中国表面工程

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魏荣华¹，李灿民²

中国表面工程. 2012, 25(1): 1-10.

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文中介绍了美国西南研究院（Southwest Research InstituteSwRI）等离子全方位离子镀膜技术（PIID）的最新研究成果。SwRI从实际应用出发，在等离子表面工程领域成功研发了一些新技术，PIID技术为其中一种。近几年来，SwRI研究的重点为类金刚石（DLC）涂层的高速率沉积，制备超厚DLC涂层用于提高工件的耐磨性和耐腐蚀性能、憎水DLC涂层以及长管道内表面的镀膜技术。与传统的脉冲辉光放电（PGD）技术不同，SwRI基于空心阴极放电（HCD）等离子技术研发了一套独特的镀膜技术，同时讨论了HCD技术的原理，并对HCD和PGD技术制备DLC涂层的实验结果和这两项技术的实际应用进行了讨论。最后，对该技术最新的研究方向进行了展望。

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表面工程领域自然科学基金项目的申请和同行评议情况分析

郑雁军，车成卫

中国表面工程. 2012, 25(1): 11-15.

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文中统计了国家自然科学基金金属材料学科表面工程领域内自2000年以来的申请和资助情况，并从申请项目的关键词和项目函评意见方面对资助特点进行了统计和分析。结果表明表面工程类的基金项目在研究内涵和研究方案的阐述方面普遍存在着不足，核心问题是没有从工程项目中凝练出基础的科学问题。通过对统计结果的分析，对表面工程类的基金申请项目提出了相应的建议。

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航空发动机用高温防护涂层研究进展

李民¹，程玉贤²

中国表面工程. 2012, 25(1): 16-21.

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航空发动机热端部件服役环境恶劣，往往遭受机械载荷、高温、腐蚀、冲蚀等多种耦合作用。目前先进航空发动机热端部件无一例外地采用高温防护涂层以提高高温部件的使用温度，延长部件服役寿命，提高发动机效率。针对热端部件具体的服役环境特点，合理的设计和选择高温防护涂层体系对于提高发动机性能具有重要意义。文中对国内外近年来航空发动机热端部件的高温防护涂层设计、材料、制备工艺等方面进行了综述，展望了航空发动机用高温防护涂层的研究和应用发展趋势。

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Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜对1Cr17Ni2不锈钢疲劳性能的影响

王全宏^1,2，代明江²，刘立斌¹，林松盛²，胡芳²，况敏²

中国表面工程. 2012, 25(1): 22-27.

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采用真空阴极电弧沉积技术在1Cr17Ni2马氏体型不锈钢表面沉积Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜。研究对比了在室温下膜层试样与基体试样的旋转弯曲疲劳强度、疲劳寿命和疲劳断裂机理。结果表明：在不锈钢基体上沉积厚度为11.7 μm，硬度为3 220 HV0.025，膜/基结合力为56 N的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜后，其疲劳性能显著提高，膜层试样较基体试样的疲劳极限提高了约11.2%，当应力水平在540～650 MPa变化时，疲劳寿命增量变化范围为108%～246%；裂纹均起源于表面，在低应力水平下只有一个裂纹源，而高应力水平下有多个裂纹源；疲劳性能的提高主要是由于膜层能够弥补基体表面一定的缺陷，同时软硬交替的膜层结构有较强的抗裂纹扩展能力。

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表面纳米化7A52铝合金在油润滑条件下的耐磨性能

马世宁，王翔，王晓明

中国表面工程. 2012, 25(1): 28-32.

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采用高速颗粒轰击技术在7A52铝合金表面制得一定厚度纳米结构表层，利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了表面纳米晶层的微观结构特征，利用多功能纳米压痕仪和往复式摩擦磨损试验机测试了样品表面纳米化前后的硬度和耐磨性能。结果表明： 7A52铝合金经高速颗粒轰击处理后样品表层形成了厚度约90 μm塑性变形层，最表层晶粒尺寸约为8～20 nm；表面纳米晶层的显微硬度约为原始样品的1.76倍；在油润滑的低载荷和中等载荷条件下，表面纳米化抛光样品的磨损量为原始样品的1/2～1/3；表面纳米化样品的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损，而原始样品的磨损机制为黏着磨损和疲劳磨损，表明其具有优异的耐磨性能。

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ZM5镁合金无铬前处理化学镀镍层的性能

马冰，吴向清，谢发勤

中国表面工程. 2012, 25(1): 33-38.

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采用优化的Na₄P₂O₇+Na₂SO₄+NaNO₃体系的化学蚀刻无铬前处理化学镀镍工艺，在ZM5镁合金上制备NiP镀层。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析镀层的微观形貌、成分和相结构。通过电化学方法和摩擦磨损试验评价了镀层的耐蚀性和耐磨性。结果表明：无铬前处理工艺制备的镀层中P的质量分数为12.90%。与ASTM标准的含铬前处理工艺得到的镀层的耐蚀性和耐磨性相比，无铬前处理得到的镀层的自腐蚀电位为-0.506 V，腐蚀电流密度为2.132×10^-6 A/cm²，接近ASTM工艺含铬前处理得到的镀层的耐蚀性能；同时其磨损率为3.056×10^-4 mg/s，与ASTM工艺的1.778×10^-3 mg/s相比，其抗摩擦磨损性能明显优于含铬前处理的镀层。无铬前处理化学镀镍显著提高了ZM5镁合金的耐蚀性和耐磨性。

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原位冶金反应氧化钨制备碳化钨

杨海欧，张强，赵卫强，陈静

中国表面工程. 2012, 25(1): 39-44.

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在密闭和开放两种环境下，采用原位合成法在采掘机截齿齿体（20CrMnTi）的齿顶孔内制备钨基硬质合金，研究了原位反应的热力学原理、产物的微观组织、成分、相组成及其形成机理。结果表明：在非平衡快速凝固条件下，凝固组织内应力较大，内部有裂纹出现。在相对密闭的环境下反应，生成的产物是W、W₂C、Al₂O₃。W或W₂C与Al₂O₃的界面清晰，产物多孔且硬度高。采用电弧为外加热源，开口情况下WO₃大量汽化，导致钨元素大量损失，产物中钨元素的含量很低，几乎没有生成W₂C和WC。最后，文中列举了解决这些问题的几种改进措施。

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不同激光功率下镁合金表面激光熔覆Ni60合金涂层的显微组织和磨损性能

葛亚琼¹，王文先²

中国表面工程. 2012, 25(1): 45-50.

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为提高镁合金表面的耐磨性，利用5 kW横流连续CO₂激光器在AZ31B镁合金表面熔覆Ni60合金粉末，制备了无裂纹、气孔等缺陷的熔覆层。分析讨论了不同激光功率下熔覆层的显微组织和磨损性能。结果表明：熔覆层的显微组织为典型的枝晶状态，且随着激光功率的增加，枝晶尺寸增加；不同的激光功率下，熔覆层都由Mg、MgNi₂、Mg₂Ni₃Si、Mg₂Ni、Mg₂Si和FeNi组成，但当激光功率增加时，Mg相含量逐渐减小，其它相含量逐渐增多。在枝晶细化和各种金属间化合物的共同作用下，熔覆层的显微硬度和耐磨性能都得到提高，且激光功率P=3 000 W时，提高程度最大，即显微硬度提高了840%～1 102%，磨损失量是原始AZ31B镁合金的8.57%。

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三通道激光熔覆同轴送粉喷嘴气体速度场试验

赵维义，胡芳友，易德先

中国表面工程. 2012, 25(1): 51-55.

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在激光熔覆过程中，三通道同轴送粉喷嘴是关键部件，它利用惰性气体将金属粉末稳定地输送到熔池，同时形成保护流场，隔绝周围的空气。喷嘴气体流场对粉末的汇聚和高温区域的保护具有显著的作用，直接影响粉末利用率、金属材料性能和零件的成形精度。为了研究喷嘴保护流场特性，文中采用粒子图像测速（PIV）技术结合数值模拟计算，对自研的三通道同轴送粉喷嘴气体速度场分布进行了试验和分析。结果表明，喷嘴中心、内环和外环三个通道出口的气流速度一致时，喷嘴所形成的流场较为稳定，没有涡流存在。因此，粉末的汇聚性及对溶池的保护效果好；当外通道气流速度大于内通道时，在工件表面上出现旋涡，流场呈不稳定状态；随喷嘴与工件表面距离增加，有效保护范围减小。

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宽带电弧熔覆层的缺陷控制

张昕，姜海，程华，孔德新

中国表面工程. 2012, 25(1): 56-59.

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宽带电弧熔覆技术修复零部件，不可避免会产生裂纹，使修复部位的承载能力下降。为避免修复缺陷的产生，文中分析了熔覆裂纹产生的原因，采用38CrSi为基体材料，在熔覆材料NiCrBWC中添加5%～8%的稀土元素Re，进行单道送粉熔覆。利用扫描电子显微镜(SEM)、硬度仪和显微硬度测试仪分别对获得的熔覆层进行显微组织观察、硬度及耐磨性等进行分析研究。结果表明，加入稀土元素后，可以细化熔覆层晶粒，柱状晶的产生范围减小，硬度增大，耐磨性提高近1倍。稀土元素的加入可以使熔覆层强韧性提高，脆性下降，减少裂纹倾向。

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电弧喷涂制备Fe₆₅Cr₂₀Mo₇B_3.5SiMn_1.5W₃涂层

刘敏，樊自拴

中国表面工程. 2012, 25(1): 60-64.

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在Q235低碳钢板上利用电弧喷涂工艺进行喷涂，以制得Fe₆₅Cr₂₀Mo₇B_3.5SiMn_1.5W₃涂层。喷涂材料为自行配制的丝材，按照35%的填充率将配好的粉填充到U型不锈钢外皮中，经过多道拉拔、挤压工艺制成Φ 2 mm的粉芯丝材。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、透射电镜对涂层的物相和组织形貌及成分进行了表征；采用差示扫描量热仪、显微硬度仪等设备对涂层的热稳定性及显微硬度进行了检测和分析。试验结果表明：涂层组织形貌呈典型的层状组织结构，由变形良好的带状粒子相互搭接堆积而成。涂层含有50.63%的非晶相，同时含有纳米级的晶相。涂层组织均匀、结构致密、孔隙率低，并且涂层硬度高达1 040.5 HV_0.3，属硬质涂层，具有良好的热稳定性。

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工艺参数对高速电弧喷涂Al/1Cr13复合涂层组织结构的影响

董晓焕^1,2，张振云^1,2，李琼玮^1,2，王豫跃³，龚永锋³，孙腾飞³

中国表面工程. 2012, 25(1): 65-70.

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用高速电弧喷涂制备Al/1Cr13复合涂层，采用3因素3水平正交试验法系统研究了电弧电流、电弧电压和喷涂距离对复合涂层的组织结构、孔隙率和氧含量的影响规律。采用扫描电镜对复合涂层的显微组织和孔隙率进行表征，采用氧氮含量分析仪测得涂层的氧含量。结果表明，在第9组喷涂参数即电弧电流为240 A，电压为 32 V，喷涂距离为150 mm的条件下制备的高速电弧喷涂Al/1Cr13复合涂层组织较致密，Al和1Cr13涂层的孔隙率最低分别为1.6%和2.2%。Al涂层氧含量显著低于1Cr13涂层，最低约为2%。

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超音速等离子喷涂工艺参数对AlSi20%Al/Ni涂层结合强度的影响

范文超^a，谭俊^a,b，王海军^a，刘明^a，李绪强^b

中国表面工程. 2012, 25(1): 71-75.

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为使AlSi20%Al/Ni超音速等离子喷涂涂层获得优良的结合性能，采用正交实验法研究了喷涂距离、喷涂电压、喷涂电流等喷涂工艺参数对结合强度的影响。利用X射线衍射、扫描电镜等手段对涂层的相组成和断口形貌进行分析，利用WDWE100D微机控制式万能拉伸试验机对涂层结合强度进行测试。结果表明：涂层由AlSi和AlNi两相组成，影响AlSi20%Al/Ni涂层结合强度工艺参数的主次顺序为喷涂距离、喷涂电压、喷涂电流，优化后的工艺参数为主气流量3.2 m3/h，喷涂电流为380 A，喷涂电压为130 V，喷涂距离为90 mm，在此参数下制备的涂层组织致密，其结合强度为65.5 MPa。

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表面活性剂在陶瓷化学镀铜工艺中的作用

朱焱，孔小雁，江茜，王未燕

中国表面工程. 2012, 25(1): 76-82.

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通过研究在镀液中添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)和吐温–80三种表面活性剂对化学镀铜沉积速率和镀液稳定性的影响，确定出三种添加剂的最优添加浓度。通过扫描电镜、能谱分析仪和X射线衍射仪，对镀层表面形貌、组成成分以及晶体结构分别进行研究。并通过线性伏安扫描法，研究了添加不同表面活性剂镀液的电化学行为。结果表明：表面活性剂可以提高化学镀铜的沉积速率和镀液稳定性。CTAB、SDS和吐温–80的最优添加浓度分别为1 mg/L、20 mg/L和5 mg/L。加入SDS后，由于沉积速率过大，使得镀层颗粒变大。加入CTAB和吐温–80可以细化镀层的颗粒且更加致密。添加不同的表面活性剂后，镀层的晶粒尺寸没有太大改变，含铜量均为100%且镀层的晶粒呈现面心立方晶体结构。表面活性剂主要通过影响甲醛的氧化反应影响化学镀铜过程。

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高疏水及超黏着性石墨烯薄膜的制备及表征

苏庆，张晓倩，于明朗，刘雪芹

中国表面工程. 2012, 25(1): 83-88.

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石墨烯因其特殊的二维结构和优异的力热光电性能而备受关注，因此研究石墨烯薄膜的表面性能具有重要的意义。以天然鳞片石墨为前驱体，采用化学氧化还原工艺制备石墨烯纳米片，利用原子力显微镜、拉曼光谱和红外吸收光谱等测试手段对样品进行表征。采用真空抽滤和喷涂两种方法制备石墨烯薄膜，并用光学接触角测量仪对其表面性能进行测试。结果表明：石墨烯纳米片的厚度约为0.8 nm，并且表面有C=O、CO、OH等基团和缺陷。真空抽滤制备的石墨烯薄膜具有微纳结构，表现为高疏水性；喷涂法制备的石墨烯薄膜结构较为平整，其疏水性受基底影响。两种方法制备的石墨烯薄膜皆具有高黏着性。石墨烯薄膜所具有的优异性能为其在微纳功能部件、微流输运等高新技术领域的应用奠定了基础。

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水性可剥离涂料的制备和性能

刘宏宇，张松

中国表面工程. 2012, 25(1): 89-92.

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以tm803聚氨酯乳液为基体，以BYK151为润湿分散剂、BYK011为消泡剂、BYK333为流平剂、BYK425为增稠剂，以纳米碳酸钙为填料，制备出一种新型水性可剥离防护涂料。讨论了纳米碳酸钙用量及涂层厚度对涂膜拉伸和断裂性能的影响，研究了放置时间对涂层力学性能的影响。性能测试表明，当纳米碳酸钙的加入量为2%，涂层厚度为0.13~0.14 mm时，涂层平均拉伸强度达9.51 MPa，平均断裂伸长率达274.54%，具有较好的可剥离性能。涂装7天后，放置时间对涂层性能影响很小，涂层平均拉伸强度及平均断裂伸长率基本不变，因此可使用该涂料对设备进行长期封存防护。

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通过水溶性聚三钼酸盐制备纳米流体通道及系统

薛正升，徐炳吉，徐慧勇

中国表面工程. 2012, 25(1): 93-98.

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利用水溶性聚三钼酸盐纳米线作为牺牲材料，通过模板法制备了纳米流体通道，其关键技术在于寻找到合适的牺牲材料。通过水溶液合成法，在常温常压下制备得到直径为20～150 nm 的聚三钼酸盐纳米线，这些水溶性的纳米线在截面积极小的纳米通道中，能通过纵向劈裂迅速增加有效溶液接触面积，达到快速溶解的效果，能实现截面形状可控，是通道壁材料多样的纳米流体通道的理想牺牲材料。将纳米线与光刻技术相结合，分析其制备过程，能清晰观察到纳米流体通道的形貌。该技术对于微纳流体器件及系统的研究具有重要意义和价值。

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紫外光对聚合物表面微区域修饰诱导银选择性沉积制备微米级金属图案

唐红肖，吴仲岿，杨军，李少英

中国表面工程. 2012, 25(1): 99-103.

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采用波长为172 nm 的真空紫外光刻蚀技术（VUV）对清洗后的PET基片表面性质直接进行微加工，并在其表面上进行选择性无电解镀银处理。通过对紫外光照处理前后的PET基片进行水接触角测试、XPS测试，表征了PET基片在处理前后所具有的不同表面状态。将在真空条件下通过紫外光选择性刻蚀的的PET基片放在化学镀银液中，被还原出来的金属银颗粒就会沉积在PET基片上的被辐射区域。利用光学显微镜和场发射SEM观察镀银后PET基片表面的微银图案。结果表明：紫外光照可使PET基片表面改性，利用真空紫外光刻蚀技术（VUV）对PET基片表面进行区域选择性改性，就可以实现无电解电镀银在PET基片上的选择性沉积，一次性制备出保真性较好的微米级镀银图案。

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Nb在高铬铸铁型堆焊金属中的作用

潘川，吴智武，王移山，柳小坚，何志勇

中国表面工程. 2012, 25(1): 104-109.

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在高铬铸铁型堆焊金属中，用7%的铌元素取代相同摩尔数的铬元素，制成含铌的明弧自保护药芯焊丝。运用彩色金相分析、扫描电镜及能谱分析、X射线物相分析、洛氏硬度测试等技术，研究了铌在高铬铸铁型堆焊金属中的作用，分析了线能量对高铬铸铁型堆焊金属组织和硬度的影响。结果表明：铌元素能够优先与碳结合，形成弥散分布的碳化铌结晶核心，阻止初生碳化物的生长，具有明显的细化晶粒作用。不论是否添加铌元素，同种堆焊金属线能量越小，碳化物尺寸越细小；裂纹数量越多，裂纹分布越均匀，且裂缝间隙越小。可以通过控制线能量来控制焊缝的裂纹分布，防止堆焊层脱落。改变线能量以及用7%的铌元素取代相同摩尔数的铬元素，其洛氏硬度值基本保持不变，均在60 HRC左右。

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零件再制造中局部损伤的治理方法

张庆^a，杨军伟^b，孟令东^a，梁志杰^a，沈维^b

中国表面工程. 2012, 25(1): 110-114.

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局部损伤是零件再制造中常见的一种失效形式，由于损伤情况的多样性，成为企业再制造加工中的一个难点。文中针对零件表面局部损伤的特点和现有修复方法热输入量大、修复效率低和成本高的不足，主要对高能脉冲精密冷补技术、电火花表面强化修复技术和微脉冲电阻焊修复技术的工作原理、应用特点进行了阐述，列举了以上几种技术在金属零件表面修复与再制造中的应用实例。

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2012年, 第25卷, 第1期　刊出日期：2012-01-19

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