2010年, 第23卷, 第5期　刊出日期：2010-05-19

  

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摩擦学
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  高Al、Ti含量镍基高温合金激光、微弧火花表面熔焊处理研究进展及解决熔焊裂纹的途径

  谢玉江;王茂才;王明生

  中国表面工程. 2010, 23(5): 1-16.

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  Al、Ti是镍基高温合金主要沉淀强化元素,随着Al、Ti含量的增加,镍基高温合金γ′-Ni3(Al,Ti)相体积百分数增加,高温强度增加,但是热裂纹敏感性也随之增加,如何利用熔焊工艺实现高Al、Ti镍基高温合金材料的表面无损伤熔焊处理一直是高Al、Ti镍基高温合金叶片与热端部件制造与再制造面临的难题。文中从高温合金表面熔焊修复与强化问题出发,着重介绍了高温合金焊接冶金问题及焊接性改善途径、激光与微弧火花两种低热输入熔焊工艺在高温合金表面修复与强化领域的研究与应用进展。分析表明:高Al、Ti镍基高温合金表面熔焊处理的主要难题是其高的热裂纹敏感性,主要表现在焊接或焊后热处理过程中容易产生凝固裂纹、液化裂纹、应变时效裂纹,采用惰性气体保护、改变基体组织状态、使用低强度的合金焊料、降低热输入等措施可有效改善其焊接性;激光、微弧火花等低热输入焊接工艺在解决高Al、Ti镍基高温合金表面熔焊问题方面具有极大的潜力。
表面工程
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  新型高温冲蚀磨损试验方法研究

  魏琪;崔明亮;冯艳玲;王瑞

  中国表面工程. 2010, 23(5): 17-20.

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  介绍了一种新型高温冲蚀磨损测试装置及方法,研究了冲蚀距离、冲蚀温度、冲蚀速度、冲蚀角度等因素对涂层冲蚀磨损测试结果的影响。结果表明,所研制的新型高温冲蚀磨损测试装置结构简单、操作方便、运行稳定、所测试的数据重现性好,利用该装置可以评价不同冲蚀温度、冲蚀速度和冲蚀角度条件下涂层的耐冲蚀磨损性能。
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  水浴温度对化学浴沉积CdS薄膜性能的影响

  段宇波;张弓;庄大明

  中国表面工程. 2010, 23(5): 21-26.

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  采用化学浴沉积法(CBD)在硫酸镉、硫脲、氨水、氯化铵溶液体系中制备了CdS薄膜,研究了水浴温度对CdS薄膜的生长过程和物理性能的影响。试验表明,CdS薄膜的生长速率随着水浴温度提高而显著增加,薄膜从疏松变的致密,但是过高的水浴温度会导致表面晶粒变的粗糙;薄膜的结晶程度随着水浴温度提高而增强,择优取向明显;制得的CdS薄膜均有较高的光透过率,随着水浴温度的提高,薄膜厚度增加,透过率在波长560nm处出现峰值;所得薄膜均是富Cd的,且随着水浴温度的提高Cd含量也增加;薄膜的暗电导率约为10-5～10-4Ω-1cm-1,比光电导率小2～3个数量级,电导率与水浴温度没有明显对应关系。
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  纳米级粗糙表面接触行为的分子动力学模拟

  雷海东;段芳莉;仇和兵;杨继明

  中国表面工程. 2010, 23(5): 27-31.

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  为了研究纳米级粗糙表面接触的微观机理,以金刚石为例,采用Tersoff势,用分子动力学方法研究了具有分形粗糙表面的刚性球形探头与弹性平面的接触过程。模拟结果显示,探头的表面形貌是影响趋近阶段粘附力的重要因素,分形维数越大,粘附力越大;探头的表面形貌对载荷-位移曲线也有影响,载荷较小时,探头表面粗糙形貌显著影响载荷的增长规律,载荷较大时,表面形貌对载荷-位移曲线变化的影响不再显著,载荷与位移线性增长;探头表面的纳米级粗糙峰,显著地影响了探头与基体之间的接触行为。但这种改变,并不会影响接触过程中真实接触面积与法向载荷间的线性关系。
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  高效氟化表面处理对化学制氢催化剂性能影响

  孙元明;崔用武;周媛媛;顾军

  中国表面工程. 2010, 23(5): 32-35.

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  硼氢化物催化水解反应过程中,产生的氢气速率是和催化剂性能密切相关的。采用一种合金作为固体催化剂是有效的,通常这种合金本身就是一种吸氢材料,譬如文中研究中使用的镁镍系合金Mg2Ni。采用氟化处理的方法可以对其表面进行改性,但更有效的氟化处理方法是通过调节pH值进行反复的循环处理,使得处理后合金的比表面积和活性明显比未处理的增强。文中通过ICPS,SEM和EPMA分析手段对处理前后的合金催化剂进行观察和表征,从而获得处理条件与提高催化剂性能结果的一致性。
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  激光原位合成NiAl金属间化合物覆层的性能

  杨连斌;俞友军;赵杰荣;周健松;雷自强;陈建敏

  中国表面工程. 2010, 23(5): 36-40.

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  利用激光熔覆技术在不锈钢(1Cr18Ni9Ti)基材上原位合成了单相NiAl金属间化合物覆层,利用XRD和SEM分析了覆层的组成和微观组织,用栓–盘摩擦磨损试验机对覆层摩擦学性能进行了研究。结果表明:激光工艺对NiAl覆层的显微组织结构有重要影响,在较低的功率密度条件下制备的NiAl覆层内部无裂纹和孔洞,与基底呈良好的冶金结合;覆层显微组织结构致密,显微硬度达到500HV并呈现出良好的摩擦磨损性能。
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  激光冲击表面强化对焊接接头力学性能的影响

  周磊;汪诚;周留成;陈科庆

  中国表面工程. 2010, 23(5): 41-44.

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  为提高焊接接头的力学性能,利用波长为532nm,脉宽为10ns,能量为6.25J,光斑尺寸为3mm的YAG激光器对焊接接头进行了激光冲击强化处理。结果表明:激光冲击强化使接头拉伸强度由815MPa提高到867MPa,焊缝硬度提高51.4%,热影响区硬度提高28.2%,焊接后残余应力由134MPa转变为-237MPa。利用光学显微镜对焊缝进行了观察和分析,并对力学性能提高的机制进行了讨论。
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  氩弧熔敷原位合成TiC颗粒增强金属基复合涂层组织及耐磨性能

  刘军;卢胜勇;李芳芳

  中国表面工程. 2010, 23(5): 45-48.

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  以Ni、Mo、Ti和B4C粉末为原料,采用氩弧熔覆工艺在Q345D钢基体表面原位合成TiC等颗粒增强金属基复合涂层。借助扫描电镜、X射线衍射仪对熔覆层显微组织进行分析;利用显微硬度计、摩擦磨损试验机对其性能进行分析。试验结果表明:熔覆层与基体呈冶金结合,熔覆层无裂纹、无气孔;原位合成的增强相弥散分布于熔覆层中,使熔覆层具有较高的硬度,最高硬度为1469HV。随着颗粒的消失,基体硬度为202HV,熔覆层最高硬度值是基体硬度值的7倍多。在室温干滑动磨损试验条件下,熔覆层具有优异的耐磨性能,其耐磨性约为基体的15倍。
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  大气等离子喷涂莫来石粉末及制备涂层的结构表征

  安宇龙;陈建敏;周惠娣;魏家俊

  中国表面工程. 2010, 23(5): 49-53.

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  喷雾造粒制备莫来石粉末,采用大气等离子设备对造粒粉末进行等离子球化和涂层制备。利用激光粒度分布仪对粉末粒度分布进行测试;扫描电镜和X射线衍射仪分别表征了粉末和涂层的相组成和微观形貌。结果表明:喷雾造粒和等离子球化后的莫来石粉末粒径为正态分布;造粒的莫来石粉末主要由晶态莫来石和SiO2相组成;等离子球化后,粉末中出现玻璃态非晶相;等离子球化过程中,较小粒径粉末表面基本上完全熔融,较大粒径粉末的表面为部分熔融;同时,制备的莫来石涂层具有良好的微观形貌和较高的显微硬度;涂层经热处理后,非晶相转变为晶态莫来石,并且有部分石英相析出。
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  超音速等离子喷涂超细WC-12Co涂层的性能

  谢兆钱;王海军;郭永明;刘晓亭;李绪强

  中国表面工程. 2010, 23(5): 54-58.

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  采用超音速等离子喷涂系统,分别制备了超细WC–12Co涂层和普通WC–12Co涂层。研究了喷涂粒子在射流中的特性,分析了涂层形貌、成分和相组成,并对两涂层的常规性能(结合强度、显微硬度、孔隙率和耐冲蚀性能)进行了表征。结果表明,超细WC–12Co喷涂粒子在束流中速度更快(500m/s),两涂层中WC相的氧化、失碳和分解程度比普通等离子喷涂时低。相比之下,超细WC–12Co涂层显微硬度(1350HV0.3)和结合强度(65MPa)更高,孔隙率(0.6%)更低,耐冲蚀磨损性能相当。
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  等离子处理及固化方式对碳纤维复合材料动态力学性能的影响

  朱乃姝;马世宁;孙晓峰;陈茜

  中国表面工程. 2010, 23(5): 59-63.

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  采用低温氨气等离子法对碳纤维进行表面处理,分别在室温和微波固化条件下将碳纤维与环氧树脂复合成型,制备出碳纤维复合材料。X射线光电子能谱和原子力显微图像分析表明,对碳纤维进行表面处理后,碳纤维表面羧基、氨基官能团含量和表面粗糙度增大,对复合材料界面粘结效果影响明显。动态热机械分析法测试结果显示,微波固化15min与室温固化1天成型复合材料相比,阻尼因子tanδ低,玻璃化转变温度Tg高,界面粘结效果更优,常温玻璃态储能模量E′由室温固化的6.5GPa提高到微波固化的10.9GPa。微波固化成型技术可在短时间内获得界面粘结效果良好的复合材料。
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  表面纳米化对304不锈钢/CrN薄膜力学性能的影响

  付涛;王长鹏;侯斌;朱晓东;马胜歌

  中国表面工程. 2010, 23(5): 64-67.

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  表面纳米化可以显著改善金属材料的表面力学性能,并促进氮、铬等原子的热扩散,文中尝试采用表面纳米化技术改善金属基体/硬质薄膜的力学性能。对304不锈钢采用表面机械研磨处理获得纳米晶粒表层,采用多弧离子镀镀方法在表面纳米化和粗晶粒的304不锈钢基体上沉积CrN薄膜。对两种膜基体系采用X射线衍射、显微硬度测试、压入法和划痕法膜基结合性能评价。结果表明,表面纳米化影响了CrN膜层的组织结构,明显提高了膜基体系的硬度和承载能力,还改善了膜层的韧性,膜基结合性能也得到提高。
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  低温退火对电刷镀纳米晶Ni-Co合金镀层性能的影响

  郑炜铭;戴品强;唐电

  中国表面工程. 2010, 23(5): 68-72.

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  采用X射线衍射(XRD)、干滑动磨损、电化学分析等方法研究了低温退火(100～500℃)对电刷镀方法制备的纳米晶Ni–Co合金镀层的组织结构、耐磨性、耐蚀性的影响。结果表明:随着退火温度的升高,纳米晶Ni–44.16%Co合金镀层的晶粒尺寸逐渐增大,从原始晶粒尺寸12.7nm长大到500℃时的微米晶尺寸。合金镀层的显微硬度随退火温度的升高而提高,300℃退火后达到最大值,以后随加热温度的升高而急剧降低。纳米晶Ni–44.16%Co合金镀层的耐磨性300℃退火后最好,500℃以后急剧下降,与镀层显微硬度的变化密切相关。浸泡试验与电化学分析均表明纳米晶Ni–44.16%Co合金镀层在300℃退火后的耐蚀性优于其他温度,300℃以上退火耐蚀性随温度升高而下降。
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  锻造CoCrMo合金渗碳的摩擦学性能研究

  董建东;王庆良;张磊

  中国表面工程. 2010, 23(5): 73-77.

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  采用气体渗碳技术,对医用锻造CoCrMo合金进行表面渗碳处理来改善其耐磨性能。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分别对渗碳层的微观组织、物相组成和显微硬度进行了表征。用三维形貌仪测量表面粗糙度并分析磨损后的表面。采用销盘接触方式,借助UMT-Ⅱ型微摩擦磨损试验机,考察了25%小牛血清润滑条件下的摩擦学性能。试验结果表明,锻造CoCrMo合金渗碳层中形成了硬质Cr3C2相,这是一种致密的颗粒组织。试样的硬度值由未处理的341HV增加到渗碳后的509HV。25%小牛血清润滑条件下,渗碳合金的摩擦因数略有升高。与未处理试样相比,渗碳后锻造CoCrMo合金的磨损率降低了40%。未处理CoCrMo合金磨损表面存在宽且深的犁沟和疲劳破坏形成的剥落坑;渗碳试样表面仅表面为浅且窄的划痕。说明渗碳CoCrMo合金渗层中形成的硬质Cr3C2相可以明显提高CoCrMo合金的耐磨性能。
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  7A52铝合金搅拌摩擦焊焊缝的电化学局部腐蚀行为

  李奇;赵军军;马琳;曾庆强;张平

  中国表面工程. 2010, 23(5): 78-81.

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  7A52铝合金搅拌摩擦焊焊缝的成分虽然与母材相同,但其经历了再结晶过程和特殊的热处理过程,粗大第二相发生的变化会导致其电化学行为发生改变。文中分析了焊缝的显微组织和粗大第二相,对母材和焊缝分别进行了电化学测试,并观察了腐蚀后的表面形貌和特征,以确定局部腐蚀形核处。研究结果表明,焊缝的电化学局部腐蚀过程与母材相似,均为Mg2Si优先阳极溶解,产生自身的点蚀坑,随着腐蚀的进行,Mg2Si周围的基体被腐蚀。而α–Al12(Fe,Mn)3Si与Al6(Mn,Fe)并未被腐蚀。
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  水冷铜阳极法测量阳极等离子电弧力径向分布

  朱胜;任智强;殷凤良;胡绳荪

  中国表面工程. 2010, 23(5): 82-85.

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  设计了一套水冷铜阳极装置,用压力传感器测量等离子弧焊阳极电弧力的径向分布情况,研究了焊接电流、离子气流量和弧长对阳极电弧力的影响规律。结果表明,阳极电弧力在电弧中心最大,随径向距离的增大而迅速减小,电弧力作用半径可以认为等于约束喷嘴出口半径;随焊接电流和离子气流量的增大阳极电弧力显著增大,电弧力作用半径变化不大;而弧长对阳极电弧力的影响不大;测量结果表明,等离子弧焊电弧力传统经验公式忽略电流对电弧力的影响是有一定缺陷的。
再制造工程
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  某型运输机编队灯密封防水改进及试验验证

  陈群志;姬存国;贾凯;席慧智;钟栋梁

  中国表面工程. 2010, 23(5): 86-90.

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  针对某型运输机编队灯严重的积水和腐蚀问题,分析了其原因和危害性,提出了胶体密封剂与道轨式密封带相结合的密封防水改进方案,并在O形密封圈的基础上研制出了Ω形密封带,采用"淋雨+浸渍+高低温"的环境模拟试验方法对不同的密封防水措施进行了试验验证。结果表明,"Ω形密封带+JMF–01型胶体密封剂"的改进方案有效,适用于解决编队灯的积水问题。