中国表面工程

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王仁智

中国表面工程. 2012, 25(6): 1-9.

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在喷丸强化机理中，除了“应力强化机制”之外，还存在另外一种“组织结构强化机制”。为了证明这一种新强化机制的存在，采用了XRD、喷丸残余应力、显微硬度以及疲劳等各种试验方法，对喷丸靶材表层的组织结构改性后的力学行为进行了试验测定。结果表明：喷丸引入靶材的残余压应力是一种改善疲劳断裂抗力的“应力强化机制”，但是它只能改善正断型模式而不能用来改善切断型模式的疲劳断裂抗力。对改善切断型模式的疲劳断裂抗力起决定性作用的是“组织结构强化机制”。因此作者认为，喷丸强化机理中至少存在上述两种强化机制。

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干冰微粒喷射工艺对等离子喷涂金属涂层结构和性能的影响

董淑娟¹,宋波¹,Bernard Hansz²,廖汉林¹,Christian Coddet¹

中国表面工程. 2012, 25(6): 10-14.

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干冰微粒喷射法被应用到大气等离子喷涂中以改善涂层的性能。文中采用等离子喷涂和干冰微粒喷射工艺在不锈钢基体表面制备了钢涂层，并研究了涂层的微观结构、孔隙率、温度、氧化、表面粗糙度和结合强度等性能。结果表明，由于干冰微粒喷射具有较高的冷却效率，加之干冰微粒撞击所产生的机械作用，等离子喷涂制备的钢涂层呈现出更致密的结构特征。相比于空气冷却制备的涂层，干冰微粒冷却制备的涂层含有更少的氧化物。另外，干冰微粒喷射工艺对基体的预处理使得涂层的结合强度提高了将近14%，这是由于干冰微粒喷射工艺对基体上吸附的有机物质具有清洁作用，主要基于干冰颗粒的热、机械和膨胀的综合效应。

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SKD11钢的离子氮碳共渗工艺及其稀土催渗研究

陈继超,吴晓春,杨浩鹏

中国表面工程. 2012, 25(6): 15-20.

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为了探究SKD11钢的优化氮碳共渗工艺，对SKD11钢在530 ℃不同共渗时间、不同炉内气压、NH₃/CO₂不同气氛比值情况下的离子氮碳共渗进行了研究。运用XRD、SEM、显微硬度、摩擦磨损试验，对材料的显微组织、显微硬度和耐磨性进行了分析。试验结果表明：对于冷作模具钢SKD11，时间为10 h、NH₃/CO₂为10∶1、炉内气压为500~700 Pa时，氮碳共渗效果相对最好。另外，在上述优化工艺基础上，随着稀土La的加入，渗层变厚且渗层与基体结合更致密，表层到心部的硬度梯度更小，氮碳共渗效果更好。

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电压对AZ31镁合金微弧氧化涂层微观结构及腐蚀性能的影响

顾艳红¹,蔡晓君¹,宁成云²,熊文名³,岳文⁴,郝保红¹

中国表面工程. 2012, 25(6): 21-28.

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为研究过程参数对镁合金微弧氧化涂层的微观结构及耐腐蚀性能的影响，在AZ31镁合金基体上，采用不同电压，在电解液磷酸三钠 (Na₃PO₄)中制备微弧氧化涂层。采用扫描电子显微镜（SEM）及光学显微镜，分析膜层腐蚀前后的微观组织结构；通过X射线衍射仪（XRD）分析涂层样品腐蚀前后的相组成。采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）测试对涂层的耐腐蚀性能进行评价。结果表明：AZ31镁合金微弧氧化涂层主要由Mg₃(PO₄)₂， MgO， Mg和少量MgAl₂O₄组成，腐蚀产物由Mg(OH)₂，quintinite 和Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂组成。在电压为325 V，频率3 000 Hz，氧化时间为 5 min下制备的微弧氧化涂层具有最致密均匀的微观形貌和最小的腐蚀电流密度，因此表现出最强的耐腐蚀性能。

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钛合金及其表面沉积Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜的冲蚀行为

蓝恩辉^1,2,代明江^1,2,胡芳²,林松盛²,侯惠君²

中国表面工程. 2012, 25(6): 29-33.

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采用多弧离子镀技术在TC11钛合金表面制备了厚度为18.7 μm 的Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜，用45 μm白刚玉通过微喷砂试验机评价TC11钛合金及Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜在30°和90°攻角下的抗冲蚀性能，并分析其冲蚀机理。结果表明：30°攻角下，冲蚀砂量为70 g时，Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破，此时该多层膜的冲蚀坑深度为21.88 μm，TC11钛合金基材为269.9 μm。90°攻角下，冲蚀砂量为20 g时，Ti/TiN/Zr/ZrN多层膜被冲破，此时该多层膜的冲蚀坑深度为8.95 μm，TC11钛合金基材为46.96 μm。30°攻角下，钛合金的冲蚀以微切削为主，多层膜以微切削和微断裂为主。在90°攻角下，钛合金的冲蚀以点坑冲蚀为主，多层膜以裂纹萌生扩展和点坑冲蚀的混合冲蚀为主。

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CrN和CrAlN薄膜的微观结构及在不同介质中的摩擦学性能

付英英^1,2,李红轩¹,吉利¹,刘晓红¹,周惠娣¹,陈建敏¹

中国表面工程. 2012, 25(6): 34-41.

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采用中频非平衡反应磁控溅射技术在单晶硅P(111)和不锈钢（1Cr18Mn8Ni5N）基材上制备了CrN和CrAlN 薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、原子力显微镜（AFM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）和纳米压痕仪对薄膜的相结构、化学组成、表面形貌、断面结构和力学性能进行了测试分析。利用球-盘式摩擦磨损试验机（CSM）考察了两种薄膜在不同介质（空气、自来水、oil-1(TAO-40)及oil-2(150BS)）中和Al₂O₃球对磨的摩擦学性能。结果表明：CrN薄膜中Al元素的掺杂并未改变薄膜晶体结构，但却降低了薄膜的表面粗糙度、增强了薄膜的致密性、提高了薄膜的力学性能、改善了水润滑和油润滑条件下薄膜的摩擦学性能。由于CrN和CrAlN薄膜的摩擦磨损性能显著依赖于测试介质，因此重点讨论了它们在不同介质中的摩擦磨损机理。

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离子源对中频反应磁控溅射AlN薄膜结构和性能的影响

刘兰兰^1,2,林松盛^1,2,曾德长¹,代明江²,胡芳²

中国表面工程. 2012, 25(6): 42-46.

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采用离子源辅助中频反应磁控溅射技术在单晶硅及硬质合金基体上沉积AlN薄膜，利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微硬度计、薄膜结合强度划痕试验仪等对薄膜结构及性能进行表征，着重研究了离子源对中频反应磁控溅射AlN薄膜结构和性能的影响。结果表明：离子源的辅助沉积有利于AlN相的合成，当离子源功率大于0.7 kW时，AlN沿（100）晶面择优取向明显，当离子源功率为1.3 kW时，所沉积膜层有向非晶化转变的趋势。同时，随着离子源功率的增加，所沉积的AlN薄膜致密度和膜/基结合力均显著提高，而膜层沉积速率和硬度则呈先上升后降低的规律。

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含氢掺硅类金刚石薄膜的制备及性能表征

胡芳,代明江,林松盛,罗顺,侯惠君,石倩,韦春贝

中国表面工程. 2012, 25(6): 47-52.

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采用磁控溅射和离子源复合沉积技术,在Si片、模具钢和硬质合金上制备了均匀致密的含氢掺硅类金刚石薄膜。先用正交法优化含氢类金刚石薄膜的制备工艺，然后通过控制中频碳化硅靶的功率密度向含氢类金刚石膜层中成功掺入Si元素。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线衍射仪(XRD)、硬度计、划痕仪和摩擦磨损试验机等手段测试和研究了膜层的形貌、成分、sp3和sp2含量及其性能。结果表明：优化后含氢类金刚石薄膜的制备工艺为：30 mL/min甲烷流量，100 V偏压，0.8 A离子源电流；所制备的含氢掺硅类金刚石薄膜是非晶结构，膜厚2.20 μm，膜/基结合力为30 N，膜层硬度达到2039 HV。含氢掺硅类金刚石薄膜的摩擦因数受环境湿度变化很小，可应用于精密传动部件提高其使用精度。

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直流磁控溅射法在PET基板上制备AZO薄膜

王翠凤¹,邱锡荣²,赵乙璇²,欧耿良³

中国表面工程. 2012, 25(6): 53-60.

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室温下用直流磁控溅射法在PET塑料基板上制备氧化锌薄膜及掺铝氧化锌AZO(ZnO:Al)薄膜。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、四点探针仪、霍尔效应仪及光谱仪等装置，考察了氧分率、溅射功率及铝掺杂量等工艺参数对薄膜微观结构和光电性能的影响。结果表明：AZO薄膜晶体结构为纯ZnO的六角纤锌矿结构。随着Al掺杂量增多，AZO薄膜导电性增加，透光率下降。在氧分率为8.2%，ZnO(40 nm)/Al(6 nm)三层膜条件下，得到电阻率为5.66×102 Ω·cm，可见光范围内透光率约为80%的AZO薄膜。

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两种WC基涂层在600 ℃下的摩擦学性能

侯国梁^1,2,安宇龙¹,陈杰^1,2,陈建敏¹,周惠娣¹,赵晓琴¹,杨杰^1,2

中国表面工程. 2012, 25(6): 61-67.

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采用超音速火焰喷涂技术制备了WC-(W,Cr)₂C-Ni和WC-17Co两种涂层，评价了两种涂层在高低温快速交变条件下的热震性能，并使用SRV摩擦磨损试验机考察了两种涂层从室温到600 ℃时与Si₃N₄球配副时的摩擦磨损性能。结果表明：WC-(W,Cr)₂C-Ni涂层的抗热震性能远优于WC-17Co涂层；WC-17Co涂层虽具有较低的磨损率，但是高温下涂层中产生大量裂纹及发生因严重氧化而导致的硬度下降，表明该涂层不适于作为400 ℃以上的耐磨材料；尽管WC-(W,Cr)₂C-Ni涂层的磨损率比WC-17Co涂层大，但仍属于微量磨损，且其具有优异的抗高温氧化性能和抗热震性能，所以该涂层非常适于作为高温或宽温域下的耐磨材料。

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MCrAlYs高温封严涂层制备工艺的优化及其性能

杨伟华

中国表面工程. 2012, 25(6): 68-72.

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采用真空等离子喷涂与大气等离子喷涂的复合方法在K77基体材料表面制备出具有三层结构的MCrAlYs高温封严涂层，分别测量了涂层的金相组织、结合强度、表面洛氏硬度(HR15Y)以及抗粒子冲刷能力等性能。研究结果表明：喷涂功率是影响高温封严涂层性能的关键因素，喷涂功率高,粒子熔化好、涂层结合好、抗粒子冲刷性能相对较高；但是喷涂功率过高，涂层表面洛氏硬度相对较高，使用过程中，涂层易对转子叶片造成磨损伤害。因此选择合适的喷涂功率以在涂层结合效果与表面硬度之间建立一个平衡是高温封严涂层应用的关键。研究发现：在试验范围内，31 kW为最合适的喷涂功率。

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界面接触温度对等离子喷涂封严涂层性能的影响

陈志坤,刘自敬,朱晖朝,张忠诚

中国表面工程. 2012, 25(6): 73-78.

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用等离子喷涂制备航空封严涂层。通过改变冷却气压力的方式，调节喷涂过程中的基体温度，从而研究界面接触温度对涂层性能的影响。用OM和SEM观察封严涂层的组织形貌，用XRD分析封严涂层的物相组成，并对封严涂层进行摩擦磨损试验和冲蚀试验，研究界面接触温度对封严涂层的磨损性能和冲蚀性能的影响。试验结果表明，等离子喷涂封严涂层能够获得典型的蜂窝状组织结构。提高喷涂过程中接触温度能够提高涂层的显微硬度、沉积率与抗冲蚀性能，但涂层的可磨耗性能有所降低。

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3003铝合金X射线法表面残余应力的检测

段能全¹,任建亮¹,庞瑞强²,吴昊天³

中国表面工程. 2012, 25(6): 79-84.

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采用X射线衍射法测量铝合金3003基体材料表面残余应力中用到的衍射角。试验中，将等强度梁加载后表面产生的应力假设为“表面残余应力”，用传统电测法和X射线法分别测量加载后铝合金3003等强度梁的应力值。以电测值为参照，考察X射线法在衍射角为142°和156°时的应力测量值，并对其进行对比分析。试验表明，衍射角为142°时的测量结果存在非测量不当引起的测量非线性点。因此，X射线测铝合金3003宏观表面残余应力的最佳衍射角为156°。

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支承辊钢接触疲劳过程中的表层组织变化

王玉辉^a,刘利刚^a,蔡大勇^b,肖福仁^b,杨庆祥^b,廖波^b

中国表面工程. 2012, 25(6): 85-89.

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利用光学显微镜（OM）、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段，对滚动接触疲劳前后Cr5型支承辊用钢的表层组织演变进行了研究。结果表明：经940 ℃保温2 h淬火+450 ℃保温4 h回火处理后，Cr5型支承辊用钢的热处理组织由回火马氏体+残余奥氏体+球型碳化物组成。接触疲劳过程中片状马氏体组织发生细化，碳化物由球型转变成杆状，在接触疲劳循环应力作用下发生应变诱发马氏体相变，接触前后试样表层的残余奥氏体含量由6.4%下降到0.8%。

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真空中不同转速和对偶对a-C∶H膜摩擦学性能的影响

吴艳霞^1,2,李红轩¹,吉利¹,冶银平¹,孙晓军¹,陈建敏¹,周惠娣¹

中国表面工程. 2012, 25(6): 90-95.

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非晶碳氢（a-C∶H）薄膜作为空间润滑材料有很大的应用前景，它在真空中的摩擦磨损行为与掺杂元素、摩擦对偶、滑动速度等因素有关。采用中频非平衡磁控溅射法在AISI202不锈钢和p（111）单晶硅基体上沉积了厚度为1.3~1.6 μm的a-C∶H膜以及Cr、MoS₂掺杂的a-C∶H复合膜。采用球盘摩擦试验机对3种膜的真空摩擦学行为进行了研究，摩擦性能较好的薄膜在真空中进行了GCr15、 Si₃N₄和C不同对偶以及100、500、1000 r/min的不同转速摩擦实验。结果表明：在沉积气压为5.3×10^-1 Pa，Ar和CH₄的气体流量比为1∶1，单纯溅射石墨靶(溅射电流12 A)的条件下，制备的a-C∶H薄膜在真空中的摩擦因数最低(0.005)，寿命相对最长；对偶对a-C∶H膜的摩擦因数影响不大，但薄膜的耐磨寿命随着对偶硬度的增加而降低；随着转速的增加，a-C∶H膜的摩擦因数和耐磨寿命均降低。

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基于稳定最大应变的冷喷涂粒子临界速度预测

王非凡,李文亚,余敏

中国表面工程. 2012, 25(6): 96-100.

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用ABAQUS显式有限元分析软件，对冷喷涂铜粒子与铜基体的碰撞过程进行了欧拉法数值分析。结果表明，欧拉模型可有效模拟冷喷涂粒子碰撞变形行为，粒子撞击基体形貌的模拟结果与试验观察吻合较好。在不同碰撞速度下，最大等效塑性应变均会快速上升并达到各自稳定值，并且在290~400 m/s内稳定等效应变最大值基本不变，但随着粒子速度增加，粒子扁平化程度、与基体结合面积与金属射流量均明显增加。最后，结合金属射流形貌与等效塑性应变稳定最大值的变化规律，提出了一种冷喷涂粒子临界速度预测的新方法，计算获得了20 μm铜粒子冷喷涂临界速度约为290 m/s。

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多孔Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金表面活性次级微孔涂层的制备及其成骨性能

余森¹,于振涛¹,韩建业¹,张明华²,牛金龙¹,刘春潮¹

中国表面工程. 2012, 25(6): 101-106.

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为提高多孔医用钛合金的生物活性，以实现快速骨整合，首先利用微弧氧化法在多孔Ti3Zr2Sn3Mo25Nb(TLM)合金表面制备出含Ca、P的次级微孔涂层，并通过水热处理在此涂层表面生成羟基磷灰石。通过XRD、SEM和EDS分析了活性次级微孔涂层的相组成、微观形貌和元素特征，通过接触角测试试验对比研究了TLM合金表面改性前后的亲水性变化，并进一步通过动物试验检测了表面活性次级微孔涂层改性后多孔TLM合金的成骨性能。结果表明，微弧氧化处理可在多孔TLM表面形成规整的含Ca、P相的次级微孔层，水热处理后次级微孔层的亲水性增强，且具有良好的成骨诱导性能。

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再制造产业化的工程管理问题研究

徐滨士¹,史佩京¹,刘渤海²,周新远¹

中国表面工程. 2012, 25(6): 107-111.

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国内再制造正处在产业发展初期阶段，在产业化过程中涉及到社会、政策、技术、管理等多个层面。文中从再制造产业发展的实际状况出发，针对再制造产业化过程中的若干关键工程管理问题进行了研究。结合企业开展再制造业务的关注点及再制造产业未来的发展趋势，研究了企业开展再制造业务的风险管理、再制造生产管理、再制造质量管理、再制造认证认可及再制造绩效考核等内容，分析了其各自特点，并提出了相应的对策。

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2012年, 第25卷, 第6期　刊出日期：2012-06-19

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