中国表面工程

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（英）李小英，田林海，窦文博，林开杰，（英）董汉山

中国表面工程. 2015, 28(3): 1-9.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.001

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经济型双相不锈钢以其低廉价格、良好的力学及耐蚀性能的综合优势受到重视，但其硬度低，抗磨性能较差，限制了该合金的广泛应用。对LDX2101经济型双相不锈钢在390 ℃到480 ℃温度区间和25% N2 + 75% H2气氛中离子氮化10 h，研究了氮化改性层的组织结构、机械性能、耐蚀性以及干摩擦和腐蚀磨损性能。结果表明，离子氮化后可在LDX2101表面形成一层具有一定硬度的致密氮化层，氮化层厚度随处理温度升高由5 μm 增加到 28 μm。表面原奥氏体和铁素体晶粒氮化后分别转化为S相 (γN)和针状ε相镶嵌其中的氮在铁素体中的过饱和相αN。氮化后LDX2101的表面硬度最高可提高4倍以上，干摩擦条件下的磨损量可降低3个数量级以上。干摩擦条件下氮化层的耐磨性取决于氮化层硬度和厚度，而在腐蚀介质中的磨损性能与氮化层耐蚀性相关。研究证明只有低温离子氮化（≤420 ℃）可提高LDX2101的腐蚀磨损性能。

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WC-(W,Cr)₂C-Ni/Ag复合涂层的制备及摩擦学性能

刘乐卿，单奇艺，安宇龙，侯国梁，赵晓琴，周惠娣，陈建敏

中国表面工程. 2015, 28(3): 10-16.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.002

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针对众多运动部件存在严重的摩擦磨损问题，使用大气等离子喷涂（APS）设备在1Cr18Ni9Ti不锈钢金属基材上喷涂制备WC(W,Cr)2CNi和WC(W,Cr)2CNi/Ag两种防护涂层，使用CSM摩擦磨损试验机考察两种涂层在室温下与Si3N4球配副时的滑动摩擦磨损性能。结果表明：Ag相的添加可明显降低涂层在干摩擦条件下的摩擦因数，并能减轻涂层的磨损程度；APS制备的WC(W,Cr)2CNi/Ag复合涂层不仅具有优良的自润滑性能，而且具有极佳的耐磨性能，有望作为一种新型耐磨自润滑涂层材料。

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hBN含量对NiCr/Cr₃C₂-hBN复合涂层抗热震性能和氧化性能的影响

曹玉霞，黄传兵，杜令忠，张伟刚

中国表面工程. 2015, 28(3): 17-22.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.003

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为了提高NiCr/Cr3C2复合涂层的摩擦性能，在涂层中加入了hBN作为固体润滑剂，研究了hBN含量对涂层抗热震性能和氧化性能的影响。采用大气等离子喷涂技术制备了hBN含量分别为0%、2.5%、5%、10%和20%的NiCr/Cr3C2hBN复合涂层，并研究了复合涂层在700、800和850 ℃的抗热震性能和在850 ℃的恒温氧化性能。结果表明：NiCr/Cr3C2hBN复合涂层呈层状结构，各层之间结合良好；所有涂层在700、800和850 ℃水淬10次均未出现明显的裂纹和脱落现象，涂层抗热震性能均良好。涂层的氧化增重随着hBN含量的增加逐渐增大，96 h后NiCr/Cr3C220%hBN涂层氧化非常严重。在850 ℃时，所有涂层的氧化动力学曲线均遵循抛物线规律。

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溶液前驱体等离子喷涂热障涂层的高温稳定性

汪瑞军，王世兴，鲍曼雨，李宏，王伟平

中国表面工程. 2015, 28(3): 23-29.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.004

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以锆盐和钇盐水溶液为原料，采用溶液前驱体等离子喷涂(SPPS)技术制备了氧化钇部分稳定氧化锆(7YSZ)热障涂层，利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)和扫描电镜(SEM)研究了SPPS涂层在1 200~1 400 ℃下的相结构和微观结构稳定性。结果表明：沉积态SPPS涂层为亚稳四方相(t′)，在1 200 ℃和1 300 ℃时未发生亚稳四方相(t′)向单斜相(m)的转变，在1 400 ℃热处理100 h后出现了少量单斜相。在1 200~1 400 ℃下，SPPS涂层发生了不同程度的烧结现象；随热处理温度升高，SPPS涂层晶粒长大速率增加，在1 200、1 300和1 400 ℃热处理 100 h后，最大晶粒尺寸分别约为350、700和1 100 nm。同时，在1 400 ℃下热处理100 h后，涂层中仍然存在大量1 μm的微孔，表明其具有较好的微孔保持能力。

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EB-PVD热障涂层的结构演变与表面拉曼光谱特性

陈建伟，赵扬

中国表面工程. 2015, 28(3): 30-35.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.005

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热障涂层被广泛应用于航空发动机和燃气轮机等高温部件，其破坏机理和无损检测手段是研究中急需解决的问题。采用EBPVD方法制备了陶瓷层厚度分别为180、120和90 μm的3组热障涂层试样，经1 000 ℃高温氧化0、1、10、50和100 h后，用HR800激光显微拉曼光谱仪测得试样表面的拉曼光谱特性，利用扫描电镜(SEM)观测了试样内部裂纹及氧化层(TGO)厚度的演变。研究表明，EBPVD热障涂层裂纹主要发生在陶瓷层内部及陶瓷层与粘结层的界面处，粘结层和基体界面处产生裂纹的概率相对较小；同等条件下，增大陶瓷层的喷涂厚度，可以减缓氧化层的生长速度，但是会增大陶瓷层表面应力；热障涂层表面残余应力会随着热氧化时间的增加而增大，当表面残余应力减小时表明陶瓷层中有明显的裂纹或脱落产生。

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聚乙烯薄膜表面沉积纳米SiO_x涂层的阻隔性能

桑利军，王敏，陈强，刘忠伟，王正铎

中国表面工程. 2015, 28(3): 36-41.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.006

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为了提高药品包装用聚乙烯（PE）薄膜的阻隔性能，利用射频等离子体增强化学气相沉积技术，以氧气 (O2)和六甲基二硅氧烷 (HMDSO)作为氧化性气体和硅源单体，在PE薄膜表面沉积一层纳米厚度的柔性SiOx涂层。采用傅里叶变换红外吸收光谱、原子力显微镜和气体透过率测试仪对SiOx涂层的化学结构成分、表面微观形貌和气体阻隔性能进行表征。结果表明：SiOx涂层的化学结构和表面形貌对其阻隔性能有显著的影响。沉积工艺参数对SiOx涂层的阻隔性能起到了至关重要的作用。经过参数优化后制备的SiOx涂层可以有效地提高PE薄膜对氧气的阻隔性能，当射频功率为50 W，氧气和六甲基二硅氧烷的比例为2∶1，沉积气压为20 Pa时制备的SiOx涂层的透氧值可从原膜的3 000 mL/(m2·d)降低到30 mL/(m2·d)，对氧气的阻隔率可以提高100倍。

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SiO₂涂层热循环过程中损伤与脱落的试验表征

王杨，朱嘉琦，代兵，高鸽，杨磊

中国表面工程. 2015, 28(3): 42-48.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.007

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为了解可能导致SiO2陶瓷涂层损伤和脱落的因素，从而有针对性地提出减缓涂层损伤与脱落的方法，延长涂层的寿命，采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、Raman光谱等表征手段, 对利用溶胶凝胶法制备的SiO2涂层，在温度范围为250~450 ℃，经历0、10、30、50次热循环试验后表、界面形貌、结构和化学键变化情况进行了表征和描述。结果表明，随着热循环次数增加, 涂层表面和内部产生了裂纹并发生扩展, 表面粗糙度(Ra)增加到727.3 nm, 某些区域还出现了颗粒撞击和气泡状破损导致的损伤。同时界面逐步开裂、脱层、钝化, 涂层表面和内部出现了局部烧结、晶粒细化、内应力释放、微观应变增加等现象, 这些都是导致其损伤乃至脱落的诱因。

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Cr/WC/DLC薄膜的多环境摩擦学性能

王佳凡，陈克选，王永欣，吴昊，李金龙，叶育伟

中国表面工程. 2015, 28(3): 49-55.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.008

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采用磁控溅射法，在304不锈钢上制备Cr/WC/DLC多层梯度过渡类金刚石薄膜，利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)、纳米压痕仪、划痕测试仪等分析薄膜的微观结构和力学性能，利用UMT3多功能摩擦磨损试验机考察其在大气、去离子水、发动机油3种环境下的摩擦学性能。结果表明：该薄膜的多层梯度设计使其膜基间结合力得到了有效改善，且硬度高达32.6 GPa，在3种环境下均具有优异的摩擦学性能。在大气环境下，薄膜具有较低的平均摩擦因数，为0.094；但具有3种环境下最大的磨损率，为7.86×108 mm3(N·m)1；在去离子水环境下，薄膜的平均摩擦因数较高，为0.124；而其磨损率较低，为5.26×108 mm3(N·m)1；在发动机油环境下，固油复合润滑效应使薄膜具有更加优异的摩擦学性能，其平均摩擦因数和磨损率均为3种环境下的最小值，分别为0.065和4.44×108 mm3(N·m)1。

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表面Pd膜对LaNi_4.25Al_0.75合金贮氢性能的影响

刘丽飞，肇博涛，张平柱，叶一鸣，胡石林

中国表面工程. 2015, 28(3): 56-62.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.009

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为改善LaNi4.25Al0.75贮氢合金表面抵抗杂质气体毒化的能力，采用化学镀对粒径d为150~300 μm的LaNi4.25Al0.75颗粒进行了表面金属Pd的包覆。通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）对化学镀前后LaNi4.25Al0.75合金颗粒的表面形貌及结构进行表征分析；采用容量法测试材料的贮氢性能。结果表明：化学镀在LaNi4.25Al0.75颗粒表面沉积了一层晶体Pd单质，膜层均匀且有一定的致密性。表面金属Pd层能够使LaNi4.25Al0.75颗粒在含杂质（O2和N2）氢气中的贮氢容量的衰减幅度由1.928%降至0.086%，有效提升了其抵抗O2和N2毒化的能力。

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45钢表面化学镀Ni-B涂层的耐蚀性及摩擦学性能

张明星，曹磊，王艳艳，万勇

中国表面工程. 2015, 28(3): 63-69.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.010

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针对45钢在海水环境中耐蚀性及耐磨性能差的问题，采用化学镀技术在45钢表面上构筑NiB涂层，利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪和硬度计对涂层表面形貌、晶体结构和硬度进行表征，通过电化学动电位极化评估涂层的耐蚀性能，并考察涂层在3.5% NaCl溶液下的减摩和耐磨性能。结果表明：钢表面上化学镀NiB涂层呈“花瓣”状的非晶态结构，在3.5% NaCl溶液中的自腐蚀电位为-0.47 V，相对于基体提高了0.06 V，自腐蚀电流密度为8.991×106 A/cm2，相对于基体下降近两个数量级。同时，在3.5% NaCl溶液下，NiB涂层的摩擦因数相对于基体下降0.1，磨损宽度更窄。

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微弧氧化小阴极放电及膜层均匀性

田钦文，郭小娟，李慕勤，马天钰

中国表面工程. 2015, 28(3): 70-75.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.011

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针对微弧氧化工艺中小功率电源大面积处理或局部腔体处理问题，研究小阴极微弧氧化工艺方法。采用550 V恒压模式，阳极为Φ 70 mm×0.5 mm的纯铝样件，阴极为Φ 15 mm不锈钢棒，浸没到硅酸钠基的电解液内的长度可变，探讨放电伏安特性和膜层厚度、表面形貌以及电化学行为的均匀性。结果表明：小阴极可以实现微弧氧化，但小阴极增加了阴极阳极间放电的等效阻抗，会造成微弧放电较弱、成膜速率较低，微弧氧化样品的径向膜层厚度和耐蚀性呈现不均匀性，靠近样品边缘膜层较厚，中心区域膜层较薄；增加阴极尺寸，膜厚均匀性从74%（阴极深入20 mm）提高到78%（阴极深入40 mm），同时膜层的耐腐蚀区域加大。结果对于小功率电源大面积微弧氧化和腔体内部微弧氧化具有重要的指导意义。

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TC4钛合金微弧氧化溶胶凝胶复合涂层的制备及其抗高温氧化性能

毛政，李洪，张津，何业东

中国表面工程. 2015, 28(3): 76-81.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.012

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为了提高钛合金的使用温度，设计并制备了一种微弧氧化（MAO）氧化钇稳定氧化锆（YSZ）的陶瓷复合涂层。采用微弧氧化（MAO）技术在TC4钛合金基体表面原位生长出一层氧化铝陶瓷层(TM涂层)，然后采用溶胶凝胶法（Solgel）在MAO层的基础上制备低导热系数的钇稳定氧化锆（YSZ）涂层，最终制备出MAOYSZ复合涂层（TMY复合涂层）。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析涂层的相结构、组织形貌和成分，并测定了TC4、TM涂层以及TMY复合涂层在700 ℃下的氧化动力学曲线。结果表明：TMY复合涂层外层以ZrO2为主，内层主要为Al2O3。具有TMY复合涂层的钛合金在700 ℃下氧化100 h后其氧化增重仅为无涂层钛合金的14%，说明TMY复合涂层可以显著提高钛合金的抗高温氧化性能与使用温度。

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化学刻蚀法调控铝合金阳极氧化膜的表面结构及防腐性能

秦立光，侯华，赵文杰，睢文杰，郑文茹，乌学东，薛群基

中国表面工程. 2015, 28(3): 82-89.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.013

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为了提高铝合金的耐蚀性能，采用化学刻蚀与阳极氧化相结合的方法在铝合金表面构造了微纳结构，经进一步化学修饰后得到耐蚀性能良好的表面防护膜层。利用扫描电子显微镜、红外光谱仪表征所制备膜层的表面形貌和化学成分，采用激光共聚焦显微镜测定样品的表面粗糙度，通过接触角测量仪和电化学工作站对膜层的润湿性和防腐性能进行表征，考察刻蚀时间对于膜层表面结构和耐蚀性能的影响规律。结果表明：当刻蚀时间为3 min时，膜层的耐蚀性能最佳：相对于未经刻蚀的样品腐蚀电位正移了0.15 V，腐蚀电流下降了两个数量级。且接触角最大(152°)，这是由于此条件下制备的薄膜表面微/纳结构最完整、比例最合理。

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疏水性安全壳壁面的硅表面微孔结构制备

赵维，樊焕然，杨林，杜王芳

中国表面工程. 2015, 28(3): 90-95.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.014

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为构建疏水性安全壳内壁面涂层以提高事故中的传热能力，以Si作为功能涂层材料，在其表面上制备了不同圆孔间距及圆孔深度的微孔阵列样品以研究微米结构对表面疏水特性的影响，并对其疏水机理进行分析。结果表明，所制备的微孔样品润湿特性均符合CassieBaxter模型，在本征接触角为69.5°的Si表面通过微孔结构调控可显著提高疏水特性，获得了具有140°接触角的优异疏水特性样品而未进行表面化学修饰。研究结果为设计安全壳涂层材料及其表面微结构提供了技术方案，为强化核电站非能动安全壳冷却系统传热性能提供了解决思路。

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高能喷丸处理对15CrMo低合金钢常温黑色转化膜特性的影响

吴惠舒，揭晓华，张留艳，余海彬

中国表面工程. 2015, 28(3): 96-101.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.015

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采用高能喷丸的方法在15CrMo低合金钢表面获得剧烈变形层达到组织细化的效果，在喷丸处理前后试样表面分别制备常温黑色转化膜。利用扫描电子显微镜及能谱仪分析转化膜的形貌及组成，采用全浸泡、动电位极化和电化学阻抗谱方法测试转化膜在3.5% NaCl溶液中耐蚀性。结果表明，高能喷丸处理后15CrMo低合金钢表层组织显著细化，组织更加均匀，促进了结晶颗粒细小、致密的黑色转化膜的形成。与未经喷丸处理试样表面的转化膜相比，高能喷丸处理提高了15CrMo钢表面黑色转化膜的耐蚀性，表现为自腐蚀电位提高90 mV，自腐蚀电流密度降低60%，耐盐水浸泡时间延长。

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织构化表面处理抑制界面摩擦尖叫噪声

盖小红，莫继良，刘铭倩，阳江舟，陈光雄，朱旻昊

中国表面工程. 2015, 28(3): 102-107.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.016

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为寻求抑制摩擦尖叫噪声的新途径，对表面加工有不同尺寸及分布沟槽型织构的列车制动盘蠕墨铸铁试样进行摩擦噪声试验，探讨织构化表面处理对界面摩擦尖叫噪声特性的影响。结果表明：沟槽织构表面具有明显降低摩擦尖叫噪声的效果，系统在摩擦副接触界面为织构表面的半周期内无明显尖叫噪声产生，但在接触界面为光滑表面的半周期内会产生高强度尖叫噪声。说明沟槽织构表面降低尖叫噪声的主要机理为：沟槽棱边在摩擦过程中与对摩副碰击，抑制了系统自激振动及摩擦尖叫噪声的产生。

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车削速度对GH4169加工表面完整性的影响

金洁茹，张显程，涂善东，叶友俊

中国表面工程. 2015, 28(3): 108-113.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.017

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加工表面完整性对材料的服役性能有着重要的作用。使用陶瓷刀具，对高温合金GH4169进行车削加工，分析不同车削速度对表面完整性各特征参量的影响，采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪和XRD等仪器对表面微观结构、显微硬度和残余应力进行观测。结果表明：表面粗糙度随切削速度的增大而减小；加工表层存在滑移，且有明显的加工硬化现象，表层显微硬度随着车削速度的增大呈现增大趋势；轴向表面残余应力均为拉应力，且随着车削速度的增大拉应力先增大后减小,原因在于当速度增大至一定程度时，热量短时间内无法传递到工件内部，导致热效应的作用效果减弱。

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带钢冷轧机工作辊表面轧制磨损形貌的模拟仿真

张雍，张清东，李瑞，张勃洋

中国表面工程. 2015, 28(3): 114-121.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.018

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针对带钢冷轧过程中磨损量仅有微米或亚微米数量级的工作辊表面微观形貌的轧制磨损，建立元胞自动机磨损模型，模拟工作辊表面微观形貌的轧制磨损行为及其动态变化过程。采取不同频率正弦曲线叠加组合对工作辊表面形貌的圆周向轮廓进行数学描述和建模，结合生产实际和已有研究，确定接触咬合磨损与磨粒磨损的元胞状态转换规则，建立元胞自动机原理工作辊表面磨损演化模型，并模拟得到在不同工况条件下工作辊表面微观形貌的磨损规律，仿真研究所得粗糙度磨损演变规律与在工业生产中实测统计获得的磨损演变规律基本吻合。

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多道次点式连续移动感应淬火数值模拟

朱生霄，秦训鹏，汪舟，毛华杰，高恺

中国表面工程. 2015, 28(3): 122-130.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.019

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为了实现复杂形状工件的表面强化，以电磁场和温度场的控制方程为基础，在ANSYS中建立了多道次点式连续移动感应淬火的有限元模型。通过改变各个道次之间感应器移动轨迹的重叠宽度，对多道次连续移动感应淬火过程进行了数值模拟研究，得到了重叠宽度对多道次淬火区域温度场分布和组织转变规律，并通过金相实验验证了模拟结果的可靠性。结果表明当轨迹的重叠宽度大于一定值时，后一道感应加热过程会使得前一道已淬火区域部分发生奥氏体转变，且由于存在热积累效应，后一道轨迹相比前一道轨迹的完全奥氏体化深度和部分奥氏体化深度会有一定程度的增加。

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基于FeCoNiCrMn高熵合金的晶粒生长和霍尔佩奇关系研究取得新进展

吴渊

中国表面工程. 2015, 28(3): 131-131.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.03.020

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2015年, 第28卷, 第3期　刊出日期：2015-03-19

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