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表面技术
中国兵器工业第五九研究所；中国兵工学会防腐包装分会；中国兵器工业防腐包装情报网
表面技术

中国兵器工业第五九研究所；中国兵工学会防腐包装分会；中国兵器工业防腐包装情报网

吴护林（兼）

双月刊

1001-3660

wjqkbm@vip.163.com

023-68792193

400039

重庆市2331信箱（重庆市九龙破区石桥铺渝州路33号）

表面技术/Journal Surface TechnologyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊主要报道金属、非金属表面技术方面的最新科学研究成果及新技术应用成果等方面的内容。
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    喷丸强化对车辆传动齿轮裂纹扩展影响的研究综述

    李杰高紫钰王晓燕胡铮...
    1-19,57页
    查看更多>>摘要：疲劳断裂是重载车辆传动齿轮的主要失效形式之一,齿轮底部疲劳裂纹的扩展将缩短车辆传动系统的服役寿命,严重时会导致车辆发生安全事故.延缓裂纹扩展的主要方法是在传动齿轮的表面引入一定大小的残余压应力.喷丸技术是一种冷加工表面强化处理工艺,该技术利用高速弹丸冲击材料表面,使零件表层产生塑性应变的同时,在表面和内部引入残余压应力,从而使裂纹闭合的能力得到强化,达到延缓裂纹扩展的强化效果.为了更好地揭示喷丸引入的残余压应力对疲劳裂纹扩展的影响,首先综述了传动齿轮表面疲劳裂纹产生的原因以及疲劳裂纹的扩展行为对重载车辆服役的影响.从强度因子、J积分以及裂纹闭合效应出发,介绍了传动齿轮表面疲劳裂纹扩展的理论以及残余压应力与疲劳裂纹扩展速率之间的关系.其次概述了目前国内外常用的新型有益于将残余拉应力转化为残余压应力的微粒子喷丸、激光喷丸、超声喷丸方法,并与传统机械喷丸技术相比较,阐述了新型喷丸表面强化技术的优缺点.此外,从数值模拟和试验结果两方面,论述了喷丸速度、喷丸角度、弹丸直径、弹丸材质和覆盖率5个工艺参数对在传动齿轮表面引入残余压应力的改善影响.最后对喷丸强化技术在传动齿轮上的多目标参数优化以及多尺度残余压应力与疲劳性能进行了展望,并结合重载车辆的使用需求,强调需要创新设计一种效率高、价格低、适用性广的喷丸技术,以进一步推动喷丸强化在延缓疲劳裂纹扩展方面的持续发展.

    喷丸强化残余压应力传动齿轮疲劳裂纹扩展速率疲劳寿命表面强化

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    金属材料表面纳米化研究与进展

    杨庆徐文文周伟刘璐华...
    20-33页
    查看更多>>摘要：大多数金属材料的失效都是从其表面开始的,进而影响整个材料的整体性能.研究表明,在金属材料表面制备纳米晶,实现表面纳米化,可以提升材料的表面性能,延长其使用寿命.金属材料表面纳米化是指利用反复剧烈塑性变形让表层粗晶粒逐步得到细化,材料中形成晶粒沿厚度方向呈梯度变化的纳米结构层,分别为表面无织构纳米晶层、亚微米细晶层、粗晶变形层和基体层,这种独特的梯度纳米结构对金属材料表面性能的大幅度提升效果显著.根据国内外表面纳米化的研究成果,首先对表面涂层或沉积、表面自纳米化以及混合纳米化3种金属表面纳米化方法进行了简要概述,阐述了各自优缺点,总结了表面自纳米化技术的优势,在此基础上重点分析了位错和孪晶在金属材料表面自纳米化过程中所起的关键作用,提出了金属材料表面自纳米化机制与材料结构、层错能大小有着密不可分的联系,对金属材料表面自纳米化机制的研究现状进行了归纳;阐明了表面纳米化技术在金属材料性能提升上的巨大优势,主要包括对硬度、强度、腐蚀、耐磨、疲劳等性能的改善.最后总结了现有表面强化工艺需要克服的关键技术,对未来的研究工作进行了展望,并提出将表面纳米化技术与电镀、气相沉积、粘涂、喷涂、化学热处理等现有的一些表面处理技术相结合,取代高成本的制造技术,制备出价格低廉、性能更加优异的复相表层.

    金属材料表面纳米化梯度纳米结构纳米化机理表面性能

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    AZ31B镁合金钒/硅烷复合转化膜的制备与表征

    董丽惠王华李琳
    34-45页
    查看更多>>摘要：目的 改善钒酸盐转化膜表面形貌,提高单一钒酸盐转化膜的耐蚀性能.方法 使用偏钒酸盐和硅烷通过两步法在镁合金表面制备钒/硅烷复合转化膜,比较不同硅烷制备的复合膜的耐蚀性能,从而确定使用硅烷的种类,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FT-IR)观察转化膜的微观形貌并分析转化膜的组成和结构,通过交流阻抗测试(EIS)、Tafel极化曲线测试和全浸腐蚀实验评价转化膜的耐蚀性能,并采用划格实验和接触角测试评价转化膜的结合力和疏水性.结果 确定使用BTEPST(双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物)作为成膜组分,使用偏钒酸钠和BTESPT在镁合金表面成功制备钒/BTESPT复合膜,复合膜表面均匀平整,致密无裂纹,与基体结合力好,具有疏水性,该复合膜的组成元素为Mg、V、C、O、Si和S,且元素分布较均匀,膜层是包含Si—O—S、Si—O—Mg、Si—O—V等共价键的交联结构.交流阻抗测试结果显示,钒/BTESPT复合转化膜的膜层电阻为1.17×105Ω·cm2,电荷转移电阻为1.076×105Ω·cm2.极化曲线测试结果表明,复合膜的腐蚀电位为-1.4570 V,腐蚀电流密度为1.4980×10-7 A·cm-2,腐蚀电流密度相较于基体降低约2个数量级,对镁合金的保护效率达到99.6％.复合转化膜在3.5％(质量分数)NaCl溶液中长期浸泡10 d未发生明显腐蚀,全浸实验浸泡14 d腐蚀速率为0.0580 g/(m2·h),未处理的镁合金腐蚀速率则为0.5186 g/(m2·h).结论 钒/BTESPT复合膜能进一步提高钒酸盐转化膜对AZ31B镁合金的保护性能.

    镁合金表面处理化学转化膜钒酸盐硅烷耐蚀性

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    杂质镓对纯铝表面锆钛转化膜的组织及耐腐蚀性能的影响

    辛延琛王友彬陈志文冯济强...
    46-57页
    查看更多>>摘要：目的 探究杂质镓对纯铝锆钛转化膜的生长规律和防护性能的影响.方法 采用扫描电化学显微镜(SECM)技术表征了含镓纯铝表面锆钛转化膜在3.5％(质量分数)NaCl溶液中局部腐蚀的演变过程,结合X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等技术分析了镓对纯铝锆钛转化膜的组织及成分的影响规律,采用开路电位法(OCP)、电化学阻抗技术(EIS)以及极化曲线(Tafel)等探究了杂质镓对纯铝表面转化膜的生长和耐腐蚀性能的影响规律.结果 锆钛转化膜主要由冰晶石Na3AlF6、氧化物(如TiO2、ZrO2、Al2O3)和有机金属络合物组成;杂质镓的添加会抑制铝表面转化膜的生长,破坏膜层的完整性.随镓含量(质量分数)从0％增大到0.5％,锆钛转化膜阻抗值从4.75×104Ω·cm2不断减小到2.49×103Ω·cm2,自腐蚀电流密度由0.45μA增加到13.4μA,腐蚀电位从-0.485 V降低到-0.890 V,耐腐蚀性能逐渐降低.在锆钛转换膜的SECM微区腐蚀演变过程中,膜层自修复行为会降低膜层的被腐蚀倾向,但富集在表面的镓会抑制自修复膜层的形成,导致基体被严重腐蚀.结论 铝中的杂质镓能够直接影响锆钛膜的完整性,降低对铝基体的保护,导致了铝基体局部腐蚀溶解的发生.

    杂质镓锆钛转化膜局部腐蚀扫描电化学显微镜微区电化学

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    LDH预处理溶胶凝胶封闭对铝合金阳极氧化膜耐蚀性的影响

    陈高红肖鉴杨浩东于美...
    58-67页
    查看更多>>摘要：目的 开发一种新型LDH预处理溶胶凝胶封闭工艺,以获得高耐蚀性的封闭阳极氧化膜层.方法 用LDH预处理溶胶凝胶封闭法对阳极氧化铝合金进行表面处理,采用场发射扫描电镜、原子力显微镜对封闭前后的氧化膜进行微观形貌表征,通过接触角测试评价阳极氧化膜层表面的润湿性能,通过浸泡实验、电化学阻抗谱对阳极氧化膜的耐蚀性进行研究,并与传统沸水封闭工艺进行比较.结果 经LDH预处理后,膜层表面被一层致密的LDH覆盖,多孔结构和孔洞缺陷均消失.涂覆溶胶凝胶后,膜层表面均匀平整,无明显缺陷.与沸水封闭相比,LDH预处理溶胶凝胶封闭的氧化膜具有更平整均匀的表面和更低的粗糙度,接触角为92.3°,具有疏水性.在3.5％(质量分数)NaCl溶液中浸泡15 d后,膜层的低频阻抗值仍可达到6.79×106Ω·cm2,与传统沸水封闭法相比,高出2个数量级.膜层具有良好的长期耐蚀性,其主要机理为LDH的铝合金氧化膜空隙和表面生长出双片层状的LiAl-LDH,表面膜层更致密,片层结构在一定程度上阻挡了腐蚀溶液的入侵,同时使膜层表面存在更多的-OH基团,在溶胶凝胶封闭时提供了更多的反应位点,促进了溶胶凝胶涂层与基体之间的结合,有效阻挡了外界溶液对基体的入侵,因此延缓了腐蚀.结论 LDH预处理溶胶凝胶封闭工艺提高了铝合金阳极氧化膜的致密性和表面疏水性以及膜层的耐蚀性能.

    铝合金阳极氧化溶胶凝胶法封闭改性LDH耐蚀性

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    硫酸盐还原菌在顶空体积变化条件下所致镍的微生物腐蚀研究

    田原蒲亚男孙天翔侯苏...
    68-76,97页
    查看更多>>摘要：目的 通过改变厌氧瓶内顶空体积,研究硫酸盐还原菌(SRB)对金属镍的微生物腐蚀(MIC)机理,进而为镍基合金的腐蚀防护提供依据.方法 通过生物学检测技术、表面分析技术和电化学技术,评估了金属镍的MIC行为.结果 随着顶空体积的增大,更多的H2S以气体的形式析出到顶空,液相中硫化物浓度越低,SRB浮游和固着细胞数越高,点蚀坑越深,镍的腐蚀速率越高.在200 mL的固定培养基体积下,顶空体积为90 mL和450 mL的镍试样失重分别是10 mL时的1.1倍和1.4倍,相应的点蚀坑深度分别增加了1.6倍、2.3倍.在孵育7 d后,顶空体积为450 mL时低频阻抗模值最低,同时获得最大的腐蚀电流密度,达到7.64×10-6 A·cm-2.结论 利用细胞外镍氧化释放的电子在SRB细胞质中进行硫酸盐还原在热力学上是有利的,SRB所导致的镍的腐蚀属于EET-MIC.

    镍微生物膜硫酸盐还原菌顶空体积微生物腐蚀点蚀

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    异质双丝超音速电弧喷涂涂层的高温氧化行为和机理研究

    任当精唐旭李雷张一凡...
    77-88页
    查看更多>>摘要：目的 采用异质双丝和同质双丝制备3种超音速电弧喷涂铁基涂层,对比研究3种防护涂层在700℃下的抗高温氧化性能.方法 采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对在700℃高温氧化前后涂层的微观结构、表面形貌和化学成分以及物相组成进行表征和分析.采用Matlab软件对涂层的孔隙率进行测定,采用显微硬度计测量涂层的显微硬度.结果 制备得到的3种涂层的孔隙率均低于10％,满足电弧喷涂的要求.3种涂层的显微硬度均达到了400HV以上,其中FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的孔隙率最低、显微硬度最高,分别为5.00％和456.91HV.在700℃循环氧化下,FeAlCrMoVC、FeAlNiMoCrC和FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的单位面积氧化增重分别为10.67、3.32和2.02 mg/cm2.它们的氧化动力学符合经典的抛物线规律,抛物线速率常数(kp)分别为3.08×10-10、2.20×10-11和5.60×10-12 g2·cm-4·s-1.从高温氧化后涂层的扫描电镜图观察到,异质双丝法制备的涂层表面氧化膜主要由3种致密形貌组成,结合EDS和XRD分析,推断它们主要由Fe3O4、Fe2O3、Cr2O3和Al2O3以及尖晶石结构的NiCr2O4组成.截面分析发现,异质双丝制备的FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的内氧化和表面氧化膜厚度最小,分别约为5.3、24.7和118.2μm.结论 涂层的内氧化从孔隙和氧化夹杂物等缺陷开始,而生成的致密氧化物能够提高涂层的抗氧化性.超音速电弧喷涂制备的3种涂层都具有良好的抗高温氧化性能,而异质双丝法制备的FeAlMoCrC/FeAlNiMoCrVC涂层的抗高温氧化性能更好.

    异质双丝超音速电弧喷涂铁基涂层动力学分析抗高温氧化性能

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    温度对B4C涂层氧化防护性能和防护机制的影响

    胡凯飞王佩佩孙万昌侯兆琪...
    89-97页
    查看更多>>摘要：目的 研究温度对B4C涂层氧化防护性能和防护机制的影响,得出B4C涂层最佳氧化防护温度范围,以及B4C涂层在不同温度的氧化防护机制演变.方法 以石墨为基体,采用放电等离子烧结法在石墨表面制备B4C涂层,通过不同恒温氧化试验(800、1000、1200、1400℃)和室温至1400℃宽温域动态氧化试验来测试其氧化防护性能,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对B4C涂层石墨试样氧化前后的物相组成、微观形貌、氧扩散等进行分析.结果 B4C涂层氧化后可生成B2O3玻璃膜,在800、1000、1200、1400℃恒温氧化的防护效率分别为98.43％、98.61％、94.4％和92.8％,在室温至1400℃宽温域动态氧化的防护效率为93.1％.B4C涂层在800℃以下主要依赖结构阻氧,800至900℃由结构阻氧向惰化阻氧转变,900℃以上主要依赖惰化阻氧.1100℃以上,随温度升高B2O3玻璃膜的挥发加剧,B4C涂层惰化阻氧能力减弱.结论 B4C涂层的氧化防护效率随温度上升先增大后减小,结构阻氧机制逐渐降低,惰化阻氧机制先升高后降低.B4C涂层在800至1100℃具有良好的氧化防护性能.

    涂层石墨碳化硼(B4C)玻璃膜氧化防护阻氧机制

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    腐蚀产物中Zn5(OH)8Cl2对纯Zn腐蚀行为的影响

    杨元成王友彬赵晋玮周佳顺...
    98-109,151页
    查看更多>>摘要：目的 探究纯Zn腐蚀产物中碱式氯化锌(Zn5(OH)8Cl2,ZHC)对其腐蚀防护性能的影响以及腐蚀防护机理.方法 通过原位生长法在纯Zn表面制备一层ZHC膜.通过X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS),分析了样品的物相组成和微观形貌.通过电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化曲线(Tafel),评估了ZHC膜对纯Zn腐蚀防护性能的影响.结果 纯Zn表面先形成了一层致密细小的ZHC纳米片,铺满整个纯Zn表面后,在第一层ZHC上形成第二层较大尺寸的ZHC纳米片.预制备的ZHC膜可以使纯Zn的腐蚀电流密度从78.23μA/cm2降低到2.08μA/cm2,腐蚀电位从-1.050 V(vs.SCE)提升到-0.998 V(vs.SCE),并且随着ZHC制备时间的增加,阴极斜率(βc)逐渐增大,这表明ZHC可以有效阻碍电荷转移,抑制阴极的氧还原,减缓纯Zn的腐蚀速率,对Zn基体的腐蚀起到防护作用.在浸泡腐蚀过程中,ZHC可以抑制HZ的生成,减少絮状腐蚀产物的生成.在短期浸泡过程中,纯Zn的阻抗值随着预制备ZHC的增加而逐渐增大,这是因为生成的腐蚀产物填补ZHC纳米片的空隙,使腐蚀产物膜致密,ZHC膜对Zn基体能起到较好的防护作用.在长期浸泡过程中,ZHC/Zn的阻抗值下降,这是因为ZHC膜破裂,提供了新的腐蚀通道,导致ZHC膜对纯Zn的防护作用下降.结论 ZHC膜可以减缓纯Zn的腐蚀速率.对比纯Zn和ZHC/Zn在浸泡过程中的腐蚀行为可知,在短期浸泡过程中,随着预制备ZHC的增加,对纯Zn的防护性能逐渐提高;在长期浸泡腐蚀过程中,ZHC膜对纯Zn腐蚀的防护作用逐渐下降.

    腐蚀产物Zn5(OH)8Cl2纯Zn原位生长腐蚀防护

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    电刷镀Ag-Bi合金镀层的结构与耐蚀性能研究

    杜宝帅闫芝成张忠文张都清...
    110-116,183页
    查看更多>>摘要：目的 采用电刷镀技术制备Ag-Bi合金镀层,揭示镀层的微观结构特征与耐腐蚀性能.方法 基于酸性硫代硫酸钠无氰镀液体系,利用电刷镀技术在铜基体上制备了纯银以及Ag-Bi合金镀层.利用XRD和SEM分析了镀层的物相组成和微观形貌,采用显微硬度计测试了镀层的硬度,通过极化曲线和电化学阻抗谱对镀层的耐腐蚀能力进行了表征.结果 电刷镀制备的合金镀层均由面心立方结构Ag(Bi)过饱和固溶体组成,在Ag-15.64Bi合金镀层中还形成了六方结构 α-Bi相.所制备的镀层具有纳米级晶粒尺寸,范围为13.5～21 nm.与纯Ag镀层相比,电刷镀Ag-Bi合金镀层的致密性和平整度明显提高.合金镀层的硬度随着Bi含量的增加而增加,最高为220.7HV.镀层的自腐蚀电位和电荷转移电阻随着Bi含量的增加先增加后减小,腐蚀电流密度呈现相反趋势,Ag-4.52Bi镀层具有最佳的耐腐蚀能力,其自腐蚀电位为-0.189 V,腐蚀电流密度为1.76×10-2 mA·cm-2,电荷转移电阻为1635Ω·cm2.结论 通过在酸性硫代硫酸钠镀液中加入硝酸铋,可以电刷镀制备Ag-Bi合金镀层.Bi元素含量对镀层的显微硬度和耐腐蚀能力均具有显著影响.随着镀层中Bi元素的增加,固溶强化、细晶强化效应使镀层的硬度明显增加.合金镀层中孔隙和缝隙等结构缺陷的减少阻碍了腐蚀介质的渗入,Bi元素对镀层钝化膜的形成具有促进作用,最终使镀层的耐腐蚀性能得到提升.

    电刷镀Ag-Bi镀层耐蚀性显微硬度

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