中国表面工程

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朱胜

中国表面工程. 2013, 26(5): 1-5.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.001

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再制造作为建设环境友好型、资源节约型社会的重要技术抓手，其重要地位和作用已经得到了共识。文中从产品裕度设计、技术进步及效益驱动3个方面，阐述了再制造的实现基础；从再制造过程的逆向反演、界面问题及质量控制方面，论述了实现再制造面临的技术挑战；重点叙述了在再制造设计规划技术、轻合金再制造技术和增材再制造技术的3个发展方向；最后，探讨了再制造在性能升级、智能化、绿色化与标准化领域的发展趋势。

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NSFC机械工程学科表面工程领域科学

王国彪, 赖一楠, 宋建丽

中国表面工程. 2013, 26(5): 6-11.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.002

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作为机械表面/界面科学的核心内容，表面工程是机械工程学科较为基础和重要的研究领域之一。文中统计了国家自然科学基金委员会（NSFC）机械工程学科（E05）2013年度表面工程领域的申报情况以及自1986年NSFC成立以来面上项目、青年科学基金和地区科学基金3类项目（以下简称“3类项目”）的资助情况；分析了表面工程领域基础研究资助特点及相关问题，并提出相应建议。

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磁控溅射法制备ZrAlYN涂层的结构和性能

鲜广，赵海波，范洪远，王辉，杜昊

中国表面工程. 2013, 26(5): 12-17.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.003

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采用磁控溅射技术在YG8硬质合金基体上分别沉积了ZrAlYN涂层和ZrAlN涂层，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及原子力显微镜研究了Y元素的添加对ZrAlN涂层微观结构、断口和表面形貌的影响，同时对ZrAlYN和ZrAlN涂层的热稳定性和抗高温氧化性能进行了研究；采用纳米压痕技术对ZrAlYN和ZrAlN涂层的力学性能进行了比较。结果表明：Y元素的添加使ZrAlN涂层的微观结构发生了明显变化，从原来的（111）和（200）共同择优取向转变为（200）占主导；ZrAlYN和ZrAlN涂层的断口都呈非柱状结构，且ZrAlYN涂层的表面粗糙度小于ZrAlN涂层的；相比ZrAlN涂层，Y元素的加入使ZrAlYN涂层的热稳定性和抗高温氧化性有显著提高；硬度略有提高，而弹性模量降低，因此硬模比高于ZrAlN涂层，这表明ZrAlYN涂层具有更好的抵抗塑性变形的能力。

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调制周期对CrAl/CrAlN多层薄膜结构及耐腐蚀性能的影响

吕艳红，吉利，刘流，李红轩，刘晓红，陈建敏，周惠娣

中国表面工程. 2013, 26(5): 18-23.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.004

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采用中频非平衡磁控溅射技术制备CrAl/CrAlN多层薄膜，研究了调制周期对CrAl/CrAlN 多层薄膜的微观结构、机械性能和耐腐蚀性能的影响。研究表明：CrAl/CrAlN多层薄膜具有致密的层状结构。随着调制周期的增大，薄膜应力由拉应力转变为压应力，当调制周期为285.7 nm时，CrAl/CrAlN多层薄膜的硬度出现了极大值。此外，调制周期对薄膜的耐腐蚀性能有显著的影响。经过96 h 盐雾（3.5%NaCl）试验，调制周期为142.8 nm的CrAl/CrAlN多层薄膜依然没有发生腐蚀现象，表明此条件下CrAl/CrAlN薄膜具有优异的耐腐蚀性能。

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CrSiN纳米复合薄膜的摩擦学性能

王海新，耿中荣，张广安

中国表面工程. 2013, 26(5): 24-30.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.005

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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)基材上制备了CrSiN纳米复合薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、Kevex能谱仪（EDX）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和纳米压痕仪对薄膜的相结构、化学成分组成和力学性能进行了测试分析。利用球盘式摩擦磨损试验机（UMT2）考察了薄膜和GCr15钢球对磨的摩擦学性能并采用扫描电镜（SEM）观察磨痕形貌。结果表明：CrN 薄膜中Si元素的掺杂改变了薄膜晶体结构，所制备的CrSiN复合薄膜为多相复合结构，即ncCrN/aSi3N4所组成的纳米晶/非晶复合结构。CrSiN纳米复合薄膜的力学性能均优于CrN薄膜，其硬度均高于CrN薄膜的硬度，其中Si原子数分数为12.6%时薄膜的硬度达到最大，对应纳米晶/非晶复合强化。CrSiN纳米复合薄膜的摩擦因数低于CrN薄膜，具有很好的抗磨损性能，并具有一定的润滑作用。

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气体压强对DLC薄膜微观结构及性能的影响

苏永要，赵黎宁，王锦标，涂铭旌，李雪源，杨文茂

中国表面工程. 2013, 26(5): 31-36.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.006

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利用等离子体浸没离子注入与沉积设备，在7A04铝合金表面制备类金刚石薄膜，使其表面有较高的硬度和良好的耐磨损性能。分别采用拉曼光谱仪、显微硬度计、纳米划痕仪和摩擦磨损试验机对样品的微观结构、显微硬度、膜基结合力和摩擦磨损性能进行测试。研究了气体压强对薄膜微观结构、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明：在气压为0.2 Pa下制备的薄膜与基体结合力达到了26 mN，具有良好的耐磨损性能；随着气压的升高，薄膜厚度增加，膜基结合力与耐磨损性能下降。

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高速微铣削构建疏水性铝合金表面

弯艳玲，张学蕊，张留新，于占江

中国表面工程. 2013, 26(5): 37-42.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.007

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以蝉翅表面疏水结构为仿生对象，利用高速精密微铣削机床在铝合金表面构建柱状微阵列结构，对构建的柱状微阵列结构的微观结构、疏水性能和表面粗糙度进行观测，并对其疏水机理进行分析。结果表明：在本征接触角约为51°的光滑铝合金表面上加工微米级柱状微阵列结构可有效提高材料表面的疏水性能，未经化学修饰的表面接触角最高可达115°，实现了基于高速精密微铣削技术在金属材料表面上构建微观结构阵列，使材料表面润湿性由亲水向疏水的转变。

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氧等离子处理对多孔硅表面润湿性的影响

姜磊，李兆敏，杨丽敏，李松岩，孙乾，张东，王继乾

中国表面工程. 2013, 26(5): 43-48.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.008

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表面润湿性是影响多孔硅实际应用的重要因素，对多孔硅表面润湿性的精确控制是其在生物移植、药物释放等领域实现广泛应用需要解决的关键科学问题之一。文中报道了4种不同孔径大小（10~1 000 nm）、初始润湿性范围从高度亲水（接触角15°）到高度疏水（接触角139°）的多孔硅在氧等离子处理过程中表面润湿性的动态变化过程，发现其润湿性随着处理时间的增长迅速降低至极亲水状态。此外，在主要结果的基础上还拟合了出润湿性变化速率常数与孔径之间的初步规律及经验公式。

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T10钢双辉离子渗钛层的组织及摩擦学性能

洪晓露，王馨，杨佼源，季诚昌，韦习成

中国表面工程. 2013, 26(5): 49-53.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.009

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采用双层辉光离子渗金属技术，在T10钢表面进行渗钛，研究了渗钛层的显微组织和摩擦磨损性能。利用超景深三维显微系统、X射线衍射仪、显微硬度计、能谱仪等分别对渗钛层的组织、相结构、硬度及元素的浓度分布进行检测和分析，用MMW1万能摩擦磨损试验机研究了渗层的摩擦磨损性能。结果表明：T10钢双辉渗钛后可在表面形成均匀、致密且与基体结合良好的TiC层，渗钛层硬度达到1 100 HV0.01以上，且呈平缓的梯度下降。与未处理的T10钢相比，渗钛层的磨损率明显降低，耐磨性增强。

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搅拌摩擦加工改性冷喷涂Al-12Si合金涂层的组织和性能

黄春杰，李文亚，李锦锋，余敏, 廖汉林

中国表面工程. 2013, 26(5): 54-58.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.010

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采用冷喷涂在碳钢基体上沉积制备了Al12Si合金涂层，分别采用平端面和渐开线端面的无针搅拌头以950 r/min转速对涂层表面进行搅拌摩擦加工(FSP)改性。采用光镜和扫描电镜对喷涂态和FSP改性后涂层的组织结构进行了表征。结果表明：采用两种搅拌头获得了不同形貌的组织，随着渐开线端面搅拌头的移动，提高了热输入，涂层中组织出现了过热造成的气孔缺陷。Si颗粒在FSP的塑性变形过程中得到了充分的混合，均匀地分散在了涂层中，分析表明沉积粒子的再分布和晶粒的细化能显著提高涂层的表面性能，此外，两种FSP搅拌头改性后涂层表面的硬度分别为113.8 HV0.5和125.1 HV0.5。

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激光表面合金化原位制备Ti-Cu纳米晶金属间化合物涂层

张世堂，郭纯，周健松

中国表面工程. 2013, 26(5): 59-63.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.011

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利用激光表面合金化技术以铜粉为初始原料，在纯钛表面通过激光表面合金化原位反应成功制备了TiCu纳米晶金属间化合物涂层。采用X射线衍射仪（XRD）和高分辨透射电镜（HRTEM）分析了涂层的组成和组织结构，测试了涂层在不同载荷下的摩擦磨损性能。结果表明：通过激光表面合金化制备的涂层主要成分为Ti和金属间化合物TiCu、TiCu3、Ti3Cu相。涂层含有纳米晶TiCu金属间化合物，晶粒尺寸为10~500 nm。TiCu金属间化合物涂层的摩擦因数随载荷增加而减小，体积磨损率在106~105 mm3/Nm数量级范围并随载荷的增加而增大，与纯钛底材相比，TiCu金属间化合物涂层具有良好的耐磨性。

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大气等离子喷涂制备Fe基非晶涂层及微观结构表征

安宇龙，赵晓琴，周惠娣，陈建敏，刘光

中国表面工程. 2013, 26(5): 64-69.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.012

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选用Fe10W4Cr3Ni2Mo4B4Si1C (质量比) 合金粉末作为喷涂原料，采用大气等离子喷涂工艺在1Cr18Ni9Ti不锈钢基底上制备了Fe基涂层。利用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪表征了粉末和涂层的相组成和微观形貌；用Olycia m3分析软件对涂层的孔隙率进行测定；用热分析系统对喷涂粉末和涂层从室温到1 173 K范围的DSC曲线进行记录；同时，测定了涂层的显微硬度和结合强度。结果表明：大气等离子喷涂制备的Fe基涂层与基底的结合良好，涂层较为致密并且存在灰色氧化带组织，表现出典型的层状组织结构；涂层不但具有低的表面粗糙度和孔隙率，而且具有高的显微硬度和结合强度；所制备涂层中的非晶含量约为89.2%(质量分数)，涂层中形成的晶相组织为纳米晶结构。

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不同制粉工艺对NiAlW粉末及涂层组织性能的影响

鲍君峰，马尧，胡宇

中国表面工程. 2013, 26(5): 70-76.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.013

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对大气雾化和真空大气雾化工艺制备的两种不同的NiAlW合金粉末，进行了粉末物性对比、粉末及粉末剖面结构的形貌对比、粉末化学成分对比，结果表明，真空雾化工艺制备的NiAlW合金粉末对比大气雾化工艺制备的NiAlW合金粉末具有更好的流动性、更高的松装密度、更好的球形度及更低的氧含量，粉末性能对比结果显示真空雾化工艺制备的粉末性能较好；采用大气等离子喷涂制备了涂层，分析了两种涂层SEM形貌和孔隙率，对比了涂层的显微硬度、结合强度和耐磨损性能。结果表明：用真空大气雾化工艺制备的NiAlW涂层孔隙率低、显微硬度低、结合强度高、耐磨损性好，显示出更好的综合性能。粉末初始形貌及化学成分的差异可导致喷涂层性能的差异，球形度好、氧含量低且杂质含量低的粉末经喷涂后更易形成高致密的涂层。

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等离子喷涂高铬铸铁涂层的摩擦学性能

王宾，阎峰云，王永欣，李金龙，曾志翔

中国表面工程. 2013, 26(5): 77-82.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.014

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针对铝合金缸体内壁油性腐蚀环境中的摩擦工况，采用大气等离子喷涂制得了高铬铸铁涂层和316L不锈钢涂层，采用维氏显微硬度计、图像分析软件、台式扫描电子显微镜及热场发射扫描电子显微镜分别对显微硬度、孔隙率、涂层厚度及结构进行了测试和分析。采用球盘式往复摩擦试验机对比研究了两种涂层与典型缸套材料HT200灰铸铁在大气环境、纯发动机油润滑环境和模拟发动机腐蚀性油润滑环境下的摩擦学性能。结果表明：高铬铸铁涂层在腐蚀性发动机油环境中表现出好的摩擦磨损性能。

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纯钛表面两步电化学法制备载银多孔涂层

余森，于振涛，韩建业，张强，刘春潮，牛金龙

中国表面工程. 2013, 26(5): 83-89.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.015

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在医用纯钛表面先采用阳极氧化法制备TiO2纳米管预涂层，然后通过AgNO3溶液浸泡和紫外光照射处理实现银颗粒在预涂层上的固定，再经过微弧氧化处理制备出载银多孔涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)对涂层表面形貌、载银量、银元素纵向分布及特征进行了表征，并通过金黄色葡萄球菌检验了涂层的抗菌性能。结果表明：两步电化学法可以在纯钛表面制备出含银量较高的多孔涂层，涂层中银元素大部分以纳米颗粒形式存在，涂层表面和最外层Ag元素主要以氧化物的形式存在，而沿涂层法向向内Ag单质与Ag氧化物共存，且涂层具有良好的抗菌性能。

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紫铜化学镀Ni-P合金工艺

王敏，刘锦云，付正鸿，毛蔚

中国表面工程. 2013, 26(5): 90-95.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.016

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以酸性含锌活化液活化紫铜基体，获得了化学镀Ni P合金镀层。采用正交试验法，研究了锌粉含量、活化温度、活化时间以及施镀时间对Ni P合金镀层性能的影响，优化得到了试验范围内的最佳工艺参数：锌粉含量为9 g/L，活化温度为60～70 ℃，活化时间为90 s，施镀时间为80 min。以此工艺参数获得的镀层与紫铜基体结合良好，沉积速率为10.13 μm/h，显微硬度可达578.3 HV0.01，无孔隙缺陷，并且镀层为非晶态结构，其含P量为11.83%。这将大大提高紫铜基体的耐磨性和耐蚀性。

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石墨-磷酸铝铬润滑涂层的制备及其摩擦学性能

刘灿灿，陈磊，周健松，周惠娣，陈建敏

中国表面工程. 2013, 26(5): 96-102.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.017

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以磷酸 H3PO4 、氢氧化铝 Al(OH)3和氧化铬 CrO3 为原料合成了磷酸铝铬胶黏剂(ACP)，并制备了以该磷酸铝铬为胶黏剂，胶体石墨为固体润滑剂的粘结固体润滑涂层。研究了石墨与磷酸铝铬胶黏剂的质量比、磷酸铝铬胶黏剂中金属离子与磷酸根的比值、铬含量以及磷酸铝铬的合成温度对润滑涂层摩擦磨损性能的影响。结果表明：磷酸铝铬胶黏剂的耐温性能优良，以磷酸铝铬为胶黏剂的石墨固体润滑涂层具有优异的减摩抗磨性能；磷酸铝铬胶黏剂的组成、分子结构对固体润滑涂层的摩擦磨损性能有较大影响，其中当磷酸铝铬胶黏剂中金属离子与磷酸根的比值(M∶P)为1∶3，铬铝比(Cr∶Al)为1∶3，合成温度为100~110 ℃时，石墨磷酸铝铬润滑涂层的摩擦磨损性能最好。

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机械零件维修与再制造表面质量分析与检测

谭俊，兰龙，马世宁

中国表面工程. 2013, 26(5): 103-110.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.018

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利用表面工程技术对失效零部件进行恢复性维修是对机械产品进行维修和再制造的重要手段。通常，恢复性维修在零件表面增加了一个表面涂（覆）层，因此，检测零件维修与再制造过程中增加的表面涂（覆）层质量，评价零件表面性能是否达到使用需求，对确保机械零部件维修与再制造的质量具有重要的意义。文中从表面成分与结构分析、表面形貌与组织分析、表面残余应力检测、表面力学性能检测和表面耐腐蚀性能检测等五个方面阐述了机械零件维修与再制造表面质量分析与检测的内容，介绍了常用的测试方法、设备及其特点，重点介绍了表面质量分析和检测技术在利用真空镀膜、电刷镀、激光熔覆以及超音速等离子喷涂等先进表面工程技术制备涂层质量检测中的应用，并给出了具体的应用实例。

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装备维修技术体系初探

李长青，马世宁

中国表面工程. 2013, 26(5): 111-116.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.019

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针对当前装备维修技术的发展现状，提出了装备维修技术体系。该技术体系包含5大类、3个层次，涵盖了健康管理、故障诊断与评估、损伤修复、维护保养、维修信息化等多方面技术内容。先进检测技术、智能自修复技术、虚拟维修技术、现场应急维修技术等多个技术领域已经成为维修技术的重要发展方向，大力发展绿色维修技术、促进多学科的交叉融合，注重应用基础研究，是促进装备维修技术发展的重要途径。

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再制造技术体系及典型技术

孙晓峰，史佩京，邱骥，马世宁

中国表面工程. 2013, 26(5): 117-124.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.020

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再制造技术是实现废旧产品性能提升的有效途径，建立完善和系统的再制造技术体系则是提升再制造产业技术水平的必由之路。随着再制造产业的不断发展，逐步形成了以再制造快速成形与加工技术、再制造拆解与清洗技术和再制造无损检测与寿命评估技术为主的技术体系。结合再制造技术及工程实际应用，文中介绍了12种典型的再制造技术及其在装备维修与再制造中的应用。

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机器人GMAW成形成功应用于再制造

朱胜

中国表面工程. 2013, 26(5): 125-125.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.021

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曲轴再制造毛坯剩余寿命评估技术研究取得重要进展

董丽虹

中国表面工程. 2013, 26(5): 126-125.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2013.05.022

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