2010年, 第23卷, 第4期　刊出日期：2010-04-19

  

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摩擦学
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  军用飞机腐蚀防护与日历寿命研究

  陈群志1，康献海1，刘健光2，房振乾1，张 蕾1

  中国表面工程. 2010, 23(4): 1-6.

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  简要介绍了军用飞机使用寿命包含的主要内容。列举了近年来我国现役飞机发生的典型腐蚀故障或事故案例，阐述了环境腐蚀对飞机的危害，强调开展飞机腐蚀防护和日历寿命研究的重要性和紧迫性。对我国军用飞机的服役环境、使用特点和腐蚀现状进行了分析，对当前现役飞机腐蚀和日历寿命方面存在的主要问题进行了梳理，提出了当前应重点研究的关键技术。
表面工程
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  钛合金表面非平衡磁控溅射制备TiN薄膜的冲击磨损性能

  王艳1,2，周仲荣1

  中国表面工程. 2010, 23(4): 7-10.

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  文中利用非平衡磁控溅射技术在Ti6Al4V合金表面沉积TiN薄膜。固定冲击频率、改变冲击载荷，在小载荷冲击磨损试验机上进行了系列周次的冲击磨损试验，用台阶仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析磨痕深度、形貌及相结构，并探讨了TiN薄膜的磨损机理。试验表明：TiN薄膜的冲击磨损机理主要为塑性变形和疲劳剥落，与基体材料作比较，TiN薄膜破坏的临界冲击周次比基体材料Ti6Al4V合金明显提高。
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  掺硅类金刚石薄膜的制备与表征

  赵飞1,2，李红轩1，吉利1，权伟龙1,2，周惠娣1，陈建敏1

  中国表面工程. 2010, 23(4): 11-14.

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  利用射频等离子增强化学气相沉积(R.F. PECVD)与非平衡磁控溅射相结合的技术，通过调节甲烷与氩气的比例，在不锈钢基底上制备了一系列硅含量不同的掺硅类金刚石（Si–DLC）薄膜。通过XPS谱图获得了各Si–DLC薄膜的化学组成及Si元素的相对含量。采用非接触式三维轮廓仪测量了薄膜的表面形貌、粗糙度和厚度。采用纳米压痕技术获得了各薄膜的纳米硬度。在UMT–2MT摩擦试验机采用划痕法评价了各薄膜的结合强度，并在CSM摩擦试验机上考察了各薄膜在空气及水环境下的摩擦学性能。结果表明，各薄膜的纳米硬度和结合强度有相似的变化规律，其最佳值均出现在CH4/Ar=5/6处；而当CH4/Ar=7/6时，薄膜在水环境下的摩擦学性能能得到显著提高，摩擦因数仅为0.012。
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  离子束增强沉积Ti–Mo多层膜和TiMo合金膜及其性能

  唐长斌1,2，刘道新1，李凡巧1，张 卿1，张晓化1

  中国表面工程. 2010, 23(4): 15-21.

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  采用离子束增强磁控溅射沉积技术制备了Ti–Mo金属多层膜和TiMo合金膜，评价了膜层的结合强度、韧性、硬度等力学性能和摩擦学性能。结果表明：不同调制周期及不同调制比的Ti–Mo多层膜的硬度均比Ti、Mo金属单层膜的硬度高，调制周期小于200 nm的多层膜呈现出明显的超硬度现象，调制周期为20 nm的多层膜硬度达到最大值，多层膜硬度随Ti膜:Mo膜调制比的减小而提高。Mo过渡层比Ti过渡层更能有效改善膜层的结合强度，离子辅助轰击能明显提高膜层的结合力。TiMo合金膜的硬度与Mo金属单层膜相近，明显低于调制周期20～200 nm的Ti–Mo多层膜，其韧性也明显低于调制周期60 nm以上的Ti–Mo多层膜。调制周期20～200 nm的Ti–Mo多层膜的耐磨性能优于TiMo合金膜。
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  界面阻扩散层对热障涂层性能的影响

  张晓囡，付东兴，汪礼敏，张景怀，杨中元

  中国表面工程. 2010, 23(4): 22-25.

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  热障涂层在高温环境服役过程中，常常由于界面处大量元素的互扩散导致失效。文中选用TiN和TiN?AlN薄膜作为界面处的阻扩散层,与无阻扩散层体系的性能进行对比。采用热震试验研究3种体系粘结层/基体界面的结合性能；为了研究高温环境中界面处元素的扩散情况，将3种体系在1050 ℃下热氧化处理100 h，采用电子探针技术研究各个体系界面处元素的分布。试验结果表明：经过135次热震，TiN阻扩散层体系断裂面出现在粘结层与基体之间；经过240次热震，TiN?AlN阻扩散层体系和无阻扩散层体系断裂面均出现在面层与粘结层之间。微观检测发现无阻扩散层体系的界面处发生了严重的元素扩散；TiN阻扩散层体系界面处几乎不发生元素扩散；而TiN?AlN阻扩散层体系界面处发生少量的元素扩散。
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  Cr掺杂及Cr过渡层对类金刚石薄膜附着力的影响

  孙丽丽，代伟，张 栋，汪爱英

  中国表面工程. 2010, 23(4): 26-28.

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  采用线性离子束复合磁控溅射的混合PVD技术制备了含Cr过渡层以及Cr掺杂的DLC薄膜，并测量了其厚度、残余应力、结合力、摩擦因数等性能。划痕测试的结果表明，增加过渡层后薄膜的结合状况得到了明显改善，其残余应力也有所下降，Cr掺杂的DLC薄膜残余压应力最低可达0.23 GPa。有关结果为强膜基结合力、低应力、大面积的类金刚石薄膜可控制备提供了新的技术思路。
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  粉末粒径对低压等离子喷涂厚W涂层的影响

  邝晓军1,2，刘 敏2，尹登峰1，邓畅光2，邝子奇2，邓春明2

  中国表面工程. 2010, 23(4): 29-34.

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  采用低压等离子喷涂（LPPS）技术，用2种不同粒径的粉末，在铜基体上制备了厚度为0.7 mm以上的W涂层。通过扫描电镜（SEM）研究了涂层的微观形貌，并对粉末对W涂层的显微结构、结合强度、氧含量及热导率的影响进行了探讨。结果表明：细小粒径W粉所制备的W涂层孔隙率较低，但涂层存在明显的分层；粗粉所制备的W涂层结构均匀，涂层的内聚力与热导率分别达到了38 MPa和98.06 W/m?k，远高于细W粉涂层的23 MPa和75.36 W/m?k。细W粉涂层较低的性能和其严重的分层有关。
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  热锻模表面激光熔覆Ni60–Cr3C2金属陶瓷的热物性参数研究

  潘成刚1,2，王华昌2，王洪福2，周家林1

  中国表面工程. 2010, 23(4): 35-38.

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  为了提高热锻模寿命，采用激光熔覆的方法在热锻模的近表面层W6Mo5Cr4V2上激光熔覆Ni60–Cr3C2金属陶瓷层。用扫描电镜和XRD对熔覆层显微组织结构进行分析；用维氏硬度计测定覆层的显微硬度；用激光热常数测试仪测定覆层的比热及热导率；用动态热机械分析仪测定热膨胀系数;用高温陶瓷试验系统测定弹性模量。结果表明：涂层与基体为冶金结合，熔覆层硬度在912～1713 HV，Ni60–Cr3C2覆层的热物性参数总体与基体相比基本相当。
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  等离子熔覆快速成形铁基合金的设计及其组织和性能评价

  向永华，徐滨士，吕耀辉，姜 祎，夏 丹，刘存龙

  中国表面工程. 2010, 23(4): 39-43.

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  研制适用于快速成形多层熔覆条件下的专用合金材料，是当前直接金属快速成形领域的研究热点。文中总结了等离子熔覆快速成形铁基合金的设计原则，在大量试验的基础上，设计出了一种等离子熔覆快速成形新型铁基合金，并对成形件进行了组织性能评价，为该材料的工程应用打下基础。结果表明，冶金层组织主要以固溶体结晶为主，显微硬度从表面到基体呈U形分布，合金粉末具有优良的成形性和抗裂性，能够满足快速成形多层熔覆的要求。
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  Al含量对Zn–Al合金涂层电化学腐蚀行为的影响

  朱子新¹， 徐滨士²， 陈永雄²

  中国表面工程. 2010, 23(4): 44-47.

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  采用粉芯丝材和高速电弧喷涂技术制备出15.9%Al、21.1%Al和30.1%Al(质量分数)三种不同Al含量的ZnAl涂层，使用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等先进手段观察了涂层的组织特征，并研究了Al含量对Zn–Al涂层在5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为的影响。结果表明，三种ZnAl涂层的组织结构无明显差异，都呈现出典型的层状特征，组织致密，孔隙率均低于3%；三种涂层与基体的平均拉伸结合强度都大于11 MPa，而且随着Al含量的增加涂层结合强度略有增加；随着腐蚀时间的延长，Zn–15.9Al和Zn–21.1Al涂层的自腐蚀电位和腐蚀电流存在波动，而Zn–30.1Al的自腐蚀电位始终正移、腐蚀电流不断降低，耐腐蚀性能更为优异。
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  基体负偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

  蔡建， 杨巍， 代伟， 柯培玲， 汪爱英

  中国表面工程. 2010, 23(4): 48-51.

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  采用自主研制的45°单弯曲磁过滤阴极电弧沉积系统于Si基体表面制备了四面体非晶碳(ta–C)膜，研究了基体负偏压对薄膜沉积速率、成分、力学性能及摩擦学性能的影响规律。结果表明，随基体负偏压升高，ta–C膜sp3键含量呈先增后减的变化趋势，在-50 V时达到最大值（约64%）；其硬度和弹性模量呈相似的变化规律，在-50 V偏压下获得最大值(48.22 GPa和388.52 GPa)。ta–C薄膜的摩擦学性能与其sp3碳杂化键的含量密切相关，在-50 V偏压下制备的薄膜具有最小平均摩擦系数值（0.10）。可见，采用单弯曲磁过滤阴极弧电弧制备ta–C薄膜的力学和摩擦学特性主要受薄膜中sp3键含量的制约。
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  纳米添加剂对GCr15/1045钢摩擦磨损性能的影响

  李征， 王文健， 刘启跃

  中国表面工程. 2010, 23(4): 52-55.

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  随着纳米科技的发展和对纳米材料功能特殊性的认识，纳米材料作为添加剂开始越来越多的应用到机械的润滑和抗磨自修复研究中。文中利用PLINT NENE–7型磨损试验机，以中石油兰州润滑油厂生产的中负荷工业闭式齿轮油L–CKC220作为基础油研究了纳米氮化铝、纳米碳化硅和油溶性纳米铜合金作为添加剂对GCr15/1045钢摩擦副滑动摩擦磨损特性的影响。分析不同纳米材料对摩擦因数曲线、磨斑形貌(SEM)及EDX能谱分析图的影响，结果表明：3种纳米添加剂均能使摩擦副的摩擦因数明显降低；纳米氮化铝和油溶性纳米铜合金作为添加剂具有良好的减摩和抗磨性能，分别使摩擦系数降低33.3%和28.6%，并能非常明显的沉积在摩擦副表面；纳米碳化硅的性能较差。
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  再生润滑油理化性能分析与摩擦学性能评价

  陈江， 王晓丽， 许一， 徐滨士， 张冠楠

  中国表面工程. 2010, 23(4): 56-59.

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  采用以絮凝分离工艺为主的技术对重载车辆用CD 10W–40废润滑油进行再生处理。对再生润滑油的透光率、黏度、污染度、腐蚀性等理化性能指标进行了测定，采用四球摩擦磨损试验机及扫描电子显微镜对其摩擦学性能进行了评价，并与废润滑油、新润滑油作对比分析。结果表明：再生润滑油的外观为棕黄色，透光率可达89.9%，接近新润滑油的96.7%，100 ℃运动黏度增至14.16 mm²/s，污染度和腐蚀性明显降低；最大无卡咬负荷PB值提高到618 N，摩擦因数及磨斑直径与新润滑油基本接近，再生润滑油的减摩抗磨性能得到了显著改善。使用含有氨基结构的有机絮凝剂达到了较好的再生效果。
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  金属晶体间微观滑动摩擦特性的分子动力学模拟

  肖乾， 穆明， 周新建

  中国表面工程. 2010, 23(4): 60-64.

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  根据独立振子模型的能量耗散机理，以光滑干摩擦接触平面为对象，利用金属晶体的强体积效应特征，构造了简化计算的界面势能模型，分析了在界面摩擦状态下能量非连续耗散过程，建立了简化计算滑动摩擦力与摩擦因数模型。从瞬间原子位置图和系统能量方面，进行计算模拟和试验对比验证，结果表明：当接触界面势能处在某个谷底时，滑块受静摩擦力，界面间发生相对运动，滑块变为受滑动摩擦力作用；摩擦力按基本不变的斜率增加到某一值后突然降低，而后变化呈现一定的周期性；随着滑动的逐渐进行，运动体与基体表面的温度逐渐增加而后趋于稳定，两表面存在温度差；滑动后界面平均接触压力明显下降，而后趋于平缓。
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  Al–Mg合金间隙脉冲焊修工艺

  沈维^a， 原津萍^b， 杨军伟^a， 梁志杰^b

  中国表面工程. 2010, 23(4): 65-69.

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  针对普通脉冲氩弧焊焊接铝合金存在温度高、热变形大的问题，研发了间隙交流脉冲氩弧焊焊修工艺，并进行了试验，测试分析了堆焊层及热影响区的显微硬度、显微组织以及焊缝上标定点及试板中局部区域的温度场分布。结果表明，热影响区宽度随焊接电流的增大而增大，焊接热量输入也增多。在相同电流条件下，间隙脉冲焊接热量累积较少，热影响区小，晶粒相对细小，硬度值相对较高。与连续脉冲焊接相比，间隙脉冲焊修工艺作用到基体上的能量比较少，相对比较集中，热量累积较少，使整个热影响区的温度上升比较平缓，温度较低，晶粒相对细小，堆焊层及热影响区硬度高。
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  TC2钛合金Nd:YAG激光焊接工艺及微观组织

  付鹏飞, 胡芳友, 崔爱永, 赵培仲, 卢长亮, 胡滨

  中国表面工程. 2010, 23(4): 70-73.

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  为修复飞机TC2钛合金结构裂纹，应用YAG激光器进行了TC2钛合金的焊接实验。利用扫描电镜（SEM）和电子显微硬度仪分析了工艺参数对焊缝形貌和焊缝截面显微硬度的影响。结果表明：随着电流的升高，焊缝的熔宽逐渐增加，焊缝截面形貌由钉型向X型转变；随着焊接速度的增大，焊缝的熔宽呈减小趋势。采用电流150 A、脉宽10 ms、频率4 Hz、焊接速度2.0 mm/s的工艺参数可获得宏观质量良好的焊缝。焊缝熔合区可能为针状马氏体α′交织成的网篮组织；热影响区为75 μm左右的环形带，其组织可能是由等轴的α相和针状马氏体组成，靠近熔合线部分较之远离熔合线的区域针状马氏体数量更多且更加密集，靠近熔合线区域有逐渐减弱的再结晶，再结晶尺寸明显大于基材；焊缝截面的显微硬度呈明显的阶梯状分布，基材的硬度在310~350 HV_0.5之间，熔合区的硬度在500~600 HV_0.5之间，熔合区硬度相对于基材提高了60% 左右。
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  E347L不锈钢焊带设计生产及其埋弧堆焊层性能

  张心保

  中国表面工程. 2010, 23(4): 74-77.

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  为了替代进口EQ347堆焊用钢带，试制生产了带极堆焊用E347L焊带。介绍了其设计思路及生产技术要点，分析了焊接工艺参数和合金元素对堆焊层成形和性能的影响。生产中采用AOD炉外精炼，热锻及热轧温度低于1 250 ℃，冷轧后产品规格0.5 mm × 50 mm，尺寸偏差可控制在±0.01 mm。进行了埋弧带极堆焊试验及检测，检测内容包括堆焊层的化学成分、力学性能和耐蚀性能等。结果表明，生产的E347L焊带堆焊层化学成分完全满足相关标准的要求，180°弯曲无裂纹， FN值在5~7之间，E347L堆焊层的硬度测试结果在 204~210 HV之间，晶间腐蚀后弯曲无裂纹产生。该不锈钢焊带已替代进口焊材并用于化工工业中的加氢反应器中。
再制造工程
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  低频磁场对轧辊埋弧堆焊组织及性能的影响

  常云龙¹， 梅强¹， 张伟²， 夏云才²， 谢天男¹

  中国表面工程. 2010, 23(4): 78-81.

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  为提高堆焊层熔敷金属的力学性能，在轧辊埋弧堆焊过程中外加低频脉冲纵向磁场，通过对堆焊层硬度和显微组织的分析，研究了磁场参数对轧辊埋弧堆焊层金属组织及力学性能的影响规律。通过对不同磁场参数下堆焊表层试样的硬度及其组织的分析，发现低频脉冲纵向磁场的电磁搅拌作用能够影响晶粒的形核与长大过程，细化晶粒，提高堆焊层硬度，探讨了低频纵向磁场改善堆焊层金属的组织形态、细化晶粒、提高硬度的机理。试验结果表明：当磁场参数为I_p=300 A, I_b=200 A, f=5 Hz时，焊缝组织细化最为明显，晶粒尺寸减小到30.1 μm，硬度比不加磁场时提高了4.5 HRC。外加低频纵向磁场通过电弧的旋转来搅拌熔池，改变晶粒的结晶过程，使焊缝晶粒得到细化，从而提高堆焊层硬度。
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  维修与再制造用TWE312R型焊接材料研制与应用

  谭伟

  中国表面工程. 2010, 23(4): 82-86.

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  针对大拘束、Cl^-腐蚀、-10 ℃等苛刻条件下裂纹修复问题，根据维修与再制造焊接特点自主研究开发了维修与再制造用TWE312R型系列焊接材料。采用斜Y坡口小铁研裂纹试验方法研究了TWE312R16焊条焊接高硬度装甲钢的抗裂性能，结果表明：即使环境温度低至-5～-14 ℃，焊接试样的表面和断面裂纹率均为零。TWE312R型系列焊接材料已在装备维修和工模具等行业得到成功应用，在维修与再制造焊接、异种钢焊接领域显示出良好的应用前景。