2011年, 第24卷, 第3期　刊出日期：2011-03-19

  

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特邀论文
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  努力实现中国再制造产业发展的新突破

  解振华

  中国表面工程. 2011, 24(3): 1-3.

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  再制造是循环经济“再利用”的高级形式，对形成新的经济增长点、实现节能减排目标具有重要的现实意义，还可以成为推广绿色消费模式的重要突破口。中国在“十一五”期间，明确提出支持废旧机电产品再制造、启动了再制造试点工作、将再制造纳入法制化轨道并制订了促进再制造产业发展的规范性文件。在“十二五”期间将继续大力发展循环经济，突出的特点是，首次明确提出资源产出率目标、强调推行循环型生产方式、提出生产消费等领域循环经济全面发展、明确了循环经济由试点向示范升级发展。今后，中国的再制造产业要在强化规范指导、强化试点示范、强化产业集聚、强化技术创新、强化体系建设等五方面努力实现新的突破。
摩擦学
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  规则织构化硅片表面的制备及其润湿行为

  赵文杰^1,2，曾志翔¹，王立平^1,2，陈建敏²，薛群基²

  中国表面工程. 2011, 24(3): 4-10.

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  采用感应耦合等离子体刻蚀技术实现了不同形状和几何参数的规则织构化硅片表面的构筑与制备。主要以三种典型的规则织构包括圆柱状、圆坑状和沟槽状表面为研究对象，系统考察了织构形状和几何参数对表面润湿行为的影响规律。研究结果表明：随着织构高度、深度和表面覆盖率的增加，规则织构化硅片表面疏水性能增强，规则织构化表面疏水性能随着表面粗糙度的增加而增强。不同的几何形貌对硅片表面接触角的影响强度是不同的，相对于柱状与沟槽状织构，坑状织构在较小的表面粗糙度时可得到较大的接触角。当表面的接触角均为101°时，坑状、柱状、沟槽状织构的表面粗糙度分别为16.2 nm，29.2 nm和70.2 nm。
表面工程
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  Ti-6Al-4V激光重熔结构及摩擦学性能

  郭纯^1,2，陈建敏¹，周健松¹，赵杰荣^1,2，周惠娣¹

  中国表面工程. 2011, 24(3): 11-16.

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  利用激光重熔技术对Ti-6Al-4V(TC4) 表面进行了处理。用XRD、SEM和 TEM分析了合金化层的组成和组织结构。在SRV-IV微动摩擦磨损试验机上对TC4基材和激光重熔后TC4的摩擦磨损性能进行对比测试。结果表明：激光重熔可以细化TC4的晶粒，显著提高TC4的表面硬度和耐磨性能。
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  非平衡磁控溅射沉积类石墨碳膜结构及其摩擦学性能

  王永军^1,2，李红轩¹，吉利¹，刘晓红¹，吴艳霞^1,2，周惠娣¹，陈建敏¹

  中国表面工程. 2011, 24(3): 17-22.

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  利用非平衡磁控溅射技术在单晶硅基底上沉积了类石墨非晶碳膜。利用X射线光电子光谱、Raman光谱、高分辨透射电子显微镜及原子力显微镜对沉积薄膜的微观结构进行了详细表征；利用纳米压痕仪和球盘摩擦试验机分别对其力学性能和摩擦学性能进行了测试。结果表明，当前制备的非晶碳膜中sp2杂化碳占主导呈现出类石墨特征，但薄膜硬度可达14.2 GPa。大气环境中的摩擦性能测试表明，所制备的类石墨非晶薄膜具有优异的摩擦学性能：其承载能力高达2.8 GPa，同时具有较低摩擦因数（～0.05）和磨损率（～10^-11cm³/Nm）。类石墨碳膜优异的摩擦学性能主要归因于其独特的结构、较低的内应力及良好的热稳定性。
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  离子渗氮用气对后续磁控溅射镀层性能的影响

  王军勇，陈炳州，孙海林

  中国表面工程. 2011, 24(3): 23-27.

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  以40Cr钢为基体材料，进行离子氮化和闭合场非平衡磁控溅射PVD复合表面处理工艺试验。重点探讨用氮、氢混合气体及工业用氨进行离子氮化所得到的白亮层对后续PVD镀层性能的影响。测试了镀层厚度、膜基结合力及摩擦学性能。结果显示，不同渗氮气体得到的复合镀层临界划痕载荷均大于60 N，洛氏压坑边缘均无剥落，但氨处理的压坑边缘有少量坍塌并出现裂纹，表明其白亮层存在缺陷，在球坑试验的试样上也直接观察到缺陷的存在。存在缺陷的白亮层断裂韧性低，压坑试验时，缺陷处启动裂纹并扩展，导致化合物层和PVD镀层的剥落。销盘磨损试验结果表明，用氮和氢混合气体氮化后镀CrTiAlN具有更好的综合摩擦学性能。
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  激光原位合成Ni₃Al金属间化合物覆层及其高温摩擦学性能

  杨连斌¹，俞友军^2,3，赵杰荣^2,3，周健松²，雷自强¹，陈建敏²

  中国表面工程. 2011, 24(3): 28-32.

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  利用激光熔覆技术在不锈钢基材表面原位合成了Ni3Al金属间化合物覆层。用XRD和SEM分析了覆层的相组成和组织结构。在CSM栓盘摩擦磨损试验机上对覆层的高温摩擦磨损性能进行了测试。结果表明：覆层由单相Ni3Al金属间化合物组成；覆层与基材呈良好的冶金结合；覆层的摩擦因数和磨损率在500 ℃时具有最低值，分别为0.51和1.38×10⁴mm³/Nm。
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  AlCrN涂层转动微动摩擦学行为

  任元，莫继良，朱旻昊，周仲荣

  中国表面工程. 2011, 24(3): 33-37.

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  在新型转动微动摩擦磨损试验装置上，采用球/平面接触方式，对多弧离子镀制备的AlCrN涂层与Si3N4陶瓷球进行转动微动试验，变化转角位移幅值，研究了涂层的转动微动摩擦磨损行为。结果表明：AlCrN涂层的转动微动摩擦行为明显依赖于转角位移幅值，随着转角位移幅值的增加，摩擦界面从部分滑移向完全滑移转变，摩擦因数明显增大且曲线走势明显不同。AlCrN涂层转动微动在转角位移幅值θ=0.5°时处于部分滑移状态，损伤极其轻微，界面主要由弹性变形协调；当θ增大为1°，微动运行于完全滑移状态，但涂层的损伤仍较轻，为轻微的磨粒磨损和氧化磨损；当θ进一步增大为2°，涂层损伤明显加重，且磨痕中心处有明显的塑性隆起的痕迹，与同处于滑移区的较小转角位移幅值(θ=1°)的情况明显不同。因此，转角位移幅值对AlCrN涂层的转动微动摩擦磨损行为有重要影响。
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  7050铝合金表面亚微米晶层摩擦磨损性能

  杨祥伟¹，揭晓华¹，曾旭钊²，林焕立²，黄展原²

  中国表面工程. 2011, 24(3): 38-42.

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  采用增压喷丸方式在7050铝合金表面制备了亚微米晶层，观察并分析了亚微米晶层的组织结构，测试了喷丸前后的硬度，研究了亚微米化前后以及亚微米化后经退火处理3种状态下7050铝合金表面的滑动磨损特性，结果表明：由于增压喷丸使7050铝合金表面发生了严重的塑性变形而形成了一层厚度为30～40 μm的亚微米晶层，硬度比未喷丸材料提高了2倍，喷丸后材料的磨损失重量明显减少，约为未喷丸处理试样的一半，特别是喷丸后经过退火的材料磨损量更小，表现出良好的耐磨性能。
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  表面纳米化工艺对半固态成形AZ91D镁合金显微组织的影响

  康燕平^a，李元东^a,b，陈体军^a,b，王晓东^a，高坤^a

  中国表面工程. 2011, 24(3): 43-48.

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  通过表面机械研磨处理在半固态成形AZ91D镁合金表面制备出纳米结构层；利用OM、XRD研究沿厚度方向变化的组织结构特征及变形层厚度与所用实验工艺参数的变化关系。结果表明：试样剧烈塑性变形层厚度随喷丸时间的延长呈先增大后趋于稳定的趋势；剧烈塑性变形层厚度随喷丸距离的增大呈先增后减的趋势, 弹丸体积分数与直径也有类似的规律。得出在实验所用的工艺参数中，最佳的工艺参数是喷丸距离13 mm，喷丸时间120 min，弹丸体积分数100%，弹丸直径Φ 8 mm，此条件下表层晶粒尺寸为20 nm左右，剧烈变形层厚度可达到53 μm。
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  非晶态Cr-C合金镀层的晶化规律

  杨毕学，揭晓华，杨祥伟

  中国表面工程. 2011, 24(3): 49-52.

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  采用电沉积方法制备了非晶态CrC合金镀层，对镀层进行热处理并测试硬度，用DSC和XRD表征镀层晶化过程，结果表明，镀层在300 ℃开始晶化，450 ℃左右晶化结束，600 ℃左右有Cr7C3、Cr23C6化合物析出。由于Cr的微晶化和Cr7C3、Cr23C6化合物的析出，600 ℃以下时，镀层硬度随温度的升高而升高，600 ℃时达到最高值1610 HV_0.025。600 ℃以上时，因晶粒粗化镀层硬度迅速下降。
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  微喷砂预处理对硬质合金上沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

  胡芳，代明江，林松盛

  中国表面工程. 2011, 24(3): 53-58.

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  使用45 μm白刚玉对YG6硬质合金样品进行微喷砂预处理后，利用阳极层流型气体离子源和非平衡磁控溅射复合技术制备梯度过渡类金刚石薄膜。研究表明：优化的微喷砂预处理工艺能显著提高膜/基结合力，降低膜层的摩擦因数。文中通过对优化微喷砂预处理前后表面接触角成分和硬度的测试，以及制备出膜层的物相和微观结构的分析，进一步探讨了优化微喷砂预处理对类金刚石薄膜性能的影响。
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  海洋工程用钢表面喷涂Zn、Al和Zn-55%Al伪合金涂层的耐蚀性

  张舞文^a，马爱斌^a,b，江静华^a,b，卢富敏^a，宋丹^a

  中国表面工程. 2011, 24(3): 59-64.

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  热喷涂金属涂层是当前海洋环境下钢结构件防腐的首选方法，利用电弧喷涂技术在新型海洋工程结构用钢（Q345B钢）表面制备了Zn-55%Al伪合金热喷涂涂层，并与纯Zn涂层和纯Al涂层的耐蚀性进行了对比。结果表明：纯Zn涂层能提供较好的电化学阴极保护作用，但电化学性能欠佳；纯Al涂层表现出优良的电化学性能，但腐蚀后期产生点蚀；Zn-55%Al伪合金涂层具有更优越的耐蚀性和腐蚀防护性能。
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  Sol-Gel法制备莫来石陶瓷涂层的结构及性能

  刘建，李友芬，游世海，武德珍

  中国表面工程. 2011, 24(3): 65-68.

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  采用溶胶凝胶法在不锈钢基体上制备了莫来石涂层。研究了助熔剂和灼烧温度对涂层表观形貌的影响。利用XRD、TGDTA和SEM分析涂层相组成和微观结构，并对涂层的高温抗氧化性和显微硬度进行了评价和测定。结果表明：当B2O3与莫来石溶胶质量比为0.5时，在850 ℃下灼烧所得涂层结构致密，与基体结合力强，显微硬度高达12 GPa，在800 ℃下样品具有优异的抗氧化性和良好的高温稳定性。
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  环氧树脂表面化学镀镍层制备及结合力评价

  靳鹏，董世运，张晓东，汪笑鹤

  中国表面工程. 2011, 24(3): 69-73.

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  采用化学镀的方法在环氧树脂表面制备镍镀层。观察了镀层表面和横截面形貌，研究了温度对镀层的表面形貌、沉积速率和结合力的影响，以及镀液pH值对镀层质量和沉积速率的影响，并对镀层与基体的结合力进行了评价。结果表明, 环氧树脂化学镀镍的沉积速率随温度的升高而增大，但温度不宜太高，温度太高会增大镀层内部应力，降低镀层结合力。最佳施镀温度为35 ℃，镀液的最佳pH值为10，制备的镀层表面平整、均匀致密，镀层沉积速率为12 μm/h，镀层与基体的结合力可达22.06 N。
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  氩弧熔覆原位自生ZrC-ZrB2颗粒增强金属基涂层的组织与性能

  王振廷，周立文

  中国表面工程. 2011, 24(3): 74-77.

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  以Zr粉、B4C粉和Fe粉为原料，采用氩弧熔覆技术在Q345D钢基材表面原位合成了ZrCZrB2颗粒增强铁基熔覆层，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机对复合涂层显微组织和性能进行了观察分析。结果表明：在Q345D钢表面成功制备了ZrCZrB2熔覆层,熔覆层与基体呈良好的冶金结合。涂层的显微硬度可达1200 HV_0.1,涂层耐磨性为基体的9.86倍。
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  气保焊堆焊方法制备的铁基非晶合金涂层

  陈珊珊^a，樊自拴^a,b，孙冬柏^a,b，俞宏英^a,b，王旭东^a,b

  中国表面工程. 2011, 24(3): 78-82.

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  以一种多元素铁基合金粉芯丝材（含Fe, Cr, B, Ti, C, Mo等）作为堆焊材料，用CO₂气体保护焊堆焊的方法在基体A3钢上制备涂层。用X射线衍射仪检测涂层的晶体结构，DSC分析非晶的起始晶化温度；透射电镜观察涂层的微观组织结构，扫描电镜观察涂层的形貌，并利用显微硬度仪和高温摩擦磨损试验机分别测量涂层的显微硬度和耐磨损性能。结果表明：所制备的涂层均匀致密，与基体结合良好；涂层含有非晶并且非晶的起始晶化温度约为524 ℃；这种非晶涂层具有较高的硬度和很好的耐磨损性能，近表面的最高硬度达825 HV_0.3，耐磨性是A3钢的5.9倍.
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  多弧离子镀NiCrAlY涂层对γ-TiAl氧化行为的影响

  程玉贤^1,2， 刘莉¹， 王文²， 王福会²， 王璐¹

  中国表面工程. 2011, 24(3): 83-88.

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  文中采用多弧离子镀技术在γ-TiAl合金表面制备了NiCrAlY涂层，用SEM/EDS和XRD等手段研究了该涂层对γ-TiAl合金高温氧化行为的影响。结果表明NiCrAlY涂层在高温下可形成保护性氧化铝膜，显著提高了γ-TiAl的高温氧化抗力。在氧化过程中，NiCrAlY/TiAl涂层体系发生了严重的Ni的内扩散，形成了层状结构的互扩散带。
再制造工程
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  GH710表面激光熔覆NiCrMoNb组织及耐磨性

  胡滨，胡芳友，黄旭仁，崔爱永，卢长亮，黄军磊

  中国表面工程. 2011, 24(3): 89-92.

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  为修复某航空叶片损伤，应用CO2 激光器进行了GH710表面熔覆NiCrMoNb。分析了熔覆层金相组织，测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的干滑动磨擦磨损性能。结果表明：熔覆层和基体呈现良好的冶金结合，白亮结合带宽度为10～20 μm；熔覆层组织由粗大疏松的柱状晶过渡为细小、致密的枝晶，在熔覆区最外层基本为网状晶格。柱状晶晶轴与熔合线接近垂直，其宽度能够达到8～12 μm，轴向长度达到50～60 μm。网状晶面积大约在2 μm×5 μm～4 μm×8 μm之间；熔覆层、结合带、基体硬度成明显的阶梯状分布。熔覆层显微硬度最高达到450 HV，比基体高出40%～50%；熔覆层的磨损量大约为基体磨损量的50%～55%,以磨粒磨损为主，黏着磨损为辅。
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  发动机压气机铝合金叶片的喷丸防护

  马晓峰

  中国表面工程. 2011, 24(3): 93-96.

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  通过对发动机压气机铝合金叶片断裂故障进行分析，提出采取喷丸强化+涂漆工艺提高叶片应力腐蚀防护能力。研究了喷丸工艺和涂漆工艺对残余压应力的分布、松弛以及叶片的耐腐蚀性能和耐风砂性能的等的影响规律。结果表明，叶片经喷丸和涂漆处理后，耐腐蚀性能和耐风砂性能显著提高，同时叶片的应力状态得到了有效改善。对防护工艺优化后的叶片进行装机试车考核，考核通过后在叶片上未发现裂纹。