中国表面工程

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董文仲¹，董文胜²，董文波³，董文祥⁴，董玉华¹

中国表面工程. 2011, 24(5): 1-7.

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无刻蚀镀铁变革了在硫酸液中电刻蚀与电镀铁分槽进行的镀铁工艺。无刻蚀镀铁是在同一电镀槽中完成对零件交流活化—交流起镀—交流过渡镀—小直流镀—直流过渡镀—全直流镀的全过程。由无刻蚀镀铁技术获得的镀铁层质量稳定、可靠。纯铁镀层的结合强度356 MPa，含Ni、Co的合金镀铁层结合强度460 MPa，旋转弯曲疲劳极限σ_-1为363.85 MPa，机车上的大型曲轴镀铁层保证期达30万公里，该技术再制造船舶、机车大型曲轴已实现规模化生产。文中综合了多年来对无刻蚀镀铁层的测试结果，探讨了无刻蚀镀铁层的电沉积机理和特点。研究认为，被镀零件表面经对称交流活化并使其处于微融活化态时，为Fe²⁺在基体中铁素体晶面上的择优放电沉积创造了条件；初始镀铁层的择优取向与基体相同，Fe²⁺在活化界面获得电子后先沿(110)晶面沉积，形成纳米等轴晶，随后转向沿 (211) 晶面沉积并形成纳米柱状晶，最终形成具有结合强度高、超细晶粒、硬度高、耐疲劳性和耐磨性好等特点的镀铁层。

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Zn-Ni合金防腐涂层技术研究进展

乔小平, 李鹤林，赵文轸

中国表面工程. 2011, 24(5): 8-12.

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Zn-Ni合金涂层技术是近年发展起来的防腐涂层新技术，与锌涂层相比，该涂层具有十分优异的腐蚀防护性能。随着工业的发展，Zn-Ni合金涂层将会成为锌的替代性涂层，在钢铁腐蚀防护领域得到广泛应用，极具发展前景。文中介绍了用电镀、热浸镀、热喷涂和渗镀的方法制备Zn-Ni合金涂层的主要进展情况，讨论了Zn-Ni合金涂层的腐蚀防护机理，指出了今后应把开发Zn-Ni合金基材作为Zn-Ni合金涂层技术获得突破的关键，把开发Zn-Ni复合涂层作为扩大Zn-Ni合金涂层应用的手段，同时应加强对Zn-Ni合金涂层耐腐蚀机理的研究，为Zn-Ni合金涂层技术的研究和应用提供理论指导。

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等离子喷涂镍基合金涂层的组织与耐蚀性

吴向清, 胡慧玲，谢发勤，孙粲

中国表面工程. 2011, 24(5): 13-17.

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采用等离子热喷涂技术在N80钢表面制备了镍基合金涂层，利用SEM/EDS和XRD以及电化学测试、盐雾试验等方法，对镍基合金涂层的微观组织和腐蚀性能进行了研究。结果表明：镍基合金涂层由单质Ni相及固溶体Cr_1.2Ni_2.88、FeNi₃、MoO₂和CuO组成。在5%NaCl溶液中，镍基合金涂层的腐蚀电流密度为1.2823×10^-6 A/cm²，仅为N80钢的1/50。在饱和二氧化碳的地层水+3.5%NaCl溶液的酸性环境中，镍基合金涂层的腐蚀电流密度为1.074×10^-6 A/cm²，仅为N80钢的1/25。在两种腐蚀环境条件下，镍基合金涂层的极化曲线均有明显的钝化趋势，具有良好的耐蚀性能。在盐雾腐蚀环境中，镍基合金涂层的腐蚀速率是N80钢的1/3，显著提高了基体的抗腐蚀性能。

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钛基梯度功能涂层组织和腐蚀行为研究

崔爱永¹，胡芳友¹，回丽²，彭欣³

中国表面工程. 2011, 24(5): 18-21.

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为开发在高温环境、大温差条件下具有热应力缓和功能的新型耐蚀涂层，应用Nd:YAG激光在钛合金表面制备了钛基FGM和NFGM，观察了微观组织，测量了显微硬度变化规律以及FGM和Ti600基体的耐腐蚀性能。结果表明，原位合成的TiC球状增强体弥散分布在FGM中，主要呈3种不同的形态：粗大的或不完整的树枝晶，相对较为细小的等轴或近似等轴晶和细小短纤维状晶。由于快速凝固的微观结构和大量弥散均匀分布的TiC增强相，FGM和NFGM显微硬度值均较高，平均约为1450 HV，是Ti600基材(310 HV)的4.5～5倍。且随梯度层中TiC增强相含量的减少，FGM显微硬度值连续梯度降低。Ti600基体和FGM耐蚀性均较好；极化电位较低；自腐蚀电流密度小，在10^-8A·cm^-2范围。FGM耐蚀性能较Ti600得到提高，腐蚀电流密度和电阻值分别为Ti600的0.72和1.31倍。

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7A52铝合金表面纳米晶层的电化学腐蚀性能

马世宁，王翔，王晓明

中国表面工程. 2011, 24(5): 22-25.

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采用高速微粒轰击技术对7A52铝合金进行表面纳米化处理，利用OM、XRD和TEM研究了表面纳米晶层的微观结构特征，利用CHI660A型电化学工作站测试了样品表面纳米化处理前后电化学腐蚀性能，利用SEM和EDS分析了表面纳米样品电化学腐蚀机制。结果表明：纳米晶最表层晶粒尺寸约为8～20 nm，平均晶粒尺寸约为16 nm，表面纳米晶层的厚度为20 μm左右；表面纳米晶层自腐蚀电流密度icorr由4.07E-7 A·cm^-2变为9.476E-7 A·cm^-2，明显降低且晶层无龟裂，表现出优异的耐腐蚀性能。表面纳米晶层耐腐蚀性能明显提高的主要原因是表面纳米化增加了样品表面活性，生成了质量优异的钝化膜。

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焊接参数对Ni60合金等离子堆焊层组织结构和显微硬度的影响

葛言柳¹，邓德伟¹，田鑫²，关锰²

中国表面工程. 2011, 24(5): 26-31.

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采用等离子堆焊技术在Z2CN1810不锈钢表面堆焊Ni60合金粉末熔覆层。应用扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪、显微硬度计等测试手段，研究焊接电流和送粉速度对Ni60合金等离子堆焊层组织结构和显微硬度的影响。结果表明：堆焊层显微硬度较基材有明显提高，并且在熔合区域出现明显的硬度过渡和元素扩散区。焊接电流为110 A时堆焊层显微硬度为630 HV。随着焊接电流增大或送粉速度降低，堆焊层硬度和熔合区硬度梯度均明显降低。堆焊层出现了明显的组织梯度，包括熔合区、近熔合区树枝晶区(针状、条状、小花状)和近表层等轴晶区(块状、片状)。焊接电流增加，近表面区域小花状共晶结构并未消失，体积含量增大。送粉速度降低，堆焊层近熔合线区域针状结构变粗大。送粉速度为6 g/min时，堆焊层中部区域出现了具有方向性的长条状和分离的块状硼化物。

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水和乙醇悬浮液等离子喷涂SOFC电解质层的工艺及涂层特点比较

董丽娟，李强

中国表面工程. 2011, 24(5): 32-37.

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选用水和乙醇两种溶剂配置悬浮液，研究了分散剂PAA含量对(Ce_0.80Gd_0.20)O_1.9 (GDC)悬浮液粘度的影响和pH值对GDC颗粒Zeta电位的影响。采用固相质量分数为10%的GDC悬浮液等离子喷涂制备固体氧化物燃料电池电解质层。利用X射线衍射、扫描电镜和电子探针分别分析了喷涂前后GDC的相结构、电解质层微观组织及化学成分。研究结果表明：水悬浮液优化参数PAA质量分数为2.5%，pH=10；乙醇悬浮液优化参数为：PAA质量分数为2.0%，pH=10。在相同喷涂工艺下，乙醇悬浮液得到的电解质层结构更精细，由图像分析法得水和乙醇悬浮液得到电解质层的孔隙率分别为5.64%和1.25%。GDC喷涂前后没有相结构的变化，但是晶粒有长大，并且在喷涂过程中氧化铈发生烧损，水和乙醇悬浮液制备的电解质层中氧化铈分别烧损了15.8%和16.8%。

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电解液组分对AZ91D镁合金微弧氧化膜层耐蚀性的影响

王淑艳，夏永平，陆正萍，彭赞瑜，胡芮

中国表面工程. 2011, 24(5): 38-44.

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在含有Na²SiO³、NaAlO²、Na²B⁴O⁷、NaOH、C³H⁸O³及C⁶H⁵Na³O⁷的硅铝复合电解液中，采用恒电流方式对AZ91D镁合金进行微弧氧化处理。利用扫描电镜、膜层测厚仪、全浸泡试验和极化曲线等方法研究了陶瓷膜层的形貌特征、厚度以及耐蚀性能。结果表明，随着Na²SiO³、NaAlO²、Na²B⁴O⁷、NaOH、C³H⁸O³及C⁶H⁵Na³O⁷含量的增加，微弧氧化陶瓷膜层的耐蚀性基本均呈现出先提高后降低的变化趋势；经正交试验优化后，当电解液中Na²SiO³、NaAlO²、Na²B⁴O⁷、NaOH、C³H⁸O³及C⁶H⁵Na³O⁷的含量分别为15 g/L、9 g/L、2 g/L、3 g/L、5 mL/L及7 g/L时，膜层耐蚀性最好。经过微弧氧化处理后试样的腐蚀电流密度较镁合金基体降低了近2个多数量级，自腐蚀电位提高了近73 mV，镁合金的耐蚀性能得到了显著提高。

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Fe基非晶纳米晶涂层在油润滑条件下的耐磨损性能

王林磊^a，梁秀兵^a,b，陈永雄^a，郭伟^a，丁华东^a

中国表面工程. 2011, 24(5): 45-49.

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采用自动化高速电弧喷涂技术在AZ91镁合金基体上制备了厚度约为300 μm的Fe基非晶纳米晶涂层。研究了Fe基非晶纳米晶涂层在油润滑条件下，不同速度（180 r/min、300 r/min、600 r/min、900 r/min、1200 r/min）、载荷（2.5 N、5 N、10 N、20 N、30 N）对涂层的摩擦磨损行为。采用扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪和透射电镜对涂层的组织结构进行了表征，利用纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了分析。试验结果表明：Fe基非晶纳米晶涂层组织均匀、结构致密，氧化物含量和孔隙率低，主要由非晶相和纳米晶相组成；涂层具有较高的硬度(12.03 GPa)和弹性模量(197.1 GPa)。在载荷为30 N、速度为300 r/min、磨损时间为900 s条件下，其相对耐磨性是3Cr13涂层的3倍。Fe基非晶纳米晶涂层的磨损失效机制为脆性疲劳剥落。

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环氧铝粉涂层和氟碳涂层耐蚀性能的比较

郭文建^1,2，许立坤²，于良民¹，李相波²

中国表面工程. 2011, 24(5): 50-54.

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采用电化学阻抗谱技术（EIS）研究了环氧铝粉涂层和FEVE氟碳涂层/碳钢体系在天然海水介质中的电化学腐蚀行为，通过对两涂层的涂层电容分析及腐蚀后表面形貌的观察，评价了两种有机涂层的防腐蚀性能。结果表明，随着浸泡时间的延长，两种有机涂层体系的保护作用都有所降低。环氧铝粉涂层在浸泡初期呈现单容抗弧特征，浸泡57天时出现了双容抗弧。氟碳涂层在浸泡周期内EIS曲线均呈现单容抗弧特征，浸泡110天时低频阻抗模值仍高于10⁸ Ω·cm²。在整个浸泡周期内，氟碳涂层的涂层电容基本维持在1.6×10^-10～1.8×10^-10 F·cm^-2，约为环氧铝粉涂层电容的1/20，表现出低渗水性。

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工程金属材料/零件的表面完整性及其断裂抗力

王仁智

中国表面工程. 2011, 24(5): 55-57.

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工程金属材料的力学性能取决于其显微组织结构。至于对那些由表面起裂引发宏观脆性断裂(诸如疲劳断裂、应力腐蚀与氢脆断裂等)的断裂抗力性能，则首先取决于零件的表面完整性。文中提出了狭义的表面完整性定义，介绍了与这类宏观脆性断裂抗力性能有直接关系的表面完整性参量，诸如表面显微组织结构参量、表面（层）力学性能参量、表面（层）残余应力参量以及表面应力集中参量等。表面强化工艺技术就是通过改变零件表面完整性使这类宏观脆性断裂抗力的性能获得提高。

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喷丸表面覆盖率对Ti60高温钛合金疲劳性能的影响

王欣，蔡建明，王强，宋颖刚，陆峰

中国表面工程. 2011, 24(5): 58-63.

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采用新型的陶瓷弹丸，对Ti60钛合金进行相同喷丸强度和不同表面覆盖率（100%，200%，400%）的喷丸强化，研究了喷丸前后的表面形貌、表面粗糙度、残余应力场、X射线衍射峰半高宽等表面完整性特征参数以及其对高温疲劳寿命的影响。结果表明，喷丸覆盖率对表面完整性具有重大影响，因此不同覆盖率喷丸Ti60钛合金试样具有显著差异的疲劳寿命。采用200%覆盖率喷丸，可以使钛合金Ti60保持较小的表面粗糙度（Ra=1.2 μm），较大的尖端圆角曲率半径（相对磨削加工），较好的残余应力分布和稳定的强化层微观组织，这些较好的表面完整性状态使Ti60钛合金的高温旋转弯曲疲劳寿命提高了4倍左右；而采用其他表面覆盖率（100%，400%）喷丸时，Ti60钛合金的高温疲劳寿命提高了2倍左右。

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A100钢开缝衬套孔挤压强化残余应力场

王强¹，陈雪梅²，张文光²，王欣¹

中国表面工程. 2011, 24(5): 64-67.

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为研究A100钢开缝衬套挤压工艺，提高孔的抗疲劳性能，使用X射线衍射方法和中间开孔的板状试样，研究开缝衬套挤压过盈量、挤后铰削量和保温温度对残余压应力场的影响。研究表明，由于孔受挤压发生弹塑性变形而引入切向残余压应力(σ_h)，σ_h值随开缝衬套挤压过盈量(I_ce)增加而显著增大，当I_ce 为0.4 mm时，σ_h值可达500 MPa以上。未铰削的挤压试样，孔边缘残余压应力最大，可达到680 MPa，随着铰削量（R）的增大，σ_h降低，而当绞削量达到0.7 mm时，σ_h仅剩余28%。保温10 h后，各点σ_h值均明显降低，350 ℃下孔边缘σ_h仅存14%。

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喷油嘴微喷孔挤压研磨液及其试验研究

黄颖¹，张向军¹，李勇¹，李晓民²

中国表面工程. 2011, 24(5): 68-72.

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挤压研磨工艺已经成为高端柴油机喷油嘴微喷孔加工的最终表面成形的关键工序。根据磨料流加工的原理采用油水乳浊液的方式，配制了具有良好分散性能和切削性能的研磨剂，其磨料颗粒为棕刚玉，粒度范围0.4～50 μm，搭建了喷油嘴微喷孔挤压研磨的试验台，测量其流量因数的变化，对喷油嘴微喷孔挤压研磨工艺中的时间、压力因素进行了试验研究。随加工时间增加，研磨效果趋于饱和，随加工压力增加，对设备磨损加剧，试验结果表明，加工时间5 min，加工压力10 MPa为最佳工艺参数。挤压研磨过程中，造成了喷油嘴微喷孔孔径的扩大，但是不超过2%。

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低粘度环氧树脂体系的固化动力学及其热稳定性

林琳，宋巍，李长青

中国表面工程. 2011, 24(5): 73-77.

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采用一种新型奇士增韧剂对环氧树脂进行增韧改性，获得一种热熔预浸料用环氧树脂体系，采用NDJ8S型旋转粘度仪对环氧树脂体系的粘度进行测定，应用差示扫描量热法(DSC)对环氧树脂体系的固化反应过程进行分析，并确定其固化反应动力学参数，利用热失重分析法(TGA)对其热稳定性进行研究。结果表明：环氧树脂体系的粘度较低，50 ℃时仅为3.5 Pa·s。采用外推法得出环氧树脂体系的凝胶温度为58.82 ℃，固化温度为139.08 ℃，后固化温度为265.92 ℃，通过计算得出表观活化能E为53.1 kJ/mol，反应能级为0.88。室温下固化反应速率较低，约为3.28×10^-3 s^-1，有利于存储，同时树脂体系起始分解温度达271.23 ℃，具有良好的热稳定性。

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机械密封磨合过程软质环端面形貌变化的分形表征

魏龙¹，常新中²，张鹏高¹

中国表面工程. 2011, 24(5): 78-82.

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为研究和掌握机械密封磨合过程中软质环端面形貌的变化规律，在自制的机械密封试验装置上对2套B104a70型机械密封进行了2种弹簧比压下的磨合试验，采用AFLI型轮廓仪测量不同工作时段软质环的端面形貌参数，运用分形理论对磨合过程中表面形貌的变化规律进行表征研究。结果表明：软质环端面存在明显的磨合阶段，随着磨合过程的进行，分形维数D和特征分形参数τ^*迅速增大，特征尺度系数G迅速减小，当进入正常磨损阶段后，它们都保持较稳定的数值，稳定值分别为D≈1.636、G≈5.7×10^-9 m、τ^*≈1 030 μm。特征分形参数表征磨合表面变化规律的灵敏性高，表征效果好。端面载荷对端面分形参数的变化趋势无显著影响，且对进入正常磨损阶段后的端面分形参数的影响很小，但载荷大磨合期短，弹簧比压为0.15 MPa和0.3 MPa时，磨合时间分别约为170.5 h和110.5 h。

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表面活性剂对电沉积TiO²/Ni复合镀层的影响

周仕勇，沈承金，王芹芹，胡亮亮

中国表面工程. 2011, 24(5): 83-88.

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研究了表面活性剂对纳米TiO2在镀液中的分散行为和沉积行为的影响，结果表明十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对纳米TiO2颗粒的分散效果显著，镀液40 min内不发生明显分层。相比其他表面活性剂，由于纳米颗粒在涂层中均匀分散，CTAB分散的镀层显微硬度最好，且热稳定性好，孔隙率显著降低。运用SEM、EDAX和XRD研究了镀层的表面形貌和成分。CTAB分散的纳米TiO²–Ni基镀层表面平整致密、晶粒均匀，镍基晶粒长大伴随着纳米TiO²被夹持嵌埋过程，TiO²多分布于镍基间隙。分析认为纳米粉末TiO²与Ni符合迁移、吸附、嵌埋的力学共沉积过程。

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船用辅汽轮机转子汽封轴颈喷涂WC–12Co涂层的摩擦学性能

苏新勇，刘基凯，杨秀红

中国表面工程. 2011, 24(5): 89-93.

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采用超音速火焰喷涂技术和电镀技术分别在45钢试件表面制备了WC–12Co涂层和硬铬镀层，测试了涂层、镀层的显微硬度和室温摩擦磨损性能，并观察分析了磨损表面形貌。结果表明：WC–12Co涂层的显微硬度是电镀硬铬层的1.5倍以上；在时间为1.5 h，载荷为20 N和100 N的试验条件下，电镀硬铬层摩擦磨损失质量分别为WC12Co涂层的3倍和4倍，表明WC–12Co涂层的耐磨性能明显优于电镀硬铬镀层；与硬铬镀层相比，WC–12Co涂层能缩短磨合时间，较快地进入稳定磨损阶段，该阶段因WC–12Co涂层摩擦因数低，波动范围小，更有利于摩擦状态下延长工件的使用寿命。将超音速火焰喷涂技术用于修复汽轮机转子汽封轴颈，可极大提高汽轮机转子的性能，降低维修频率，延长使用寿命。

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废旧产品再制造性评估指标

刘赟¹, 徐滨士¹, 史佩京¹, 刘渤海^1,2

中国表面工程. 2011, 24(5): 94-99.

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通过剖析再制造生产过程，在已有模块的基础上，结合当前社会关注的问题，提出了一种全新的再制造性指标评价体系。优化了以往的模糊评价方法和离散的评估方法，用［0,1］区间上连续的函数来表示再制造性的大小，并增加了一些关于循环经济指标。可以为再制造企业进行再制造生产提供理论依据，以及可以通过指标评价体系对现有的再制造企业进行评价，以实现资源的合理化配置。文中以济南复强动力有限公司生产斯太尔WD615再制造发动机为例，来说明再制造性的计算过程。

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2011年, 第24卷, 第5期　刊出日期：2011-05-19

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