中国表面工程

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李文亚，张冬冬，黄春杰，殷硕，余敏，周香林

中国表面工程. 2014, 27(1): 1-11.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.001

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目前，冷喷涂技术受到越来越多国内外学者的关注。文中基于已公开发表的文献，详细讨论了冷喷涂过程中粒子碰撞行为的数值模拟和临界速度预测的研究现状。首先，简要介绍了冷喷涂、粒子结合机理和临界速度的概念。其次，总结了拉格朗日法、欧拉法和光滑粒子法等数值计算方法，并对数值计算获得的结果，例如：变形形貌、界面温度、能量变化及临界速度的预测进行了讨论。最后，探讨了冷喷涂粒子碰撞行为数值模拟中存在的问题和研究前景。

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Co-28Mo-8Cr-2Si涂层在去离子水和人工海水中的气蚀性能

侯国梁，安宇龙，赵晓琴，周惠娣，陈建敏，杨杰

中国表面工程. 2014, 27(1): 12-17.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.002

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服役于海洋中的多种零部件往往因腐蚀气蚀联合作用而严重损坏。文中采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术制备了Co28Mo8Cr2Si涂层，使用光学显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计等设备分析涂层的组织结构和力学性能，使用电化学工作站考察涂层的腐蚀性能，使用超声波振动气蚀试验机评价了涂层分别在去离子水和人工海水中的气蚀性能，利用扫描电镜(SEM)观察涂层腐蚀和气蚀后的形貌。结果表明：在去离水中，涂层的气蚀机理主要是孔隙周围的扁平粒子大片剥落，气蚀6 h后，涂层的累积体积损失高达4.15 mm3；在人工海水中，腐蚀产物有效地填充了涂层表面的孔隙，大大降低了扁平粒子剥落情况的发生，气蚀6 h后，涂层的累积体积损失仅为1.83 mm3。

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水轮机过流部件表面WC-CoCr涂层的失效机理

李勇，李太江，李巍，李聚涛，刘刚，米紫昊

中国表面工程. 2014, 27(1): 18-24.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.003

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应用于多泥沙河流水轮机过流部件的超音速火焰喷涂WCCoCr涂层在服役中受到泥沙作用而发生磨蚀。喷涂扁平粒子内部的WC硬质相受到泥沙作用而发生脱落。WC扁平粒子碎片或喷涂飞溅部分在泥沙磨蚀作用下发生整体脱落。文中基于涂层现场采样分析和空蚀、冲蚀、磨损等试验研究超音速火焰喷涂WCCoCr涂层的现场服役失效机理。结果表明：WC涂层的抗磨损性能约为基体的16倍；但其30°攻角下的抗冲蚀性能并不明显；经过8 h空蚀试验后，WC涂层的空蚀率下降至母材的70%。空蚀过程中，涂层的损伤从孔隙部位开始扩展，在空蚀的作用下，涂层磨蚀损伤加剧。在真实服役环境下WC颗粒的剥落、喷涂涂层粒子的剥落以及涂层中的孔隙诱发空蚀损伤是导致涂层失效的主要因素。

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颗粒增强铝基涂层的组织结构与摩擦学性能

易祥，王铀，勾俊峰

中国表面工程. 2014, 27(1): 25-32.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.004

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选用常规微米尺度Al2O3粉体和纳米结构Al2O3TiO2粉体作为硬质颗粒，采用等离子喷涂方法在45钢基体上制备了Al2O3/Al2O3TiO2颗粒增强铝基复合涂层，采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和维氏硬度计观察和测试涂层的形貌、物相及显微硬度，通过滑动摩擦磨损试验分析涂层的摩擦学性能。结果显示，Al/Al2O3涂层的表面形貌和纯铝涂层非常相似，Al/Al2O3TiO2涂层表面可以看到未熔、半熔和全熔的增强相存在。Al/Al2O3涂层的主要物相为Al和αAl2O3，Al/Al2O3TiO2涂层的主要物相为Al、αAl2O3和TiO。随着增强相加入量的提高，Al/Al2O3涂层和Al/Al2O3TiO2涂层的硬度不断提高；当添加量为30%时，硬度分别比未加增强相时提高了67%和76%。加入增强相的涂层的平均摩擦因数都有较大幅度的减小，加入30%Al2O3的Al/Al2O3涂层的磨损量比未加入增强相涂层的磨损量下降85.6%，Al/Al2O3TiO2涂层的磨损量比未加入增强相涂层的磨损量下降74%左右，表明硬质颗粒Al2O3和Al2O3TiO2的加入，可显著提高涂层的耐磨性。

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等离子喷涂WC-12Co/NiCrAl复合涂层的摩擦磨损特性

郭华锋，田宗军，黄因慧

中国表面工程. 2014, 27(1): 33-39.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.005

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以NiCrAl涂层为粘结层，用等离子喷涂工艺在TC4钛合金表面制备了WC12Co/NiCrAl复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度仪等手段分析了涂层微观形貌、化学成分和显微硬度，并用磨损试验考察了WC12Co/NiCrAl复合涂层的摩擦磨损特性。结果表明：WC12Co涂层表面未熔颗粒较多，涂层截面孔隙率为10.2%；WC发生部分分解，出现W2C、Co6W6C等新相；涂层与基体结合界面为机械结合+局部微冶金结合方式；显微硬度为双态Weibull分布，呈现不同位置结构的差异化。WC12Co涂层表现出良好的减摩及耐磨性能，同载荷下摩擦因数低于基体，磨损失重为基体的1/10，磨粒磨损是其主要磨损机制。

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AZ31镁合金表面化学气相沉积钨涂层工艺及其耐蚀性和耐磨性

李思思，马捷，贾平平，魏建忠

中国表面工程. 2014, 27(1): 40-44.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.006

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为提高镁合金表面耐蚀耐磨性能，采用化学气相沉积法在镁合金表面制备了钨涂层，并对其工艺进行了研究。利用扫描电镜、能谱仪等分析技术对钨涂层成分、组织结构以及微观形貌进行了表征；利用高温摩擦磨损试验机(HT1000)、综合电化学测试方法对钨涂层耐磨性能和耐蚀性能进行分析。结果表明：沉积温度为440 ℃时可获得致密均匀、与基体结合良好的钨涂层；沉积钨涂层使表面硬度大幅度提高，表面耐磨性增加，能有效的降低镁合金表面活性，腐蚀电位相对于镁合金基体正移了1.21 V，大幅提高了其耐蚀性能。

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La₂O₃对EXD602-WC烧结涂层组织与性能的影响

从善海，王黎明，罗昊，胡梅

中国表面工程. 2014, 27(1): 45-50.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.007

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采用热压烧结技术在45钢基片表面制备50EXD60250WC复合涂层，利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)进行组织观察、成分以及物相分析，研究了La2O3对涂层组织、表面磨损形貌和耐磨性能的影响。结果表明：涂层中主要含有WC、CuSn相和富Fe相，未添加La2O3的涂层组织中存在较多缺陷，表面磨损严重。随着La2O3的加入，涂层组织和耐磨性能得到不同程度的改善。La2O3质量分数为1.0%时，涂层孔隙率最低仅为0.84%，硬度为54.8 HRC，相对耐磨系数9.76。表面磨损形貌平整且无剥落坑，划痕较浅，涂层与母材结合紧密，表现出最佳的耐磨性能。

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微弧离子沉积阻燃涂层对TC11钛合金力学性能的影响

曹江，李春福，傅斌友，史萌，汪瑞军

中国表面工程. 2014, 27(1): 51-55.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.008

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为使阻燃涂层早日在我国航空发动机上得到应用，在提高涂层阻燃性能的同时，研究涂层对基体力学性能的影响十分必要。文中采用微弧离子表面改性技术在TC11钛合金基体上制备阻燃涂层，研究阻燃涂层对钛合金拉伸性能、压缩性能、蠕变性能及裂纹扩展速率的影响。结果表明，采用微弧离子表面改性技术在TC11基体上制备的阻燃涂层主要由TiC2、W2C及Ti组成，涂层结构致密，与基体结合良好。涂层试样规定非比例延伸强度、抗拉强度以及断面收缩率有轻微降低，降低幅值约为基体抗拉强度5%左右；断后延长率基本无变化，弹性模量随测试温度提高逐步下降，试样抗压强度增大，400 ℃高温蠕变性能变好，常温裂纹扩展速率降低。综合分析表明，在钛合金基体上制备阻燃涂层后，试样整体力学性能变化幅值小于5%，符合航空发动机部件强度设计要求。

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纯钛表面辉光放电W-Mo共渗层的显微结构及力学性能

赵云，陈飞，周海

中国表面工程. 2014, 27(1): 56-61.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.009

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利用空心阴极等离子放电表面合金化技术，在低于纯钛相变温度（882 ℃）下，在纯Ti表面进行WMo二元共渗。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析了合金渗层的显微结构及物相组成，利用HMV1T型显微硬度计测试了试样的表面和截面硬度，并用静拉伸试验分析了WMo共渗前后试样的力学性能。结果表明，纯Ti在经过辉光放电WMo共渗处理后，在其表面形成了厚度为15 μm的WMo合金层，合金渗层致密，无显微裂纹，并与基体结合良好。处理后的试样中最大的抗拉强度为546 MPa，比原始试样提升了49%，表面最大的显微硬度为1 196 HV0.1，较原始试样增加了6.85倍。纯Ti经过WMo二元共渗后，其表面硬度增加，抗拉强度增加，表面的力学性能得到改善。

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CrN_x梯度薄膜在不同水溶液中的腐蚀及摩擦学特性

陈建云，王谦之，谢杰，孔继周，周飞

中国表面工程. 2014, 27(1): 62-69.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.010

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采用增强阴极弧磁控溅射法在Si(100)片和WC硬质合金上制备了CrNx梯度薄膜。用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了CrNx梯度薄膜的结构及微观形貌；在人体模拟体液及海水中分别利用CHI660D电化学工作站及球盘摩擦磨损试验机对CrNx梯度薄膜的电化学特性及CrNx/Al2O3的摩擦学特性进行了研究。结果表明：CrNx梯度薄膜在海水中表现出更优异的耐腐蚀性，CrNx梯度薄膜在人体模拟体液中的摩擦因数随载荷的增加而增大(0.23~0.33)，而在海水中的摩擦因数则是先增大后减小(0.26~0.30)。低载荷下，对摩副在人体模拟体液中的磨损程度更低，当载荷增大至12 N时，2种润滑环境下的磨损程度相当。

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γ相锌镍合金膜与锌膜的耐腐蚀性能比较

郑凯, 韩玉娟, 秦天羽, 张方, 韩玉华

中国表面工程. 2014, 27(1): 70-74.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.011

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在碱性介质中，通过电化学沉积方法在低碳钢表面制备锌镍合金，采用X射线衍射仪测试合金的显微结构，通过分析镀锌膜和制备得到的γ相锌镍合金的塔菲尔曲线和交流阻抗谱，获得它们在5%氯化钠溶液中浸润24~144 h的腐蚀电位和腐蚀电流密度，以及低频率区的实部数值，从而评价其耐腐蚀性能。结果表明：制备得到的合金晶形为γ相，合金主要衍射角度为43°。γ相锌镍合金膜的腐蚀电位比锌膜的腐蚀电位高176~220 mV，腐蚀推动力比锌膜小，锌膜的腐蚀电流密度大约是γ相锌镍合金膜的3~5倍；在1~5 Hz低频率区，γ相NiZn合金薄膜的交流阻抗谱的实部值为镀锌膜的16.5倍。因此γ相锌镍合金膜比镀锌膜具有更强的耐腐蚀性。

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CoCrMo合金表面掺金属类金刚石薄膜的摩擦学性能

谭笛，代明江，林松盛，胡芳，周宏明，赵齐

中国表面工程. 2014, 27(1): 75-80.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.012

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采用非平衡磁控溅射结合阳极型气体离子源技术在CoCrMo合金表面制备掺钨类金刚石薄膜（WDLC）和掺钛类金刚石薄膜（TiDLC）。利用努氏显微硬度计、结合力划痕仪、摩擦磨损试验机、表面形貌仪和洛氏硬度计表征膜层的力学性能，并用扫描电镜分析磨损形貌，探讨薄膜磨损机理。结果表明：所制备的2种薄膜均具有典型的DLC薄膜特征，WDLC薄膜的硬度、结合力和摩擦磨损性能均优于TiDLC薄膜，更适合于CoCrMo合金的表面强化处理；CoCrMo合金的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损，而TiDLC/CoCrMo和WDLC/CoCrMo的磨损机制以滑动磨损为主伴随极少量的磨粒磨损；经DLC薄膜处理，摩擦因数从CoCrMo合金的0.578降低到0.2以下，磨损率也降低了2个数量级，大幅度地提高了CoCrMo合金的摩擦磨损性能。

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AZ31镁合金沉积类金刚石薄膜的表面形貌和腐蚀行为

吴楠，赵红阳，郭媛媛，巨东英，魏荣华

中国表面工程. 2014, 27(1): 81-86.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.013

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为了改善镁合金的耐蚀性，扩展其应用范围，采用等离子全方位离子镀膜技术在AZ31镁合金表面沉积了含有SiN和SiO的2种类金刚石(Diamondlike carbon，DLC)薄膜，研究了其表面形貌及其在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为，探究了DLC薄膜对AZ31镁合金腐蚀行为的影响。利用SEM和AFM观察了AZ31镁合金表面沉积DLC薄膜的表面形貌，采用电化学法测试表面沉积DLC薄膜的AZ31镁合金在3.5%NaCl溶液中的极化曲线和开路电位，通过拉伸试验测试其在空气和3.5%NaCl溶液中的应力应变。结果表明：镁合金试样表面的DLC薄膜光滑致密，在3.5%NaCl溶液中表面沉积DLC薄膜AZ31镁合金的极化行为与表面未沉积DLC薄膜AZ31镁合金相似，表面沉积DLC薄膜AZ31镁合金电位正向移动，耐蚀性提高；与表面未沉积DLC薄膜AZ31镁合金相比，在空气中，表面沉积DLC薄膜AZ31镁合金极限抗拉强度与其接近,延伸率略低；在3.5%NaCl溶液中，表面沉积DLC薄膜AZ31镁合金极限抗拉强度略有降低，延伸率略高。

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回火焊道对核电低合金钢表面镍基堆焊层热影响区性能的影响

朱平，赵建仓，王淦刚，石云哲

中国表面工程. 2014, 27(1): 87-92.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.014

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采用钨极氩弧焊焊接方法在核电用16MND5低合金钢表面进行690镍基焊丝堆焊，分别堆焊1层和利用回火焊道方法堆焊3层，研究回火焊道对堆焊层热影响区的硬度、组织和冲击韧性的影响。结果表明：回火焊道产生的回火效应可有效降低合金钢镍基堆焊层热影响区的硬度至可接受硬度范围320 HV10以下，堆焊层热影响区的冲击韧性提高27%以上，均值达到163 J/cm2，热影响区板条状组织得到有效回复，获得满足RCCM标准要求的低合金钢焊接热影响区硬度和冲击韧性指标。研究表明利用回火焊道技术可实现低合金钢镍基堆焊免除高温回火热处理。

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不同取向7050铝合金试样的晶间腐蚀动力学

郝雪龙，张东晖，宋晓云，孙泽明

中国表面工程. 2014, 27(1): 93-99.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.015

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7050铝合金在使用中易发生晶间腐蚀，不同取向存在差异。采用光学金相显微镜、扫描电镜研究了60 mm厚7050铝合金板材不同取向试样的组织分布、晶间腐蚀行为。结果表明：晶粒沿板材轧制方向呈扁平状，晶界处呈链状分布的第二相；晶间腐蚀开始于晶界的第二相处，L（纵向）T（横向）面的晶界腐蚀后容易呈片状脱落，晶间腐蚀最大深度值最小，为3级晶间腐蚀； TS（短横向）面和LS面存在较多晶界，腐蚀容易向深度方向发展， TS面的晶间腐蚀最大深度最大，为4级晶间腐蚀；腐蚀失重表明，TS面的腐蚀失重最大，有较多的腐蚀产物脱落。此外，得到了不同取向试样的腐蚀失重和最大腐蚀深度随时间变化规律，并拟合得到了晶间腐蚀动力学方程。

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纯钛空化水喷丸表面强化及空蚀损伤

蔡世刚，刘鹏涛，赵秀娟，陈春焕，任瑞铭

中国表面工程. 2014, 27(1): 100-105.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.016

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采用空化水喷丸技术对工业纯钛表面进行强化处理，研究表面强化机理及空蚀过程。通过显微硬度仪、光学显微镜对空化水喷丸后试样的表面硬度、显微组织、表面形貌和表面粗糙度进行分析。结果表明：具有密排六方结构的纯钛经过水喷丸处理后，试样表面强化层有大量的变形孪晶和次生孪晶。试样表面硬度最大可提高118 HV0.2，而表面粗糙度Ra仅为2.1 μm，这说明空化水喷丸对纯钛表面的强化效果显著，而且表面损伤较小。在30 MPa水喷丸压力下，纯钛水喷丸最佳时间为80 min，强化效果最好。水喷丸后试样的强化表面可分为A、B和C 3个区域。A区表面空蚀最严重，空蚀坑小而密集，B区和C区因受到二次射流的作用，空蚀坑具有明显的方向性。

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碳纤维复合材料在酸雨模拟液中的失效行为

陈皓，左禹，唐聿明，赵旭辉

中国表面工程. 2014, 27(1): 106-113.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.017

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为研究酸雨模拟液中碳纤维复合材料的失效行为，采用电化学阻抗法（EIS）研究碳纤维复合材料在酸雨模拟溶液中的失效过程，力学性能测试通过万能试验机进行，由傅里叶红外光谱仪（FTIR）和X射线光电子能谱仪（XPS）进行失效反应机理分析，并采用扫描电子显微镜（SEM）观察复合材料截面形貌。结果表明：全时浸泡试样的阻抗图谱变化不大，树脂层起到较好的屏蔽作用。外加恒电位阴极极化作用下试样破坏较快，介质快速渗入树脂层，引起试样低频阻抗模值和容抗弧半径的大幅下降，阻抗谱初期呈现扩散控制特征，随时间延长转为电荷转移和扩散的混合控制。全时浸泡条件下试样的力学性能变化不大，外加恒电位阴极极化条件下试样的弯曲和层间剪切性能大幅下降，树脂与基体间的界面结合力降低。试样在全时浸泡条件下基本不发生化学反应，外加恒电位阴极极化可促进碳纤维复合材料中树脂的水解，使树脂基体破碎，并生成疱状反应产物，加速材料的失效。

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固化剂和硅烷偶联剂对有机硅涂层性能的影响

刘福杰，齐育红，张占平

中国表面工程. 2014, 27(1): 114-119.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.018

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通过控制有机硅涂料配方中固化剂和硅烷偶联剂的含量，研究它们对涂层材料的弹性模量、硬度、疏水性，以及吸水率和耐水介质浸泡性能的影响。结果表明，当固化剂含量大于4%后，随着固化剂含量的增加，涂层的弹性模量降低，邵氏硬度增加，吸水率增大；硅烷偶联剂含量的增加，有机硅涂层的弹性模量和吸水率随之增大，而邵氏硬度和水接触角减小。固化剂添加6%时涂层的弹性模量对海水浸泡最为敏感。含5%固化剂和8%硅烷偶联剂含量的有机硅涂层在海水中的稳定性明显降低。过高的固化剂添加量会导致硅氧链的交联程度增加，网状结构变密，增加涂层的硬度，不利于涂层的防污性能；过高的硅烷偶联剂添加量会导致涂层表面的亲水基团增多，水接触角降低，海洋细菌附着增加。

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超音速等离子喷涂制备BaTiO₃压电涂层取得重要进展

邢志国

中国表面工程. 2014, 27(1): 120-120.
https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9289.2014.01.019

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