中国表面工程

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金德里奇·缪塞尔

中国表面工程. 2013, 26(4): 1-18.

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综述了纳米复合薄膜的硬度增强特性和热稳定性、在高温条件下(≥1 000 ℃)的抗氧化性和热稳定性、在X射线下呈非晶态的薄膜在高温条件下的热稳定性、以及具有高韧性新型硬质纳米复合薄膜的相关性能。这些新型高韧性硬质纳米复合薄膜具有较低的等效弹性模量E^*（H/ E^*>0.1），高弹性恢复系数(W_e≥60%)，优异的摩擦学性能，以及良好的抗断裂能力。等效弹性模量E^*=E(1-ν²)，E为弹性模量，ν为泊松比。

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模拟服役环境下热障涂层损伤趋势的红外原位检测技术

何箐，吴鹏，汪瑞军，王伟平

中国表面工程. 2013, 26(4): 19-26.

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热障涂层会显著提高航空发动机和燃气轮机的运行温度和热效率，其服役工况复杂，一旦失效后会严重影响热端部件的服役性能，甚至引发事故，因而对热障涂层内部损伤进行无损检测是十分必要的。文中利用红外热成像技术，在燃气加热、高温度梯度和冷热交替循环的模拟服役环境下对多组热障涂层的损伤趋势进行了原位检测，提出了利用红热辐射差异水平参数ΔTR表征了热障涂层内部缺陷的扩展趋势的方法。涂层内部缺陷的寿命周期可分为稳定阶段（<50%~60%热循环寿命）、热异常扩展阶段和加速失稳阶段（>80%~90%热循环寿命），在热异常扩展阶段可预判失效区域和剩余寿命，而加速失稳阶段可确定缺陷区域即将剥离失效。

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激光熔覆AlCrCoFeNiMoTi_0.75Si_0.25高熵合金涂层刀具的性能

张爱荣¹，梁红玉^1,2，李烨¹

中国表面工程. 2013, 26(4): 27-31.

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利用激光熔覆技术制备了AlCrCoFeNiMoTi_0.75Si_0.25高熵合金涂层刀具，研究了激光快速凝固和经过1 000 ℃退火处理的AlCrCoFeNiMoTi_0.75Si_0.25高熵合金涂层微观组织和硬度、摩擦磨损性能，并比较了普通高速钢及高熵合金涂层刀具的切削加工性能。结果表明：激光熔覆AlCrCoFeNiMoTi_0.75Si_0.25高熵合金涂层的主要相结构为bcc相，涂层具有较好的高温稳定性。激光熔覆高熵合金涂层刀具表面硬度高，摩擦因数小，断屑效果好，被加工材料表面光洁度高。

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自反应电弧喷涂原位合成Ti(C,N)-TiB₂-Al₂O₃复相陶瓷涂层

刘宏伟，朱胜，孙晓峰，邱骥

中国表面工程. 2013, 26(4): 32-37.

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以Ti+B₄C为反应药芯、Al为外皮材料制备反应型喷涂丝材，探讨利用自反应电弧喷涂技术在45钢基体表面制备复相陶瓷涂层的可行性。以X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等方法分析、观察了涂层的组织与结构，测试了涂层的主要力学性能。结果表明：利用制备的药芯丝材进行喷涂试验，可获得由TiB₂、TiB、TiC_0.3N_0.7、TiN、Al₂O₃、AlN等多相组成的复相陶瓷涂层。涂层呈典型的层状结构，其连续的基体相内弥散分布着离散的第二、第三相。涂层与基体间的结合强度为18.9 MPa，涂层的平均显微硬度与弹性模量分别为735.4 HV_0.2和461.4 GPa，摩擦因数在0.45~0.50之间，耐磨性能较基体材料提高3倍以上。

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基于孔隙率的Cr₂O₃涂层工艺优化及回归分析

毛杰，邓畅光，邓春明，宋进兵，欧献

中国表面工程. 2013, 26(4): 38-43.

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孔隙率是评价Cr₂O₃涂层质量的重要指标之一。根据BoxBehnken二阶响应曲面法设计了3因素3水平的回归分析试验，采用大气等离子喷涂技术在TC4钛合金表面制备了Cr₂O₃涂层，以不同工艺条件下的涂层孔隙率作为响应值，建立了喷涂电流、等离子气体和喷距影响因子与响应输出之间的数学模型，讨论了3种影响因子的显著性及交互作用影响，得到涂层孔隙率的连续变量响应曲面和等高曲线。模型可以用于大气等离子喷涂Cr₂O₃涂层的工艺优化和性能预测，最小孔隙率的预测参数是电流I=500 A，氩气流量Q_Ar=40 L/min和喷距d=80 mm，能获得的最小孔隙率为1.5%。

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喷砂表面处理控制滑动摩擦尖叫噪声

王安宇，莫继良，王正国，阳江舟，陈光雄，朱旻昊

中国表面工程. 2013, 26(4): 44-49.

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采用球—平面接触方式，对喷砂处理的制动盘蠕墨铸铁试样进行了滑动摩擦噪声试验，并与光滑表面样品试验对比。在对摩擦噪声特性和摩擦磨损特性进行综合分析的基础上，探讨控制滑动摩擦尖叫噪声触发和演变规律的关键界面因素，研究了喷砂表面对滑动摩擦尖叫噪声的影响及其机理。结果表明：喷砂处理表面能明显的抑制界面摩擦尖叫噪声的产生，且表面粗糙度越大，抑制尖叫噪声效果越明显，界面微凸体的分布和磨损情况对摩擦尖叫噪声的产生及演变具有关键的影响。该试验条件下摩擦尖叫噪声的产生主要归因于磨屑堆积、粘着剥落和犁沟等界面因素引起界面摩擦力剧烈波动，诱发了摩擦系统的自激振动。相比光滑表面，喷砂处理表面的微凸体接触磨损“平台”表面的磨屑堆积、粘着剥落和犁沟等现象较轻，引起摩擦力波动的能量较弱，产生的尖叫噪声强度较低。

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聚碳酸酯表面射频磁控溅射类金刚石薄膜的摩擦学性能

程春玉¹，蔺增¹，王凤²，巴德纯¹

中国表面工程. 2013, 26(4): 50-54.

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采用射频磁控溅射方法在聚碳酸酯片(PC)上沉积了类金刚石薄膜。利用激光拉曼光谱和扫描电子显微镜对薄膜的形貌及结构进行分析；采用表面粗糙度仪和球—盘式摩擦磨损试验机对薄膜的摩擦学性能进行测试。结果表明：利用射频磁控溅射方法在聚碳酸酯片上沉积的薄膜具有类金刚石特征；射频功率和直流偏压对sp³键含量有较大影响，并影响镀膜后聚碳酸酯材料的表面粗糙度。

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PECVD制备六方金刚石结构碳氢薄膜

曹忠跃^1,2，张斌¹，魏利^1,2，张俊彦¹

中国表面工程. 2013, 26(4): 55-59.

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利用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在单晶硅(100)表面上制备了一层含有六方金刚石结构的碳氢薄膜。采用透射电子显微镜和拉曼光谱仪对薄膜结构进行表征；并用Nano-indenterⅡ型纳米压痕仪和CSM—摩擦磨损试验机对薄膜的力学性能和摩擦学性能进行了测试。结果表明：该碳氢薄膜含有六方金刚石结构，另外还含有少量的纳米弯曲石墨片段；与制备的类金刚石碳氢薄膜相比，该薄膜具有较好的力学性能，同时该薄膜在空气环境下表现出了较好的摩擦学性能。

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金刚石表面非均匀形核法包覆氧化铝的动力学

张尚文，朱永伟，刘蕴锋，王成，刘婷婷，李军

中国表面工程. 2013, 26(4): 60-65.

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采用非均匀形核法在金刚石颗粒表面包覆了一层Al₂O₃层，研究溶液pH值和Al(NO₃)₃的滴加量对其包覆率和覆层形貌的影响，分析其包覆的动力学方程。采用扫描电子显微镜（SEM）观察不同包覆阶段颗粒表面的覆层形貌。结果表明：当pH在4.5~5.5范围内，pH值越大，晶体长大系数越大，生长速率越快；溶液析晶过程受过饱和度影响，过饱和度越大，析晶驱动力越大。晶核孕育期受pH影响，滴加量相同的条件下，当pH在4.5~5.5范围内，pH值越大，晶核孕育期越短。

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电流密度对镍镀层结构和性能的影响

吕镖^1,2a, 胡振峰^2b, 汪笑鹤^2a, 徐滨士^2a

中国表面工程. 2013, 26(4): 66-71.

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采用阴极移动电镀技术在电流密度为1~13 A/dm²时制备镍镀层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线应力衍射仪以及硬度计等手段，研究电流密度对镍镀层的表面形貌、结晶取向、孔隙率、内应力和硬度的影响。结果表明：镍镀层的织构和性能随电流密度的变化而改变。当电流密度低于7 A/dm²时，镀层表面球形颗粒较为粗大、孔隙率较高，在为4 A/dm²时，镀层具有最低的拉应力约110 MPa；当电流密度为7 A/dm²时，镀层表面球形颗粒均匀细小，具有最小的表面粗糙度Ra 0.69 μm，最小的孔隙率0.08个/cm²以及最高的硬度330 HV_0.1；当电流密度大于7 A/dm²时，镀层的表面粗糙度增加，择优取向由（200）晶面向（220）晶面发生转变，电流密度达到13 A/dm²时，(220)晶面的织构系数达到了85.4%。

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300M钢喷丸强化残余应力场的数值模拟

卢国鑫^a，宋颖刚^a，王仁智^b，王强^a，王欣^a

中国表面工程. 2013, 26(4): 72-76.

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利用有限元分析软件ABAQUS 6.12，建立了300M钢喷丸强化有限元模型，利用单弹丸多次冲击靶材的方式模拟喷丸过程中靶材表面发生的循环塑性变形。在控制相同动能输入的条件下，分别选取3种喷丸工艺，对不同喷丸工艺处理后的残余应力场进行有限元模拟并加以比较。结果表明：控制动能输入而改变弹丸尺寸与速度的3种工艺中，弹丸尺寸与速度分别为0.8 mm与37 m/s时，靶材获得“饱和”残余压应力场所需冲击次数最少，“饱和”残余应力场的分布也各不相同，残余压应力场强度是多个工艺参数的函数。

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喷丸强化对H08Mn2Si堆焊层残余应力及组织结构的影响

万盼兵¹，张伟¹，汪勇¹，宋占永¹，李戈舟²

中国表面工程. 2013, 26(4): 77-82.

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利用气动式喷丸机对H08Mn2Si堆焊层表面进行强化处理。借助X射线衍射方法，研究了强化层中残余应力沿材料层深分布规律，采用金相显微镜、显微硬度仪、三维形貌仪分析了强化层的组织结构、显微硬度和表面粗糙度。结果表明：喷丸强化使H08Mn2Si堆焊层形成了约500 μm的强化层，表层的显微硬度呈先增大后减小的趋势，金相分析表明铁素体组织未发生转化，表面粗糙度有不同程度的增大。

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超导材料用铌表面清洗工艺

周安林，李建峰，刘建伟

中国表面工程. 2013, 26(4): 83-87.

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采用乳化剂溶液在超声波作用下对金属铌表面进行去油去灰清洗，并用硝酸和氢氟酸混合酸液进行酸洗，通过扫描电镜(SEM)、光电子能谱(XPS)及腐蚀深度对清洗表面进行分析。结果表明：采用乳化剂溶液在超声波作用下清洗对去油去灰有很好效果，可以获得均一的酸洗初始腐蚀界面，其中乳化剂温度为40~50 ℃，超声波频率为20~25 kHz，采用混合酸液浓度为35%分析纯硝酸和10%分析纯氢氟酸的清洗工艺能达到较好的清洗效果和均一的表面状态。合理控制硝酸和氢氟酸浓度对于保证清洗质量和防止材料吸氢脆化很关键，通过腐蚀可以实现表面以Nb₂O₅状态存在转变为以单质铌存在，实现氧化物的溶解，改善表面结构；铌清洗后在环境放置稳定性强，不容易吸水、氧化和变质；清洗液特征可以通过游离氟离子、铌离子、酸度进行表征。

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仿生自修复环氧树脂涂层制备及性能

廖乐平，张伟，赵阳

中国表面工程. 2013, 26(4): 88-93.

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采用一步原位聚合法制备了脲醛树脂包覆E51/711微胶囊，观察微胶囊形貌呈球形，为单核结构，表面致密，粒径大小分布为25~375 μm。模仿生物组织损伤自愈合原理，将微胶囊引入环氧树脂涂层结构中，设计了潜伏型微胶囊自修复环氧涂层。对不同微胶囊质量分数（5%，10%，15%，20%）的环氧自修复涂层的力学性能进行测试分析，结果表明：随着微胶囊的添加量增大，涂层的冲击强度、附着力级别和巴尔霍兹硬度不断降低，而适量添加微胶囊可提高涂层的附着力。对微胶囊环氧树脂涂料块体试样进行拉伸断裂测试试验，并对涂层进行预置划痕修复试验，结果表明：少量添加微胶囊对涂层起到了一定增韧作用，含微胶囊自修复体系的涂层在受到损伤时能够释放修复剂，填充修复损伤部位。

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携载壳聚糖/rhBMP-2缓释微球的NiTi合金的制备及体外检测

徐立虎¹，韵向东¹，陈元哲²，安丽萍¹，夏亚一¹

中国表面工程. 2013, 26(4): 94-98.

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采用层层自组装法联合溶解法在NiTi合金表面制作疏松多孔的聚丙烯酸（PAA）和聚丙烯胺盐酸盐（PAH）复合有机层，在该有机层表面进行壳聚糖/骨形态蛋白2（BMP-2）涂层处理。利用扫描电镜观察逐层处理后合金表面结构变化；用接触角检测仪检测材料表面亲水性；利用BMP-2 ELASA试剂盒检测在模拟体液中rhBMP2的释放情况；经过修饰的材料分别与小鼠成骨细胞共培养，检测不同时期培养液中碱性磷酸酶活性。结果表明：经盐酸溶蚀后PAA/PAH涂层广泛形成纳米至微米级的孔洞结构，经壳聚糖/rhBMP-2溶液浸泡后孔洞被填充覆盖。改性后NiTi合金表面亲水角明显降低，在模拟体液中rhBMP2释放的时间逐渐延长。改性后NiTi合金与小鼠成骨细胞共培养后碱性磷酸酶较对照组显著增加。说明改性后的合金亲水性显著改善，在模拟体液环境中rhBMP-2能够缓慢释放，具有促进小鼠成骨细胞增殖的能力。

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建设工程研究中心，提升再制造产业技术水平

徐滨士^1a,1b，梁秀兵^1b,1c，张伟^1d，杨庆东²，陈永雄^1b

中国表面工程. 2013, 26(4): 99-104.

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再制造是中国经济战略性新兴产业，已成为循环经济建设的亮点。文中综述了机械产品再制造技术在国内外的发展现状，以及中国采取的以“尺寸恢复和性能提升”为特色的再制造模式与国外的差别。为弥补再制造产业化发展在技术体系、市场管理等方面的不足，特别是先期采取的企业试点模式存在分散化运作、产业示范能力不够强的风险，文中提出了建设机械产品再制造国家工程研究中心作为再制造产业发展科技支撑平台的发展模式，并阐述了该工程中心的定位、发展方向以及4大技术平台建设情况，以提升我国再制造产业的整体水平。

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2013年, 第26卷, 第4期　刊出日期：2013-04-19

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