中国表面工程

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李灿民^1,3，魏荣华²

中国表面工程. 2012, 25(2): 1-7.

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采用等离子增强磁控溅射技术在H13钢表面制备了TiSiCN、TiSiCON、TiAlSiCN、TiAlSiCON纳米复合涂层，使用扫描电子显微镜，原子力显微镜，X射线衍射仪等研究了涂层的组织和性能，主要讨论了Al、O元素对涂层的显微组织、表面能和高温稳定性的影响。试验结果显示：O元素的加入使涂层致密度降低、表面变得粗糙且产生了少量的柱状组织，但它的加入可以降低涂层的表面能；Al元素的加入能显著降低涂层的表面能，并能提高涂层的耐高温性能。这是因为涂层在高温下没有发生分解，且Al元素在高温下形成致密的氧化膜，阻止了涂层进一步氧化。低表面能、好的耐高温性能是便于铸铝模具脱模，延长其工作寿命最有效的性能指标。

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热喷涂基体表面前处理技术的研究进展

杨震晓^1,2，刘敏²，邓春明²，邓畅光²，车晓舟¹

中国表面工程. 2012, 25(2): 8-14.

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热喷涂涂层与基体机械咬合的结合机理决定了基体表面前处理是热喷涂涂层中非常重要的处理工艺。文中概述了当前广泛应用的喷砂处理的工艺特点，指出砂粒易在基体表面镶嵌和对基体造成损伤是喷砂工艺的主要缺点，讨论了喷砂对高温合金单晶材料和超高强钢疲劳性能的影响，研究了软质基体表面超音速火焰喷涂WC涂层的免喷砂工艺。同时介绍了近年来其他热喷涂基体表面前处理方面的研究热点，包括高压水射流处理技术、机械粗化技术以及激光表面前处理，并重点阐述了其基本原理、特点及应用情况。

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硅橡胶表面润湿特性对积污行为影响的研究进展

王国刚，赵悦菊，张金玲，夏兵，王建辉

中国表面工程. 2012, 25(2): 15-20.

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介绍了电力系统中污闪事故的现状及相应的预防措施，阐述了硅橡胶表面润湿特性及相关模型与硅橡胶表面积污行为的相互作用关系，指出了硅橡胶的润湿性与表面积污行为的的复杂关系。由于硅橡胶表面的憎水性及憎水迁移性，使其具有优异的防污闪性能；而又由于憎水迁移性的存在导致硅橡胶表面的污秽具备“反清洁”能力。文中讲述了国内外学者在自然环境、工频电场及紫外辐照条件下硅橡胶表面润湿特性对积污行为影响的研究进展，并指出了目前这方面研究尚存的问题，展望了硅橡胶表面润湿特性与积污行为的研究方向。

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基于原子力显微镜的纳米抛光颗粒的摩擦力测量方法

李静楠，郭丹，王元元

中国表面工程. 2012, 25(2): 21-25.

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基于原子力显微镜接触模式，使用侧向力扫描测量单个纳米颗粒与基底表面的摩擦力，从而为颗粒从基底表面去除提供最为直接的测试方法。对硅片表面进行羟基化增强其亲水性，将聚苯乙烯纳米颗粒单层均匀地分散到硅片上。使用横向力模式和NanoMan两种方法侧向推动纳米颗粒，测得单个颗粒与硅片表面之间的最大静摩擦力分别为(1.57±0.09) μN和(1.51±0.13) μN，试验结果基本一致，表明这两种测量方法可靠有效。此外，NanoMan可控制针尖推动单个颗粒在基底表面做滑移运动，表明颗粒基底的滑动摩擦力与针尖施加载荷和扫描速度密切相关。

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腐蚀条件下新型胶体密封剂对典型飞机结构材料疲劳性能影响

房振乾，陈群志，杨蕊琴

中国表面工程. 2012, 25(2): 26-30.

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针对飞机结构密封防水问题，研制了一种新型胶体密封剂。采用加速模拟环境方法，考核验证了这种胶体密封防水新技术的腐蚀防护性及其对典型飞机结构材料疲劳性能的影响。试验结果表明，与常规环境下原始疲劳寿命相比，随加速腐蚀周期增加，典型飞机结构材料疲劳寿命大幅度降低，而涂敷新型胶体密封剂后其疲劳寿命没有明显变化。新型胶体密封剂具有良好的密封防水、防腐功能，能够有效地抑制或减缓水分、腐蚀性介质的侵入，明显提高了典型飞机结构材料的抗环境腐蚀品质，适用于解决飞机结构密封防水问题。

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等离子喷涂制备WC-Co-Cu-BaF₂/CaF₂自润滑耐磨涂层及其高温摩擦性能

袁建辉¹，祝迎春²，雷强¹，占庆¹，黄晶¹，丁思月¹

中国表面工程. 2012, 25(2): 31-36.

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通过大气等离子喷涂方法，使用自制的含有WC-Co、Cu和BaF₂/CaF₂共晶体的复合喷涂粉末，制备出WC-Co-Cu-BaF₂/CaF₂自润滑耐磨涂层。在200 ℃、400 ℃和600 ℃下进行WC-Co-Cu-BaF₂/CaF₂涂层和WC-Co涂层的高温摩擦试验，用扫描电镜观察涂层磨损表面微观形貌。结果表明：200 ℃时，由于WC-Co-Cu-BaF₂/CaF₂涂层摩擦产物层中含有的WC硬质颗粒引起磨粒磨损，该涂层摩擦因数和磨损率相对较高。而400 ℃和600 ℃时，WC-Co-Cu-BaF₂/CaF₂涂层的摩擦产物层中均无WC颗粒存在，且由于涂层中Cu和BaF₂/CaF₂等固体润滑剂的作用，生成的摩擦产物层光滑且致密，涂层的摩擦因数和磨损率均较低，在400～600 ℃下表现出比WC-Co涂层优异的耐磨性能。

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SiC靶功率密度对无氢掺硅类金刚石薄膜摩擦学性能的影响

张贺勇^1,2，代明江²，胡芳²，韦春贝²，林松盛²，侯惠君²

中国表面工程. 2012, 25(2): 37-42.

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采用直流磁控溅射石墨靶、中频磁控溅射碳化硅靶以及离子源辅助的复合沉积技术，制备出膜层质量优异、摩擦因数和磨损率较低的具有不同Si含量的无氢掺硅类金刚石薄膜。使用XPS、拉曼光谱仪、台阶仪、纳米硬度计、SEM、EDS以及球盘式摩擦磨损试验仪测试并表征薄膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能。研究表明，该技术能够成功制备出无氢掺硅类金刚石薄膜；随着SiC靶功率密度的增加，薄膜中Si的含量和sp³键的含量逐渐增加，其纳米硬度和弹性模量先增大后减小，摩擦因数由0.277降低至0.066，但其磨损率从6.29×10-11 mm³/Nm增加至1.45×10-9 mm³/Nm；当SiC靶功率密度为1.37 W/cm²时，薄膜的纳米硬度与弹性模量分别达到最大值16.82 GPa和250.2 GPa。

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亚微米WC添加对超音速火焰喷涂WC-Co涂层磨损性能影响

雷强^1,2，李文亚¹，袁建辉²，占庆²，李华²

中国表面工程. 2012, 25(2): 43-48.

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采用超音速火焰喷涂方法（HVOF）在304不锈钢基体表面制备WC和WC-12Co的复合涂层WC-Co，研究亚微米WC的添加对涂层相组成、显微硬度、耐磨性能和表面形貌的影响。利用X射线衍射、压痕法、往复式摩擦磨损实验和扫描电子显微镜（SEM）分别对涂层的相组成、显微硬度、磨损性能和表面形貌进行分析测试，并分析涂层的磨损过程和机制。结果表明，添加质量分数5%的亚微米WC颗粒显著提高了涂层的显微硬度（16.3%）；增强了涂层的耐磨性，磨损率从6.09×10^-7 mm³/Nm减小到5.15×10^-7 mm³/Nm（减小13.8%）；亚微米WC颗粒喷涂后在涂层中保持了WC相，并主要存在于WC-Co扁平粒子界面和孔隙。基于涂层中扁平粒子的结合特性与磨损失效特征，建立强化模型，分析亚微米WC颗粒对涂层扁平粒子界面的强化机制。

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稀土元素对Cu14AlX涂层组织和摩擦性能的影响

路阳，王玉波，杨效田，肖荣振，惠晓利，刘俊钊

中国表面工程. 2012, 25(2): 49-55.

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采用气雾水冷方法制备Ce质量分数分别为0和0.6%的Cu14AlX合金粉末，超音速等离子喷涂的方法制备喷涂层，利用光学显微镜、XRD、SEMEDS以及EPMA分析Ce元素对Cu14AlX喷涂层表面组织形貌、合金相结构和化学成分的影响。在边界润滑条件下，比较不同Ce含量下喷涂层摩擦磨损性能，用SEMEDS分析喷涂层磨损形貌及成分变化。结果表明：Ce的加入可以细化Cu14AlX喷涂层组织，使得Fe元素和K相增多且分布更加均匀，提高了喷涂层的耐磨性。两种喷涂层有不同的磨损形式，随着载荷的增大，不含Ce的喷涂层粘着磨损严重并伴随轻微的磨粒磨损，在高载荷（4.90 Mpa）下，由粘着磨损转化为磨粒磨损；含Ce（质量分数）0.6%的喷涂层以轻度磨粒磨损为主，在高载荷下，转变为中度磨粒磨损，部分区域出现加工硬化现象.

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TiAl球磨粉反应等离子喷涂工艺

吕志军¹，贺文雄²，赵健²，赵洪运²

中国表面工程. 2012, 25(2): 56-62.

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为制备TiAl金属间化合物复合涂层，采用Ti、Al球磨粉在Q235钢表面进行反应等离子喷涂研究，获得了由Al3Ti、TiN、Al2O3、TiAl以及残留Al和Ti组成的复合涂层。虽然球磨可以使TiAl混合粉细化与活化，使喷涂时的反应更容易、更充分，但喷涂时Al和Ti仍难以充分反应，且在空气环境中喷涂容易氧化和氮化。涂层与基体之间没有形成冶金结合，而是镶嵌式的机械结合。其结合强度最高值达到了44.75 MPa，显微硬度最高值达到了379 HV_0.5。文中还分析了反应等离子喷涂各工艺参数对涂层组织与性能的影响，并采用正交试验对其在一定范围内进行了优化。得到优化的工艺参数为：喷涂距离为120 mm、主气流量为35 L/min、喷涂电流为600 A、球磨时间为6 h。

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钨钼钇共渗强化层的回火硬度及红硬性

吴宏观¹, 蔡航伟², 马志康², 王成磊², 李冰², 高原²

中国表面工程. 2012, 25(2): 63-68.

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利用双层辉光等离子渗金属技术，在Q235钢表面分别进行钨钼钇共渗与钨钼共渗，形成均匀致密合金扩散层；共渗后，将两种试样分别在960 ℃、980 ℃、1020 ℃下进行8 h渗碳及淬火，并在200 ℃低温回火1 h。之后将两者在1 020 ℃渗碳及淬火，并分别进行200~700 ℃回火。采用显微硬度仪检测其表面硬度，采用光学显微镜、SEM及EDS分别对渗层进行金相组织及成分分析。结果表明：其回火特征与冶金高速钢类似，在500 ℃时出现“二次硬化”现象，回火硬度达到峰值，且前者高于后者。将经过1 020 ℃渗碳淬火后的两种试样在600 ℃下保温1 h后空冷，重复4次后，前者与后者的表面硬度最大值分别达到750 HV_0.05、650 HV_0.05。

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激光熔覆NiCoCrAlY/HfB2复合涂层结构及高温摩擦学性能

胡泽祥¹，刘杰瑞²，郭纯³，周健松³，张世堂¹

中国表面工程. 2012, 25(2): 69-74.

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利用激光熔覆技术在纯钛表面制备了NiCoCrAlY/HfB₂复合涂层。用XRD和SEM分析了涂层的组成和组织结构，在SRVIV微动摩擦磨损试验机上对涂层不同温度下的摩擦磨损性能进行对比测试，采用SEM和三维表面轮廓仪对磨损后试样、对偶球和磨屑的形貌进行了分析。结果表明：NiCoCrAlY/HfB₂复合涂层主要组成为NiTi、HfB₂、TiB₂、Co₃Ti、CrTi₄和Hf₃Ni₇相，复合涂层与基材冶金结合，涂层晶体结构主要为块状晶。涂层的平均显微硬度约为850 HV_0.2，是基材硬度的4.25倍。在20 ℃、100 ℃、300 ℃和500 ℃摩擦测试温度下涂层的摩擦因数和磨损率随温度的升高而减小，复合涂层的磨损率在10^-4～10^-5 mm³/Nm数量级，具有较好的高温耐磨性能，涂层的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。

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激光冲击强化提高TC4叶片振动疲劳性能

王学德¹，李启鹏¹，周鑫¹，仝崇楼²，胡雅骥¹

中国表面工程. 2012, 25(2): 75-80.

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针对典型钛合金TC4进行激光冲击强化（LSP）参数设计，对强化后残余应力分布规律进行测量，应用透射电子显微镜对强化后表层微观组织进行观察，对有无LSP钛合金叶片进行不同应力水平下的振动疲劳对比试验。研究表明，TC4钛合金LSP最佳功率密度为3.5 GW/cm²，LSP在材料表层产生高数值的残余压应力场，表面残余应力可达610 MPa，最大值约650 MPa位于距离表面100 μm处。LSP在钛合金表层产生纳米晶，纳米晶尺寸在几个至几十纳米。钛合金叶片LSP后疲劳极限由430 MPa提高至560 MPa，升高30%；在560 MPa应力水平下，中值疲劳寿命提高为原来的200%以上；LSP在钛合金表层产生的残余压应力场和纳米晶共同作用显著提高了钛合金叶片的抗疲劳性能。

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喷丸强化对12Cr马氏体热强钢疲劳性能的影响

王欣^a，钟平^b，陆峰^a

中国表面工程. 2012, 25(2): 81-85.

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对12Cr马氏体热强钢1Cr12Ni3Mo2VN进行不同工艺的喷丸。研究了不同工艺产生的残余应力场分布和1Cr12Ni3Mo2VN钢室温及高温疲劳性能。结果表明，喷丸强度和表面覆盖率共同影响1Cr12Ni3Mo2VN钢残余应力场分布；1Cr12Ni3Mo2VN钢室温疲劳性能主要与喷丸强度有关，经过特定工艺喷丸后，室温疲劳性能提高了6倍；表面覆盖率对1Cr12Ni3Mo2VN钢室温疲劳性能影响较小，对高温疲劳性能具有明显的影响，经过0.12A、100%覆盖率喷丸后，高温疲劳性能提高了2倍，表面覆盖率升高将导致1Cr12Ni3Mo2VN钢高温疲劳性能下降，当覆盖率提高到400%，高温疲劳寿命基本没有提高，与原始试样相当。

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空心阴极电弧镀NiCrAlY涂层的抗氧化性能

李民¹，袁福河²，牛昌安²，张鹏²，史凤岭²，张佳平²，王璐²

中国表面工程. 2012, 25(2): 86-91.

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采用空心阴极电弧离子镀技术制备NiCrAlY涂层，研究涂层的高温抗氧化性能。结果表明涂层组织致密，与合金结合状态良好。电弧离子镀NiCrAlY涂层在1 100 ℃恒温氧化100 h后增重只有2.22 mg/cm²，在100次循环氧化后仍没有失重现象，其抗恒温氧化和抗循环氧化性能远优于成分相近的超音速火焰喷涂、爆炸喷涂和大气等离子喷涂的NiCrAlY涂层。电弧离子镀NiCrAlY涂层在恒温氧化和循环氧化过程中表面均形成了连续致密、粘附性的氧化铝保护膜。氧化膜没有翘起和剥落现象，涂层组织在氧化后仍然完整致密。热喷涂NiCrAlY涂层在上述氧化过程中则生成了保护性较差的Ni、Cr和Al混合氧化物，并发生了氧化膜剥落，同时有严重的内氧化现象。

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抗氧化耐氯腐蚀电弧喷涂铁基粉芯线材

魏琪，刘旭，李辉，印志勇

中国表面工程. 2012, 25(2): 92-96.

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采用304L不锈钢带包覆铬、镍、钼、铝、稀土等金属粉末制备粉芯丝材，使用电弧喷涂方法制备涂层，研究了合金元素成分对涂层抗高温氧化性能和抗氯腐蚀性能的影响，并与传统的NiCrTi涂层(PS45)的性能进行了对比。结果表明，Cr元素的抗氧化性能要好于Ni元素，在氯腐蚀环境下，Ni元素的耐腐蚀性能比Cr元素更为优异，添加适当数量的Al元素、Mo元素对耐氯腐蚀性能有一定的促进作用。所研制的LJ1铁基涂层在650 ℃温度下具有良好的抗高温氧化性能和耐氯腐蚀的性能，其抗氧化性能和耐氯腐蚀性能分别是NiCrTi涂层(PS45)的0.74倍和0.67倍，但涂层成本大幅度降低，性价比提高。

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MoS₂颗粒表面包覆Al₂O₃及其在镀层中的应用

刘蕴锋，朱永伟，刘平，刘婷婷

中国表面工程. 2012, 25(2): 97-102.

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采用非均匀形核法将Al₂O₃包覆到MoS₂颗粒表面，提高颗粒的亲水性能。研究了溶液pH值、Al(NO₃)₃的摩尔浓度和预处理工艺对包覆率的影响；采用SEM及EDS分析了包覆前后MoS₂颗粒的微观形貌和表面成分；通过测量接触角研究了颗粒表面的亲水性。结果表明，颗粒表面均匀包覆了一层Al(OH)₃；溶液pH值对包覆率的影响最大，Al(NO₃)₃的摩尔浓度次之。最佳工艺为：溶液pH值为5.5，Al(NO₃)₃浓度为0.15 mol/L，预处理过程不添加表面活性剂。随着包覆率的提高，MoS₂颗粒的亲水性提高。利用包覆Al₂O₃的MoS₂制得了Ni-P-MoS₂化学复合镀层，提高了镀层中沉积粒子的均匀致密性。

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煤制氢激冷气装置三通腐蚀问题分析

林晖¹，徐维普²，袁奕雯²

中国表面工程. 2012, 25(2): 103-108.

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介绍了中国神华公司某激冷气装置的三通及直管段的腐蚀情况，对首次及修补后的腐蚀位置及形貌进行了观察；分析了该装置的工艺及内部的介质材料和外部管子管件的材料及参数；通过对被腐蚀区域进行光谱、显微金相和能谱分析，对腐蚀原因进行了分析总结。研究表明，冷热两股流体在三通管处垂直交汇混合，在三通管脖颈上方处，管道壁面也会产生较大的温度梯度，由于存在液相水，介质中的CO₂溶解到水中会形成碳酸腐蚀；合成气中所含的酸性物质电离，发生了电化学腐蚀。通过更换材料，提供伴热以及增加巡查及加强管理等各项技术及管理措施，能有效减缓了腐蚀速率，降低不均匀腐蚀的发生概率。

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T2铜端面滚柱滚压表面性能

卢新伟，赵婧，夏伟，李风雷，周照耀

中国表面工程. 2012, 25(2): 109-114.

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应用一种自主设计的新型端面滚柱滚压试验系统，以车削进给量、滚压力和主轴转速为变量，对T2铜工件端面滚柱滚压工艺进行单因素试验研究，得出了T2铜滚柱滚压表面强化及光整作用的规律。试验结果表明：应用该装置能够显著降低纯铜试件的表面粗糙度，在一定程度上提升了表面显微硬度，试件表面粗糙度由加工前的8.96 μm降到小于0.08 μm，表面显微硬度则从110 HV提升到大于130 HV；滚压力是影响试件表面粗糙度及显微硬度最主要的因素，主轴转速次之，车削进给量最弱。滚压对表面粗糙度的影响存在合适的滚压力(607～898 N)及主轴转速(360～560 r/min)，最多可以提升试件表面6个精度等级。表面显微硬度随着车削进给量、滚压力和主轴转速的增大而增大，其中增大滚压力可以提升表面显微硬度12%左右，增大主轴转速大约可以提升4.3%，而车削进给量对其影响较小。

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CO₂气体保护药芯焊丝喷粉堆焊层组织及其耐磨性

马臣¹，马春力^1,2 ，李慕勤¹，王正兴¹，孙昭藩¹

中国表面工程. 2012, 25(2): 115-119.

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采用CO₂气体保护焊方法，使用高铬铸铁药芯焊丝，喷射优化设计的CrTiMnB系粉体形成耐磨堆焊层。利用XRD及金相显微镜分析堆焊层组织结构，并测定堆焊层的硬度和磨损性能。结果表明：与单纯高铬铸铁芯堆焊层相比，喷射粉体后堆焊层的洛氏硬度HRC增加，当Mn铁、Cr铁、B铁、Ti铁质量分数比为4.3∶52.2∶3.9∶39.6时，堆焊层硬度和耐磨性最高。喷射粉体堆焊层以马氏体为主，并有(Cr,Fe)₇C₃, FeMn₂等相产生，从而提高堆焊层硬度和耐磨性。

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2012年, 第25卷, 第2期　刊出日期：2012-02-19

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