2014年, 第27卷, 第6期　刊出日期：2014-06-19

  

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特邀论文
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  推动中国再制造产业健康有序发展

  杨铁生

  中国表面工程. 2014, 27(6): 1-3.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.001

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  工业循环式发展是大势所趋、潮流所向，发展中国再制造产业是实现工业循环式发展的必然选择。推进再制造产业发展需要结合国情综合施策、需要勇于创新破解难题、需要加强国际交流与合作。
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  多尺度强韧化碳基润滑薄膜的研究进展

  蒲吉斌, 王立平, 薛群基

  中国表面工程. 2014, 27(6): 4-27.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.002

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  随着海洋、空间、核能等苛刻环境工况下机械装备的发展，兼具高硬度、高承载能力、良好韧性及优异摩擦磨损性能的强韧化复合碳基润滑薄膜成为类金刚石薄膜的研究重点。文中系统归纳和评述了碳基薄膜的多元/多相复合、梯度多层、纳米多层、微/纳表界面织构化等强韧化关键技术及其强韧化机制。包括纳米晶—非晶复合结构的界面强化效应和晶界滑移强韧化；功能化梯度/多层结构膜基界面匹配、应力缓冲和微裂纹抑制强韧化；纳米晶—非晶类石墨结构、类富勒烯结构以及微/纳表面织构强韧化机制等。这些技术大幅改善了类金刚石薄膜的韧性，提高了薄膜抗疲劳磨损性能，使其能有效应用于水润滑、油润滑、高温、真空、特殊气氛以及沙尘等极端苛刻环境。文中指出强韧化碳基薄膜将向着应对极端苛刻环境的多尺度复合强韧化、适应复杂多变环境的智能化，以及满足未来空间需求的超长寿命方向发展。
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  团簇离子束纳米加工技术研究进展

  张早娣， 李慧， 王泽松， 付德君

  中国表面工程. 2014, 27(6): 28-43.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.003

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  团簇离子束是带电的团簇，可以在电场、磁场作用下加速、传输或偏转，形成几个eV到几个MeV能量的离子束。文中阐述了团簇离子束的基本概念、产生方法和主要应用。大尺寸气体团簇和硼基团簇必须用高压气体超声绝热膨胀方法产生，然后通过电子碰撞电离形成团簇正离子。硼团簇用于超浅结制备，实现了结深为10~20 nm的超浅注入；包含数千原子的大团簇则被用于半导体的表面平化，获得了粗糙度在0.7 nm以下的平滑表面。用铯溅射离子源可以产生几个到几十个原子的负离子小团簇，包括B、C、F、Si及其分子团簇（SiB、GeB）。其中，硼基分子团簇离子束已用于对半导体进行瞬态增强扩散掺杂，与半导体表面的离子注入非晶化工艺相结合，实现了接近纳米量级的超浅注入。碳系团簇最近被用于超薄材料制备，获得了单层和双层石墨烯，并发现团簇离子束引起的非线性辐照损伤对石墨烯的形成具有重要影响。结果表明：团簇离子技术在超大集成电路和新型超薄纳米材料制备等领域具有广泛的应用前景。
表面工程
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  5083铝合金表面钛铝基耐蚀涂层与TA2钛合金接触腐蚀

  韩国峰， 朱胜， 王晓明， 王之千

  中国表面工程. 2014, 27(6): 44-49.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.004

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  针对5083铝合金与TA2钛合金接触腐蚀问题，采用超音速微粒沉积技术在5083铝合金表面制备Ti45Al7Nb4Cr耐蚀涂层，采用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）对涂层截面和与基体界面进行测试，分析涂层孔隙率和与5083铝合金基体的结合机制；采用电化学工作站测试5083铝合金、TA2钛合金、TiAl合金铸锭和涂层的极化曲线，并对比研究5083铝合金、TiAl合金铸锭和涂层与TA2钛合金接触腐蚀敏感性。结果表明：涂层孔隙率为1.4%，涂层与基体结合机制为机械结合，通过在5083铝合金表面制备Ti45Al7Nb4Cr合金防护涂层后，可使材料电极电位由-913.90 mV升高到-572.47 mV，与TA2钛合金的接触腐蚀电流密度由16.2 μA/cm2降为0.21 μA/cm2，接触腐蚀敏感性由E级降到A级，解决了铝合金与钛合金的接触腐蚀防护问题。
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  电弧喷涂Zn-Al合金与硅氧烷自组装制备超疏水涂层

  李龙阳^1,2， 李玉新¹， 曾志翔²， 刘二勇²， 乌学东²， 孙小东²

  中国表面工程. 2014, 27(6): 50-57.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.005

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  采用电弧喷涂技术在Q235钢板上制备了ZnAl合金涂层，利用硅氧烷对其表面改性，得到具有超疏水特性的ZnAl涂层。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、激光共聚焦蔡司光学仪、表面接触角仪（OCA20）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）研究了涂层表面形貌、疏水性能以及涂层材料与硅氧烷的结合机理。结果表明：当喷涂电压固定时，涂层表面的粗糙度随着送丝速度的增加先增大后减小；当送丝速度固定时，涂层表面的粗糙度随着电压的增大呈相同变化趋势。接触角随着ZnAl涂层粗糙度的增加而增大，当粗糙度为12.457 μm时接触角可增至151.06°，滚动角小于10°。自组装硅氧烷与涂层结合处理后表明结合机理是由硅氧烷水解后的羟基与基体的羟基通过脱水缩合而“生长”在ZnAl涂层表面。
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  电弧喷涂Al-Zn-Si-RE合金涂层与Al-Zn伪合金涂层的耐蚀性能对比

  王珂， 缪强， 梁文萍， 蒋穹， 刘志梅

  中国表面工程. 2014, 27(6): 58-66.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.006

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  为研究AlZnSiRE合金涂层和相同Al含量的AlZn伪合金涂层耐蚀性能的不同，采用电弧喷涂技术在Q235钢表面制备了此两种合金涂层。通过盐水全浸实验和电化学测试技术对比研究了两种涂层的耐腐蚀性能，并将两种涂层的极化曲线与纯Zn、纯Al、Zn15Al合金涂层进行了对比分析。使用扫描电镜、金相显微镜和X射线衍射仪等手段测试分析了两种合金涂层腐蚀前后的微观组织形貌和相组成。结果表明，AlZnSiRE合金涂层的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-0.995 V和 3.319×106 A/cm2，腐蚀电位更正，腐蚀电流密度更低，耐蚀性更好，原因可能是致密的腐蚀产物膜抑制了腐蚀作用；AlZnSiRE合金涂层与伪合金涂层微观组织成分和相结构的不同引起腐蚀行为的差异，且AlZnSiRE合金涂层表现出更好的耐盐水腐蚀性能；稀土元素的存在有利于提高AlZnSiRE合金涂层的耐蚀性。
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  等离子喷涂制备NiCoCrAlY/BaF₂/CaF₂/C/Y自润滑涂层及其高温摩擦性能

  夏杰， 陈小虎， 袁晓静， 姚春江， 邓川

  中国表面工程. 2014, 27(6): 67-74.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.007

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  通过等离子喷涂技术制备润滑相BaF2∶CaF2∶C比分别为3.1∶1.9∶7和15.5∶9.5∶4.9的两种NiCoCrAlY/BaF2/CaF2/C/Y复合涂层，研究了所选固体润滑剂在高温摩擦中对涂层润滑性能和机械性能的影响，分析BaF2/CaF2/C的综合作用，在500 ℃和800 ℃时分别对涂层进行高温摩擦试验。结果表明：500 ℃时，摩擦面比较粗糙，涂层的摩擦因数较高，磨损较为严重，表现出明显的剥落现象；800 ℃时，涂层表面没有BaF2/CaF2/C等润滑相的存在，发生了摩擦化学反应，摩擦表面生成了一层光滑致密的氧化膜，并存在一定程度的材料转移现象。经过X射线衍射(XRD)分析表明，在高温和摩擦的共同作用下，涂层表面有BaCrO4生成，摩擦因数最低可达0.268，对应的磨损量为0.351 6 mm3，有效降低了涂层的摩擦和磨损。在涂层的性能测试中，各润滑相之间的协同作用较好。
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  不同方法制备NiCrBSi涂层的结构与摩擦学性能

  张梦清， 张伟， 于鹤龙， 张攀

  中国表面工程. 2014, 27(6): 75-81.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.008

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  采用氧乙炔火焰喷涂、高频感应重熔和高频感应熔覆技术分别在45钢基体上制备3种NiCrBSi涂层。利用金相显微镜、场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计等测试了涂层的显微组织及性能；采用CETR摩擦磨损试验机考察了3种涂层在干摩擦条件下的滑动磨损性能。结果表明： 火焰喷涂层与基体间的结合为机械结合，其内部以γNi为主，硬质相较少，涂层孔隙率高；经过感应重熔处理之后，涂层与基体间结合方式由机械结合变为冶金结合，涂层内硬质相含量增加，孔隙率降低。高频感应重熔层与高频感应熔覆层物相相似，主要由γNi、Cr7C3、Cr23C6和CrB等组成，涂层与基体呈良好的冶金结合，硬质相分布均匀。感应重熔层与感应熔覆层耐磨性相当，均优于普通火焰喷涂层。
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  激光熔覆FeCoCr_xNiB高熵合金涂层的组织结构与耐磨性

  黄标¹， 张冲¹， 程虎^1,3， 唐群华¹， 饶湖常¹， 戴品强^1,2

  中国表面工程. 2014, 27(6): 82-88.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.009

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  为探究Cr元素对高熵合金涂层组织结构和性能的影响，在45钢基体上用激光熔覆方法制备了FeCoCrxNiB高熵合金涂层，采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微硬度和耐磨测试等方法研究了Cr含量对FeCoCrxNiB激光熔覆高熵合金涂层组织结构、硬度和耐磨性能的影响。结果表明：熔覆态高熵合金的组织均由先共晶M2B相和共晶组织（面心立方结构相（FCC）+M2B相）组成。随着Cr含量的增加，共晶组织含量增多，M2B相减少，先共晶硼化物形态呈现不规则颗粒状到树枝状再到条块状的变化，共晶组织形貌由蜂窝状向片层状转变。涂层平均硬度随着Cr含量增加逐渐降低，FeCoCr0.5NiB涂层平均硬度最高为860 HV0.2。涂层的耐磨性能与硬度呈正相关关系，即FeCoCr0.5NiB涂层耐磨性最高，FeCoCr3NiB涂层耐磨性最低。
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  重载汽车20CrMnMo齿轮激光淬火热处理工艺

  惠英龙， 王玉玲， 姚翠翠

  中国表面工程. 2014, 27(6): 89-95.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.010

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  为研究20CrMnMo齿轮经激光淬火后的硬度值和微观组织以及与其他热处理方式相比的差异，采用“渗碳淬火”和“渗碳后不同参数的激光淬火”等工艺方法处理了一批齿轮；测定其齿面硬度值并对数据进行Matlab软件分析；采用扫描电子显微镜（SEM）对典型试样进行显微组织观察；测定和分析部分试样的晶粒度。结果表明：“渗碳后激光淬火”齿面的硬度值最高可达61.4 HRC，比渗碳淬火齿轮高2.3 HRC左右；渗碳后激光淬火的高硬度值试样的微观组织为致密的针状马氏体与板条状马氏体的混合，晶粒度为9级左右，有熔融现象的试样微观组织为回火索氏体，且不同激光参数处理的试样其微观组织类型和尺寸差别较大。因此20CrMnMo齿轮可以通过渗碳后的激光淬火工艺获得较高的硬度值、较好的微观组织和晶粒度。
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  并联导热结构的金刚石/铜基复合材料的制备

  刘学璋¹， 余志明²

  中国表面工程. 2014, 27(6): 96-103.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.011

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  为提高金刚石/铜基复合材料的导热性能，在芯材表面预先化学气相沉积 (CVD)高质量金刚石膜，获得柱状金刚石棒，再将其垂直排列，填充铜粉后真空热压烧结，制备并联结构的金刚石/铜基复合材料。分别采用激光拉曼光谱(Raman)与扫描电子显微镜(SEM)对CVD金刚石膜的生长进行分析，并通过数值分析讨论复合材料的热性能。结果表明：金刚石/铜基复合材料结构致密，密度为9.51 g/cm3； CVD金刚石膜构成连续的导热通道，产生并联式导热，复合材料的热导率为392.78 W/(m·K)
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  化学刻蚀高硅铝合金缸套的摩擦磨损性能

  李承娣¹， 沈岩¹， 王永彬²， 朱峰¹， 金梅¹， 徐久军¹

  中国表面工程. 2014, 27(6): 104-109.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.012

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  采用对置往复式摩擦磨损试验机，选用铬基陶瓷复合镀活塞环（CKS环）为配副试样，研究机械珩磨+化学刻蚀法加工高硅铝合金缸套的摩擦磨损性能。通过测量摩擦因数、磨损量，用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSM)观察分析摩擦副磨损前后表面形貌。结果表明: 在20 ℃下，将机械珩磨的高硅铝合金缸套试样浸入浓度为5%的NaOH溶液中腐蚀2 min，可制备出硅颗粒凸出高度约为1 μm的工作表面；相对于单纯采用机械珩磨加工方法制备的高硅铝合金缸套，机械珩磨＋化学刻蚀加工的高硅铝合金缸套摩擦副的摩擦因数可从0.141 41降至0.129 56，降幅约为8.38%，两者的磨损量相近。采用机械珩磨加工方法的高硅铝合金缸套磨损试验后表面有磨粒磨损带来的轻微划痕，而化学刻蚀后的缸套磨损表面没有发现划痕现象，与其对磨的活塞环的磨损状况也较轻微。
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  离子液体热解制备CN_x薄膜及其摩擦学性能

  陈友明， 吴浩然， 赵浩， 郭源君

  中国表面工程. 2014, 27(6): 110-115.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.013

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  为探索简易的碳基薄膜材料制备工艺，采用一种新型碳氮基骨架先驱体——离子液体热解在Q235钢和304不锈钢表面制备了CNx薄膜，利用扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱仪等对CNx薄膜的表面形貌和结构进行了分析，并对其摩擦学性能进行了考察。结果表明： 制备的CNx薄膜结构主要是环状sp2相团簇的无定型结构；CNx薄膜具有良好的抗磨减摩特性和较高的承载能力。与Q235钢基底相比，304不锈钢表面制备的CNx薄膜裂纹少，摩擦过程中不易剥落，表现出更好的抗磨减摩效果。
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  硝酸铈添加剂对7075铝合金微弧氧化陶瓷膜

  洪尚坤， 黎清宁， 屈婧婧， 黄炼， 赵隆滨

  中国表面工程. 2014, 27(6): 116-121.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.014

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  为进一步提高7075铝合金的表面耐磨性，在硅酸钠、六偏磷酸钠复合电解液中加入不同质量浓度的硝酸铈添加剂，运用微弧氧化技术在其表面原位生长出氧化铝陶瓷膜。采用涂层测厚仪、维氏硬度计、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射议(XRD)等方法研究了硝酸铈添加剂对陶瓷膜厚度、显微硬度、表面形貌、相组成以及耐磨性的影响。结果表明： 陶瓷膜主要由αAl2O3和γ Al2O3两相组成，当硝酸铈质量浓度为0.12 g/L，陶瓷膜的厚度达到最大，约为18 μm；硬度达到最高，约为916 HV0.2；致密性最佳；陶瓷膜表现出更好的耐磨性能。
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  硅橡胶在积污过程中的润湿行为

  王建辉， 赵悦菊， 王国刚， 滕济林， 张淼

  中国表面工程. 2014, 27(6): 122-127.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.015

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  利用静态接触角法、接触角滞后和HC喷水分级法对自然积污过程中的硅橡胶进行了表面润湿性研究，用粗糙度仪和扫描电镜对样片进行表征分析，研究发现：随着硅橡胶不断的积污，表面粗糙度越大，静态接触角随之也增大，接触角滞后变小，滞后由小到大的顺序是：S3（中污）
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  球墨铸铁电刷镀快速铁镀层的显微组织及硬度

  王辉， 陈晓龙， 童涵， 张荣荣， 肖圣亮

  中国表面工程. 2014, 27(6): 128-134.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.016

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  为提高球墨铸铁表面的显微硬度，设计了以刷镀电压、镀液温度、打底层种类及主盐浓度为主要因素的电刷镀快速铁正交试验，分析了各影响因素对快速铁镀层显微硬度的影响。使用扫描电子显微镜（SEM）、划痕仪、显微硬度仪及摩擦磨损试验机分别表征分析了快速铁镀层的表面形貌、结合强度、显微硬度及耐磨性。结果表明：试验范围内的最优参数为刷镀电压6 V，镀液温度35 ℃、快速镍打底、主盐浓度400 g/L，且在此条件下获得的快速铁镀层表面光滑、平整，晶粒细小，镀层的结合强度为30.07 N，显微硬度是球墨铸铁的4倍多，快速铁镀层的平均摩擦因数为0.35。
再制造工程
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  大气等离子喷涂Al₂O₃-40%TiO₂涂层的组织与性能

  刘前¹， 王优强¹， 苏新勇²， 董宁¹， 黄兴保¹， 刘基凯²

  中国表面工程. 2014, 27(6): 135-140.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.017

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  为提高舰船关重部件的耐磨损、抗腐蚀性能，开展了大气等离子喷涂氧化铝复合涂层技术研究。在45钢表面制备Al2O340%TiO2陶瓷涂层，通过扫描电子显微镜、显微硬度计、电子天平、摩擦磨损试验机等仪器设备，分析该涂层的显微结构，测其显微硬度、孔隙率等性能，研究其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明：涂层均匀致密，孔隙率为1.86%，涂层与粘结层之间有明显的倒钩镶嵌结构；Al2O340%TiO2涂层的平均硬度为687.2 HV0.1，同时粘结层起到了硬度梯度作用；在干摩擦条件下，45钢主要为严重的黏着磨损，而涂层的磨损主要以层状剥离为主，伴随着少量磨粒磨损，且磨损量低于45钢。在某舰艇主机正时齿轮密封失效部位表面使用Al2O340%TiO2涂层，大大提高了正时齿轮的使用寿命，为舰船关重部件的维修与再制造提供了技术支持和理论参考。
中国学者海外论文摘要
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  TiAlN/Ta多层膜的力学性能及热稳定性取得新进展

  商宏飞

  中国表面工程. 2014, 27(6): 141-141.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2014.06.018

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