2015年, 第28卷, 第1期　刊出日期：2015-01-19

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特邀论文
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  立足法治中国时代背景， 推进再制造产业规范发展

  马荣

  中国表面工程. 2015, 28(1): 1-3.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.001

  摘要 ( 7 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏

  再制造产业虽在我国大规模发展，但仍面临着理念未被广泛认识、尚未形成产业规模、技术标准、监管体制和市场机制还没形成等问题。“法制中国”时代要求再制造产业规范发展，需从立法、守法、执法等环节入手，加强制度建设，包括加强法律法规制度建设、强化法律制度的实施、动员全社会力量等方面，为再制造产业发展提供坚实基础。
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  石墨烯在表面工程领域的研究进展

  耿浩， 李金华， 刘宣勇

  中国表面工程. 2015, 28(1): 4-14.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.002

  摘要 ( 8 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏

  石墨烯是一种由碳原子sp2杂化构成的二维蜂巢式结构碳纳米材料。近十年来，石墨烯的研究成为很多领域的热点，并且在石墨烯的制备、性能表征以及潜在应用方面都取得了重要进展。文中简要综述了石墨烯的主要制备方法以及石墨烯作为纳米薄膜在组织工程、抗菌材料、透明导电薄膜和耐腐蚀涂层等方面的应用发展。石墨烯作为一种“未来材料”，其制备技术和改性过程正日益完善，薄膜材料在表面工程领域的应用也将展现出蓬勃生机。
表面工程
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  FeCrBSiNb粉芯丝材电弧喷涂的弧区动态行为

  陈永雄^a， 胡尧强^b， 梁秀兵^a， 徐滨士^b

  中国表面工程. 2015, 28(1): 15-20.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.003

  摘要 ( 7 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏

  电弧喷涂粉芯丝材是由金属外皮包覆金属或非金属的复合粉末组成，喷涂过程中在弧区发生冶金反应并雾化成熔滴，大量熔滴沉积在基体表面最终形成涂层。粉芯丝材的电弧喷涂是一个高度动态的传热传质过程，采用高速摄像技术研究了喷涂过程中两根粉芯丝材交汇处的电弧、丝材熔化与熔滴形成等行为。另外，通过高速摄像试验分析了喷涂电流和电压对电弧形态及丝材熔化的影响规律。结果表明：喷涂时间歇出现燃弧、熄弧、再燃弧的循环变化；不同于实心丝材，粉芯丝材在阴阳极上的电弧都发散，这有利于丝材外皮和粉芯间的冶金反应；阴极丝材主要表现为抽吸作用下以细小熔滴或片状挤出物等形式形成熔滴，阳极丝材主要以片状液带的形式脱离并雾化成小熔滴。
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  混合氧化物对等离子喷涂热障涂层热循环寿命的影响

  董会， 杨冠军， 雒晓涛， 李长久

  中国表面工程. 2015, 28(1): 21-28.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.004

  摘要 ( 14 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏

  采用梯度热循环试验与理论模型相结合的方式研究了混合氧化物对热障涂层寿命的影响。喷涂态热障涂层系统由Inconel 738 基体、冷喷涂沉积的NiCoCrAlTaY粘结层(BC)及大气等离子喷涂制备的ZrO2+ Y2O3(8%) 陶瓷层组成。在1 150 ℃空气气氛条件下，经过保温20 h制备了含有混合氧化物的涂层。每个热循环包括70 s的加热，50 s的保温及120 s的压缩空气冷却。陶瓷层表面最高温度为1 150 ℃，此时250 μm厚的陶瓷层隔热150 ℃。结果表明： 涂层中存在混合氧化物时，其寿命显著降低，且涂层寿命降低程度与混合氧化物和αAl2O3生长诱发的YSZ应变量，以及混合氧化物的覆盖率有关。与αAl2O3相比，较高生长速率的混合氧化物易诱发YSZ产生较高的应变，过早地诱发涂层未结合界面扩展、合并，进而导致涂层快速失效。
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  CeO₂-Y₂O₃-ZrO₂热障涂层的组织结构及隔热性能

  王娇^1,2， 邓畅光²， 邓姝皓¹， 杨焜²

  中国表面工程. 2015, 28(1): 29-35.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.005

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  为获得孔隙率高、隔热性能好的热障涂层CeO2Y2O3ZrO2（CYSZ），采用低温超音速火焰喷涂（LTHVOF）和大气等离子喷涂（APS）工艺在K4169镍基高温合金表面分别沉积NiCoCrAlYTa粘结层和CeO2、Y2O3共同稳定的ZrO2空心粉CYSZ陶瓷层。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对不同喷涂电流（500, 600和700 A）制备的CYSZ热障涂层和采用传统Y2O3稳定的ZrO2团聚粉7YSZ为陶瓷面层的热障涂层的组织结构进行观察分析，并测定其隔热性能。结果表明：与传统的7YSZ类似，CYSZ涂层主要组成相为四方t相，涂层呈典型层状结构，但相对于7YSZ，空心粉CYSZ涂层存在更多孔隙和微裂纹；在1 150 ℃时，随着喷涂电流的增大，隔热性能呈降低趋势，CYSZ涂层隔热性能比传统7YSZ涂层隔热性能好。
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  WC增强Fe基合金熔覆层的组织与湿砂磨损特性

  江少群^1,2， 王刚¹， 陈超文¹

  中国表面工程. 2015, 28(1): 36-41.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.006

  摘要 ( 10 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏

  采用等离子熔覆方法在Q235钢基体上制备了WC增强Fe基合金熔覆层，研究了添加质量分数为10%~30%WCCo对熔覆层的微观结构和湿砂磨损特性的影响。结果表明：大部分WCCo在等离子熔覆过程中发生分解，WCCo添加量为30%时，熔覆层主要由αFe固溶体、Fe6W6C、(Cr, Fe)23C6和WC相组成；熔覆层的显微组织形貌自界面结合处至涂层上部逐渐转变，即由平面晶变为树枝晶再转为胞状晶，αFe固溶体主要以树枝晶/胞状晶存在，而Fe6W6C、(Cr, Fe)23C6相则主要在枝晶间析出；熔覆层显微硬度均不小于800 HV0.2，其湿砂磨损形式主要为磨粒磨损，且熔覆层显微硬度与抗湿砂磨损能力均随WCCo添加量增加而增大，这主要与强化相（Fe6W6C、(Cr, Fe)23C6、WC）的含量以及固溶强化效果随WCCo添加量增多而增大有关。
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  H₂/CH₄流量比对含氢DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响

  吴金龙， 周晖， 郑军， 杨拉毛草， 张延帅， 胡汉军

  中国表面工程. 2015, 28(1): 42-48.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.007

  摘要 ( 10 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏

  利用等离子体增强化学气相沉积法在Si（100）基体上制备不同H2/CH4流量比下的类金刚石薄膜，采用拉曼光谱、红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)、纳米力学性能综合测试仪以及摩擦磨损试验机对薄膜的组织结构、力学以及摩擦学性能进行了分析。结果表明：该条件下制备的薄膜具有典型的类金刚石结构且膜中氢含量较高，薄膜表面光滑，膜层致密且均匀，薄膜的硬度及与基底的附着力均随着H2/CH4流量比的增加而降低。薄膜在大气环境下具有优异的摩擦学性能，在相同的载荷及转速条件下，H2/CH4流量比对薄膜的摩擦因数影响不大。当载荷为5 N时，随着转速的增加，摩擦因数降低；而载荷为10 N时，摩擦因数约为0.05，转速对其影响较小。薄膜的磨损率在108～107mm3/Nm之间变化，且随H2/CH4流量比的增加而增大。
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  循环氩离子轰击对磁控溅射铝膜结构和性能的影响

  胡芳， 代明江， 林松盛， 侯惠君， 石倩， 赵利

  中国表面工程. 2015, 28(1): 49-55.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.008

  摘要 ( 8 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏

  为了提高烧结钕铁硼永磁材料的耐腐蚀性能，采用磁控溅射技术在钕铁硼表面制备了厚度约为14.0 μm的铝膜，使用循环氩离子轰击铝膜的方法制备了3个周期的多层铝膜。利用扫描电子显微镜(SEM)观察铝膜的表面和截面形貌，X射线衍射仪(XRD)表征膜层的晶体结构，采用中性盐雾试验测试膜层的耐盐雾腐蚀性能，研究循环氩离子轰击对铝膜层形貌、结构及耐中性盐雾腐蚀性能的影响。结果表明：与相同厚度的单层铝膜相比，3个周期的多层铝膜晶粒均匀细小，膜层的柱状晶结构被打断，内部形成了两个明显的界面；膜层沿（111）晶面择优生长；与厚度相同的单层Al膜相比，3个周期的多层Al膜的耐蚀性显著提高，其耐中性盐雾腐蚀时间可达到312 h。循环氩离子轰击铝膜的方法可以改善铝镀层的质量和耐盐雾腐蚀性能。
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  轴向磁场对电弧离子镀TiN薄膜组织结构及力学性能的影响

  赵彦辉^a， 郭朝乾^b， 杨文进^b， 陈育秋^b， 肖金泉^b， 于宝海^a

  中国表面工程. 2015, 28(1): 56-61.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.009

  摘要 ( 8 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏

  为了研究轴向磁场对薄膜结构及力学性能的影响规律，采用电弧离子镀方法在高速钢基体上沉积了TiN薄膜，利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜(SEM)、轮廓仪和纳米压痕仪考察了外加轴向磁场对薄膜化学成分、组织结构、硬度及弹性模量的影响。结果表明：外加轴向磁场对TiN薄膜的组织结构及力学性能有明显影响。磁场强度越高，薄膜表面颗粒及溅射坑越大，薄膜表面粗糙度增大；薄膜中N含量随着磁场强度增加而增大，而Ti含量则显示出相反的趋势；磁场对薄膜择优取向有明显影响，随着磁场强度增加，薄膜（111）取向增强，而后逐渐转变为（220）择优；薄膜硬度和弹性模量随着磁场强度增加先增加而后降低，在磁场强度为50 Gs时分别达到最大值28.4 GPa与415.4 GPa。
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  主盐及还原剂对AZ31镁合金化学镀镍-磷合金的影响

  姚妍¹， 张学义¹， 邹松华¹， 王娟¹， 秦铁男²

  中国表面工程. 2015, 28(1): 62-68.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.010

  摘要 ( 6 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏

  以硫酸镍为主盐，次亚磷酸钠为还原剂的镀液体系在AZ31镁合金基体表面化学沉积镍磷镀层，并通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、金相分析和极化曲线等分析手段探讨了化学镀液中主盐和还原剂的摩尔浓度比（CNi2+/CH2PO－2）对镁合金表面NiP镀层的形貌、成分、沉积速度和耐蚀性能的影响。结果表明：CNi2+/CH2PO－2对NiP镀层形貌的影响较小，但与膜层中的镍、磷元素的含量呈明显的线性关系；当CNi2+/CH2PO－2在0.4~0.6之间时，镀层沉积速度最快；CNi2+/CH2PO－2为0.3和0.4时，所得镀层的耐蚀性能较好。综上，在仅考虑主盐和还原剂对镀层性能影响的前提下，CNi2+/CH2PO－2=0.4时所得镀层的综合性能最好。
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  LAZ900镁锂合金化学镀镍前处理工艺

  郭晓光^1,2， 解海涛¹， 刘旭贺¹， 肖阳¹， 赵红亮²

  中国表面工程. 2015, 28(1): 69-75.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.011

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  为了优化镁锂合金化学镀镍前处理工艺，采用磷酸、硝酸和磷酸+硝酸混合溶液3种工艺对镁锂合金进行酸洗，采用氢氟酸、氟化氢铵和磷酸+氟化氢铵混合溶液3种工艺对镁锂合金进行活化，并对活化后的镁锂合金进行镀镍处理。使用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对处理后试样进行表面分析。结果表明：经硝酸+磷酸混合处理的试样表面氧化皮去除完整、有光泽，3种工艺活化后的试样表面均有氟化镁膜生成，经氟化氢铵活化后的试样表面制得的镍磷合金颗粒均匀，排列致密。最优前处理工艺为：酸洗H3PO4 2 mL/L，HNO3 10 mL/L，NaF 1 g/L，室温浸蚀5~30 s；活化NH4HF2 20 g/L，室温活化1~3 min。
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  06Cr19Ni10不锈钢电刷镀前处理工艺的优化

  张书^1,2， 刘锦云¹， 王坤¹， 王敏¹， 郭阳¹

  中国表面工程. 2015, 28(1): 76-82.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.012

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  为优化不锈钢电刷镀前处理工艺，改善电刷镀镍层与奥氏体不锈钢基体间的结合力。以不锈钢电刷镀快速镍前处理工艺为对象，通过弯曲试验和热震试验探讨了硫酸型活化液（No.1）和盐酸型活化液（No.2）对基体结合力的影响，确定了活化液的种类和活化方式。同时，采用确定的活化组合，以镀层的结合力为考察指标，采用正交试验方法优化了No.2活化液的活化工艺参数及特殊镍打底层工艺参数。弯曲试验和热震试验结果表明：单独采用No.2活化液较单独使用No.1活化液效果好；No.2和No.1组合（No.2活化液反极性+No.1活化液反极性+No.1活化液正极性）活化镀镍层与不锈钢基体的结合力最好。正交试验结果表明：No.2活化液最佳工艺参数为活化电压12 V，活化时间20 s；最佳打底工艺参数为特殊镍电压12 V，特殊镍时间60 s；采用组合活化方式，在该优化工艺条件下获得的快速镍镀层，经过78次热震试验后镀层无脱落、起皮现象，镀层与不锈钢基体之间有良好的结合力。
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  织构化硅片表面的粘着行为

  刘舒鹏， 王晓力， 司丽娜， 张玉言

  中国表面工程. 2015, 28(1): 83-89.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.013

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  为研究织构化表面的粘着行为，采用电感耦合等离子体刻蚀技术在硅片表面进行柱状织构的构筑。使用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对织构化硅片表面的形貌进行观测，利用原子力显微镜进行粘着试验，并考察织构对表面粘着性能的影响规律。结果表明：经过织构化的硅片表面上形成了较为规整均一的柱状织构，在相同试验条件下与未织构面相比，织构面上的粘着力显著降低（下降了73%～77%），表明表面织构的存在减小了接触面积；当相邻织构间的距离一定时，具有较小直径的织构表面更有利于粘着力的减小；表面织构同时降低了范德华力和毛细力的大小，使范德华力减小了88%～89%，毛细力减小了62%～68%；无论是在未织构面还是织构面上，毛细力对表面粘着力的贡献均处于重要地位。
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  草酸钛钾在铝合金微弧氧化过程中的着色机制

  张苏雅¹， 蒋百灵¹， 房爱存²

  中国表面工程. 2015, 28(1): 90-95.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.014

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  在六偏磷酸钠电解液体系中添加草酸钛钾，利用微弧氧化技术，在铝合金表面制备有色陶瓷层。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）及光电子能谱仪（XPS）等，对不同草酸钛钾添加量制备的铝合金微弧氧化陶瓷层截面元素分布及物相组成进行测试并分析，进而探讨草酸钛钾在铝合金微弧氧化过程中的着色机制。结果表明：脉数500，脉宽80 μs，电流密度5 A/dm2，微弧氧化15 min，草酸钛钾浓度6 g/L时，陶瓷层外观质量较好，呈现蓝色；蓝色陶瓷层主要元素Al、O、Ti均匀分布于陶瓷层中，陶瓷层呈现蓝色主要是由Al2O3和TiO2共同作用的结果。
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  铜离子氧化铝粉增强磷酸酯对铝颜料的缓蚀作用

  位会棉， 马志领， 李翠翠

  中国表面工程. 2015, 28(1): 96-100.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.015

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  为使铝粉颜料广泛应用在水性漆或墨中，必须提高其耐腐蚀性。铝粉表面的羟基是吸附缓蚀剂的有效基团，采用Cu2+氧化铝粉实现铝粉表面羟基化，以酚醚型磷酸酯（TXP10）作为缓蚀剂，探讨了反应介质、CuSO4·5H2O和TXP10的用量对缓蚀效果的影响。结果表明：在pH为6，异丙醇∶水=100∶15的反应介质中，40 g铝粉在0.3 g CuSO4·5H2O羟基化作用下，吸附4 g TXP10，可达到较好缓蚀效果。红外光谱和X射线衍射测定表明，铜离子氧化金属铝在铝粉表面形成勃姆石结构的氧化铝的水合物吸附TXP10。
再制造工程
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  基于RS-TOPSIS的再制造曲轴毛坯质量评价方法

  温海骏^1,2， 刘长义¹， 刘从虎¹

  中国表面工程. 2015, 28(1): 101-108.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.016

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  针对不确定条件下的再制造发动机曲轴质量等级划分问题，研究了基于粗糙集属性约简方法，并将逼近理想解的排序法运用到该问题中。选取主轴颈最大磨损量、连杆颈最大磨损量和主轴颈圆度等10个因素作为再制造曲轴的质量评价指标，利用粗糙集理论的离散和约简算法，将特征属性进行等级划分并计算出对应的特征属性权重，在约简结果基础上建立质量等级评价矩阵，通过计算评价对象的相对贴近度给出了质量分类区间。选取3×200组实测曲轴数据，建立RSTOPSIS再制造曲轴质量等级评价模型，并对检测样本进行回检，误判率最大为2.1%。结果表明： 所采用的RSTOPSIS评价模型能够对再制造曲轴进行合理的等级评定，能够获得良好的判别效果，具有实际工程价值。
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  熔滴在基板上的铺展及凝固过程的三维数值模拟分析

  朱胜， 李显鹏， 殷凤良， 王启伟， 郭蕾

  中国表面工程. 2015, 28(1): 109-114.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.017

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  对于基于熔滴沉积的3D打印成形再制造技术，熔滴在基体上的动态铺展过程及伴随此过程中的温度变化情况直接影响到成形形貌及质量。基于有限体积数值模拟方法，建立了熔滴在基板上铺展及凝固过程的三维数值分析模型。采用流体体积比函数（VOF）法追踪熔滴自由界面的动态变化过程，用焓多孔介质法处理熔滴凝固相变问题，用连续表面张力模型将表面张力处理为体积力源项。利用所建立的模型，计算分析了单个高温熔滴在基板上的碰撞中熔滴自由界面及温度的动态变化过程，以及熔滴凝固后的最终形态。通过比较熔滴界面动态变化过程的模拟计算结果与试验结果，证实所建立的模型是可靠的。
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  类激光堆焊修复柴油发动机肩胛密封面

  孙晓峰^a， 李占明^a， 宋巍^a， 马世宁^a,b

  中国表面工程. 2015, 28(1): 115-121.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.01.018

  摘要 ( 4 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏

  针对老旧柴油发动机肩胛密封面腐蚀损伤修复难的问题，选用HS121镍基合金焊丝作为焊接修复材料，采用类激光焊接技术对其进行修复。使用光学显微镜、X射线应力测定仪（XPS）、电化学工作站、高频往复摩擦磨损试验机、扫描电镜（SEM）和激光三维形貌仪对堆焊修复层截面微观组织形貌、残余应力、耐腐蚀和抗磨损性能等进行了观察和测试。结果表明，类激光堆焊修复层与母材属冶金结合，且无明显焊接缺陷；堆焊修复层表面的残余应力为普通氩弧焊的16%，腐蚀速率为基体的19.88%，耐磨性较基体提高了2.66倍。此外，修复层的自腐蚀电位正于发动机基体材料，自腐蚀电流密度值约为基体材料的1/2。