2012年, 第25卷, 第3期　刊出日期：2012-03-19

  

• 全选
  |

高离化磁控溅射技术与应用专辑
• Select
  取代装饰铬的纳米Sn-Co-X合金

  （美）惠文华¹， 顾艳红²， 刘家俊^3a， 孟繁娟^3b， 张志军^3b， 李月亮^3c，李展平^3c， 曹立礼^3c， 张晓寒^3b

  中国表面工程. 2012, 25(3): 1-5.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  装饰铬在全世界的市场需求量是硬铬的3倍，长期以来镀铬工艺是众所周知的有毒工艺，由于电镀纳米SnCoX合金具有与Cr6+非常接近的颜色及更好的耐腐蚀性，且对环境和人体安全，是取代Cr⁶⁺与Cr³⁺的极好选择。纳米Sn-Co-X的耐腐蚀性优于Cr⁶⁺和Cr³⁺，更优于常规晶态的Sn-Co合金。用扫描电镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）和原子发射光谱（AES）对纳米Sn-Co-X合金的微观结构及腐蚀前后的表层变化进行了分析，阐述了纳米Sn-Co-X合金优异的耐腐蚀性机理。
摩擦学
• Select
  LED芯片取光结构研究现状与发展趋势

  万珍平¹， 赵小林²， 汤勇¹

  中国表面工程. 2012, 25(3): 6-12.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  LED芯片取光结构是指在LED芯片上窗表面、台面四周、衬底、侧面等表面上加工出能改变光线传播方向，提高LED芯片出光效率的微结构。取光结构是提高LED芯片发光效率的关键技术之一。分析了各类取光结构的取光原理，详细论述了取光结构的研究现状，分析了取光结构的未来发展趋势。目前，主要是通过图形衬底、表面粗化、倾斜侧面、光子晶体及其复合取光结构来提高LED芯片的出光效率，出光效率一般可提高25%以上，有的甚至可提高195%。未来取光结构研究重点应集中在复合取光结构、多芯片集成封装模块的取光结构、高效率和低成本的制造方法以及由功能驱动取光结构设计并按要求控制其成形。
表面工程
• Select
  NdFeB表面磁控溅射沉积Ti/Al多层膜的结构及耐腐蚀性能

  谢婷婷^a, 冒守栋^b, 郑必长^b, 余超^a, 汪少杰^a, 宋振纶^b

  中国表面工程. 2012, 25(3): 13-19.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用直流磁控溅射技术在烧结NdFeB磁体表面沉积Ti/Al多层膜，并研究其结构及在NaCl溶液中的耐腐蚀性能。在Ti/Al多层膜中，Ti层为密排六方结构，成功打断了Al层(面心立方结构)的柱状晶结构生长。与纯Al膜相比，Ti/Al多层膜具有更致密的表面，且周期数增加，表面越平整致密。动电位极化曲线结果发现，纯Al膜试样的自腐蚀电流密度为1.9×10^-5A/cm^-2左右，5周期Ti/Al多层膜试样的自腐蚀电流密度约为1.1×10^-7A/cm²，比纯Al膜小近两个数量级，且随着多层膜周期数的增加，其腐蚀电流密度进一步减小。这些结果表明在快速且破坏性强的腐蚀情况下，Ti/Al多层膜抗腐蚀能力比纯Al膜好，且随着周期数的增加进一步提高。NaCl溶液中长期腐蚀试验时，Ti/Al多层膜的耐腐蚀性能不如纯Al膜，这可能是由Ti层和Al层间形成原电池且多层膜应力较大导致。
• Select
  梯度基体温度法和反应溅射TiC过渡层对钛合金基体沉积金刚石薄膜的影响

  余志明^a， 张益豪^a， 魏秋平^{a, b}， 刘丹瑛^a， 孟令聪^a

  中国表面工程. 2012, 25(3): 20-27.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  以H²和CH⁴作为反应气体，采用热丝化学气相沉积法（HFCVD）在钛合金（Ti6Al4V）平板基体上制备金刚石薄膜，利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、激光拉曼光谱（Raman）和洛氏硬度仪分析薄膜的表面形貌、结构、成分和附着性能，研究了高温形核低温生长的梯度降温法对原始钛合金和反应磁控溅射TiC过渡层的钛合金表面沉积金刚石薄膜的影响。结果表明：原始基体区和TiC过渡层区沉积的金刚石薄膜平均尺寸分别为0.77 μm和0.75 μm，薄膜内应力分别为-5.85 GPa和-4.14 GPa，TiC层的引入可以有效提高金刚石的形核密度和晶粒尺寸的均匀性，并减少薄膜残余应力；高温形核低温生长的梯度降温法可以有效提高金刚石的形核密度和质量，并提高原始基体上沉积金刚石薄膜的附着性能。
• Select
  15CrMnMoVA钢磁控溅射镀铝防护层耐腐蚀性能

  孟亚丽^1,2, 代明江², 侯惠君², 林松盛², 韦春贝², 胡芳²

  中国表面工程. 2012, 25(3): 28-32.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用磁控溅射技术，在15CrMnMoVA钢上镀覆一层纯铝防腐蚀薄膜。利用盐雾机、电化学测量仪、扫描电镜和能谱仪对比基体和铝涂层样品的耐腐蚀性能，同时分析偏压、靶电流、沉积时间等因素对涂层耐腐蚀性能的影响。结果表明，铝膜厚度为8.2 μm 的样品，铝膜层晶粒均匀，大小为1～2 μm 、膜/基界面平整、结合良好，其中基体与膜层界面处致密的过渡层对提高样品的耐腐蚀性作用显著；在中性盐雾气氛中，516 h 出现红锈；Al膜沉积时间为1 h 的样品，其自腐蚀电流比基体低2个数量级，达到i_corr =6.53×10^-8A，能有效提高基体的耐腐蚀性，膜层在中性盐雾腐蚀气氛下失效方式为逐层失效；薄膜沉积过程中，提高负偏压、靶电流和镀膜时间，均能提高膜层的质量。
• Select
  基底温度对掺氟类金刚石碳膜摩擦学性能的影响

  崔锦峰¹， 杨涛^1,2， 张斌²， 强力^1,2， 郑愉^1,2， 张俊彦²

  中国表面工程. 2012, 25(3): 33-36.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  以CF₄, CH₄和H₂作为前驱气体，改变基底温度，通过直流脉冲等离子气相沉积法(PECVD)制备掺氟类金刚石碳膜，用傅里叶红外光谱仪分析薄膜的键合结构，用拉曼光谱仪分析薄膜中杂化碳的sp²和sp³的存在状态，用纳米压痕仪和UMT2MT摩擦磨损实验机分别测量了薄膜的硬度、摩擦因数等机械性能。结果表明，F主要以C-F₃，C-F_x(x=1,2,3)基团的形式存在于薄膜中；基底温度从不加热到500 ℃的范围，薄膜能够保持较低于0.020的摩擦因数；且基底温度为400 ℃时薄膜具有0.016的最低摩擦因数，但当基底温度超过600 ℃时，会破坏薄膜的内部结构而使机械性能下降。
• Select
  等离子喷涂制备直流接地极钢基体NiFe₂O₄防腐涂层

  祝志祥¹， 韩钰¹， 陈新¹， 马壮²， 柳彦博²

  中国表面工程. 2012, 25(3): 37-41.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为提高常规碳钢直流接地极本体的耐蚀性能，采用固相反应法结合团聚－破碎法造粒合成出适合等离子喷涂的NiFe₂O₄粉体，利用等离子喷涂工艺在钢基体上制备NiFe₂O₄铁氧体涂层，并利用场发射扫描电镜、金相显微镜、X射线衍射仪以及涂层结合强度、电阻率、直流电解等测试方法，对NiFe₂O₄涂层的微观组织结构、物理电气和腐蚀性能进行了研究。结果表明：NiFe₂O₄涂层与基体的平均结合强度为21.8 MPa，涂层平均电阻率约为3.60×10^-2 Ω·cm，且涂层耐电解腐蚀性能良好，腐蚀率约为1.86 g/(A·a)，可较好满足直流输电系统中接地极材料的服役要求，初步显示出等离子喷涂制备直流接地极用铁氧体环保防腐涂层的工艺可行性。
• Select
  热镀锌沉没辊的耐锌腐蚀失效过程

  王晖， 张广伟， 孟晓霞， 段思华， 徐常恩， 关升

  中国表面工程. 2012, 25(3): 42-46.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用超音速火焰喷涂技术在316L不锈钢基体上制备WC-12Co涂层，并测试其在430 ℃锌液中的耐腐蚀性，分析沉没辊的腐蚀机理以及失效过程。采用SEM、EDS和XRD分析了腐蚀前、后涂层表面显微结构、化学成分及其相组成的变化。结果表明，WC-12Co粒子之间通过高速碰撞发生强烈的塑性变形而结合在一起，涂层内部致密性很好，喷涂过程中没发生明显氧化现象；涂层的显微硬度平均为 1 215 HV_0.2，结合强度达到85 MPa；无涂层试样在腐蚀59 h后直径减少20%；经过10天的浸锌试验后，涂层开始产生均匀性腐蚀，涂层中的Co基体受液锌腐蚀生成Co₅Zn₂₁化合物，涂层开始遭到破坏；经过15天浸锌试验后，部分锌液穿过涂层与基体中的Fe化合生成FeZn₁₃（即锌渣），涂层局部开始脱落，涂层失效开始。
• Select
  等离子堆焊Q235电解打壳锤头的组织和性能

  曹红美¹， 张国栋¹， 徐锦飞¹， 孙少波²， 韩红兵³

  中国表面工程. 2012, 25(3): 47-51.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用等离子堆焊技术在Q235铝电解打壳锤头表面堆焊F40合金粉末熔覆层。利用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计等分析等离子堆焊层的微观组织、微区成分和硬度分布。利用磨擦磨损仪对试样进行耐磨性测试，通过恒电位法评估堆焊层和基体的耐蚀性能。结果表明，堆焊层与基体形成了良好的冶金结合，堆焊层为典型的柱状晶组织。等离子堆焊层平均显微硬度为444 HV_0.1，为基体的2倍；耐磨性为基体的1.6倍；腐蚀速率R_corr为3.524×10^-4mm/a，为基体的1/(4.2×104)。等离子堆焊后Q235钢材料的耐磨性、硬度和耐腐蚀性均有显著提高，有望提高电解铝打壳锤头的耐磨耐蚀性能。
• Select
  激光功率对激光熔覆FeCoBSiNb涂层组织和性能的影响

  达则晓丽， 朱彦彦， 李铸国

  中国表面工程. 2012, 25(3): 52-56.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用高功率半导体激光器在低碳钢表面激光熔覆了FeCoBSiNb合金涂层。借助光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及数显维氏硬度计，探讨了激光功率对涂层稀释率、物相组成、微观组织及其显微硬度的影响。试验结果表明：在其它工艺参数一定的情况下，激光功率越大，涂层稀释率越大；激光功率为1 050 W时，涂层中部的物相分析表现为具有非晶特征的漫散射峰，微观组织由颗粒状晶体和无组织形貌特征的灰色基底组成，随着激光功率的增大，涂层中部的晶化相衍射峰逐渐增多增强，微观组织中出现“雪花”状晶体；涂层和基材结合区的微观组织以具有外延生长特征的平面晶和柱状树枝晶为主；涂层的平均硬度随激光功率的增大而降低。
• Select
  激光熔覆NiCr涂层的结构及摩擦学性能

  张兴虎¹， 郭纯^2,3， 周健松²， 张世堂¹

  中国表面工程. 2012, 25(3): 57-62.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用激光熔覆技术在纯钛表面制备了NiCr涂层。用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）分析了涂层的组成和组织结构。在UMT2MT摩擦磨损试验机上对NiCr涂层在不同载荷和不同滑动速度下的摩擦磨损性能进行了测试。结果表明：NiCr涂层的主要组成物相为NiTi、Ni₃Ti、Ni₄Ti₃、Cr₂Ni₃和Cr₂Ti，涂层与基材冶金结合，涂层晶体结构主要为树枝状晶，涂层的平均显微硬度约为780 HV_0.2，涂层的摩擦因数随载荷和滑动速度的增加而减小；磨损率随载荷的增加而增加，随滑动速度的增加而减小。涂层的磨损率在10^-6 mm³/Nm数量级，具有优异的耐磨性能。
• Select
  缠绕钨丝CVD钨管的组织及性能

  马捷， 李辉， 张永志， 魏建忠， 张姗

  中国表面工程. 2012, 25(3): 63-67.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了提高CVD钨的强度和韧性，采用自制化学气相沉积装置，以WF6和H2为反应气体，在化学气相沉积钨过程中周期性地在基体上缠绕钨丝，沉积制备了钨丝CVD钨复合材料。使用金相显微镜和扫描电镜(SEM)分别对沉积制备的钨丝CVD钨复合材料涂层的显微组织和断口形貌进行观察和分析，使用X射线衍射仪(XRD)、电子能谱仪、密度测量仪、显微硬度仪和万能材料试验机分别测试分析了涂层的结构、成分、密度、显微硬度及压溃强度。结果表明：与不缠钨丝的CVD钨管相比，缠绕钨丝的CVD钨管中CVD钨晶粒得到了细化，择优取向基本消失；钨丝CVD钨复合材料涂层具有较高纯度和致密度；钨丝CVD钨管的压溃强度显著提高，断口形貌发生了明显的变化。
• Select
  P20模具钢表面合金化组织与性能

  张伟^1,2

  中国表面工程. 2012, 25(3): 68-70.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在P20模具钢表面进行激光合金化，利用金相显微镜、维氏硬度计等设备检测了合金化层的组织和性能。试验表明，激光合金化可在材料表面获得组织致密，晶粒细化，深度大，与基体结合牢固的强化层。合金化区的硬度范围为635～699 HV_0.2，热影响区硬度范围为441～474 HV_0.2。激光合金化试样的耐磨损性能比预硬化的P20钢提高了35%。采用激光合金化对模具表面进行强化，将大大提高模具的使用寿命。
• Select
  原位反应法制备CuO/PPS复合涂层及其表征

  龚建彬^1a,2, 龙春光^1b，2, 粟洋^1b, 曹太山^1b, 周扬^1b

  中国表面工程. 2012, 25(3): 71-75.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用CuSO₄与NaOH在PPS涂料中原位反应的方法掺杂CuO、通过浸涂制备了CuO/PPS复合涂层，利用XRD分析了原位反应的产物，热重分析仪测试了涂层的热性能，销盘式磨损实验机测试了涂层的摩擦学性能，采用SEM观察分析了磨损表面，并在此基础上探讨了磨损机理。结果表明：CuO/PPS复合涂层的表面平整光洁。原位反应的产物为CuO，复合涂层的热稳定性较纯PPS树脂有所提高，热分解温度提高到536 ℃；CuO的加入使PPS复合涂层摩擦学性能得到明显改善，添加1.5% CuO时，摩擦因数从0.44减小到0.26，相应的磨耗降低为原来的1/3。同时发现在相同实验条件下涂层的磨损机理随CuO添加量的增加，从粘附磨损依次向磨粒磨损和疲劳磨损过渡。
• Select
  强流脉冲离子束辐照改善W9Cr4V轴承钢的表面性能

  薛彦庆, 汪诚, 王学德, 赖志林

  中国表面工程. 2012, 25(3): 76-80.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为改善W9Cr4V轴承钢表面性能，提高轴承使用寿命，研究强流脉冲离子束(HIPIB主要由C⁺(70%)、H⁺(30%组成))技术辐照处理效果。用1、10、20、30不同脉冲次数分别对W9Cr4V试片进行处理。采用倒置金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、pin-on-disc（POD）方法、电化学工作站分别测量辐照前后试样的表面形貌和性能。结果表明，HIPIB辐照处理使W9Cr4V轴承钢试片近表层晶粒细化，产生了奥氏体相和碳化物，并且马氏体择优面发生改变，衍射峰向高角方向偏移并宽化。同时，由于HIPIB辐照处理快速升降温和冲击波的影响，处理后试片表面显微硬度最高提高了19.63%，表面耐磨性提高近2倍，耐腐蚀性显著改善。
• Select
  镍合金丝快速抛光工艺

  卢曼¹， 冯拉俊¹， 庄红芳²， 张静¹

  中国表面工程. 2012, 25(3): 81-85.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对镍合金丝加工过程中表面氧化皮除去速度慢，造成加工成本高、效率低的问题，采用腐蚀失重法及表面光洁度检测法研究了镍合金的电化学快速抛光工艺，分析了抛光液各组分及工艺参数对镍合金丝抛光质量的影响。结果表明：镍合金丝快速抛光溶液以磷酸为主，加速剂A为有机醇，降低溶液的黏度和提高抛光液的渗透能力，加速剂B为酸性催化剂，加速H2的析出，减少阴极极化，并提高液体的搅拌功能，减少抛光介质的扩散阻力。当磷酸体积分数为85%，添加剂A体积分数为9%，添加剂B质量浓度为60 g/L，抛光电流密度为20 A/dm²，抛光时间达到30 s可使镍合金丝表面的氧化皮完全除去，延长抛光时间到60 s可使镍合金丝表面达到一级抛光水平。
• Select
  钛在模拟空间环境下的摩擦学性能

  郭纯^1,2， 陈建敏²， 姚润钢¹， 周健松²， 俞友军²

  中国表面工程. 2012, 25(3): 86-91.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了明确钛及其合金在空间环境下的摩擦磨损行为，利用中科院兰州化学物理研究所自主研发的空间摩擦学试验系统对钛在模拟空间环境（高真空、原子氧和紫外辐照）下的摩擦磨损性能进行了研究。用X光电子能谱仪（XPS）分析了钛在原子氧辐照后表面元素价态的变化。采用扫描电镜（SEM）对磨损后试样和对偶钢球的磨痕形貌进行分析，利用能量色散光谱仪（EDS）对钢球磨痕元素面分布进行分析，揭示了钛在模拟空间环境下的摩擦磨损失效机理。结果表明：钛在原子氧辐照后表面发生了氧化；钛在大气环境条件下的摩擦磨损机理主要为磨粒磨损和粘着磨损，在高真空、原子氧和紫外辐照模拟空间环境下的磨损机理主要为严重的粘着磨损、磨粒磨损和塑性变形。相比于大气环境条件下，钛在高真空、原子氧和紫外辐照下的粘着磨损加剧，摩擦因数增加。
• Select
  凹凸棒石黏土作为润滑油添加剂的摩擦学性能

  王利民^1a,2， 许一²， 高飞²， 于鹤龙²， 张博²， 徐滨士²， 乔英杰^1b

  中国表面工程. 2012, 25(3): 92-97.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用SRVIV摩擦磨损试验机考察了凹凸棒石黏土作为润滑油添加剂的摩擦学性能，借助SEM及EDS分析了摩擦表面的微观形貌及元素组成。结果表明，在试验所用的载荷和频率条件下，加入凹凸棒石黏土之后润滑油的摩擦因数和磨损量均有不同程度的降低。固定频率10 Hz，当载荷为50 N时，平均摩擦因数降低幅度达到了43.08%，当载荷为20 N时，上下试样磨损率降低幅度分别达到了59.05%和85.48%。加入凹凸棒石黏土之后磨损表面更加光滑平整，表面氧元素含量升高。这主要归因于凹凸棒石黏土的层链状晶体结构和摩擦过程中复杂的物理化学过程。
• Select
  磨粒对不同服役阶段润滑油的摩擦学性能影响

  张冠楠¹， 王晓丽¹， 尹艳丽¹， 陈江¹， 赵一起²

  中国表面工程. 2012, 25(3): 98-103.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用铁谱分析仪和扫描电镜对4个不同服役阶段润滑油中的磨粒含量（质量分数）、大小和形貌进行分析；用SRV摩擦磨损试验机对4个服役油样与新油进行摩擦学性能对比。结果表明：在不同服役阶段，磨粒的含量随着润滑油服役时间的增长而增大，粒径大小关系为异常磨损期>磨合磨损期>正常磨损期。与新油相比，4个油样的摩擦因数曲线有不同程度的波动，减摩性能下降明显，且减摩系数下降的幅度与所含磨粒粒径大小相关；磨粒使润滑油的抗磨性能下降，与新油的磨斑直径相比，4个油样的增幅分别达到20.0%、25.7%、45.7%、71.4%，且磨粒的粒径、含量与摩擦表面损伤程度成正相关，粒径主要影响磨痕宽度，含量主要影响磨痕密度。
• Select
  填料对无机硅酸锌涂层耐腐蚀性能的影响

  温静， 陈华辉， 杨恬， 吴莹

  中国表面工程. 2012, 25(3): 104-109.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用正交试验方法确定锌粉、磷铁粉和高岭土在水性无机硅酸锌涂层中的加入量，在不同条件下评价涂层的耐腐蚀性能，通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了腐蚀产物的形貌和微观结构，采用电化学方法测试了涂层的极化曲线。结果表明：添加填料的无机硅酸锌涂层具有良好的耐腐蚀性，涂层抗腐蚀介质渗透的能力提高。涂层最佳成分配比为纯锌粉加入量为固相部分总质量的70%、磷铁粉为10%、高岭土为18%和膨润土为2%。相比纯锌粉涂层，其成本降低了近30%。