中国表面工程

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邵天敏，耿哲

中国表面工程. 2015, 28(2): 1-26.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.001

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固体薄膜技术可以用于显著提高材料的摩擦学性能，表面图形化技术则通过在部件表面制备预先设计的图形来改善摩擦副的接触和润滑行为。近年来，人们尝试将表面图形化技术和固体薄膜技术相结合，出现了一类称之为图形化薄膜的技术。研究表明：在很多情况下，与单纯的完整薄膜或图形化表面相比，图形化薄膜能够同时发挥薄膜的强化作用和图形化改变摩擦界面行为的作用，在改善和提高摩擦学性能方面具有综合优势。文中总结了图形化薄膜技术方面的研究工作；介绍了图形化薄膜的制备技术、分类、摩擦学性能以及应用；分析讨论了图形化薄膜的作用机理；并展望了图形化薄膜的发展前景。

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磁场模拟在磁控溅射/阴极弧离子镀中的应用

雷浩，肖金泉，郎文昌，张小波，宫骏，孙超

中国表面工程. 2015, 28(2): 27-44.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.002

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针对磁控溅射和阴极弧离子镀沉积技术存在的局限性，采用有限元分析方法（Finite element method, FEM）进行磁场模拟，优化设计外加电磁线圈的结构和磁场分布位形，并应用于磁控溅射沉积透明导电氧化物和阴极弧离子镀沉积硬质薄膜中。分析了外加电磁线圈磁场对磁控溅射等离子体辉光变化、磁控靶磁场平衡度/非平衡度、以及线圈位置对等离子体特性和靶材利用率的影响。设计和制作了轴对称磁场和旋转磁场，研究了它们对阴极弧离子镀弧斑运动形貌和薄膜表面大颗粒等特性的影响。通过控制弧斑运动状态，可以得到不同程度的颗粒分布，实现颗粒的可控沉积，减少薄膜表面大颗粒的污染。

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氮气分压对AlCrTiSiN超晶格涂层微观结构及力学性能的影响

牛宝林，陈汪林，刘书媛，张世宏

中国表面工程. 2015, 28(2): 45-52.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.003

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超晶格涂层因具有优异的力学性能及抗氧化性能在刀具涂层工业中备受关注。采用多弧离子镀技术在高速钢表面制备了AlCrTiSiN涂层，研究了氮气分压对AlCrTiSiN涂层微观结构及力学性能的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜研究了AlCrTiSiN涂层的微观结构；利用纳米压痕仪、划痕仪和磨损仪研究了AlCrTiSiN涂层的力学性能。结果表明：不同氮气分压的AlCrTiSiN涂层均由(Cr,Al)N相、(Ti,Al)N相和(Cr,Al)2N相以及非晶态的Si相和Si3N4相组成。与氮气分压为4 Pa的涂层相比，氮气分压为2或3 Pa的涂层具有更高的硬度、抗载荷能力和涂层基体结合强度，以及更低的摩擦因数及磨损率。此外，45钢和铸铁切削试验表明：AlCrTiSiN涂层刀具较AlCrN涂层刀具有更好的切削性能，无涂层刀具具有最差的切削性能。

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热处理气氛对ZrO₂活性扩散障/NiCrAl涂层界面反应的影响

刘林涛，李争显，华云峰，杜继红，杨晨曦，宗洋洋

中国表面工程. 2015, 28(2): 53-58.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.004

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为研究ZrO2活性扩散障的形成机制，采用电子束物理气相沉积技术(EBPVD)在DD5镍基高温合金表面分别沉积ZrO2先驱层与NiCrAl涂层，分别在真空条件和大气条件下对试样进行温度为700，800及900 ℃，时间为5 h的高温热处理。分析了试样的截面形貌、扩散反应区厚度以及ZrO2/NiCrAl涂层界面处的元素分布，并研究了热处理气氛对ZrO2/NiCrAl涂层界面反应的影响。结果表明：真空条件更有益于界面反应的进行，并发现经过900 ℃热处理5 h后，ZrO2活性扩散障/NiCrAl涂层界面之间形成了致密的Al2O3阻挡层；而在大气气氛下，NiCrAl涂层中部分Al元素向表面扩散形成氧化膜，从而影响了ZrO2/NiCrAl涂层的界面反应。

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基体温度对TC11钛合金EB-PVD修复层组织及振动疲劳寿命的影响

孙刚，陈学明，马国佳，马江宁，崔向中

中国表面工程. 2015, 28(2): 59-64.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.005

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为了研究温度对修复层性能的影响，采用电子束物理气相沉积(EBPVD)技术在TC11平板试样上制备了修复层，利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究了不同温度下修复层的成分及组织形貌变化，并通过振动疲劳试验等方法研究了温度对修复层振动疲劳寿命的影响。结果表明：在600~800 ℃进行修复时，修复层为柱状晶组织。修复层的致密性随温度升高而变大，这种变化也会影响修复后试片的振动疲劳性能，修复层柱状晶结构间隙处形成的裂纹源会造成试片疲劳性能的下降。

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调制周期对TiN/Ti多层膜组织结构和结合力的影响

肖娜，杜菲菲，杨波

中国表面工程. 2015, 28(2): 65-69.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.006

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为了阐明调制周期对薄膜微观组织及薄膜与基体结合力的影响，采用反应磁控溅射在Ti6Al4V基板上交替沉积了Ti层及TiN层制备了TiN/Ti多层膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪和划痕仪测量分析了薄膜的晶体结构、微观组织、硬度以及薄膜与基体之间的结合力。研究结果表明：TiN/Ti多层膜中均存在TiN，Ti和Ti2N 3种相。TiN/Ti多层膜均以柱状晶方式生长，在调制周期较大（5层）时，TiN和Ti层的界面清晰；随着调制周期的减小（层数增加），TiN和Ti层的界面逐渐消失。与单层TiN薄膜相比，多层TiN/Ti薄膜的硬度显著提高；但随着薄膜层数的增加，多层TiN/Ti薄膜硬度略微降低。当调制周期为80 nm（30层）时，薄膜与基体的结合力明显提高，达到73 N。

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LD10铝合金微弧氧化膜的生长及腐蚀性能

阳超林，鲁亮，曲尧，杜建成，华铭，薛文斌

中国表面工程. 2015, 28(2): 70-77.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.007

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采用双极性交流电源在LD10铝合金表面制备出微弧氧化膜。测量了硅酸盐电解液里微弧氧化膜的生长曲线，并分析了微弧氧化膜的结构、成分和相组成。采用浸泡腐蚀试验、醋酸加速盐雾腐蚀试验、动电位极化和电化学阻抗谱（EIS）方法评估了微弧氧化处理前后LD10铝合金的腐蚀性能。结果表明：LD10铝合金微弧氧化膜主要由γAl2O3组成，膜外层还有少量非晶相。微弧氧化初期，氧化膜主要以向外层生长为主，且表面粗糙度快速增加。随后膜层向内生长速度逐渐加快，最后阶段微弧氧化膜主要以向内生长为主。微弧氧化处理后LD10铝合金的腐蚀电位提高，腐蚀电流密度下降约2个数量级。微弧氧化膜的阻抗模值|Z|比铝合金基体大幅提高，同时其容抗弧半径远远大于铝合金基体。微弧氧化表面处理显著提高了LD10铝合金的耐腐蚀性能。

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植酸对纯镁超声微弧氧化层防护性能的影响

魏方红，李慕勤，郭小娟，李永江

中国表面工程. 2015, 28(2): 78-83.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.008

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针对纯镁超声微弧氧化贯穿性孔隙问题，采用植酸对微弧氧化层进行转化处理，探讨对氧化层的防护性影响。利用扫描电镜（SEM）研究植酸处理前后氧化层的形貌，并借助能谱分析仪（EDAX）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）以及电化学腐蚀工作站等检测手段分析植酸处理前后氧化层的化学成分、官能团构成、耐腐蚀性能等，并对植酸成膜机理进行研究。结果表明：随着植酸浓度的增加，超声微弧氧化层孔隙量减少，更加致密均匀，覆盖度提高，表面富含磷酸基和羟基。其中植酸处理浓度为7.5 g/L时为最佳，其膜层C、P元素含量最高，Mg元素含量最低，氧化层的自腐蚀电位正移最大，自腐蚀电流密度下降，氧化层的防护性能最好。

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CrFeAlTi复合涂层抗高温氧化及耐铅铋合金腐蚀性能

蒋艳林，邱长军，刘赞

中国表面工程. 2015, 28(2): 84-89.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.009

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采用热喷涂激光复合工艺在304不锈钢基体上制备3种CrFeAlTi复合涂层。采用氧化增重法评定涂层和基材抗高温氧化性能；利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM/EDS)和X射线衍射仪(XRD)对涂层微观组织结构进行分析，并对涂层耐液态铅铋合金(LBE)腐蚀性能进行研究。结果表明，3种CrFeAlTi复合涂层均具有良好的抗高温氧化性和耐液态铅铋合金腐蚀性，未加入304不锈钢粉末制备的涂层相对更好；750 ℃和850 ℃下氧化3 h后304基材增重量分别为0.70 g/m2和0.88 g/m2，而涂层增重量在850 ℃也仅有0.074 g/m2；450 ℃和550 ℃下腐蚀300 h，Pb元素沿基材表面向内部的扩散深度达到了8 μm和10 μm，而在涂层中几乎无扩散，涂层具有很好的抗腐蚀性，能阻止液态铅铋合金扩散到内部，对基材起到一定的防护作用。

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高Al、Hf含量对Ni3Al基合金激光焊接性能的影响

高海芸，何润，张冬云，鹿堃

中国表面工程. 2015, 28(2): 90-100.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.010

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为了研究高Al、Hf含量对Ni3Al基合金焊接性能的影响，采用激光焊接3种成分合金，分析焊缝凝固机理，并对比所得裂纹敏感性，同时从预热温度、激光光源性质等方面研究激光焊接工艺。Al元素成分增加，使合金降低了焊缝裂纹中偏析较严重的Mo元素含量，并使凝固过程的脆性温度范围减小，离共晶区较远，致使凝固组织(γ+γ′)共晶相减少。Hf元素含量增加使枝晶间得到良好的填充，使其相变成细密羽毛状(γ+γ′)共晶体，明显降低合金的裂纹敏感性。通过调节母材预热温度，激光波长，在冷却速度较快时能够在一定程度上降低裂纹的敏感性，但仍未完全消除裂纹。而采用波长较短、光斑面积较大的半导体激光焊接得到无裂纹焊缝。

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熔盐电镀钽及其耐磨损烧蚀性能

王升，熊党生，李建亮，何勇

中国表面工程. 2015, 28(2): 101-107.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.011

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为提高火炮身管的磨损、腐蚀和烧蚀性能，在炮钢表面进行熔盐镀钽正交试验。采用极差分析法研究时间、温度、电流密度和镀件粗糙度对镀层厚度的影响，并对镀钽的工艺参数进行优化。利用硬度仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等分析技术对钽镀层硬度、物相、微观形貌以及化学成分进行了表征；模拟身管内磨损、烧蚀与腐蚀3种工况，分别利用高温摩擦磨损试验机（HT1000）、脉冲激光（YAGM50）和综合电化学测试方法对钽镀层与铬镀层耐磨损性能、耐烧蚀性和耐腐蚀性能进行对比研究。结果表明：在750 ℃，0.08 A/cm2时可获结晶度不高的硬钽镀层，退火后得到α相钽，硬度下降；表面耐磨性增加，摩擦因数与磨损量较铬镀层分别降低33.3%与55.6%；腐蚀电位相对于铬镀层正移了365 mV，大幅提高了其耐蚀性能；脉冲激光测试结果也表明耐烧蚀性能有所提高。

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基于有限元仿真的带孔板超声波喷丸成形工艺

鲁世红，成书民，刘朝训，朱一峰

中国表面工程. 2015, 28(2): 108-113.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.012

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为探究飞机壁板带孔部位在喷丸成形时产生的孔区异形，应力集中等问题，文中利用有限元方法对2024铝合金带孔板喷丸后孔区域变形情况进行研究，分析了喷丸区域离孔的距离（孔边距L）对孔变形程度的影响；讨论了板料厚度，喷丸速度，喷丸覆盖率等喷丸工艺参数对带孔板孔变形程度的影响规律；绘制了孔异形程度B<1%和B<2%两种情况下不同喷丸参数时应采取的最小孔边距曲线。结果表明：孔边距过小时（0≤L＜1 mm）孔异性程度最大，应力集中明显；板料厚度可以有效的减小孔异形程度，板厚大于6 mm时孔异形程度基本小于1%；当孔异形程度一定时，喷丸速度和喷丸覆盖率越大，就需采用更大的孔边距，覆盖率F>140%时，孔边距需增加到17 mm以上才能使孔异形程度降低到1%以下。

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TFT-LCD玻璃基板精细雾化抛光的工艺参数优化

莫益栋，李庆忠

中国表面工程. 2015, 28(2): 121-125.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.014

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为了研究抛光工艺参数（抛光压力、抛光台转速、抛光液流量）对精细雾化抛光TFTLCD玻璃基板的影响，实现对玻璃基板的高效、高质量加工，采用正交试验方法对玻璃基板进行雾化抛光，以材料去除率(MRR)和表面粗糙度(Ra)为评价指标，根据实验结果得到最优的工艺参数组合，并将传统抛光和雾化抛光进行了对比。结果表明：当压力为0.055 MPa，抛光台转速为65 r/min，抛光液流量为8.3 mL/min时，雾化抛光的材料去除率为219 nm/min，表面粗糙度Ra为1.1 nm，光学透过率≥92.6%。在相同的试验条件下，传统抛光的去除率和表面粗糙度分别为335 nm/min和1.2 nm，两种方法的抛光效果相近，但雾化方法抛光液用量仅为传统的1/10。

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环氧磷酸酯/水性环氧涂层的耐蚀性能

丁纪恒，刘栓，顾林，赵海超，余海斌

中国表面工程. 2015, 28(2): 126-131.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.015

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为研究水性环氧涂层缓蚀剂的制备及其耐蚀性能，采用化学法将磷酸接到双酚A环氧树脂上，并与N,N二甲基乙醇胺中和制备水性环氧磷酸酯。将环氧磷酸酯添加到双组份水性环氧树脂中制备3种环氧磷酸酯/水性环氧涂层(E44, 0.2% PE44和0.5% PE44)。采用极化曲线和交流阻抗谱技术研究了环氧磷酸酯/水性环氧树脂对Q235钢基体在3.5%NaCl溶液中的防护性能。结果表明：浸泡24 h后，0.2% PE44/碳钢体系的自腐蚀电流密度(0.431 μA/cm2)低于E44/碳钢体系(0.928 μA/cm2)和0.5% PE44/碳钢体系(0.553 μA/cm2); 在浸泡 24 h内，3种涂层的涂层电容Qc逐渐增大，涂层电阻Rc和电荷转移电阻Rct逐渐较小，环氧磷酸酯可以显著提高纯水性环氧的Rc和Rct，进而提高水性环氧的耐蚀性能。当水性环氧树脂中环氧磷酸酯的含量为0.2%时，其防护性能较好。

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TiO₂/氟化含氢硅油超疏水防腐涂层的制备及性能

莫春燕，郑燕升，王发龙，胡传波，莫倩

中国表面工程. 2015, 28(2): 132-137.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.016

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针对无机TiO2纳米粒子表面能较大且易团聚的问题，利用低表面能物质硬脂酸使TiO2纳米粒子表面有机化，并以十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷和含氢硅油(PMHS)为原料制备氟化含氢硅油，将改性后的TiO2与氟化含氢硅油混合，用溶胶凝胶法在铝基底上形成改性TiO2/氟化含氢硅油复合涂层。涂层的表面形貌和疏水性采用X射线衍射仪、红外光谱、扫描电镜和接触角分析仪等进行表征，防腐性能采用极化曲线和交流阻抗等电化学法进行测定。结果表明：改性TiO2/氟化含氢硅油复合涂层表面结构丰富，其与水的静态接触角为152°，滚动角为7°，说明涂层具备超疏水性能；其腐蚀电位从裸铝片的-926 mV 正移至-576 mV，腐蚀电流密度从裸铝片的4.68×105 A/cm2下降至9.07×106 A/cm2，显示出较好的防腐性能。

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氧化亚铜纳米颗粒的制备及其释放速率测定

王佳兴，张剑锋，赵文杰，李渊，李赫，曾志翔，乌学东

中国表面工程. 2015, 28(2): 138-143.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.017

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针对涂料中氧化亚铜纳米颗粒作为防污剂在海水中存在释放速率不稳定的问题，采用化学还原法，通过控制溶液中葡萄糖的浓度和pH值制备出具有不同形状和粒径的氧化亚铜纳米颗粒，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）以及动态光散射粒度分析仪（DLS）表征所合成的氧化亚铜纳米颗粒的形状、粒径以及物相，利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）考察多种形状和粒径的氧化亚铜纳米颗粒在人工海水中的释放速率。结果表明：对于形状而言，球形释放速率最快，其次为正八面体，立方形释放速率最慢；在同一形状下，粒径越小释放速率越快，其中球形粒径在398.5 nm的释放速率最快，立方形粒径在801.5 nm的氧化亚铜释放速率最慢。

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仿生表面微结构在摩擦学领域取得新进展

王晓雷

中国表面工程. 2015, 28(2): 144-144.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.02.018

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