2011年, 第24卷, 第4期　刊出日期：2011-04-19

  

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摩擦学
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  装备再制造设计及其内容体系

  朱 胜，姚巨坤

  中国表面工程. 2011, 24(4): 1-6.

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  装备再制造工程是实现装备资源节约与环境保护的重要手段，科学的装备再制造设计是提高装备再制造效益及提高装备再制造性的关键方法，也是再制造工程的重要研究领域。文中指出装备再制造设计面向装备再制造的全过程，包括面向生产的设计、面向回收物流的设计和面向装备服役的设计3部分内容，提出了再制造设计研究的范围、对象、目的、手段及时域，明确了其任务和目标，构建了包含再制造设计基础、再制造技术与工艺设计、再制造管理设计的装备再制造设计理论与技术体系，并确立了装备再制造设计要采取全系统、全寿命、全费用和绿色化的基本观点，给出了今后发展的装备再制造性设计与评价、再制造生产系统规划设计、再制造逆向物流优化设计、再制造信息管理与应用设计等4个关键领域的研究目标和内容。
表面工程
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  氮气流量对中频非平衡反应磁控溅射制备CrAlN薄膜性能的影响

  吕艳红^{1 ,2}，孔庆花^1,2，吉 利¹，李红轩¹，刘晓红¹，陈建敏¹，周惠娣¹

  中国表面工程. 2011, 24(4): 7-12.

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  采用中频非平衡反应磁控溅射技术制备CrAlN薄膜，研究了氮气分压对CrAlN薄膜的沉积速率、薄膜成分、微观结构、机械性能和耐腐蚀性能的影响，并与CrN薄膜的性能进行了比较。研究表明，相比较CrN薄膜而言，CrAlN薄膜的硬度高，结构致密，耐腐蚀性好。随着氮气流量的升高，CrAlN薄膜沉积速率降低，Cr/Al比率升高；薄膜中CrN(200)衍射峰强度逐渐增强，六方结构的AlN相逐渐消失； 薄膜的粗糙度由39 nm 降低至10 nm，并且腐蚀电位升高，耐腐性增强。当氮气流量为53 mL/min 时，CrAlN薄膜具有最佳的硬度和优良的耐腐蚀性能。
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  激光熔覆高温自润滑覆层的裂纹成因与控制

  高永建¹，张世堂¹，邓智昌²，宝 民²，周健松³

  中国表面工程. 2011, 24(4): 13-18.

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  分析了激光熔覆高温自润滑覆层裂纹的形成原因，讨论了裂纹的影响因素及控制措施。结果表明：在覆层拉应力的作用下，柱晶间界及低熔点液态润滑相富集区域极易产生结晶裂纹。在保证覆层功能的前提下，优化复合粉末的组分，抑制柱状枝晶的长大；采取梯度复合覆层工艺及熔覆工艺参数优化，改变覆层的组织结构，提高覆层的韧性；同时采取措施调整覆层应力状态，降低热应力作用，可以有效控制覆层的裂纹倾向。
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  过渡层对铜基金刚石薄膜的影响

  田孟昆¹，余志明¹，刘学璋¹，葛婧萱¹，王 玲¹，黄 臣²

  中国表面工程. 2011, 24(4): 19-24.

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  采用热丝化学气相沉积（HFCVD）在纯铜基体及4种不同的过渡层（Ti、Nb、Ni、W）上制备金刚石薄膜。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱仪（Raman）以及维氏硬度计对金刚石薄膜进行检测分析，研究了不同过渡层对金刚石薄膜形貌质量和附着性能的影响。结果表明，在纯铜基体以及多种过渡层上都能制备高纯度的金刚石薄膜；在形核率较高的基体上金刚石颗粒的尺寸较小，在Ni过渡层上金刚石颗粒的尺寸较大；金刚石薄膜在Ti过渡层上结合性能最好，但是非金刚石相最多。在Nb、W过渡层上的结合性能最差。
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  锌铝镁镀层在NaCl体系中的腐蚀行为

  李 锋，吕家舜，杨洪刚，徐小连，钟 彬，艾芳芳

  中国表面工程. 2011, 24(4): 25-29.

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  为探讨铝、镁合金元素含量对于锌合金镀层组织及其在NaCl体系中腐蚀行为的影响，采用SEM、XRD等试验方法，研究了铝、镁成分对锌合金镀层显微组织和物相组成的影响，采用极化曲线、交流阻抗测试技术，研究了Z6A3M、Z1.6A1.6M锌铝镁镀层在NaCl体系中的腐蚀行为。结果表明，锌铝镁镀层的腐蚀电位与纯锌镀层（GI）相当；Z6A3M、Z1.6A1.6M、GI的极化阻力分别为1 305、1 163、520.7 Ω·cm2，锌铝镁镀层极化阻力较GI高出约1倍；Z6A3M、Z1.6A1.6M、GI的Warburg参数分别为0.001879、0.001496、0.01416 S/s^0.5，锌铝镁镀层Warburg阻抗较GI高出约1个数量级；盐雾试验条件下，GI相对耐蚀性为1时，Z6A3M、Z1.6A1.6M相对耐蚀性分别为5.6、5.9，锌铝镁镀层相对耐蚀性约为GI的6倍；铝、镁提高锌合金镀层耐蚀性的原因在于降低了锌的溶解速度和降低了扩散速度。
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  Al₂O₃–TiB₂复合陶瓷涂层制备及耐液锌腐蚀性能

  吕艳红，武旭升，刘焱飞，吴子健

  中国表面工程. 2011, 24(4): 30-33.

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  针对连续热镀锌生产线中浸锌零部件表面的腐蚀磨损问题，应用高能高速等离子喷涂设备制备了Al₂O₃–TiB₂复合陶瓷涂层。测试了涂层的显微组织、显微硬度、结合强度及耐熔融锌液腐蚀性能。结果表明涂层显微组织中不存在相互贯通的孔隙、微裂纹和未熔化颗粒，孔隙分布均匀且孔径较小，孔隙率＜3%。涂层与基体结合状态良好，结合强度达到56 MPa。经过30天的熔融锌液浸泡，涂层表面未见有点蚀、裂纹或剥落现象。Al₂O₃–TiB₂复合陶瓷涂层高的致密性和较好的抗热震性能对涂层力学性能和耐熔融锌液腐蚀性能提高起到了重要作用。
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  Ti-6Al-4V钛合金黑色氧化膜的制备工艺

  夏成宝，涂明武，潘庆军

  中国表面工程. 2011, 24(4): 34-37.

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  为提高Ti-6Al-4V钛合金表面的消光和耐腐蚀性能，研究了以铬酸盐复合钛为促进剂的黑色氧化膜制备工艺。用扫描电镜、X射线衍射仪等分析了膜层的形貌、结构、组成。用显微硬度计、TPE盐雾试验箱等检测了膜层的硬度、耐蚀性能。结果表明，获得的由锐钛矿型TiO₂和部分金红石型TiO₂组成的厚为5.0～9.0 μm的黑色氧化膜膜层是均匀、稳定，多孔性的。与基体相比，显微硬度和耐腐蚀性能有显著提高，耐腐蚀性能达到七级，满足了武器装备中钛合金部件表面改性处理的要求。
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  原位生成Ti(C、N)/Fe基复合熔覆层的微观结构

  齐勇田¹，邹增大²

  中国表面工程. 2011, 24(4): 38-42.

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  用高能集中横流式的二氧化碳激光束作为诱导热源，在铸钢表面进行改性处理，形成了含有碳氮化钛增强粒子的铁基熔覆层。利用X射线衍射仪（XRD）、电子探针（EPMA）、扫描电镜(SEM)、能谱仪（EDX）、透射电镜（TEM）和选区电子衍射花样（SAED）等手段对复合熔覆层的微观结构及它们中第二相粒子的成分、形貌和尺寸进行了分析和研究。试验结果表明：先前加入的颗粒状TiN与石墨粉在激光熔覆过程中发生了化合反应，原位生成了新的颗粒状Ti（C_0.3N_0.7）强化相。复合熔覆层的基体组织由树枝胞状晶α–Fe和Ti（C_0.3N_0.7）颗粒硬质相共同组成，新相Ti（C_0.3N_0.7）颗粒的形貌特征多呈不规则形状，大小在0.1～6.0 μm之间，它们较均匀地弥散分布在熔覆层α–Fe基体上。硬质相颗粒Ti(C_0.3N_0.7)与熔覆层基体α–Fe之间结合紧密，界面干净光滑。
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  超声振动对GCr15/45钢摩擦副油润滑下的摩擦磨损性能影响

  杨善林，臧 艳，乔玉林，董新宇

  中国表面工程. 2011, 24(4): 43-46.

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  在超声振动摩擦磨损实验仪上考察了超声振动对GCr15/45钢摩擦副油润滑下的减摩抗磨性能影响，初步探讨了在超声振动下摩擦磨损机制。结果表明，超声振动作用下45钢表面的质点会产生振动，减小了摩擦副间的正压力，破坏了表面油膜的形成影响摩擦副间的减摩抗磨性能。在所选试验载荷范围内，超声振动均可以不同程度的改善摩擦副的减摩抗磨性能，其中载荷为40 N时，超声振动对摩擦副的减摩抗磨性能改善最显著，摩擦因数和磨损体积比没有超声振动时分别降低了10% 和49%。超声振动没有改变GCr15/45钢摩擦副的磨损机制，但可以减轻磨粒磨损程度。
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  氮化硅陶瓷表面DLC膜的高温摩擦学性能

  卓会丹，宋宝玉，古 乐

  中国表面工程. 2011, 24(4): 47-50.

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  利用离子注入与沉积工艺在氮化硅陶瓷盘表面制备了厚约500 nm的类金刚石碳膜（DLC膜）。采用有限元模型模拟计算了DLC膜的热应力，分析了不同工作温度下薄膜热应力的大小和分布；利用高温球盘摩擦试验机考察了陶瓷盘表面DLC膜的摩擦磨损特性；将表面沉积DLC膜的氮化硅陶瓷球经历不同温度循环后分别装入满装角接触轴承，测试了轴承的滚动摩擦力矩。试验结果表明：在常温到350 ℃范围内，氮化硅陶瓷表面的DLC膜可降低滑动摩擦因数和轴承的滚动摩擦力矩值，但随着温度的升高，DLC膜的磨损寿命变短。在经历400 ℃热循环后，陶瓷表面DLC膜在热应力和机械力的共同作用下起皱、脱落，配副摩擦恢复到未镀膜水平。
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  锆在高铬铸铁堆焊层中的存在状态

  田大标

  中国表面工程. 2011, 24(4): 51-54.

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  通过在药芯焊丝中添加锆元素来制备含锆高铬铸铁堆焊层，用扫描电镜及EDS对高铬铸铁堆焊层中锆元素的存在状态进行观察分析，且对含锆和不含锆材料的宏观硬度及耐磨性进行测定。结果表明，锆在高铬铸铁堆焊层中全部是以碳化锆的形式存在的。碳化锆的数量与含锆量有关。铬及铁元素不进入碳化锆颗粒，锆元素也不进入碳化铬及基体。堆焊层的硬度及耐磨性试验证明，加入锆元素后材料的宏观硬度有所提高，但其耐磨性有所降低。
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  联氨浓度对化学水浴沉积ZnS薄膜性能的影响

  叶亚宽，张 弓，庄大明

  中国表面工程. 2011, 24(4): 55-59.

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  利用化学水浴法(CBD)在硫酸锌、氨水、联氨、硫脲的沉积体系下制备CIGS太阳能电池的ZnS缓冲层薄膜，研究了联氨浓度对缓冲层ZnS薄膜的生长过程、晶体结构及物理性能的影响。结果表明，联氨浓度能够显著影响ZnS薄膜的生长速度，联氨浓度越高，薄膜厚度越大，薄膜的致密性也随之提高；联氨浓度对薄膜的结晶性影响较小，CBD法制备的ZnS薄膜均为非晶薄膜；制备的ZnS薄膜有较高的透过率，禁带宽度为3.85 eV左右，能够使更多短波、高能量光子透过缓冲层到达CIGS吸收层，从而提高电池性能。
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  电化学光整加工过程中电流场分布特性

  阿米娜·卡德尔，阿达依·谢尔亚孜旦，平宗保，何连英

  中国表面工程. 2011, 24(4): 60-65.

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  为改善电化学光整加工整平效果，根据电化学光整加工前后表面微观轮廓的变化，在提出的圆锥体和半球体表面微观几何形貌的基础上，建立了极间电流场的数学模型，并分析了电化学光整加工过程中电流场分布特性的变化。研究结果表明，尖峰状表面微观几何轮廓有利于强化电化学的选择性溶解，有利于提高整平效果，验证了电化学光整加工过程中，机械作用具有使表面微观几何轮廓尖峰化的作用。
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  疏水性三嗪硫醇类分子膜的制备与表征

  方 刚，康志新

  中国表面工程. 2011, 24(4): 66-69.

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  采用有机镀膜方法在低碳钢表面成功制备了疏水性三嗪硫醇类分子膜。通过循环伏安曲线分析了低碳钢表面有机镀膜的成膜过程，利用蒸馏水接触角和动电位极化曲线对所镀膜层的润湿性和耐腐蚀性能进行了表征。结果表明：低碳钢表面有机镀膜成膜过程同时存在3个反应，即基体与有机单体之间的电化学反应、金属有机化合物和有机单体之间的聚合反应及有机单体之间的聚合反应；有机镀膜后低碳钢表面蒸馏水静态接触角由基体的65.5°增大到96.3°，实现了由亲水到疏水特性转变；腐蚀电流从14.80 μA/cm²降低到0.53 μA/cm²，耐腐蚀性能得到显著提高。
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  原子力显微镜摩擦力标定的改进楔形法

  陈天星，张向军，孟永钢

  中国表面工程. 2011, 24(4): 70-75.

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  原子力显微镜（AFM）摩擦力的标定是利用AFM测量微载荷下表面间摩擦力需要解决的一个难题。传统的Ogletree楔形标定法没有考虑表面黏着力对摩擦力的影响，当载荷较小时，标定出的摩擦因数与真实值相比偏小。文中在Ogletree法的基础上，推导出一种原子力显微镜摩擦力标定的改进楔形法。利用改进楔形法，分别在标准光栅和聚焦离子束刻蚀（FIB）加工出的斜坡样品上对摩擦力进行了标定。试验结果表明，与常用的标准光栅相比，利用聚焦离子束刻蚀出的样品能够得到更多的有效数据，标定结果更为准确。将改进楔形法和Ogletree法的标定结果进行了比较，结果表明，在载荷较低时（<6 μN），改进楔形法更为准确；载荷较高时（>6 μN），Ogletree法与改进楔形法得到的结果相近。改进楔形法是一种更为准确的原子力显微镜摩擦力标定的方法。
再制造工程
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  典型飞机结构腐蚀损伤模拟件修理前后疲劳寿命研究

  陈群志，杨蕊琴，张 蕾，房振乾

  中国表面工程. 2011, 24(4): 76-79.

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  采用加速腐蚀试验与疲劳试验相结合的方法，对典型飞机腐蚀失效关键结构模拟件腐蚀修理前后的疲劳寿命进行了研究。结果表明，与未腐蚀状态相比，含腐蚀损伤模拟件的疲劳寿命均值和95%置信度下的单侧置信下限分别降低16.9%和47.4%，经过腐蚀修理后其疲劳寿命均值和95%置信度下限的单侧置信分别下降21.4%和28.9%。含腐蚀损伤模拟件的疲劳寿命分散性显著增大，但经过修理后疲劳寿命分散性得到明显改善。
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  柔性再制造修复系统及标定技术

  吴 翔¹，马 孜¹，徐富家²，胡 英¹

  中国表面工程. 2011, 24(4): 80-84.

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  介绍了一种柔性再制造修复系统原型，利用基于立体视觉技术与结构光技术的手持式扫描仪和基于6自由度机器人技术的焊接修复机器人，搭建系统工作平台。介绍了现场两步法标定步骤，通过至少3个不同姿态和辅助平面来标定焊枪位姿。利用扫描过程中使用的定位标记点的固定特性完成了扫描系统坐标系与焊枪修复机器人坐标系之间的标定。在标定完毕的系统上，对A3钢板进行等离子焊接修复，得到其多层多道的快速修复成形表面平整度低于 0.5 mm，从而验证了系统的可靠性和有效性。