中国表面工程

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付航涛，张津，黄进峰，连勇，张程，高文

中国表面工程. 2015, 28(6): 1-6.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.001

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30SiMn2MoVA钢作为我国传统轻武器身管用钢，逐渐不能满足现代武器的要求，内膛镀铬处理带来的问题也急需解决。选用一种新研发的具有良好室温、高温和低温强韧性匹配的热模钢25Cr3Mo2NiSiWVNb，结合其合金元素种类，通过盐浴渗氮进行表面改性，并与30SiMn2MoVA镀铬进行比较。开展了30SiMn2MoVA镀铬和热模钢渗氮后组织形貌观察、硬度检测以及热模钢渗氮前后物相变化的分析，并针对身管储存要求及实际射击工况，对两种试样的耐蚀性和耐高温磨损性能进行比较。结果表明：热模钢渗氮后硬度高于镀铬层，在3.5% NaCl溶液中耐腐蚀性能与镀铬层相当，但是耐高温磨性能仍需要进一步提升。

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喷丸强化对GH4169合金孔结构高温低周疲劳性能的影响

王欣，胡仁高，胡博，汤智慧，罗学昆

中国表面工程. 2015, 28(6): 7-12.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.002

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螺栓结构是航空发动机盘件的重要连接结构，但服役时存在结构应力集中的螺栓孔结构受到大载荷作用，容易发生疲劳失效。根据高压压气机盘螺栓孔结构设计中心孔板材疲劳试样，对中心孔板材疲劳试样进行喷丸强化，研究了原始、高强度和低强度喷丸工艺等3种状态下表面粗糙度和残余应力场，并表征了3种状态下的高温低周疲劳性能。结果表明：相比铰孔状态，大强度的喷丸工艺使孔壁表面粗糙度显著增大，并且在倒角区域出现喷丸塑性流动金属的堆积，虽然引入了深度较大的残余压应力场，但仍然使得疲劳性能有所降低；小强度喷丸后疲劳性能有所提高但分散度增大。通过断口可以看出，原始和小强度喷丸后疲劳源萌生在孔壁处，呈多源疲劳断口；大强度喷丸后疲劳源萌生在孔边倒角区域，为单源断口。

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HIPIMS制备Cr-B涂层及摩擦学性能

张树参，柯培玲，李晓伟，李志勇，汪爱英

中国表面工程. 2015, 28(6): 13-19.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.003

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为研究CrB涂层在多测试环境（干摩擦、蒸馏水和海水环境）下摩擦磨损行为，采用高功率脉冲磁控溅射沉积技术制备CrB涂层，分析涂层成分、结构、微观形貌和力学性能，重点考察涂层在不同环境下的摩擦磨损性能。结果表明：制备的CrB涂层，B/Cr的原子比为1.8，结构主要由CrB2和自由Cr相组成，硬度和弹性模量分别为(26.9±1.0) GPa和(306.7±6.0) GPa。摩擦测试结果显示：涂层在干摩擦时具有较高的摩擦因数为0.75，发生严重磨损失效，归因于摩擦过程中涂层剥落而导致严重的磨粒磨损；与干摩擦相比，涂层在蒸馏水和海水环境中的摩擦因数均显著降低，分别为0.26和0.22，这主要由于蒸馏水和海水的边界润滑作用所导致，在蒸馏水中摩擦的磨损机制为磨粒磨损，而在海水中的磨损机制为磨粒磨损和腐蚀磨损的协同作用。

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多弧离子镀制备TiSiN涂层的结构及其摩擦学行为

姚懿容，李金龙，朱丽慧，王永欣，叶育伟，牛瑞丽

中国表面工程. 2015, 28(6): 20-27.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.004

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为了研究Si含量对TiSiN涂层性能的影响，采用多弧离子镀技术在Ti6Al4V表面制备了不同Si含量(质量分数)的TiSiN涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)纳米压痕仪、摩擦磨损试验机表征其表面形貌、成分，力学性能及摩擦学性能。结果表明：随着靶材中Si含量的增加，涂层硬度从35 GPa增加到42 GPa。在TiSiN涂层中Si元素主要以Si3N4非晶态存在，形成了非晶Si3N4包裹TiN纳米晶结构。当靶材中Si含量为8%时，涂层在海水中的磨损率约为2.1×106 mm3/(N·m)，此时涂层的摩擦性能最好。

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电弧离子镀TiAlN和TiAlSiN涂层的高温摩擦磨损行为

曾琨，邹长伟，郑军，贵宾华，王启民

中国表面工程. 2015, 28(6): 28-38.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.005

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采用电弧离子镀技术在高速钢和单晶硅上沉积TiAlN和TiAlSiN涂层，利用高温摩擦磨损试验机考察两种涂层在常温、400 ℃和600 ℃下的摩擦磨损行为。通过光学轮廓仪观察涂层磨损后三维形貌和二维磨痕轮廓曲线，利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析磨痕、摩擦副的微观形貌以及元素分布，研究Si元素的加入对TiAlN涂层高温摩擦磨损性能的影响。结果表明：TiAlN、TiAlSiN涂层在600 ℃摩擦稳定后的摩擦因数最低，其次是在400 ℃，常温下的摩擦因数最高；TiAlN涂层在常温下摩擦完后已经磨穿失效，而TiAlSiN涂层在600 ℃摩擦完后才失效。粘着磨损和氧化磨损主要存在于TiAlN涂层摩擦过程中，TiAlSiN涂层常温下主要磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损以及塑性变形导致的鱼鳞状裂纹，400 ℃下为粘着磨损和氧化磨损，600 ℃下为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。

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不同过渡层对DLC薄膜力学性能和摩擦学性能的影响

卓国海，柯培玲，李晓伟，汪爱英，赵运才

中国表面工程. 2015, 28(6): 39-47.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.006

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薄膜与基体间的界面结合性能是决定薄膜性能发挥的关键要素。针对类金刚石薄膜（DLC）在硬质合金上结合力差的问题，采用线性阳极离子束复合磁控溅射技术在硬质合金YG8基体上设计制备了单层W过渡层、WC过渡层、双层W过渡层和三层W过渡层4种不同W过渡层的DLC薄膜，探讨了不同过渡层对DLC薄膜力学和摩擦学性能的影响。结果表明：不同过渡层结构的DLC薄膜结构致密，界面柱状生长随着层数增加及过渡层厚度的降低而打断，有利于改善薄膜的韧性。当为三层W过渡层时，DLC薄膜的断裂韧性达到最大值6.44 MPa·m1/2；与单层W过渡层相比，薄膜硬度有小幅下降，但薄膜内应力降低了55%，且膜/基匹配性更佳，结合强度高达85 N，此时薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率，表现出比较优异的抗磨减摩性能。

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线性离子束制备DLC薄膜的结构和性能

周陶，袁军堂，黄雷，汪振华

中国表面工程. 2015, 28(6): 48-54.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.007

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为研究线性离子束技术在不同基体材料上沉积DLC薄膜的结构和性能，分别在YG6硬质合金、SKD11不锈钢和T7451铝合金表面沉积DLC（类金刚石）薄膜，并采用Cr作为过渡层，缓解膜基不匹配性。通过原子力显微镜、台阶仪和Raman光谱研究薄膜的表面形貌和微观结构；利用划痕仪和摩擦磨损试验机对薄膜膜基结合强度及耐磨性进行测试。结果表明：采用该技术制备的DLC薄膜均匀光滑，表面粗糙度Ra仅为5.5 nm；DLC/Cr/SKD11膜系的ID/IG值低于DLC/Cr/YG6膜系和DLC/Cr/T7451膜系，说明沉积于SKD11表面的DLC含有较多的sp3C；DLC/Cr/SKD11和DLC/Cr/T7451膜系膜基结合强度为42.2 N和23.2 N，而DLC/Cr/YG6膜系在120 N载荷范围内未有明显破损脱落，结合强度最好；DLC/Cr/YG6膜系摩擦因数（0.09）小于DLC/Cr/SKD11膜系（0.14）和DLC/Cr/T7451膜系（0.32），说明其具有较好耐磨性能。由此看出，不同基体上制备的DLC薄膜结构不同，结合强度和耐磨性也有所差别。

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TC4钛合金直流液相等离子体法强化层的生长

闫鹏庆，卢文壮，刘森，潘韩飞，张吴晖，左敦稳

中国表面工程. 2015, 28(6): 55-61.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.008

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为了进一步研究TC4钛合金在直流液相等离子体法强化过程中的温度变化，探索强化层的生长过程，通过液相等离子体电解强化技术在TC4钛合金表面制备强化层。使用热电偶测量强化过程中的试样温度变化，通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪（EDS）、显微硬度等测试方法分别研究强化层的表面形貌、显微结构、元素分布和硬度。结果表明，较高的试样温度(约500 ℃)有利于TC4钛合金得到表面完整、均匀的强化层，而260 V左右的处理电压能使试样达到该温度。表面化合物层以Ti(C,N)相为主，化合物层下有碳氮元素渗入基体。经过处理的强化层硬度较基体明显提升，近表层硬度可达784 HV0.01。研究表明，TC4钛合金强化层的生长分为4个阶段：基材预热阶段、初步起弧阶段、表面弧光渗氮阶段和碳氮化合物层向外生长阶段。

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304不锈钢复合电镀镍-膨胀石墨导热性能

蔡敏，范海林，林喜乐，黄有国，王红强，李庆余

中国表面工程. 2015, 28(6): 62-69.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.009

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通过一种简单而经济的电镀方法在304不锈钢表面制备镍膨胀石墨复合材料，并对其导热性能进行研究。通过扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和能谱仪(EDS)对镀层的显微形貌及结构进行表征，通过激光粒度分布仪对膨胀石墨的粒径进行测定，通过激光导热仪测定复合镀层的导热系数。结果表明：膨胀石墨呈片状结构，缺陷少且复合镀前后缺陷基本不变。复合镀层中膨胀石墨的原子数分数为5.98%，且均匀分布。镍膨胀石墨/304不锈钢的导热系数为16.02 W/(m·K)，相比于镍/304不锈钢和304不锈钢，其导热系数分别提高了9.7%和23.8%。膨胀石墨与304不锈钢表面及镍镀层接触良好，构成了良好的导热通道，提高了镍镀层的导热性能。

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基于三元复合络合剂的高磷Ni-P化学镀

李茂东，张永君，吴丹，马括，倪进飞，夏兰梅

中国表面工程. 2015, 28(6): 70-80.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.010

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针对单一络合剂难以兼顾镀液稳定性、镀速和镀层质量等多重要求，现有复合络合剂或成本过高、或工艺稳定性欠佳等问题，采用柠檬酸钠乳酸乙酸钠三元复合络合剂，借助增重法、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和材料耐蚀性快速检测专利技术，系统研究了络合剂及还原剂用量、镀液初始pH值及施镀温度对化学镀NiP施镀效果的影响，探明镀速、镀层硬度及其P质量分数、镀层腐蚀防护性能随工艺参数的变化规律。结果表明：利用基于三元复合络合剂的镀液，不仅可获得P质量分数最高为18.41%的高磷NiP镀层，而且工艺稳定性优异。在适宜的镀液初始pH值区间（4.0~5.5），镀层P质量分数受其它工艺参数的影响甚微，能始终稳定在11.12%~14.52%的高位。典型试样SEM分析表明：镀层表面平整、均匀，结构致密，镀层与基体结合紧密且厚度分布均匀。

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超音速火焰喷涂CoCrW涂层热震过程中的裂纹扩展行为

吕艳红，张启富，吴子健

中国表面工程. 2015, 28(6): 81-87.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.011

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为研究CoCrW涂层的抗冷热冲击性能，采用JP5000型超音速火焰喷涂设备在高温合金表面制备了该涂层，分析了裂纹在热震过程中的扩展行为。结果表明，在800 ℃保温，25 ℃水淬的热循环条件下，经过40次热震后，涂层表面均匀地分布着网状裂纹，截面上存在垂直裂纹，但未出现涂层脱落现象；在裂纹与基体、涂层界面交汇处生成了弥散分布的以Al2O3为主要成分的氧化物。分析认为，热应力和组织应力是裂纹产生和扩展的主要驱动力，但裂纹吸收了热震过程中产生的能量，避免了应力集中，有利于提高涂层的抗热震性能。界面处弥散分布的氧化物降低了涂层与基体的结合强度，热震试验最终的失效形式可能是界面处涂层的剥离。

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高焓等离子喷涂WC-10Co4Cr涂层的耐磨性

陈小明，周夏凉，吴燕明，王亚，毛鹏展，王莉容

中国表面工程. 2015, 28(6): 88-95.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.012

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为提高马氏体不锈钢（0Cr13Ni4Mo）的表面硬度及耐磨性能，对不锈钢表面进行高焓等离子喷涂WC10Co4Cr强化，对涂层进行组织观察和物相组成分析，并在不同温度下进行了摩擦磨损试验。研究表明：WC10Co4Cr涂层组织致密，主要由WC物相构成，另外还有少量的W2C和Co25Cr25W8C2。在室温和高温（400 ℃）时，WC10Co4Cr涂层均具有较低的摩擦因数。室温时，基体的磨损机制主要以粘着磨损和磨粒磨损为主。WC10Co4Cr涂层其磨损机制主要以微切削为主。400 ℃条件下，不锈钢基体的磨损机理主要以粘着磨损和剥层为主，磨痕边缘部位主要以磨粒磨损为主。WC10Co4Cr涂层试样的磨损机制主要以磨粒磨损为主，伴随有剥层现象出现。

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等离子喷涂Al₂O₃-13%TiO₂涂层的海水腐蚀磨损性能

朱禄发，龙剑平，刘二勇，王祥，曾志翔，乌学东

中国表面工程. 2015, 28(6): 96-103.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.013

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基于等离子喷涂技术构筑了高耐磨、耐蚀的Al2O313%TiO2涂层（AT13涂层），利用Rtec磨蚀试验机研究AT13涂层在干摩擦、去离子水和人工海水介质中的摩擦磨损性能，并利用电化学工作站分析了涂层在静态腐蚀和滑动磨损中的开路电位和极化曲线的变化，探讨了AT13涂层的腐蚀磨损机理。结果表明：热喷涂AT13涂层由αAl2O3、γAl2O3、金红石型TiO2和Al2TiO5相组成，其中富Ti相呈条带状分布于富Al基体中；AT13涂层在海水工况具有较好的润滑性，与干摩擦相比，其摩擦因数减小了0.15，且具有较好的稳定性；在3种工况下，AT13涂层都具有优异的耐磨损性能，海水润滑条件下，AT13涂层具有最小的磨损率，且随载荷的增加而减小；磨损过程加重了海水对涂层的腐蚀，但影响较小。

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铝基非晶纳米晶复合涂层的喷涂工艺

张秦梁，梁秀兵，张志彬，陈永雄，胡尧强

中国表面工程. 2015, 28(6): 104-110.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.014

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为了研究喷涂参数对涂层性能的影响规律，采用高速电弧喷涂技术制备铝基非晶纳米晶复合涂层，利用正交试验法系统研究喷涂电流、喷涂电压、喷涂距离、喷枪移动速度和雾化空气压力对涂层性能的影响规律。优化后的工艺参数为喷涂电流160 A，喷涂电压36 V，喷涂距离200 mm，喷枪移动速度300 mm/s，雾化空气压力0.7 MPa，喷涂参数对涂层性能影响的主次顺序为：雾化空气压力、喷涂电压、喷枪移动速度、喷涂电流和喷涂距离。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和透射电镜（TEM）对工艺优化后的涂层进行分析，同时对涂层的显微硬度和孔隙率进行了测试。结果表明，采用优化参数制备的涂层组织结构致密，孔隙率为1.13%，硬度可达392 HV0.1，涂层具有明显的非晶纳米晶相，非晶含量约为24.2%。

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等离子弧堆焊WC增强型高铬铸铁的组织和性能

张国栋，李莉，曹红美

中国表面工程. 2015, 28(6): 111-118.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.015

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采用等离子弧粉末堆焊技术在Q235钢表面分别堆焊高铬铸铁和WC增强型高铬铸铁，通过对各堆焊层的显微组织、化学成分、显微硬度、耐磨性和耐蚀性进行对比分析，揭示WC颗粒对高铬铸铁堆焊层的影响。结果表明，高铬铸铁堆焊层显微组织由初生(Fe,Cr)7C3和共晶组织组成，WC增强型高铬铸铁堆焊层由初生碳化物、WC颗粒和共晶组织组成。与高铬铸铁相比，WC增强型高铬铸铁由于WC的加入，初生碳化物面积分数非常高，共晶组织数量相应减少；WC增强型高铬铸铁的硬度，耐电解腐蚀性和耐热腐蚀性均优于高铬铸铁。两种堆焊层熔合线处的硬度陡降，结合线扫描结果说明，WC的加入不影响WC增强型高铬铸铁堆焊层与基体界面处的冶金结合和堆焊质量。

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激光熔覆工艺参数对CBN膜层裂纹率的影响

赵树国，李成龙

中国表面工程. 2015, 28(6): 119-126.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.016

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在TC11表面激光熔覆制备CBN膜层，通过研究激光工艺参数与裂纹率关系，控制熔覆层裂纹的产生。采用正交试验，并利用ANSYS软件平台对温度梯度进行研究，利用SEM、EDS对熔覆层截面形貌和成分进行分析。结果表明：对于熔覆层宏观裂纹，随着激光能量密度的增大，裂纹率明显下降，熔覆层质量变好，在激光能量密度为6×104 J/cm2送粉率为1 r/s时涂层质量较好；随着扫描速度增大时，裂纹率呈上升趋势，在扫描速度为3 mm/s、送粉率为1 r/s时裂纹率较小；随着送粉率增加，裂纹率先增加后减小，在送粉率为2.25 r/s、激光能量密度为3.4×104 J/cm2达到最大。对于熔覆层微观裂纹，随着激光功率增加，裂纹率先减小后增加，激光功率为1 800 W时，裂纹率达到最低；随着扫描速度增加，裂纹率也是先减小再增加，扫描速度为4 mm/s时，裂纹率达到最低。经过SEM与EDS分析，通过调整激光熔覆工艺参数，控制熔覆过程中温度场的温度梯度，进而控制熔覆层的裂纹率，可以获得形貌与组织成分良好的涂层。

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激光烧结石墨烯钛纳米复合材料及其耐腐蚀性能

胡增荣，童国权，张超，陈长军，张敏，郭华锋

中国表面工程. 2015, 28(6): 127-132.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.017

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石墨烯增强钛基纳米复合材料，因其良好的力学性能有望成为轻质高强结构材料。为了研究其硬度和耐腐蚀性能，在AISI 4140 合金结构钢的基板上采用激光烧结的方法制备了石墨烯钛纳米复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、拉曼光谱仪等研究了其微观结构、相组成和显微硬度等，并采用电化学极化法研究了激光烧结石墨烯钛纳米复合材料和纯钛在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明：激光烧结后石墨烯存在并均匀分散于钛基纳米复合材料中，石墨烯的添加使得钛基纳米复合材料的显微硬度达到了450 HV0.2，与激光烧结纯钛（180 HV0.2）相比提高了1.5倍。石墨烯钛纳米复合材料的腐蚀电位比激光烧结纯钛的腐蚀电位有明显提高，从-0.64 V提高到-0.59 V；同时，腐蚀电流从1.6×107 A/cm2降低到7×108 A/cm2，说明其耐腐蚀性能优于激光烧结纯钛。

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生理盐水润滑下PEEK/WK复合材料的摩擦学性能

李凝，黄健萌，陈卫增

中国表面工程. 2015, 28(6): 133-140.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.018

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为研究生理盐水润滑条件下碳酸钙晶须含量、载荷大小、滑动速度因素对PEEK/CaCO3复合材料摩擦学性能的影响规律，并考察复合材料的摩擦学稳定性，在自制改性偶联剂处理晶须表面的基础上制备了PEEK/CaCO3复合材料，利用MMW1A立式万能摩擦磨损试验机对复合材料的摩擦学性能进行测试，用扫描电子显微镜(SEM)对磨损表面形貌进行扫描分析表征。结果表明，晶须含量对复合材料摩擦学性能影响明显，在0.9%的生理盐水润滑条件下PEEK/CaCO3复合材料随着晶须含量的增加，摩擦因数及比磨损率均呈现先减小后增大现象；当晶须质量分数为15%左右时，复合材料的摩擦因数达到最低值，同时比磨损量相对最低，复合材料与摩擦副的磨合过程相对平稳，具有较好的摩擦学性能，表现为粘着腐蚀磨损特征。外加载荷、滑动速度增大，材料的摩擦因数增大，比磨损率增加。

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激光熔覆修复航空发动机风扇机匣TC4钛合金静子叶片

罗奎林，郭双全，何勇，付俊波

中国表面工程. 2015, 28(6): 141-146.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.019

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结合航空发动机大型风扇机匣TC4钛合金静子叶片的修复需求，研究了损伤叶片的激光熔覆修复工艺，对熔覆层成分、组织、显微硬度及力学性能进行了分析。试验结果表明，激光熔覆层TC4钛合金的O、N、H元素成分满足标准要求；激光熔覆区为具有魏氏体组织特征的柱状晶，柱状晶内部为细密的马氏体组织，热影响区为柱状晶和双态组织的混合组织，并逐渐过渡到基体的双态组织；激光熔覆层显微硬度平均比母材高15%，过渡平缓；激光熔覆TC4试样的室温拉伸、400 ℃高温拉伸、热暴露试验的强度结果均高于母材试样，断后延伸率稍低。采用单道多层熔覆工艺对受损叶片进行修复，验收合格后，风扇机匣得到使用。

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基于激光熔覆的车床主轴再制造

韩玉勇，鲁俊杰，李剑峰，孙杰，刘云辉

中国表面工程. 2015, 28(6): 147-153.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.020

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随着我国可持续发展重大战略的推进，蕴含着高附加值的损伤、退役机床再制造研究越来越受到重视，作为机床的核心部件之一，损伤主轴再制造成为机床再制造的关键。使用Nd∶YAG固体激光熔覆设备及FeCr合金粉料对损伤45钢主轴进行修复再制造研究，使用扫描电镜观察了熔覆层组织结构，通过显微硬度测试、摩擦磨损试验分析了熔覆层硬度及耐磨性，使用磨床对主轴熔覆层进行精密磨削加工。结果表明所得熔覆层无气孔裂纹等缺陷，其硬度达547 HV0.1，相同负载条件下熔覆层耐磨性为基体材料的3.7倍；磨削加工后再制造主轴完全恢复至设计尺寸，经过相同服役时间后再制造主轴磨损量小于新品主轴磨损量，说明了车床主轴激光熔覆再制造的可行性及有效性。

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高强度高韧性仿珍珠母层状GO/SA复合材料取得重要进展

陈科

中国表面工程. 2015, 28(6): 154-154.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2015.06.021

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