中国表面工程

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曹攀,杨膺,袁成清,肖劲飞,白秀琴

中国表面工程. 2017, 30(3): 1-7.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161030001

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为了研究生物修饰对材料表面抗菌性能的影响，利用多巴胺及三种生物多肽修饰304不锈钢的表面，利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和接触角测量仪研究修饰后的材料表面性质，选用金黄色葡萄球菌（S.aureus）作为试验菌株研究样本表面抗菌性能，并通过超景深三维显微系统初步研究了样本表面形貌对抗菌性能的影响。结果表明，多巴胺和生物肽修饰后，样本表面的湿润性发生了改变，且都具有抗菌效果，1号多肽抗菌效果最好，多巴胺修饰样本的抗菌效果最差；不同颗粒度砂纸、不同抛磨压力处理的样本表面会影响材料表面性能，600号砂纸抛光的样本经生物修饰后抗菌效果优于2 000号砂纸抛光的样本，这个结论同样适用于开放环境中。

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金属与氮复合注入对Inconel 718摩擦磨损性能的影响

黄晓林,金杰,邱维维,孟祥宇,孟晖

中国表面工程. 2017, 30(3): 8-15.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20170207004

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为提高Inconel 718零件的抗磨损性能，采用直线式高能离子注入机对Inconel 718材料进行表面强化。利用X射线衍射仪、电子背散射衍射、X射线光电子谱、俄歇电子能谱等表征材料的组织结构、相组成和元素浓度-深度分布，采用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机检测材料的纳米硬度和摩擦磨损性能。结果表明，不同离子注入工艺对Inconel 718抗磨损性能提升具有不同效果，（N+Ti）组合注入可提升基体抗磨损性能达2.5倍以上，纳米硬度提升幅度达到36%。（N+Ti）组合注入工艺在Inconel 718表层形成非晶以及纳米级TiN_x析出相，随注入深度增加，注入原子主要以间隙或置换形式存在于基体晶格中。

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退火处理对WC-DLC薄膜结构及性能的影响

刘正兵,周升国,吴杨敏,王顺才

中国表面工程. 2017, 30(3): 16-24.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161117005

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为研究退火处理对WC-DLC薄膜结构与性能的影响，采用磁控溅射技术在高速钢表面沉积WC-DLC薄膜，并作不同温度下的退火处理，对不同温度退火处理后的WC-DLC薄膜的结构、摩擦学性能与耐腐蚀性能进行系统表征。结果表明：WC-DLC薄膜呈现出非晶态特征，随着退火温度的上升，薄膜中sp³-C相对含量下降；当退火温度在250 ℃时，WC-DLC薄膜在大气环境下与去离子水环境下分别表现出最优的摩擦学性能，磨损率分别为1.25×10^-7 mm³/Nm与1.02×10^-7 mm³/Nm。同时，当退火温度低于250 ℃时，WC-DLC薄膜的耐腐蚀性能无明显变化，但当退火温度高于250 ℃时，WC-DLC薄膜的耐腐蚀性明显下降。退火处理对WC-DLC薄膜的热稳定性、摩擦学性能及耐腐蚀性能有重要影响。

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表面纳米化对304不锈钢渗碳层组织和性能的影响

王少杰,韩靖,韩月娇,张雪梅,赵君文,戴光泽

中国表面工程. 2017, 30(3): 25-30.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161027003

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利用表面机械研磨（SMAT）对304不锈钢进行表面自纳米化处理，并对其纳米化表面进行渗碳处理。利用光学显微镜、X-射线衍射仪、磨料磨损试验机和显微硬度仪对处理后的不锈钢表面组织和性能进行研究。结果表明：经SMAT处理并渗碳后，渗碳层晶粒细化，组织发生奥氏体向马氏体转变，显著提高了材料的力学性能；表面机械研磨处理后的材料的渗碳层厚度明显高于直接渗碳的粗晶材料的渗碳层厚度，渗碳层组织中主要碳化物为Cr₇C₃和Cr₂₃C₆，显微硬度也有明显提高；经过表面自纳米化和渗碳复合处理，材料的耐磨性得到较大提升。

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铝合金弹性预应力超声喷丸成形试验

周圳,鲁世红,张涛,关艳英,姜伟

中国表面工程. 2017, 30(3): 31-39.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20160926001

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超声喷丸作为一种新型的板料成形技术，具有易操作，能耗少及优良成形性能等优点，广泛应用于板料成形中。但自由状态下，超声喷丸成形也易发生球面变形，因而提出了弹性预应力超声喷丸成形方法，以2024-T351铝合金壁板为研究对象，分析预弯力矩大小、成形轨迹和壁板厚度对成形曲率半径及成形性能的影响。试验中通过控制壁板展向的弯曲曲率来实现弹性预弯。结果表明：预应力超声喷丸能够大幅度减小壁板展向的成形曲率半径，同时增大弦向成形曲率半径，且随着预弯曲率半径的减小，这种减小和增大的效应随之逐渐增大。此外，与自由状态相比，预应力超声喷丸能够产生幅度和深度更大的残余压应力场，且表面粗糙度并未随着预弯曲率的增大而增加。分析认为，弹性预应力超声波喷丸能够进一步提高受喷材料的成形曲率并在一定程度上减小球面变形趋势，对大变形大厚度的单曲率零件成形具有重要的意义。

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激光冲击TC17钛合金疲劳裂纹扩展试验

李媛,何卫锋,聂祥樊,游熙,周留成

中国表面工程. 2017, 30(3): 40-47.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161225001

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为研究激光冲击强化对钛合金试件疲劳性能的影响，在标准试件的裂纹扩展路径上设计了全强化和间隔强化两种不同的强化方案，研究激光冲击强化对试件疲劳寿命和裂纹稳定扩展时速率的影响规律，利用有限元数值模拟和X射线残余应力测试获得了试件的残余应力场分布状态，并对比分析了试件的断口形貌和微观组织特征。结果表明：相比于未强化试件，激光冲击强化后试件的平均疲劳寿命分别提高了2.14倍和1.90倍，两种不同的冲击强化方法分别降低钛合金试件的裂纹扩展速率24%和15%。间隔强化后试件表面产生-512 MPa的最大残余压应力，裂纹扩展的C'值为-7.3，m值为2.6，而强化间隔区引入最大值为82.4 MPa的残余拉应力，裂纹扩展速率急剧升高，C'值减小至-13.6，m值为8.0。当裂纹扩展到强化区时，扩展速率再次降低，激光冲击强化对TC17钛合金疲劳裂纹扩展有显著的抑制作用。

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常压空气等离子处理对铝合金胶接接头强度的影响

林建平,王询,杨晓军,万海浪

中国表面工程. 2017, 30(3): 48-57.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161130006

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为改善铝合金表面润湿性与胶接强度，采用常压空气射流等离子体对5052铝合金进行表面处理。通过接触角测试，表面自由能计算和胶接接头剪切强度测试表明处理时间对铝合金表面改性效果影响不大，随着处理距离减短，铝合金表面自由能、胶接接头强度均逐步提升。处理距离为5 mm时等离子处理铝合金获得最佳表面改性效果，铝合金胶接接头剪切强度由10.6 MPa提升至19.3 MPa，失效模式由界面失效转变为内聚失效。利用SEM，XPS，傅立叶变换红外光谱等检测手段分析不同处理距离对应表面理化特性的变化，结果表明：处理距离较远时，等离子体并未改变铝合金表面物理形貌，其主要改性效果体现为表面清洗；处理距离较近时，铝合金表面高温熔融产生复杂微结构的粗糙氧化层，同时氧化层表面吸附羟基等极性官能团，显著提升了其表面自由能与胶接强度。

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高速球铣路径对淬硬钢SKD11表面摩擦特性的影响

黄为民,赵军,艾兴,王大伟,王桂杰

中国表面工程. 2017, 30(3): 58-65.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20160803002

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通过高速铣削试验与环-块摩擦磨损试验，借助白光干涉仪、超景深三维显微镜、显微硬度计等分析检测设备，研究了走刀路径对淬硬模具钢SKD11表面摩擦特性的影响。结果表明：球铣加工表面摩擦特性具有方向性，当走刀方向与摩擦方向垂直时，摩擦因数最小，磨痕宽度最窄，当二者夹角成45°时，摩擦因数最大，磨痕宽度最宽。球铣走刀路径影响加工表面形貌取向，表面形貌通过改变接触应力和磨屑捕捉能力来影响犁耕效应和黏着效应，进而影响摩擦特性。干摩擦工况下，主要磨损机理是磨粒磨损与氧化磨损，试验15 min后表面微沟槽形貌均已消失；而润滑工况下，表面微沟槽依然清晰，走刀路径与摩擦方向夹角成0°与45°试样表面出现磨粒磨损特征，而夹角成90°试样表面无明显划痕，表明采用该路径进行球铣加工具有较好的减磨效果。

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低温超音速喷涂原态沉积高铝青铜涂层的耐腐蚀性能

周超极,王晓明,朱胜,韩国峰,曹勇

中国表面工程. 2017, 30(3): 66-73.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20170316002

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为提高HSn62-1铜合金表面抗点蚀能力，解决高铝青铜涂层制备过程中相变和氧化造成涂层耐腐蚀性能降低的问题，采用低温超音速喷涂技术，在HSn62-1铜合金表面制备不含γ₂相的高铝青铜涂层。利用场发射扫描电镜（SEM）、电子能谱仪（EDS）、X射线衍射仪等分析粉末和涂层的组织结构、表/截面形貌等特征；利用电化学工作站、盐雾腐蚀试验箱等测定分析NaCl溶液环境中涂层及基体的耐腐蚀性能及失效机制。结果表明：制备的高铝青铜涂层结构致密，结合良好，无γ₂相和氧化夹杂生成，涂层腐蚀敏感性均一；涂层自腐蚀电流密度为6.938 μA/cm²，较HSn62-1铜合金基体降低了1个数量级，涂层自身具有较好的耐腐蚀性能，可有效阻挡腐蚀介质向涂层更深处渗入；盐雾环境中，高铝青铜涂层表面腐蚀产物薄膜反复地剥落和生成使其腐蚀失效机制宏观上表现为均匀腐蚀。

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镁合金表面冷喷涂纳米WC-17Co涂层及其性能

陈杰,马冰,刘光,戴宇,崔烺,吴进明

中国表面工程. 2017, 30(3): 74-80.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161031003

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采用冷喷涂和超音速火焰喷涂（HVOF）在AZ80镁合金表面制备了纳米WC-17Co涂层。利用SEM分析了原始粉末形貌、喷涂粒子沉积行为及涂层显微结构，并采用球盘式摩擦磨损实验机考察了涂层的摩擦磨损性能。结果表明：采用冷喷涂工艺可在AZ80镁合金基体上制备出高质量的WC-17Co涂层，涂层的显微硬度为（1 380±82） HV，磨损率为9.1×10^-7 mm³/Nm，其耐磨性较HVOF制备的WC-17Co涂层提高了1倍，较镁合金基材提高了3个数量级。研究表明，冷喷涂WC-17Co涂层在不对镁合金基体产生热影响的情况下，可以显著提高镁合金的表面性能，是一种新型镁合金表面强化工艺。

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等离子喷涂-物理气相沉积射流中粒子状态和分布

邓子谦,刘敏,毛杰,邓春明,马景涛,陈志坤

中国表面工程. 2017, 30(3): 81-88.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161218001

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采用等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）在高温合金基体上沉积7YSZ热障涂层，通过分步沉积实验、径向和轴向的涂层结构分布实验探讨了涂层中各种粒子的种类、形成原因、对涂层结构的影响及射流中的粒子分布。研究表明：PS-PVD实际上是一种以气相沉积为主，多相混合的沉积方式。涂层的沉积过程中，气相沉积是柱状晶形成的主要原因；熔融及部分熔融的大颗粒对可以直接改变柱状结构的生长状态；气相再凝固和气化不充分残留的小颗粒对涂层的影响是一个累积的过程。气相主要集中在射流中心，越靠近射流边缘，部分熔融粒子的比例越高，最终导致PS-PVD沉积涂层结构出现空间分布特征。

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脉冲能量对电火花沉积Mo₂FeB₂基金属陶瓷涂层组织与性能的影响

黄奇胜,陈志国,魏祥,汪力,侯志伟,杨威

中国表面工程. 2017, 30(3): 89-96.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20170106002

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为研究脉冲能量对电火花沉积制备Mo₂FeB₂基金属陶瓷涂层组织及性能的影响，在3种脉冲能量（1.35，6.41和17.81 J）下分别制备了沉积涂层。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、电子探针（EPMA）、显微硬度计及摩擦磨损实验机对涂层的组织与性能进行研究和表征。结果表明：3种脉冲能量所制备的涂层物相组成均由非晶相、马氏体和Fe₃B相组成，脉冲能量17.81 J时涂层的非晶相含量最低；单个沉积点的溅射范围和涂层表面裂纹数随着脉冲能量的增大而增大，涂层厚度随脉冲能量增加到一定厚度后变化不显著；涂层与基体间形成良好的冶金结合。脉冲能量6.41 J时，涂层截面具有最高的峰值显微硬度1 349 HV_0.05；同时，该涂层稳定阶段的摩擦因数（0.313）和1 h磨损量（0.7 mg）均为3种涂层中最低，耐磨性最佳。

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电化学沉积镍基MoS₂复合镀层及其宽温域摩擦性能

李文生,崔帅,何玲,李乾坤

中国表面工程. 2017, 30(3): 97-103.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161130003

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为了降低纯镍镀层的摩擦因数，研究镍基MoS₂复合镀层适用温度范围，进一步提高金属机件在极端摩擦条件下的服役寿命。采用电化学沉积法在45钢基体表面制备不同MoS₂浓度的镍基固体润滑复合镀层。用复合电镀循环伏安曲线法研究复合镀层的电化学沉积规律，采用XRD、SEM对复合镀层的组织结构及摩擦形貌进行分析探讨，对比分析不同含量MoS₂复合镀层的摩擦磨损性能及机制。结果表明：MoS₂的加入促进了阴极极化，提高了镀层的结晶细致程度；同时能显著降低镀层摩擦因数，在MoS₂浓度为30 g/L的溶液中沉积的复合镀层在室温下的摩擦因数最低为0.02~0.03；在400 ℃以下摩擦环境中，复合镀层摩擦因数保持在0.02~0.05之间，具有很好的润滑性能；温度超过400 ℃时，MoS₂将逐渐被氧化为MoO₃，摩擦因数接近0.15，失去润滑效果。

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HfB₂-WB₂-Si/SiC-SiC_NW复合涂层的制备及其抗氧化性能

孟剑,董志军,张程,袁观明,丛野,张江,李轩科

中国表面工程. 2017, 30(3): 104-114.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20170116001

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为解决C/C复合材料的高温易氧化问题，依次采用前驱体浸渍裂解、反应熔体浸渗和料浆涂刷法在C/C复合材料表面制备HfB₂-WB₂-Si/SiC-SiC_NW复合涂层。考察SiC涂层、HfB₂-WB₂-Si/SiC涂层和HfB₂-WB₂-Si/SiC-SiC_NW涂层C/C复合材料在1 500 ℃静态空气中的抗氧化性能。结果表明：HfB₂-WB₂-Si/SiC-SiC_NW涂层抗氧化效果优于HfB₂-WB₂-Si/SiC涂层和SiC涂层，前者试样氧化20 h后增重0.1%，后两者则分别失重0.9%和22.8%。HfB₂-WB₂-Si/SiC-SiC_NW涂层较好的抗氧化性能主要归因于涂层氧化形成的连续、具有较好流动性的HfSiO₄-SiO₂-WO₃复相玻璃以及SiC纳米线（SiC_NW）对涂层的增韧作用，前者有效抑制了氧气向C/C复合材料基体内部的扩散，后者则使涂层内部裂纹的数量和尺寸明显减小。

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考虑孔隙细观特征的热障涂层脱粘缺陷超声检测数值模拟

张伟,马志远,高剑英,林莉,雷明凯

中国表面工程. 2017, 30(3): 115-121.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161228002

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为探究孔隙细观形貌对热障涂层脱粘缺陷超声检测定量精度的影响，基于电子束物理气相沉积法制备的厚度约为100 μm的ZrO₂-7%Y₂O₃（7YSZ）热障涂层SEM形貌，建立了界面脱粘尺寸0.2~2.0 mm、孔隙率范围0%~5%、孔隙平均宽高比分别为4：10、6：10、8：10和10：10的多组热障涂层二维随机孔隙模型（Random void model，RVM），采用时域有限差分技术进行了超声检测数值模拟。结果表明：当涂层厚度一定时，涂层声压反射系数幅度谱极值与脱粘尺寸呈线性关系，脱粘尺寸超声定量误差随孔隙率和孔隙平均宽高比的增加而增大，当涂层孔隙率为5%时，超声测量最大相对误差已达到37.7%，孔隙平均宽高比增大为10:10时，超声测量最大相对误差达到36.9%。此外，由于受孔隙分布状态的影响，超声定量结果呈现出一定的波动性。

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喷嘴结构对微等离子弧输出特性影响的数值仿真与验证

刘佳,戴伟,郑志镇,李建军

中国表面工程. 2017, 30(3): 122-130.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161208004

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通过数值模拟和试验研究相结合的方法，在考虑微等离子喷枪喷嘴结构的条件下，建立了大气压下脉冲放电微等离子弧的数值模型，重点研究了喷嘴孔径、喷嘴工件距、阴极内缩量以及电流大小对微等离子弧的影响，并通过光谱仪来表征微等离子弧作用的温度分布。结果表明：喷嘴结构对微等离子弧的形成与稳定有重要影响：在有效压缩距离点内，喷嘴孔径的减小以及喷嘴工件距离的缩近才对工件温度的提高有显著影响；一定范围内，工件的温度随电流的增大而增大；阴极内缩量对工件的温度影响不大。微等离子弧温度场的数值模拟结果与光谱仪测量结果基本一致，验证了模型的可靠性。

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热喷涂涂层结合强度的冲击测量法

姜祎,刘明,杜令忠,李雪辰,王晶晨

中国表面工程. 2017, 30(3): 131-138.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161207001

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讨论了一种新型快速定性评价热喷涂层结合强度的冲击测试方法，采用自由落体的落锤冲击设备对涂层进行冲击试验，并采用声发射技术进行动态监测, 以定性分析涂层结合强度。首先用超音速等离子喷涂技术分别制备了组织致密，性能良好的NiCr金属、Cr₂O₃陶瓷涂层。采用90°和120°金刚石压头、120°及Ф 2 mm球形硬质合金压头试验，其中120°硬质合金压头更适合冲击法测试涂层结合强度。随着冲击能量的提高，声发射的能量计数也不断提高，但是落锤高度超过400 mm后，能量计数变化不大，说明在400 mm时涂层发生了破坏。对基体金属、NiCr涂层、以及有无CoCrAlY为结合层的Cr₂O₃陶瓷涂层进行对比测试，发现声发射能量计数峰值随着涂层结合强度的增强而降低。

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封严涂层可磨耗性测试用高温超高速可磨耗试验装置

张娜,宣海军,卢斌,沈婕,洪伟荣

中国表面工程. 2017, 30(3): 139-147.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161127001

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为评价航空发动机气路密封中封严涂层材料在极端工况下的可磨耗性能，自主研制了一套模拟涂层与转子部件之间摩擦磨损行为的高温超高速可磨耗试验装置。采用大功率交流电机经由增速设备驱动主轴和试验轮盘-叶片结构高速稳定运转；采用高精密XY双向进给平台带动涂层试样进行径向和轴向进给，实现与高速旋转叶片的碰磨；通过超音速火焰加热涂层试样模拟其高温工况；高速碰磨产生的碰磨力、冲击加速度、摩擦热分别通过三向测力仪、加速度传感器、红外测温仪进行测量，并由高速数据采集系统进行高频采集、存储和分析。试验装置可实现叶尖线速度20~450 m/s、径向和轴向进给速率2~2 000 μm/s、最高加热温度1 200 ℃的磨耗试验，试验过程稳定、结果可靠。

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氨基酸离子液体润滑剂的结构与摩擦学行为的关系

凡明锦,张朝阳,文平,杨得锁,周峰,刘维民

中国表面工程. 2017, 30(3): 148-158.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161025001

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利用酸碱中和法合成了一系列季铵盐和季膦盐氨基酸离子液体（AAILs）润滑剂，以合成润滑油聚α-烯烃（PAO 10）和传统含氟离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐（L-F104）作为参照样，评价了粘温性能、热稳定性以及作为不同摩擦副润滑剂的润滑性能，探索了阴、阳离子结构对其物理化学性质和摩擦学性能的影响规律。结果表明：季膦盐氨基酸离子液体的粘温性能和热稳定性明显优于季铵盐氨基酸离子液体；这些离子液体中，阴离子上硫元素的引入可显著提高其粘温性能，而芳环的引入却使其粘温性能明显下降。结构对其摩擦学性能的影响规律与摩擦副种类有关：当钢/钢、钢/铜摩擦副作为润滑剂时，在常温或高温条件下，均具有优异的减摩抗磨性能；当钢/铝摩擦副作为润滑剂时，只有含芳基的季铵盐氨基酸离子液体具有优于PAO 10和L-F104减摩抗磨性能。

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用于大型船舶螺旋桨再制造的冷喷涂Cu402F涂层

孙晓峰,陈正涵,李占明,黄元林,宋巍

中国表面工程. 2017, 30(3): 159-166.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20161220004

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针对大型船舶螺旋桨再制造的需求，采用冷喷涂技术在9442镍铝青铜上制备厚度200~300 μm较为致密的Cu402F涂层。使用显微硬度测试仪、电化学工作站、磁致伸缩超声振动仪和摩擦磨损试验机观察并测试涂层的微观形貌、显微硬度、耐腐蚀性能、抗空泡性能及耐磨性能。结果表明：涂层的显微硬度为289 HV_0.2，较基体的显微硬度提高了17%。涂层的耐腐蚀性能略有降低，但涂层表面可以形成更为稳定的Cu₂O钝化膜，达到保护基体的目的。涂层的抗空蚀性能低于基体，细小气泡持续在涂层表面瞬间溃灭会导致涂层孔隙率持续增加，使得涂层在空泡腐蚀后期的抗空蚀能力减弱。涂层在大气与模拟海水中耐磨性能均优于基体，涂层表面的孔隙收容了磨屑，起到了一定减磨作用。

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2017年, 第30卷, 第3期　刊出日期：2017-03-19

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