中国表面工程

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裴晨蕊，孙德恩， Sam Zhang(新加坡)，黄佳木

中国表面工程. 2016, 29(2): 1-9.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.001

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硬质陶瓷涂层一般硬度高，但韧性差，在受到较大外加冲击荷载作用时容易产生裂纹并引发失效，从而限制了硬质涂层在工程领域的应用。硬质涂层的增韧研究是当前硬质涂层研究的热点之一。常见硬质涂层增韧方法中，有些是以降低硬度为代价来提高涂层韧性，比如第二相增韧；有些是通过优化涂层结构设计，减小缺陷尺寸，在不损失涂层高硬度的前提下，提高韧性，获得兼具高硬度和高韧性的涂层；有些是通过相变（晶体结构转变）提高涂层的韧性。通过优化涂层结构设计，改变涂层晶粒尺寸、晶界尺寸与复杂程度等，使涂层致密化，从而提高涂层硬度与韧性，从而获得增韧效果，成为研究者越来越关注的焦点。单一增韧方法的局限性，可以通过多种增韧方法协同作用获得突破，协同增韧已成为硬质涂层增韧发展的趋势。目前硬质涂层的韧性评估还没有一个公认的方法，从简单实用出发，常用的有微悬臂梁弯曲法、划痕法和压痕法。

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表面改性对纳米SiO₂增强木纤维/PP复合材料微观结构及性能的影响

何霄，袁光明，邓鑫，肖罗喜，谭林朋

中国表面工程. 2016, 29(2): 10-17.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.002

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为研究经表面处理的纳米SiO2在复合材料内的分散状态及其对复合材料性能的影响，选择硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2进行表面改性，分别通过激光粒度仪、傅里叶红外光谱分析仪、接触角测定仪表征纳米SiO2的改性效果，采用XRD、SEM对经表面处理后的纳米SiO2在木纤维/PP内的分散状态进行表征，测试并分析其力学性能、吸水膨胀率和吸水率。结果表明：当KH570的质量分数为5%时，纳米SiO2的平均粒径为62 nm，KH570可以成功接枝在纳米SiO2表面。其对木纤维/PP复合材料的力学性能提高最优，吸水膨胀率与吸水率最低，弯曲强度达到52.6 MPa，拉伸强度为30 MPa，冲击强度可以达到11.8 kJ/m2；相比添加未经过表面改性的纳米SiO2，分别提高了75%，20%和47.5%。

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石墨烯对La_0.94Mg_0.06Ni_3.49Co_0.73Mn_0.12Al_0.20储氢合金电化学性能的影响

李国辉，黄红霞，王新颖，谢文强

中国表面工程. 2016, 29(2): 18-23.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.003

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为了提高La0.94Mg0.06Ni3.49Co0.73Mn0.12Al0.20储氢合金的电化学性能，利用石墨烯与储氢合金研磨混合来对其进行表面改性处理。采用X射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析合金的相结构和表面形貌。结果表明：添加石墨烯后合金的相结构并没有发生改变，石墨烯包覆在了合金的表面，增大了合金的比表面积，提高了合金的电化学性能。当添加质量分数为5%的石墨烯时，电极的最大放电容量可达到380.6 mAh/g，容量保持率S50 从69.5%提高到71.1%。添加石墨烯后，交换电流密度、极限电流密度和腐蚀电位均变大、电化学反应阻抗降低，说明电极的动力学性能得到改善。

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烷基功能化镀钯对LaNi_4.25Al_0.75储氢合金抗毒化性能的影响

肇博涛，叶一鸣，刘丽飞，胡石林，张平柱

中国表面工程. 2016, 29(2): 24-29.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.004

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氢气中存在氧、氮等杂质气组分时，AB5型LaNi4.25Al0.75合金的吸氢速率和储氢容量将出现下降。为提高合金的毒化抗性，在化学镀钯工艺中引进烷基功能化的前处理技术对合金表面进行复合镀覆处理。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）对合金颗粒表面形貌和结构进行表征；通过容量法测试合金的储氢性能。扫描电镜下，相比纯化学镀样品表面Pd颗粒的球形形貌，复合镀覆γPdLaNi4.25Al0.75样品表面Pd颗粒为立方体型。测试结果表明，在O2和N2均为0.1%的氢气中，初始压力0.71 MPa、恒温30 ℃条件下，1%γPdLaNi4.25Al0.75样品的特征吸氢速率k和储氢容量Xmax（质量分数）分别达到0.065 s1和1.152%，较LaNi4.25Al0.75分别提高75.7%和9.2%，较PdLaNi4.25Al0.75分别提高30%和3.2%。表明以烷基功能化为前处理的复合镀覆法，能够进一步提升合金表面钯膜对H2分子的催化裂解活性，解决了镀Pd质量分数对催化活性提升的瓶颈，显著提高了LaNi4.25Al0.75合金的抗毒化性能。

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浸镀铜前处理对铝合金表面Ni-P镀层结构与性能的影响

康瑞雪，梁军，彭振军

中国表面工程. 2016, 29(2): 30-36.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.005

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化学镀NiP是提高铝合金表面耐蚀耐磨性的主要方法之一，但施镀前通常要进行前处理，以去除表面氧化膜。以氯化胆碱-乙二醇低共熔体系为溶剂，CuCl2·2H2O为铜源，通过浸镀方法在铝合金表面制备铜层，再后续化学镀NiP，并与未经浸镀前处理和浸锌前处理铝合金表面的化学镀NiP层进行对比。利用扫描电子显微镜、X射线衍射、动电位极化及ASTM D335993胶带测试法研究了不同前处理方法对NiP镀层结构和性能的影响。结果表明：与未经浸镀前处理和浸锌前处理相比，通过浸镀铜前处理的铝合金表面得到的NiP镀层呈常规的胞状颗粒结构，腐蚀电位与腐蚀电流分别为-0.343 V和2.109×10-6A/cm2，耐蚀性较好；根据ASTM D335993标准，镀层与基底的附着性为5B。

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葡萄糖对铝合金电极电化学活性及自腐蚀的影响

霍佳磊，王为

中国表面工程. 2016, 29(2): 37-42.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.006

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针对铝空气电池放电时铝合金阳极自腐蚀严重的问题，利用失重法、线性扫描伏安法等电化学方法研究了葡萄糖作为铝合金阳极缓蚀剂的缓蚀效果，以及葡萄糖对铝合金阳极电化学性能、空气电极电化学性能的影响，并利用XRD及金相组织形貌对放电后的铝合金阳极表面进行葡萄糖的缓蚀机理分析。结果表明，添加葡萄糖能够使铝合金阳极利用率由45%提高至90%，能适当提高铝合金阳极的电流密度约12 mA/cm2，且几乎不影响空气阴极的电化学性能。XRD及金相组织表明，添加葡萄糖能够促使铝合金阳极表面放电过程中产生的氢氧化铝脱落而使铝合金表面光滑平整。

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锻造CoCrMo合金关节材料的滑动摩擦腐蚀行为

张鑫，陈辉，陈凯

中国表面工程. 2016, 29(2): 43-48.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.007

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采用UMT2多功能摩擦磨损试验机和电化学工作站（CHI614E）摩擦腐蚀试验平台，考察了医用CoCrMo合金在生理盐水润滑条件下的摩擦腐蚀行为，利用扫描电镜观察了CoCrMo合金在摩擦腐蚀之后的形貌特征。结果表明，随着载荷的增大，CoCrMo合金摩擦腐蚀后的腐蚀电位降低，腐蚀电流增大。摩擦腐蚀的摩擦因数均大于纯摩擦因数，且随载荷的增加而减小。摩擦腐蚀的磨损破坏比纯摩擦严重，磨损机理主要表现为犁沟磨损和剪切塑变造成的局部剥落。

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不锈钢与GFER及CFRPEEK在海水润滑下的摩擦磨损特性

王志强，倪敬，高殿荣

中国表面工程. 2016, 29(2): 49-57.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.008

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为了寻找适合于低速大扭矩海水液压马达的各摩擦副之间的配对材料，分别以不锈钢（316L和9Cr18Mo）与玻纤环氧复合材料(GFER)及碳纤维增强聚醚醚酮(CFRPEEK)为摩擦副，利用MMU5G屏显式高温材料端面摩擦磨损试验机对摩擦副在海水中接触表面的温度、摩擦因数和摩擦磨损状况进行了测试，并通过激光共聚焦显微镜对接触表面的磨损形貌进行分析。结果表明：不锈钢/GFER的摩擦因数随着时间的变化在0.3~0.4间波动且幅度较大，而不锈钢/CFRPEEK的摩擦因数随着时间的增加稳定在0.1左右；不锈钢/GFER所引起海水温升的幅度也远远高于不锈钢/CFRPEEK；不锈钢/GFER的接触表面出现了大面积的涂抹与擦伤，且磨损程度要大于不锈钢/CFRPEEK；不锈钢316L的耐腐蚀性优于9Cr18Mo。由此可知，316L/CFRPEEK较适合作为低速大扭矩海水液压马达的摩擦副材料。

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表面织构-离子氮化复合处理改善316不锈钢的摩擦学性能

林乃明，谢瑞珍，郭俊文，邹娇娟，王志华，唐宾

中国表面工程. 2016, 29(2): 58-68.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.009

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针对奥氏体不锈钢表面硬度低、摩擦因数大、耐磨性差等问题，对316不锈钢进行电化学处理获得表面织构，再对获得表面织构的试样进行离子氮化处理。在干摩擦和脂润滑条件下研究了316不锈钢基材和复合处理试样与GCr15钢球和Si3N4陶瓷球配副的摩擦学行为。结果表明：复合处理后试样表层主要由ε相、γ′相和CrN相组成，表面硬度为1 048 HV0.1；在干摩擦条件下，表面织构未被完全破坏，在摩擦过程中起到了捕捉磨屑、降低磨损的作用；在脂润滑条件下，表面织构起到了储存油脂提供二次润滑源的作用。与两种摩擦配副在两种测试条件下，复合处理试样的磨损失重量均远低于316不锈钢基体。

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沉积温度对CrB₂涂层结构与性能的影响

张树参，李晓伟，王丽，张栋，柯培玲，李志勇，汪爱英

中国表面工程. 2016, 29(2): 69-76.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.010

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为了研究沉积温度对涂层微结构与力学性能的影响，采用直流磁控溅射技术制备了CrB2涂层。通过XPS、XRD、SPM、SEM、HRTEM、纳米压痕仪和维氏压痕仪分别分析了涂层的成分、结构、微观形貌和力学性能。结果表明：在不同沉积温度下，CrB2涂层均由CrB2和少量Cr相组成。涂层具有致密的纳米柱状结构，其直径大约为7 nm，且沿着生长方向贯穿整个涂层截面。随沉积温度升高，涂层晶体取向由（101）和（001）的混合取向逐渐转变为（001）择优取向，涂层由纤维状结构转变为柱状晶结构，且柱状晶尺寸随沉积温度的增加逐渐细化，致密化程度增加。涂层的力学性能随沉积温度的升高而显著增加；当沉积温度达到400 ℃时，涂层具有最高硬度(50.7 ± 2) GPa和最高弹性模量(513.6 ± 10) GPa。微观结构和力学性能随沉积温度的演变归因于沉积原子运动的逐渐增强和结构的致密化。

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热丝脉冲TIG堆焊Inconel 625的组织及性能

郭龙龙，郑华林，李悦钦，徐小东，符运豪，冯春宇

中国表面工程. 2016, 29(2): 77-84.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.011

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采用热丝脉冲TIG工艺在AISI 4130基体表面堆焊Inconel 625合金，获得了平坦、连续、无缺陷的堆焊层。借助光学显微镜、XRD、SEM、EDS对堆焊层的微观组织、相组成、成分进行了分析。堆焊层主要由γNi基体、分布在晶间不规则的Laves以及颗粒状的MC组成；晶体形态对Laves相的分布特征有着重要的影响，不同的晶体形态对应着Laves相的不同分布特征。堆焊层与基体、层间融合界面附近合金元素含量变化显著，层内部元素分布比较均匀，堆焊层表面Fe元素质量分数为1.81%。同时，采用动态极化曲线法对堆焊层与基体的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明：其耐腐蚀性能与铸态Inconel 625基本相当，能够满足耐腐蚀要求。

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亚音速火焰喷涂铝硅/聚苯酯涂层的组织与摩擦学性能

郭永明，朱胜，宋占永，于鹤龙，魏敏，陈洁

中国表面工程. 2016, 29(2): 85-90.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.012

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为开发先进的铝基固体自润滑材料与技术，采用亚音速火焰喷涂技术制备了铝硅/聚苯酯涂层，利用扫描电子显微镜（SEM）、电子能谱仪（EDS）、洛氏硬度计、拉伸试验机、摩擦磨损试验机分析测试了涂层的组织、硬度与结合强度，探讨了载荷对涂层摩擦学性能的影响。结果表明，涂层由铝硅和聚苯酯相构成，聚苯酯相所占面积比约20%。涂层组织致密，与基体结合强度达67 MPa，表面宏观硬度约为75.3 HR15Y。试验载荷对铝硅/聚苯酯涂层的摩擦学性能有显著影响，涂层摩擦因数随载荷的上升呈先下降后上升趋势，不同载荷致使涂层在组织、成分、形态等方面的差异是其主要影响因素。

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低压等离子喷涂纳米YSZ涂层的结构及力学性能

赵岩，高阳

中国表面工程. 2016, 29(2): 91-97.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.013

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采用低压等离子喷涂技术制备具有新型结构的纳米YSZ涂层，研究电弧电流和粉末松装密度对涂层微观结构以及力学性能的影响。结果表明,松装密度为0.95 g/cm3的粉末在喷涂过程中因电流升高而引起的晶粒生长的程度远低于松装密度为1.4 g/cm3的粉体。当电流超过350 A后，两种粉末所对应的涂层的Weibull模量分布均发生从二元结构向单一值的转变，但转变后涂层的结构均呈现出有别于传统涂层结构的细等轴晶结构。硬度与弹性模量的分析结果表明具有细等轴晶结构的涂层较在350 A 电流下形成的二元结构纳米涂层具有更高的平均硬度与弹性模量。当采用密度为1.4 g/cm3的粉末时，所对应涂层的断裂韧性Weibull 曲线随电流波动较大。

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高速火焰电弧复合喷涂枪制备3Cr13涂层的性能

陈永雄，胡尧强，梁秀兵，徐滨士，商俊超，张秦梁

中国表面工程. 2016, 29(2): 98-101.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.014

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高速火焰电弧（HVAF-ARC）复合喷涂枪是高速火焰喷涂枪和电弧喷涂枪的结合体，利用产生的高速燃气来雾化加速电弧喷涂过程中产生的熔融粒子，提高了喷涂粒子的飞行速度，降低了粒子的氧化，可高效制备优质的涂层。文中利用自主开发的新型高速火焰电弧复合喷涂枪和普通高速电弧喷涂枪，分别在钢基体上制备了3Cr13涂层，通过对涂层的性能检测发现，复合喷涂枪所制备涂层的氧元素含量和孔隙率都比普通高速电弧喷涂枪制备的涂层低，分别降低了33%和49%，硬度提高了12%，复合喷涂枪制备涂层的性能得到较大的提高。

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喷丸残余应力对裂纹闭合效应影响的数值仿真

吕鹤婷，王建明，刘兴睿

中国表面工程. 2016, 29(2): 102-110.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.015

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基于裂纹闭合效应，利用ABAQUS软件建立用于预测残余应力场中疲劳裂纹扩展特性的弹塑性有限元模型。考虑塑性和残余应力场对裂纹闭合的作用，分析残余应力、应力比和裂尖单元尺寸对裂纹闭合效应的影响。研究结果表明：未喷丸试样的裂纹闭合类型为塑性诱导裂纹闭合，喷丸残余应力场中的裂纹闭合为塑性和残余压应力共同作用，且裂纹张开力的大小与残余应力的分布相对应；正应力比越大，裂纹闭合效应越不明显，疲劳裂纹扩展速率越快；裂尖单元尺寸小于塑性区范围时可以真实反映裂尖的闭合状态；喷丸残余压应力通过提高裂纹闭合力，增强裂纹闭合效应，抑制疲劳裂纹扩展。

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结构应力集中和表面完整性对17-4PH钢轴向疲劳性能的影响

王欣，胡云辉，曾惠元，钟平，汤智慧，宋颖刚

中国表面工程. 2016, 29(2): 111-116.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.016

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结构因素和加工方式对零件疲劳性能具有重要的影响。采用车削、磨削和喷丸等方法改变光滑（Kt=1）和缺口（Kt=2）两种结构应力集中状态试样的表面完整性，表征了6种应力集中和表面完整性状态下174PH沉淀硬化不锈钢的高频轴向疲劳应力寿命曲线，并研究了表面残余应力和表面粗糙度等表面完整性参数。将光滑车削状态的疲劳极限作为基线。结果表明：在光滑条件下，磨削、车削喷丸和磨削喷丸后疲劳极限较基线分别提高18.1%，21.4%和26%；而在缺口条件下，相比于基线，磨削疲劳极限下降了20.8%，喷丸后的疲劳性能较磨削提高25.9%。车削、磨削、车削喷丸和磨削喷丸后粗糙度分别为1.733、0.819、2.251和2.228 μm。结构应力集中状态对于疲劳性能的影响大于表面完整性，但对于确定的结构，表面完整性对于疲劳性能亦有重要影响。

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预应力干磨削加工40Cr工件表面微结构损伤

关宏博，陈磊，张修铭，张天乐，修世超

中国表面工程. 2016, 29(2): 117-122.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.017

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表面残余应力、表面烧伤、磨削裂纹等表面微结构损伤是评价零件表面质量的重要指标，直接影响零件的使用寿命，严重时造成零件失效。为研究预应力干磨削加工零件表面微结构损伤特征及规律，以40Cr材料为载体，开展预应力磨削加工试验研究，检测残余应力、硬度，并采用SEM、EDS等方法分析表面层形貌和化学成分。结果表明，试件加工表面存在淬硬现象，预应力对工件表层残余应力有较好的抑制作用，表层残余拉应力随磨削深度增大而增大，随预应力增大而减小。磨削深度对熔融涂覆及表面微裂纹损伤影响程度较大，磨削烧伤表面形成氧化膜会影响零件使用性能。预拉应力通过改变残余应力状态而对表面磨削微裂纹损伤起到抑制作用。

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壁虎仿生自清洁表面在摩擦学及微颗粒操控领域取得进展

徐泉

中国表面工程. 2016, 29(2): 123-123.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.018

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