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  • 中国表面工程
  • 2020年 第33卷 第2期
  • 出刊日期:2020--
《中国表面工程》创刊于1988年,系中国期刊方阵“双效”期刊、中文核心期刊、中国科技核心期刊,被新兴资源引文索引(ESCI)、美国工程索引(EI Compendex)、Scoups、美国《化学文摘》等国际数据库收录。

2020年第33卷第2期

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    • 工程前沿
    • 冷喷涂制备钛及钛合金涂层研究进展
      周红霞,李成新,李长久
      冷喷涂过程的低温特性决定了其适合制备氧化敏感性的 Ti 及 Ti 合金涂层,由于 Ti 金属的难变形性,使得很难得到高质量的冷喷涂涂层。 国内外学者对冷喷涂制备 Ti 及 Ti 合金涂层开展了初步研究工作。 文中在大量文献分析的基础上对冷喷涂制备 Ti 及 Ti 合金涂层组织调控手段进行了分类总结。 目前,对冷喷钛及钛合金涂层的调控手段主要集中在喷涂参数、粉末状态、基体状态和喷嘴等 4 个方面。 除此之外,一些新兴的技术如原位喷丸辅助技术、温喷涂技术也被证明是一种有效的增强难变形粒子变形的技术。 未来对冷喷涂 Ti 及 Ti 合金涂层的研究既要注重冷喷涂工艺本身,又要加强与其他加工技术的融合。
      2020  Vol.  33(2):    1-14 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](429)    [PDF](245)
    • 表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展
      付景国,徐长旗,朱新河,张蓬予,刘耕硕,严志军
      为提高摩擦副之间的摩擦学性能,润滑油添加剂、低摩擦表面以及表面微织构等作为改善表面摩擦学性能的手段已得到国内外研究工作者的广泛关注并取得了一定的成果,而表面微织构复合固体润滑材料技术作为一种集成了已有各种减摩手段优点的复合技术开始被研究。 文中综述了表面微织构与固体润滑材料复合的物理和化学方法;评述了表面微织构几何形状、参数和固体润滑材料种类对复合表面摩擦学性能的影响;分析了表面微织构复合固体润滑材料的减摩机制;最后指出了该复合技术目前尚待解决的问题,并对该技术下一步的发展方向和实际应用进行了展望。
      2020  Vol.  33(2):    15-28 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](301)    [PDF](140)
    • 表面工程研究
    • 仿生微织构与氟硅烷修饰对6061铝合金浸润性的影响
      李杰,黄镕敏,王超磊,吴昊晨,张阳
      利用激光辐射效应在铝合金表面构建仿生微织构,通过自组装工艺在微织构表面实现氟硅烷改性处理,制备得到特殊浸润性表面。 利用扫描电镜、三维形貌仪、接触角测量仪对试样微观形貌和浸润性进行表征。 测试与分析结果表明,仿生微织构和氟硅烷修饰对构建特殊浸润性表面起到重要作用;微织构的形貌差异、加工矩阵间距的变化均会影响试样表面对水接触角。 通过数学模型的计算进一步证实,仿生微织构表面具有的超疏水浸润状态符合 Cassie 模型预测。
      2020  Vol.  33(2):    29-36 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](299)    [PDF](138)
    • AZ31B镁合金表面微弧氧化/聚苯胺改性环氧涂层的腐蚀失效行为
      莫格,崔学军,张颖君,李明田,宁闯明
      为进一步增强微弧氧化(MAO) 处理后镁合金的耐蚀性能,通过涂装聚苯胺改性环氧树脂( PMER) 制备了 MAO/ PMER 复合涂层,并利用扫描电子显微镜(SEM)、电化学工作站、中性盐雾试验箱等表征手段研究了涂层的结构、 耐蚀性能及其长期腐蚀行为。 结果表明:MAO 涂层样品在盐雾试验第 5 d 时已经出现明显的腐蚀条纹,而复合涂层样品在至少 15 d 后才发生明显的鼓泡现象;与 MAO 涂层样品相比,复合涂层样品的腐蚀电流密度下降了 3 个数量级,极化电阻提高了 2 个数量级,PMER 涂层显著提高了 MAO 涂层对镁合金基体的腐蚀防护能力,并且随着 PMER 涂层厚度从 40 μm 增加到 110 μm,复合涂层的腐蚀防护能力变得更佳。 在 30 天的中性盐雾腐蚀过程中,复合涂层样品的阻抗值在 10~ 1010Ω·cm2内波动,而 MAO 样品在 10 d 后阻抗值降低至 200 Ω·cm2左右。 MAO 涂层易受氯离子破坏而导致涂层失效,而 PMER 涂层不仅起到优异的物理屏障作用,还具有低一定的缓蚀及自修复能力,这将能有效地提高对镁合金 MAO 的后长效防腐寿命。
      2020  Vol.  33(2):    37-46 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](260)    [PDF](195)
    • TC6钛合金渗碳层在不同介质环境中的腐蚀磨损性能
      代燕,吴旋,杨峰,李坤茂,刘静,欧梅桂
      基于感应加热双脉冲气体渗碳技术对 TC6 合金进行表面强化,利用 XRD 和金相显微镜研究了渗碳层的微观结构;采用自制腐蚀磨损试验机研究了渗碳件在 0. 1%HF 溶液、0. 9%NaCl 溶液和 SBF 溶液中的腐蚀磨损性能,利用电化学工作站测试了其在腐蚀和腐蚀磨损交互作用下开路电位和极化曲线的变化,并利用白光干涉仪对磨痕形貌进行表征与分析。 结果表明: 经 910 ℃渗碳后 TC6 合金形成富 TiC 强化层,硬度达 850 HV0.25 ,在 3 种不同介质中均表现出较小的摩擦因数和磨损率。 摩擦状态下渗碳样在 SBF 溶液中腐蚀电流密度最小(9. 64×10-6A/ cm2),表现出良好的耐生物腐蚀特性,而在 0. 1% HF 溶液中腐蚀电流密度最大(1. 34×10-4A/ cm2);在 3 种不同介质环境中原样均以粘着磨损为主,而渗碳后的 TC6 合金主要表现为磨粒磨损,腐蚀对磨损的促进作用是造成 TC6 合金损耗的主要因素。
      2020  Vol.  33(2):    47-56 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](198)    [PDF](168)
    • 镍钴合金在低共熔溶剂中的共沉积行为
      李文若,郝建军,牟世辉
      在低共熔型离子液体氯化胆碱-乙二醇(ChCl-EG)体系下对镍钴(Ni-Co)合金共沉积行为进行研究。 采用循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)研究 Ni-Co 合金在 ChCl-EG 中的电化学行为,通过傅里叶红外光谱(FT-IR)对 ChCl- EG 及添加不同金属盐的体系进行红外吸收分析,使用扫描电子显微镜( SEM/ EDS)分析 Ni-Co 合金微观形貌及元素组成,结合 X 射线衍射仪(XRD)对 Ni-Co 合金进行物相分析。 结果表明:ChCl-EG 体系是以胆碱结构和氢键结构形式存在;70 ℃下,ChCl-EG 体系中 Ni-Co 合金的还原电位范围为 -0. 6~ -1. 13 V,而 Ni-Co 合金形核过程遵循三维成核生长规律;在恒电位下制备得到的 Ni-Co 合金微观形貌为均匀致密的球形晶粒,且通过控制电位可以得到不同 Co 含量的 Ni-Co 合金镀层。
      2020  Vol.  33(2):    57-64 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](231)    [PDF](144)
    • 机械能助渗锌铝渗层的防腐耐磨性能分析
      梁义,周云龙,盛忠起,邢伟,魏世丞
      高温高湿高盐雾苛刻环境中螺栓件的腐蚀问题备受广大学者关注。 结合紧固件装配需求,采用机械能助渗技术在 450 ℃温度下制备 Zn-Al 功能渗层。 通过扫描电子显微镜( SEM)、能谱分析(EDS)、显微硬度计、X 射线衍射仪 (XRD)等对锌铝渗层的厚度、物相、硬度和形貌进行表征,采用电化学工作站和摩擦磨损试验机对锌铝渗层的防腐耐磨性能进行研究。 结果表明:机械能助渗制备的锌铝渗层有利于提高基体的防腐耐磨性能。 当锌粉的质量分数为 35%、 铝粉为 15%,保温时间为 4. 5 h,渗炉转速为 7 r/ min 时,涂层呈现出最佳的防腐耐磨性能。 此渗层主要由 Al2O3 、Γ1 相(Fe11Zn40 )和 δ1 相( FeZn6. 67、 FeZn8. 87、 FeZn10. 98)组成,其厚度为 91. 12 μm,表面硬度为 413. 2 HV0. 05,腐蚀电位为 -0. 9286 V,腐蚀电流密度为 2. 2493 A·cm-2,低频区阻抗模值为 2284 Ω·cm2,平均摩擦因数为 0. 3887,磨痕宽度为 734. 66 μm,磨痕深度为 21. 7 μm,磨损体积为 16. 75×10-3mm3
      2020  Vol.  33(2):    65-74 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](222)    [PDF](175)
    • 表面纳米化对Dievar模具钢高能离子注渗WC层性能的影响
      王文权,桑娜,胡春华
      通过超声表面滚压处理制备出具有梯度纳米结构表层的 Dievar 模具钢试样。 在滚压试样和未滚压试样表面进行高能离子注渗 (High energy ion implantation, HEII)工艺优化试验,制备出高能离子注渗碳化钨层,并从微观组织结构、成分、硬度和高温摩擦磨损性能等方面研究表面纳米化对于高能离子注渗碳化钨性能的影响。 结果表明:与 HEII 试样相比,USRP+HEII 试样的梯度纳米结构表层明显增强了高能离子注渗碳化钨的效果。 相对于 HEII 试样,USRP+HEII 试样的表面组织更加致密均匀,其注渗层深度提高了约 27%;USRP+HEII 试样的表面硬度为 944. 9 HV,分别较原始母材硬度和 HEII 试样表面硬度提高了约 373%和 27%;USRP+HEII 试样的平均摩擦因数和体积磨损量在不同温度条件下低于 HEII 试样,说明 USRP+HEII 试样具有更加优良的抗高温磨损性能。
      2020  Vol.  33(2):    75-86 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](168)    [PDF](467)
    • N含量对Cr-N涂层结构和抗高温水蒸汽氧化性能的影响
      白羽,黄平,葛芳芳,黄峰
      为提高锆( Zr)合金的抗高温水蒸气性能,采用磁控溅射技术,通过改变沉积过程中的 N2 流量,在 Zr 合金表面制备不同 Cr/ N 比的涂层,研究不同 N 含量对涂层结构和抗高温水蒸汽氧化性能的影响。 利用扫描电镜、 能谱仪、X 射线衍射仪对涂层氧化前后的表面与截面形貌、化学组成、相结构进行观察和分析,利用纳米压痕仪测量涂层的力学性能,通过高温水蒸汽氧化试验评估涂层的抗氧化性能。 结果表明,随 N 含量的增加,涂层的生长结构分别为“疏松柱状” 、“致密非柱状” 、“致密柱状” 。 其中,“ 致密非柱状” 结构的涂层具有最高的硬度,是“ 疏松柱状”涂层的 2 倍。 同时,该涂层在氧化过程中生成的 Cr2O3 氧化层均匀致密,可以有效防护 Zr 合金基底 6 h 不被氧化。
      2020  Vol.  33(2):    87-96 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](224)    [PDF](169)
    • 钛合金表面GO/HA/MAO复合膜层的制备及其性能
      李明泽,赵子聪,吴敏宝,左佑,张玉林,陈飞
      为了改善钛合金种植体在体液中的腐蚀及摩擦腐蚀行为,延长其在人体环境中的服役时间,在微弧氧化 (MAO)膜层上采用溶胶凝胶(Sol-gel)法于羟基磷灰石(HA)和氧化石墨烯(GO)的混合溶胶中浸渍提拉成膜,从而在 Ti6Al4V 合金表面成功地制备了 GO/ HA/ MAO 复合膜层。 结果表明,MAO 膜层表面的微孔及微球被 GO/ HA 薄膜有效的覆盖且较为致密;膜层的物相组成主要为金红石相及锐钛矿相的 TiO2、HA、SiO2 和GO;根据电化学腐蚀和摩擦腐蚀结果分析知,GO/ HA/ MAO 复合膜层在模拟体液(SBF)中的耐蚀性及耐摩擦腐蚀性相比于 MAO 膜层和 Ti6Al4V 基体均得到了显著提高。
      2020  Vol.  33(2):    97-110 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](164)    [PDF](248)
    • 不同电极排列方式下纯铁薄膜晶粒的生长行为
      王振宇,丁国,李岩,定巍
      采用电沉积方法在冷轧过的黄铜片表面制备了纯铁薄膜,并通过改变电极的排列方式来探究纯铁薄膜的生长关系。 利用 X 射线衍射仪对纯铁薄膜进行宏观织构的检测;利用热场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察电沉积纯铁薄膜的岛状生长结构;利用扫描电镜自带的 Oxford Nordlys Nano 软件对纯铁薄膜的取向进行分析。 结果表明:当电极采用平行排列方式时,晶粒呈现由小长到大的趋势,且有明显的择优取向,生长速率缓慢,呈抛物线模式生长;当电极采用垂直排列方式时,晶粒大小基本不随时间变化,没有明显的择优取向,但生长速率较快,也呈抛物线模式生长。
      2020  Vol.  33(2):    111-118 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](152)    [PDF](123)
    • 等离子喷涂La2Zr2O7热障涂层高温烧结的硬化行为
      唐春华,李广荣,刘梅军,杨冠军,李长久
      热障涂层在高温服役过程中发生烧结和硬化,是引发涂层开裂和剥离失效的主要因素,因此掌握涂层烧结规律是进行涂层设计制备、寿命预测和工艺优化的前提。 文中采用等离子喷涂技术制备 La2 Zr2 O7热障涂层,在 1250 ℃ 条件下进行涂层高温热暴露试验,表征了涂层高温烧结过程中力学性能的变化规律,从孔隙结构的角度揭示了涂层高温烧结硬化机理。 研究结果表明,喷涂态 La2 Zr2 O7 涂层为典型的层状结构,硬度为(405±20) HV0.3 ,高温热暴露后涂层呈现先快后慢的硬化趋势,热暴露 200 h 后涂层硬度提高了 80%。 涂层结构分析表明,涂层物相保持不变,但涂层孔隙率呈现出先快后慢的下降规律。 坐标轴变换处理后发现,硬度和孔隙率均呈现以 10 h 为临界的双阶段特性。 通过对涂层孔隙结构的高温准原位观察,发现涂层孔隙初期多点桥接超快愈合、后期以边界推进方式缓慢烧结的双阶段烧结现象, 从而揭示了 La2 Zr2 O7 热障涂层分阶段硬化的烧结机理,从而为发展抗烧结高性能热障涂层提供了新的理论依据。
      2020  Vol.  33(2):    119-126 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](162)    [PDF](131)
    • TA15钛合金激光熔化沉积制件超声相控阵检测
      何振丰,赵宇辉,赵吉宾,王志国,孙长进
      为了确保激光增材制件的质量安全,对其进行可靠的无损检测与评价尤为重要。 针对 TA15 钛合金激光熔化沉积制件,使用常规超声以及超声相控阵检测技术对其内部缺陷进行检测,重点研究了激光增材制件内部缺陷的超声检测特性以及超声相控阵检测技术在增材制件上的应用优势。 使用激光熔化沉积技术制备了含有熔合不良缺陷的试验样件,从 XYZ 3 个方向分别对样件进行了全面检测。 结果表明,激光增材制件内部的缺陷具有明显的方向性,因此, 为了确保激光增材制件检测结果可靠,应从 XYZ 3 个方向分别进行全面检测。 相比与常规超声检测,超声相控阵检测技术大大提高了检测效率,能够直接成像缺陷的轮廓边界,降低了技术依赖性及人工疲劳性,针对大型增材制件的检测需求具有广阔的应用前景。
      2020  Vol.  33(2):    127-135 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](184)    [PDF](105)
    • 同轴送粉工艺参数对激光增材再制造喷嘴粉流流场的影响规律
      郭辰光,郭昊,李强,岳海涛,王闯
      激光增材再制造同轴送粉喷嘴粉流汇聚特性是影响零件成形质量和成形效率的重要因素,基于 DEM-CFD 耦合方法,开展三维同轴送粉喷嘴粉-气流场仿真分析,依据表征粉流汇聚特性的喷嘴中心轴向粉流分布浓度、焦点距离、 上焦点截面粉流分布浓度和单位距离粉流分布浓度等参数,设计单因素试验,在喷嘴结构不变的条件下,分析输粉气流速度、送粉速率和中心光路保护气速度对粉流分布的影响规律。 结果表明:输粉气流速度越大,焦点距离越小,轴向粉流分布浓度越小,上焦点截面粉流浓度分布直径越小,单位距离粉流分布浓度越大,粉流的集聚性越好;中心光路保护气速度对粉流焦点浓度影响较小,保护气速度越大,焦点距离越大,上焦点截面粉流浓度分布直径越小,单位距离粉流分布浓度增加,粉流的集聚性越好;送粉速率对焦点距离影响较小,送粉速率越大,喷嘴轴向粉流分布浓度越大,上焦点截面粉流浓度分布直径越大,单位距离粉流分布浓度出现先增大后减小的趋势。
      2020  Vol.  33(2):    136-148 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](267)    [PDF](100)
    • 超高速激光熔覆低稀释率金属涂层微观组织及性能
      娄丽艳,张煜,徐庆龙,王轲岩,澹台凡亮,李长久,李成新
      新兴的超高速激光熔覆技术通过对熔覆头的精巧设计,可实现激光、粉末路径最佳耦合,使粉末在飞行空间熔化且基体表面仅形成微溶池,在保证冶金结合的同时,大幅提高熔覆效率及粉末利用率,可制备厚度<100 μm、稀释率< 5%的均匀薄涂层。 为进一步探索超高速激光熔覆涂层组织结构特点,扩展其应用范围,探讨了低功率下 4 种典型涂层的微观结构及性能。 结果表明:超高速激光熔覆可制备 120 ~ 500 μm,无气孔、裂纹的高质量涂层;涂层组织致密,结合区多为粗大柱状晶,表层区以细晶为主;基体熔化区可低至数微米,稀释率可低至 1%。 其中,镍基碳化钨涂层、铝合金耐磨涂层硬度明显高于基体;钛合金阻燃涂层在激光烧蚀后,烧蚀坑深度降低,热影响区减小;高熵合金阻扩散涂层预氧化后形成以 Al2O3 为主的微米厚氧化膜,在上述涂层作用下,基体性能均得到提升。
      2020  Vol.  33(2):    149-159 [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](205)    [PDF](132)

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