2015年, 第28卷, 第5期 刊出日期:2015-05-19
  

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    表面工程
  • 张谦,曹凯,陈福明
    中国表面工程. 2015, 28(5): 1-8.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.001
    摘要 ( 7 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏
    针对金属基体超疏水表面制备工艺的适用性,采用电镀镀铜结合化学镀银的方法,经过正十八硫醇修饰后在一些常见金属如铜、铝、镍、不锈钢表面构建了微纳层级结构并实现了稳定的超疏水性。通过接触角测量仪(OCA—20)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征表面的接触角、形貌结构和镀层成分,并分析恒流镀铜与脉冲镀铜的结构成分差异。结果表明:采用脉冲镀铜化学镀银的方法经表面修饰构建了葡萄球状及花菜状的微纳米层级结构,水滴接触角约158°,滚动角均在4°以下,其中黄铜基(H62)与铝基(5052)表面滚动角可达0.1°;表面经过划痕法与挫刀法处理后未见镀层及修饰层脱落,结合力较好;pH在1~14范围内进行耐酸碱测试,所得表面具备一定耐腐蚀性。该工艺成本适中、方便快捷、基体适用范围广,具备潜在的工业应用价值。
  • 李小兵,刘燚栋,马豪,王烨烨,赵惠,童贤靓,杨帆
    中国表面工程. 2015, 28(5): 9-15.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.002
    摘要 ( 8 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏
    针对单一纳米颗粒电刷镀镀层综合性能存在的不足,利用电刷镀技术在45钢基材上制备含纳米WC和PTFE的镍基复合镀层。采用扫描电子显微镜观察电刷镀复合镀层的表面形貌和显微结构,球盘式摩擦磨损试验机测试其干摩擦条件下摩擦磨损性能,在pH=4浓度为0.05 mmol/L的硫酸溶液中进行耐腐蚀性试验。结果表明:在镀液中添加不同含量纳米粒子,可以不同程度填补粒子之间的空缺,使镀层表面平整、光滑;含纳米WC和PTFE镍基复合镀层的耐磨损和耐腐蚀性能强于纯镍基镀层和45钢基体,这是由于纳米粒子细晶强化和弥散强化所致;当含1.5 g/L纳米WC与7 g/L 纳米PTFE乳液的复合镀层耐磨损性能最佳;含1 g/L纳米WC与5 g/L 纳米PTFE复合镀层的耐腐蚀性能较纯镍基复合镀层提高一倍;45钢的磨损机制是粘着磨损,纯镍基镀层的磨损机制是剥层磨损,纳米WC/PTFE镍基复合镀层的磨损机制是磨粒磨损。
  • 尚伦霖,王立平,张广安,蒲吉斌
    中国表面工程. 2015, 28(5): 16-23.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.003
    摘要 ( 7 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏
    探索具有优良摩擦学性能的BCx薄膜的制备方法具有重要意义,文中采用闭合场非平衡磁控溅射碳化硼靶和石墨靶(纯度均为99.9%)的方法,在38CrMoAl齿轮钢和Si(100)表面沉积BCx薄膜,利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱、纳米压入仪、CSM摩擦磨损试验机和X射线光电子能谱仪(XPS)分别分析了BCx薄膜的结构特征、力学性能和摩擦磨损性能,得到了石墨靶电流对碳化硼薄膜结构和性能的影响规律。结果表明:相同的沉积时间内,BCx薄膜的厚度随石墨靶电流的增加逐渐增大,硬度、弹性模量逐渐降低,微观形貌的柱状结构特征越来越明显;增加石墨靶电流可以提高BCx薄膜的摩擦学性能,当石墨靶电流为2.4 A时,BCx薄膜的摩擦因数稳定在0.2左右,且具有最佳的耐磨性能。
  • 王宇,黄美东,李云珂,陈泽昊,张臣,杨明敏
    中国表面工程. 2015, 28(5): 24-29.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.004
    摘要 ( 8 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏
    TiCN薄膜在刀模具领域有着广泛的应用前景,但它的结构和性能往往随制备工艺参数的不同而有较大差异。为了研究沉积气压对杂化离子镀TiCN薄膜结构和性能的影响,找到合适的Ar和N2分压比以优化工艺参数,采用杂化离子镀技术在高速钢、硅片以及不锈钢片表面制备TiCN薄膜,通过改变沉积过程中Ar和N2的分压获得不同的薄膜。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、维氏硬度计、摩擦磨损仪、XP2台阶仪对薄膜的物相结构、表面形貌、显微硬度、摩擦因数和沉积速率进行表征。结果表明:TiCN膜层择优生长方向主要表现为TiCN相的(111)晶面;试验中保持Ar分压为0.1 Pa不变,增加N2分压,即沉积气压增大,薄膜的显微硬度先升高再降低,对应摩擦因数先降低再升高,沉积速率不断减小最终趋于平缓,而表面形貌受沉积气压变化的影响很小。
  • 王赫,杨弋涛,曾志翔,王刚,乌学东,薛群基
    中国表面工程. 2015, 28(5): 30-36.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.005
    摘要 ( 7 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏
    为克服纳米粉体光催化剂易团聚、难回收和容易引起二次污染等缺点,采用“一步”水热法在纤维素膜表面原位生长多孔球形微纳米ZnO颗粒。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)和热重分析仪(TG)分析了纤维素/ZnO复合膜的微观形貌、组成、晶体结构、热稳定性以及ZnO的负载量;采用紫外可见分光光度计根据亚甲基蓝溶液的降解测试其光催化活性。结果表明:该方法可成功实现纤维素膜对ZnO颗粒的负载,且当加热时间为12 h时,负载的ZnO颗粒数量多分布均匀,且为多孔球状并呈典型的纤锌矿结构。在紫外光照射下,纤维素/ZnO复合膜具有优越的光催化性能,可用于降解染料等有机物;当ZnO负载量为6 mg时,3 h内亚甲基蓝的催化效率为90%。
  • 潘东,党理,杨屹,王均
    中国表面工程. 2015, 28(5): 37-43.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.006
    摘要 ( 5 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏
    为研究低温盐浴氮化提升马氏体钢耐冲刷腐蚀的机理,在410、430和450 ℃不同温度下对1Cr11不锈钢盐浴氮化8 h。通过光学显微镜,X射线衍射分析仪(XRD),显微硬度仪对渗氮层的渗氮层厚度、显微组织及显微硬度进行研究,通过电化学工作站循环伏安法和双相流冲刷腐蚀模拟试验研究不锈钢耐蚀性。结果表明,渗氮层包括化合物层和扩散层,化合物层主要由N的过饱和固溶体αN和含氮化合物εFe23N组成。渗氮层显微硬度约为基体硬度3倍;循环伏安法表明渗氮层和基体在NaCl溶液中均发生钝化,但渗氮层表面钝化膜在溶解后具有自我修复能力,抗点蚀能力好。经过120 h的冲刷腐蚀模拟试验,氮化样品质量损失速率远低于未处理试样的质量损失速率,氮化可以有效提升试样的耐冲蚀性能。
  • 董合振,徐久军,王亮
    中国表面工程. 2015, 28(5): 44-48.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.007
    摘要 ( 8 ) PDF全文 ( 2 )   可视化   收藏
    在双相不锈钢等离子体渗氮表面改性过程中,为了避免N原子与Cr原子结合形成CrN的析出使基体中Cr元素含量减少进而降低双相不锈钢的耐蚀性能,通常渗氮温度选取低于450 ℃。温度低,N原子的扩散速率慢,存在渗氮时间长,渗氮层较薄等问题。对SS2205双相不锈钢在不同时间进行了高温快速离子渗氮研究,结果表明:在540 ℃条件下,渗氮时间为1 h时,可得到8 μm厚且没有明显CrN析出的渗氮层,使其表面硬度显著提高;与440 ℃、4 h条件下得到的渗氮层相比,厚度增加了一倍,表面硬度提高50%左右,且耐点腐蚀性能并没有严重下降。
  • 陈文龙,刘敏,张吉阜,宋进兵,邓子谦
    中国表面工程. 2015, 28(5): 49-56.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.008
    摘要 ( 6 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏
    以纳米团聚烧结的ZrO27%Y2O3(7YSZ)粉末为原料,采用等离子喷涂物理气相沉积(PSPVD)工艺及大气等离子喷涂工艺(APS)在镍基高温合金表面制备了柱状热障涂层(CTBC)和层状热障涂层(LTBC),并进行1 000 ℃的恒温氧化试验,采用X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针、能谱分析等检测手段表征热障涂层的微观结构和高温氧化行为。结果表明:CTBC涂层在氧化初始阶段快速生成TGO层,氧化50 h后TGO层生长速率减慢,氧化动力学曲线符合五次方抛物线规律,而LTBC涂层氧化动力学曲线符合常规二次方抛物线规律。CTBC涂层氧化速度快于LTBC涂层,但抗氧化剥落性能优于LTBC涂层。
  • 闫星辰,刘敏,徐国富,文魁,何翔,杨焜
    中国表面工程. 2015, 28(5): 57-63.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.009
    摘要 ( 7 ) PDF全文 ( 1 )   可视化   收藏
    根据低压等离子体喷涂所使用的F4VB喷枪结构,建立了三维稳态湍流模型,采用Fluent软件对104 Pa低压条件下等离子体喷涂过程中等离子体的温度、速度和压强分布进行了模拟。结果表明:阴极尖端附近的等离子体温度达到最高值29 000 K,随后温度降低。等离子体速度在喷枪内急速上升,离开喷枪出口约0.01 m时达到最大值6 100 m/s,随后速度降低。等离子体在距离喷枪出口附近约0.07 m以内经历了膨胀和压缩过程,等离子体的膨胀和压缩对速度和温度的变化有显著影响。
  • 胡祯,李争显,刘林涛,杨晨曦
    中国表面工程. 2015, 28(5): 64-70.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.010
    摘要 ( 4 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏
    利用有限元分析法建立了镍基合金基体/Al2O3/Zr/Al2O3/NiCrAlY粘结层模型,模拟计算了温度快速变化时扩散障的应力集中区域及应力水平,分析了扩散障的厚度及界面形貌对扩散障结构应力的影响。结果表明:在温度急剧变化过程中,扩散障内应力水平较高的区域主要出现在Al2O3层,特别是在Al2O3层中段、非平整界面的尖点、拐点处以及曲面的凹凸不平处;扩散障内应力值随Al2O3层和Zr层的增大而减小,且Al2O3层厚度变化对应力的影响比Zr层厚度变化的影响大;非平整界面最大等效应力比平整界面高约1 000 MPa。
  • 王利平,王建明,赵莉莉,吕鹤婷,刘兴睿
    中国表面工程. 2015, 28(5): 71-76.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.011
    摘要 ( 2 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏
    针对以往有限元模型中弹丸数量较少且为规则阵列排布的缺陷,采用光滑粒子流体动力学法(Smoothed particle hydrodynamics, SPH)与有限元法 (Finite element method, FEM)相结合的方法,对喷丸过程进行数值模拟;使用MATLAB对弹丸空间位置坐标进行随机化处理,形成了大量丸粒冲击工件表面的随机喷丸仿真模型。通过分析确定了喷丸饱和时间,研究了喷射角度、弹丸流量对残余应力场的影响。结果表明:在喷丸参数一定的条件下,存在相应的饱和喷丸时间;研究喷丸参数对残余应力的影响时,应在喷丸达到饱和时间之后提取残余应力值;喷射角度增大,残余压应力增大;开始时弹丸流量增大,残余压应力会有所增大,但当其达到饱和值后,残余压应力不再变化。
  • 李爱农,魏成靓,刘娇姣,周文乐,王华君,况诗婷
    中国表面工程. 2015, 28(5): 77-85.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.012
    摘要 ( 3 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏
    采用激光熔覆方法,在45钢表面制备出铁基Cr3C2/MoS2耐磨减摩覆层,通过OM、SEM、EDS、XRD、摩擦磨损试验及XPS对覆层组织、摩擦磨损性能及磨球表面氧化进行了分析。研究表明,熔覆过程中Cr3C2分解主要生成了Cr23C6硬质相;MoS2部分分解形成了CrS微粒,与保留的MoS2一起对覆层材料起到润滑作用。与铁基合金覆层相比,加入Cr3C2/MoS2颗粒后,覆层的摩擦磨损性能显著改善;加入12Cr3C2/6MoS2后,覆层的摩擦因数降低到0.21,仅为铁基覆层的56%,相对耐磨性为其2倍;与Cr12MoV钢相比,铁基12Cr3C2/6MoS2覆层的摩擦因数仅为其51%,相对耐磨性为其2.4倍。研究表明,覆层表面磨损形式主要是粘着磨损及磨粒磨损,加入Cr3C2/MoS2颗粒相后覆层的磨损程度减轻。XPS分析表明,其磨球表面形成了Cr、Fe的氧化物,对降低磨耗及摩擦阻力有积极作用。
  • 宋瑞宏,彭云
    中国表面工程. 2015, 28(5): 86-92.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.013
    摘要 ( 4 ) PDF全文 ( 2 )   可视化   收藏
    为了提升凸轮表面耐磨性,采用YLS4000型光纤激光器通过不同的激光功率对基体材料45钢表面进行激光淬火。通过SEM观察激光淬火前后材料表面和界面形貌,金相显微镜观察组织形貌,通过HVS1000A型显微硬度仪测试了试样表面硬度,并测试了试样的摩擦因数和磨损形貌。结果表明:淬火层界面显微组织为淬火马氏体及少量残余奥氏体,在激光功率1 000~1 800 W时分别获得淬硬层深度为0.3~0.8 mm的单道热影响区;淬硬层硬度分布基本均匀,平均硬度约为547~765 HV,比基体硬度提高了2~3倍,激光淬火后组织细化和形成大量马氏体是硬度提高的主要原因;在一定激光功率范围内(1 200~1 800 W),激光淬硬层的抗磨损性能比基体有较大的提升,且当激光功率为1 600 W时能获得最佳的磨损性能。
  • 刘欢,罗立平,王丁丁,张延军,夏青
    中国表面工程. 2015, 28(5): 93-99.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.014
    摘要 ( 3 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏
    针对金属陶瓷MoZrO2抗液态铁腐蚀问题,采用CO2激光器对金属陶瓷MoZrO2进行表面重熔。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析重熔后金属陶瓷表面的相组成和形貌,用光学显微镜和SEM分析测试了重熔层厚度和孔隙率。结果表明:在激光快速加热和冷却作用下,MoZrO2表面大部分金属钼以MoO3的形式挥发,氧化锆经熔化、凝固,在表面形成以柱状晶为主的氧化锆重熔层;重熔层的厚度随着激光能量密度增大而增大,最大可达430.2 μm;随着激光能量密度增加,重熔层孔隙率出现先增加后降低的变化,最低达到4.29%;重熔层与基体的结合强度,随着激光能量密度的增加而递减;当激光能量密度为4 J/mm2,最大结合强度为17.33 MPa。在1 650 ℃高温条件下,进行6 h熔融金属腐蚀试验,激光重熔使金属陶瓷降低了Mo和Zr元素向熔池扩散速率,显著提高金属陶瓷MoZrO2抗液态铁腐蚀性能。
  • 张啸宇,谭俊,任伟,董美伶,苏宏艺
    中国表面工程. 2015, 28(5): 100-104.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.015
    摘要 ( 3 ) PDF全文 ( 0 )   可视化   收藏
    为了研究预压坯相对密度、预热温度、反应物配比、孔隙率等工艺参数对TiCNi(Mo)铝基金属陶瓷复合材料高温合成过程的影响作用,采用自蔓延燃烧合成(SHS)技术在7A52铝合金表面制备了TiCNi(Mo)金属陶瓷复合涂层,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)对涂层的物相结构进行了分析。结果表明: 体系的燃烧速度随预压坯相对密度的提高呈先增后减的趋势,预压坯的最佳相对密度约为55%;体系的燃烧温度随预热温度增长而增长,最佳预热温度区间在400~450 K;体系的绝热温度随体系中NiMo含量的提高而降低,最合适的配比方案为TiC20Ni(Mo)。
  • 邱骥,帅刚,马世宁,王红美,蔡嘉辉
    中国表面工程. 2015, 28(5): 105-110.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.016
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    以传统浸入式微弧氧化为参照对象,利用自行研制的喷洒式微弧氧化装置在5083铝合金表面局部区域制备一层氧化膜,考察厚度、硬度、粗糙度和电流随时间的变化规律,通过三维形貌仪,扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)分析膜层的微观形貌和组织结构,并在电化学工作站中评价其腐蚀性能,由此比较浸入式和喷洒式微弧氧化的异同,从而证明喷洒式微弧氧化的可行性。结果表明:浸入式和喷洒式微弧氧化制备的膜层相近。其中,膜层厚度、硬度、粗糙度以及电流都随时间呈规律性变化;两者膜层表面不平整,大部分是O和Al元素,主要由γ Al2O3构成;膜层的电化学性能较铝合金基体都明显改善。因此,在不宜采用浸入式处理方法的环境下,可采用喷洒式微弧氧化代替。
  • 曹京宜,张寒露,孙东明,唐聿明,左禹
    中国表面工程. 2015, 28(5): 111-115.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.017
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    针对防污涂层中含铜防污剂对铝合金基体的腐蚀影响问题,采用动电位极化曲线和腐蚀失重的方法,研究5083铝合金在含不同浓度Cu2+的3.5% NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,采用电化学交流阻抗方法研究自抛光防污涂层和不含铜防污剂的丙烯酸树脂基涂层对铝合金的屏蔽性能和腐蚀情况。结果表明,溶液中的Cu2+浓度低于70 μg/L时,对5083铝合金的腐蚀速率影响不大,当Cu2+浓度超过此临界值时铝合金的腐蚀会显著加速;直接涂刷防污涂层的铝合金在3.5% NaCl溶液中浸泡4天就发生腐蚀,说明涂层中的防污剂Cu2O与NaCl溶液反应生成的Cu2+向涂层内部渗透对铝合金基体的腐蚀有负面影响。
  • 范其香,王铁钢,刘艳梅,姜肃猛,宫骏,孙超
    中国表面工程. 2015, 28(5): 116-122.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.018
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    为研究Co改性铝化物涂层在室温环境中的耐蚀性,利用包埋法渗Co和气相沉积渗Al(两步法)制备出两种不同Co含量的Co改性铝化物涂层,采用XRD、SEM、EDS分析涂层的组织结构。结果表明: 850 ℃和1 000 ℃渗Co涂层外层和内层均为γ(Ni, Co)相,内层有氮化物/碳化物相析出。Co改性铝化物涂层与简单NiAl涂层结构一致,外层为β(Co, Ni)Al相,内层为互扩散区含有大量的富Cr(W)相。简单NiAl涂层的自腐蚀电流为0.04 μA/cm2,约为Co改性铝化物涂层的十分之一。这说明在涂层中添加Co降低涂层的耐蚀性,一方面因为Co的腐蚀电位(-0.28 V)低于Ni的腐蚀电位(-0.25 V),另一方面因为渗Co过程中产生的夹杂物与涂层电位不一致,容易成为微阴极区,加速涂层的腐蚀。
  • 龚沛,曹学军,宁韶奇,朱丽萍
    中国表面工程. 2015, 28(5): 123-128.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.019
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    AZ61镁合金大气腐蚀的评估不但能为材料设计提供依据,还能为实验室大气模拟腐蚀实验提供对比参数。利用XRD、SEM、EDS和XPS研究AZ61镁合金板材在万宁、西双版纳和江津三地挂片(2个月)的腐蚀速度、表面腐蚀形貌及产物构成,结果表明,AZ61镁合金板材在3种气候环境下的腐蚀速度排序为:万宁>江津>西双版纳,且近海大气(万宁)的腐蚀速度成倍增加,年腐蚀率达到17 μm/a;AZ61合金在万宁的近海大气环境中形成的表面腐蚀层较厚且疏松,表面龟裂明显,表面腐蚀产物中有来自于含盐大气结晶的氯离子存在;AZ61合金在西双版纳大气中形成的腐蚀产物层较薄;AZ61合金在江津工业大气中的腐蚀产物层的厚度介于西双版纳和万宁之间;表面腐蚀层综合分析表明,万宁挂片中有水合碱式碳酸镁存在。
  • 再制造工程
  • 姚巨坤,朱胜,崔培枝,时小军
    中国表面工程. 2015, 28(5): 129-135.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.020
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    再制造升级能够高效益提升产品的综合性能,实现产品的多寿命周期循环使用,具有重要的资源、经济和社会效益,是再制造工程的重要组成部分及发展方向。建立了面向产品设计、制造、使用、再制造等多寿命周期的再制造升级全域工作内容,提出了涵盖支撑技术外围层、评估技术过渡层、实现技术核心层的三层次多寿命全域再制造升级技术内容框架,并重点给出了核心层再制造升级实现技术的主要内容;关键的实现技术为基础,进一步拓展构建了基于理论基础、工程技术和应用工具的三模块再制造升级工程理论与技术系统,明确了再制造升级的理论、技术与应用3方面应包括的实施内容;以研究的体系成果为指导,建立了机床再制造升级系统工艺流程,并开展了机床数控化再制造升级验证,升级后的机床满足了数控化和精度要求。
  • 中国学者海外论文摘要
  • 张世宏
    中国表面工程. 2015, 28(5): 136-136.
    https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.05.021
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