜光学应用领域的研究进展;给出了采用高功率直流电弧等离子体喷射(DC Arc Plasma Jet) CVD工艺制备大面积光学级金刚石自支撑膜的研究结果;对所制备的光学级金刚石自支撑膜的光学、力学(机械)、热学、微波介电性能、抗氧化、抗热震、抗砂蚀和抗激光损伤等方面的最新研究结果,及其在高新技术领域中的应用前景及前沿问题进行了讨论.

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等离子喷涂CeO₂-Y₂O₃稳定ZrO₂陶瓷涂层耐高温铁水热震研究

王继东,王智慧

中国表面工程. 2010, 23(3): 10-13.

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采用等离子喷涂方法在304不锈钢表面制备NiCoCrAlY₂O₃/(ZrO₂+25%CeO₂+3%Y₂O₃)耐高温涂层,模拟铸造模具表面的工作环境,涂层在1350 ℃铁水液中加热热震和在炉中大气环境下加热热震后,对涂层组织结构和物相变化进行了对比研究.结果表明:涂层在铁水中热震后,涂层内部的大量裂纹交联在一起,在陶瓷层与粘结层界面靠近陶瓷层一侧出现尺寸近10 μm宽的裂纹,陶瓷层中的部分四方相向单斜相和立方相转变,铁水中部分元素与陶瓷元素发生了扩散并生产新相.

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碳纳米管-TiO2杂化材料对聚糠醇涂层摩擦学性能的影响

门学虎¹,张招柱¹,杨进^1,2,王坤¹,姜葳¹

中国表面工程. 2010, 23(3): 14-20.

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通过溶胶-凝胶法和高温氧化分别制备出了TiO2杂化碳纳米管和金红石型纳米TiO2,并考察了这些纳米填料对涂层摩擦磨损性能的影响.其中,高温处理的TiO₂杂化纳米管和金红石型纳米TiO2对涂层的摩擦学性能有一定的增强效果,尤其是在高速摩擦条件下效果更为明显.

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环氧涂层/碳钢间的界面化学键合研究

赵丹^1,2,吴航¹,邵亚薇^1,2,王路¹,王成¹,王福会¹

中国表面工程. 2010, 23(3): 21-24.

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在环氧树脂E-44上接枝酒石酸对其改性,改性后的环氧树脂用来改善环氧涂层/碳钢间的界面附着力.红外光谱测试证明,改性环氧与碳钢表面发生化学键合.拉伸试验表明,改性后环氧涂层在金属表面的附着力得到明显的提升.

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溅射参数对CuInGa预制膜成分和结构的影响

李春雷,庄大明,张弓,宋军

中国表面工程. 2010, 23(3): 25-28.

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作为CIGSe太阳能电池重要组成部分的CIGSe吸收层可以采用预制膜+硒化两步法制备.文中采用磁控溅射方法制备了成分均匀、具有一定成分比例的CuIn、CuGa、CuInGa预制膜.X射线荧光分析(XRF)结果显示随着溅射电流的增加,CuIn预制膜的Cu/In原子比减小,CuGa预制膜的Cu/Ga原子比保持不变;X射线衍射分析(XRD)结果表明CuIn、CuInGa预制膜主要由Cu₂In、CuIn、In相组成,Ga元素以固溶的形式存在于CuInGa预制膜中.对于CuIn预制膜,随着溅射电流的增加,薄膜中的Cu₂In相逐渐向CuIn转变.

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表面修饰纳米硼酸钙的制备及摩擦学性能

李久盛¹,郝利峰²,徐小红¹,张立¹

中国表面工程. 2010, 23(3): 29-32.

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制备了表面修饰油酸的纳米硼酸钙添加剂,利用XRD、TEM和IR对其形貌及结构进行了表征,采用离心分离法考察了纳米硼酸钙在润滑油中的稳定性,在四球摩擦磨损试验机和SRV试验机上考察了油品的抗磨减摩性能,并用X射线光电子能谱(XPS)探讨了其润滑机理.结果表明:纳米硼酸钙添加剂具有良好的分散性、稳定性和抗磨减摩性能;沉积膜和反应膜的生成对抗磨减摩性能有决定作用.

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非平衡磁控溅射CrTiAlN涂层的耐腐蚀性能

李潇,施雯,张健,陈智勇

中国表面工程. 2010, 23(3): 33-37.

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采用非平衡磁控溅射技术,在304不锈钢表面沉积CrTiAlN硬质涂层,测定和研究涂层组织结构和耐腐蚀性能,探索提高奥氏体不锈钢表面性能和耐腐蚀性能的可能性.基于奥氏体不锈钢在含氯离子酸和非氧化性酸中缺乏足够抵抗力的特点,腐蚀介质选用了0.5 Mol/L的NaCl水溶液.结果表明CrTiAlN涂层试样表现了优异的表面性能和耐腐蚀性能,特别是对于提高304不锈钢耐点蚀的能力有很大作用.

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直流反应磁控溅射CrNX功能装饰涂层的研究

张栋,孙丽丽,郑贺,汪爱英

中国表面工程. 2010, 23(3): 38-41.

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采用反应磁控溅射制备不同氮气流量下的CrN_X膜,观察薄膜颜色的变化,采用球盘式摩擦磨损仪、台阶仪、金相显微镜测试薄膜的耐磨性能,并采用X射线衍射技术、场发射扫描电镜观测薄膜的相成份以及微观形貌.研究结果表明,随着氮气含量的增加,薄膜颜色由银灰色逐渐过渡为深灰色,薄膜相结构由单相Cr₂N转变为Cr₂N和CrN混合相继而转变为单相CrN,当氮气流量为20 cm³·min^-1以及30 cm³·min^-1时薄膜表现出良好的耐磨性.采用高氮气流量的工艺镀中间层,低氮气流量的工艺镀表面层,复合薄膜的耐磨性大幅度提高,同时能够获得美观的银灰色外观.

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电解液中添加纳米SiO2对7A52铝合金表面微弧氧化陶瓷层生长过程及性能的影响

索相波,邱骥,刘吉延

中国表面工程. 2010, 23(3): 42-45.

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为了改善微弧氧化陶瓷层表面疏松状况,通过在电解液中添加纳米SiO₂颗粒,在7A52铝合金表面制备了含纳米SiO2颗粒的复合陶瓷层.添加纳米SiO₂颗粒后,试样表面电流密度也大幅度提高,陶瓷层生长速度提高了近一倍.采用XRF,SEM,维氏硬度计和往复式摩擦磨损试验机对陶瓷层进行了考察.结果表明,纳米SiO₂进入了陶瓷层,纳米SiO₂颗粒复合处理后,陶瓷层更加致密,显微硬度和耐磨性大幅度提高.

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预应力对羟基磷灰石涂层热处理行为的影响

胡晓霞^a,b,吕宇鹏^a,b,李阳^a,b,李士同^a,b,陈鹭滨^a,b

中国表面工程. 2010, 23(3): 46-50.

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在工业纯钛表面采用等离子法制备羟基磷灰石涂层,然后分别在自由态(无应力)、预加正应力、同时预加正应力与切应力三种不同条件下热处理.利用电子拉伸试验机进行剪切结合强度测试,利用电子探针观察剪切试验断口形貌和涂层/基体界面处组织形貌与微区元素分布,以探讨应力条件下热处理对涂层/基体界面的影响.研究表明:热处理过程施加预应力可以提高涂层与基体的剪切结合强度,其原因可能是预应力的施加促进了涂层与基体间元素扩散,并使涂层中的裂纹产生一定程度的闭合.

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镍稀土对FeCrMoCBSi系非晶合金涂层性能的影响

卢兰志,魏琪,李辉,高明

中国表面工程. 2010, 23(3): 51-55.

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设计了制备FeCrMoCBSi系非晶合金涂层用的粉芯线材L1和添加镍稀土的对比配方L2,用电弧喷涂技术制备了两种非晶合金涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、显微硬度仪测试了涂层的组织结构与性能,采用冲蚀磨损测试设备测试了两种涂层在30 °和90 °冲蚀角下的耐冲蚀磨损性能,并用SEM观察了涂层冲蚀后的表面形貌.结果表明,添加镍稀土的L2涂层与L1相比,非晶相含量升高了5.7 %,组织结构更加致密,截面平均显微硬度提高了149.6 HV0.1,晶化转变温度Tx增加了7 K,涂层在相同测试条件下的耐冲蚀性能也有所提高.

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摩擦表面纳米铜自修复膜显微硬度分析

刘谦^a,许一^b,王晓丽^b,史佩京^b,于鹤龙^b

中国表面工程. 2010, 23(3): 56-59.

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利用T-11摩擦磨损试验机和MM-200摩擦磨损试验机进行了用纳米铜添加剂润滑的摩擦磨损试验,在磨痕表面形成了富含Cu元素的表面膜.纳米压痕试验结果表明,基体的硬度为10~13 GPa,而表面自修复膜的硬度从5 GPa到10 GPa,变化范围比较大.从硬度以及加工硬化程度和蠕变位移的测试结果可以看出,摩擦表面自修复膜的这些性能与纯铜膜的性能有很大的区别,而且在不同的深度有不同的变化,说明薄膜不是均匀铜膜,而是在成分、组织结构上有变化的复合膜.

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42CrMo钢表面纳米化对离子渗氮的影响

李杨,徐久军,王亮

中国表面工程. 2010, 23(3): 60-63.

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用表面机械研磨处理(SMAT)对42CrMo钢进行表面纳米化处理.对SMAT处理前后的样品进行离子氮化处理.通过扫描电镜、金相显微镜、X射线衍射和显微硬度计对渗氮处理后样品的结构和性能进行了表征.结果表明:在相同的氮化条件下,特别在低温下,经SMAT处理后的42CrMo钢可以得到化合物层更厚、硬度更高的氮化层.

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激光熔覆NiCr/Cr3C2-Ag-BaF2/CaF2金属基高温自润滑耐磨覆层的组织结构及摩擦学性能

俞友军^1,2，周健松¹，陈建敏¹，周惠娣¹，郭纯^1,2

中国表面工程. 2010, 23(3): 64-69.

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利用激光熔覆技术在不锈钢表面制备了NiCr/Cr3C2-Ag-BaF2/CaF2金属基高温自润滑耐磨覆层,用X射线衍射仪分析了复合粉末及其激光熔覆耐磨覆层的物相组成,用扫描电子显微镜分析了耐磨覆层横截面的显微组织结构特征.在干滑动磨损试验条件下测试了覆层的耐磨性能,并用扫描电子显微镜观察和分析了覆层的摩擦磨损机理.试验结果表明,激光熔覆NiCr/Cr3C2-Ag-BaF2/CaF2金属基高温自润滑耐磨覆层,从室温到500 ℃试验温度范围内表现出了良好的减摩抗磨效果,并且随着温度的升高覆层材料表现出了不同的摩擦磨损机理,从室温到200 ℃温度范围主要表现为粘着磨损和磨粒磨损共同作用,温度超过200 ℃后主要表现为塑性变形和轻微的粘着磨损.

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PTFE/FEVE氟碳防污涂层的表面特性与海藻附着

张占平,齐育红,刘红

中国表面工程. 2010, 23(3): 70-73.

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以FEVE氟碳树脂为成膜物、超细PTFE粉末为低表面能功能添加剂,试制了PTFE质量百分比分别为10 %、20 %、30 %的氟碳防污涂料,利用扫描电镜和表面形貌仪试验研究了涂层中PTFE含量对涂层表面形貌的影响,借助生物学方法、体视显微镜和图像分析方法研究了涂层表面特性对海洋微藻(舟形底栖硅藻)和大型藻(水云藻)附着的影响.结果表明,随着防污涂层中PTFE含量的增加,涂层的表面粗糙度降低,平滑性和致密性提高,涂层上底栖硅藻和水云藻的附着量随之减少.

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铁基合金激光熔覆层裂纹控制的组织设计

姚成武^1,2,徐滨士²,黄坚¹,张培磊¹,李铸国¹,吴毅雄¹

中国表面工程. 2010, 23(3): 74-79.

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通过对激光熔覆铁基合金进行组织设计和试验,获得了无裂纹、平均硬度为850.3 HV (65HRC)的熔覆涂层.利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)对熔覆层进行显微组织、相结构分析,结果表明:熔覆层为枝/胞晶凝固组织形态,熔覆层内弥散分布大量的颗粒相;残余奥氏体沿着枝/胞晶间分布,晶间的碳化物呈颗粒状弥散分布在晶间残余奥氏体上.摩擦测试结果表明,熔覆层的磨损形式主要为磨粒磨损,对比材料冷轧辊用钢9Cr2Mo磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损和疲劳剥落.熔覆层的拉伸断口形貌为准解理和韧窝,并有沿晶粒边界形成的韧带,表明晶界残余奥氏体提高了熔覆层的韧性.

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氮分压对钕铁硼表面直流磁控溅射沉积AlN/Al防护涂层结构和性能的影响

李金龙,冒守栋,孙科沸,宋振纶

中国表面工程. 2010, 23(3): 80-83.

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采用直流磁控溅射在钕铁硼表面沉积AlN/Al双层防护薄膜来提高磁体的耐腐蚀性能.先在基体表面沉积纯Al薄膜,然后沉积外层AlN薄膜.沉积AlN薄膜时,改变氮气分压,研究氮分压对薄膜结构和耐腐蚀性能的影响.结果显示,AlN纳米颗粒形成于内层Al结晶体表面.氮氩分压比为1:1时,钕铁硼表面形成了更致密的AlN/Al薄膜.膜基界面存在元素的互扩散和冶金结合.氮氩分压为1:1的AlN/Al防护薄膜具有最好的耐腐蚀性能.

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高效能超音速等离子喷涂粒子特性及涂层特点

王海军,谢兆钱,郭永明,李绪强

中国表面工程. 2010, 23(3): 84-88.

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超音速等离子喷涂技术是热喷涂技术的关键技术之一.从基础及应用的角度,研究了高效能超音速等离子(HEPJet)喷涂粒子的特性,探讨了高效能超音速等离子在制备Ni/Al等金属及其合金涂层、WC-Co金属陶瓷涂层、ZrO2等氧化物陶瓷涂层上的特点.结果表明,高效能超音速等离子喷涂系统具有焰流温度高、射流速度快等特点;制备的涂层粒子变形充分,涂层均匀,孔隙率低,结合强度高,涂层质量好;可将适用于喷涂的所有粉末材料制备成高质量涂层.

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TiN/Ti复合涂层高温微动磨损特性研究

古柏林¹,刘捍卫¹,朱旻昊¹,张鹏程²,周仲荣¹

中国表面工程. 2010, 23(3): 89-94.

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采用等离子体浸没离子注入和沉积技术(PIII&D),在1Cr18Ni9Ti不锈钢上制备TiN/Ti复合涂层,用X射线光电子能谱仪(XPS)、X衍射(XRD)、俄歇能谱仪(AES)、扫描电镜(SEM)、激光共焦扫描显微镜(LCSM)对大气氛围中在室温、200 ℃和400 ℃的微动磨损特性进行了研究,结果表明:TiN/Ti复合涂层主要有Ti、TiN和Ti2N三种物相,涂层表面层的钛元素主要是以TiN和TiO2的形式存在,涂层与基材之间有一个Ti, N, Fe, Cr元素的过渡层;在部分滑移区,温度对复合涂层的磨损影响不显著,并且涂层的摩擦因数较低,磨损量较小,表现很好的耐磨性;在滑移区,随着温度的升高,复合涂层摩擦因数和磨损体积增加;在400 ℃由于该涂层被磨穿,其磨损体积比基材还大,其磨损机制主要表现为剥层磨损、氧化磨损和磨粒磨损.

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磁控溅射MoSiCN硬质薄膜的制备与性能

吕鹏辉¹，倪浩明²，崔平²，陈建敏³，方前锋⁴

中国表面工程. 2010, 23(3): 95-101.

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MoSiCN纳米复合薄膜于100 V负偏压下使用反应磁控溅射法被沉积在硅和不锈钢基体上,其结构和力学性能使用XRD、XPS、TGA、纳米压痕仪、摩擦试验机等测试与表征.测试结果表明薄膜硬度为30 GPa;薄膜由MoCN纳米晶粒镶嵌在非晶SiCN基体中,Si含量与纳米复合薄膜的结构密切相关;摩擦因数比MoCN薄膜有很大降低,分析认为纳米C颗粒进入MoSiN晶界中所起的润滑作用使然;薄膜抗氧化温度为1 100 ℃左右,盐雾试验显示薄膜抗腐蚀时间超过150 h,经思考认为是薄膜组成中金属Mo的含量减少,大量SiCN陶瓷组分提高了薄膜的抗氧化和抗腐蚀性能.

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用于发动机活塞环表面涂层的CrN薄膜

陈涛,王泽松,周霖,邓建伟,田灿鑫,何俊,刘传胜,付德君

中国表面工程. 2010, 23(3): 102-105.

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设计了一套电子源辅助中频孪生非平衡磁控溅射装置,在单晶硅、高速钢、硬质合金衬底上制备了CrN,研究了气体流量、衬底偏压、溅射功率对薄膜结构和性能的影响.X射线衍射表明,在N2/(N2+Ar)比例低于60 %时,CrN薄膜呈明显的 (200) 结构,当N2/(N2+Ar)高于60 %时,出现含Cr2N的多晶结构.沉积速率在8.5～12.5 mm/h之间,显微硬度为10～18 GPa.衬底偏压对沉积速率、薄膜结构和显微硬度都有重要影响.在较低偏压下得到的薄膜以CrN(200)为主;在较高偏压下出现(200)和(111)相.AFM和SEM测试表明,在较低偏压下沉积的样品呈纤维状微结构,在Vb>25 V时,样品呈现柱状结构.CrN涂层的沉积速率和力学性能基本达到了发动机活塞环表面涂层的要求.

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轮轨磨损与滚动疲劳裂纹损伤关系及预防研究

王文健,郭俊,刘启跃

中国表面工程. 2010, 23(3): 106-109.

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在JD-1型轮轨模拟试验机上研究了干态下两种钢轨的滚动磨损与疲劳性能.结果表明:不同工况下U71Mn钢轨磨损量大于PD3钢轨,U71Mn钢轨表现出更好的抗疲劳性能;磨损与疲劳裂纹损伤表现为相互争竞与制约的耦合关系;增加磨损率能降低轮轨疲劳裂纹损伤.

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[例16]药芯焊丝可控式堆焊修复盾构掘进机驱动外壳的磨损部位

彭兴礼

中国表面工程. 2010, 23(3): 112-116.

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盾构掘进机是集中了控制、遥控、传感器、导向、测量、探测、通讯技术于一身的高端设备,价格在3000～8000万元左右,其外壳母材为铸钢,若出现磨损或其他严重故障将直接面临报废.目前,盾构机主要零部件修复与再制造是我国轨道交通行业节能减排工作中的重要部分.

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2010年, 第23卷, 第3期　刊出日期：2010-03-19

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