文摘輯要

·責編：蔣 超

含WC鎳基藥芯焊絲MIG堆焊層的組織與性能

用MIG堆焊的方法，在Q235上制備WC顆粒增強鎳基耐磨堆焊層，利用OM、SEM、XRD等方法對堆焊合金的顯微組織進行了觀察分析，對堆焊層的硬度和耐磨性進行了測試分析。結果表明：堆焊層的基體組織為Ni基固溶體，其上分布著Ni3B、Ni3Si等硬質相，這些硬質相與未熔WC顆粒構成了耐磨相，起到減摩耐磨的作用，鎳基基體起到支撐作用，使得堆焊層具有良好的耐磨性。WC含量一定時，隨著熱輸入的增大，WC顆粒的溶解使得堆焊層的硬度降低（45.0～35.6HRC）；隨著WC含量的增加，堆焊層中WC硬質相的體積分數增多，使其抗磨粒磨損性能提高（7.83～8.70）。

機車內燃機渦輪增壓器渦輪盤的激光修復研究

某機車內燃機渦輪增壓器運行時發生故障，其渦輪盤（材質為GH2036合金）明顯磨損。提出采用激光熔覆技術進行修復。為了驗證激光修復的可行性，采用橫流連續波CO2激光器在GH2036合金基材表面熔覆厚約1mm的Ni基合金，并對原始合金及激光熔覆后合金在室溫及模擬渦輪盤服役溫度（650℃）條件下的力學性能進行對比測試。激光熔覆后合金的室溫沖擊韌性從31.5J/cm2提高到48.1J/cm2。沖擊韌性的提高使得熔覆后合金在260MPa時的室溫疲勞壽命由3.28×105次增加到4.91×105次。650℃條件下，激光熔覆對合金的拉伸性能影響不大。激光熔覆后合金的持久壽命略有降低，如320MPa條件下由68.6h降低到60.5h，350MPa條件下由21.2h降低到20.5h。總之，激光熔覆技術對GH2036合金的綜合力學性能影響較小，可用于渦輪盤的修復。

等離子噴槍的注氣方式對電弧不穩定性的影響

基于局域熱力學平衡假設，建立三維非穩態的磁流體動力學模型，在給定氣流量和工作電流的條件下，采用數值模擬方法研究不同注氣方式對直流非轉移弧等離子噴槍內Ar-H2等離子電弧的波動行為和等離子特性的影響。結果表明：與直流進氣相比較，采用旋轉方式進氣時，噴槍內等離子體流的流線呈現出明顯的螺旋狀分布，電弧波動信號呈現出更高的平均電壓和較高波動頻率,電弧附著隨時間變化呈現出圓周運動現象；噴槍內等離子體的最大溫度出現在陰極尖端附近,采用旋轉方式注氣時等離子平均最大溫度較低，而等離子體的速度沿中心軸方向呈現出先增加后減小的趨勢。噴槍出口處等離子體的溫度與速度同樣顯示出波動分布，2種進氣方式得到的溫度分布基本相似，采用旋轉方式注氣時等離子平均最大速度分布相對較高。

鋁合金超聲噴丸殘余應力場

為定量探索噴丸工藝參數對超聲噴丸后材料表層殘余應力場分布和硬化程度的影響規律，文中采用X射線衍射法研究了撞針式超聲噴丸后7055-T7751鋁合金表層殘余應力和半高寬的分布情況。結果表明：超聲噴丸殘余應力場分布深度、最大殘余壓應力值及其深度在一定范圍內隨沖擊振幅和撞針直徑的增加而增大。最佳工藝參數有2組，分別為2mm直徑撞針和80%沖擊振幅、3mm直徑撞針和70%沖擊振幅，2者使最大殘余壓應力分布深度提高1.31倍以上，且使材料冷作硬化層深度提高0.7mm以上，并分別將最大殘余壓應力值提高到噴丸前的6.8倍和8.14倍。分析認為，超聲噴丸對優化材料表面殘余壓應力場方面效果顯著，適當強度的超聲噴丸能夠有效提高材料疲勞極限、表面冷作硬化程度。

不同族金屬離子注入對Cr4Mo4V摩擦磨損性能的影響

利用直線式離子注入機對拋光后的Cr4Mo4V軸承材料進行變能量 的 金 屬 元 素 （Ti、 Zr、 Cr、Mo、Ta）注入，通過摩擦磨損測試機測試注入前后Cr4Mo4V的耐磨損性能，利用納米壓痕硬度儀、俄歇電子能譜（AES）和X射線光電子能譜（XPS）等檢測表征手段，研究不同金屬元素注入對Cr4Mo4V耐磨損性能的影響機制。結果表明：以測試條件下維持低摩擦因數0.2～0.3的運行時間看，Ti注入樣品耐摩擦磨損性能提升約14倍，Zr注入試樣的耐摩擦磨損性能提升超過20倍，ⅣB族Ti、Zr兩種元素注入的Cr4Mo4V表現出較高的抗摩擦磨損性能；注入Zr對基材納米硬度提升20%左右，而具有最佳的抗摩擦磨損性能；不同于其他的注入金屬元素，Ti、Zr注入元素在基材內的濃度-深度分布中伴隨出現了C、O的濃度峰分布，且Zr注入樣品中C濃度峰最強、分布深度最廣。

高強鋼大直徑內螺紋超聲滾壓強化技術

為改善高強鋼內螺紋的表面質量，提升螺紋使用的疲勞壽命和可靠性能，將超聲滾壓強化技術應用于高強鋼大直徑內螺紋。采用光學顯微鏡、白光干涉表面形貌儀、顯微硬度儀、應力測試儀和疲勞試驗機等儀器對滾壓前后的螺紋試件表面的顯微形貌、粗糙度、硬度、殘余應力和疲勞壽命等參數進行檢測、對比。結果表明：超聲滾壓后螺紋的表面殘留的加工痕跡可基本消除，牙底表面粗糙度較未滾壓降低約50%，較普通滾壓降低了約30%；超聲滾壓后表面硬度較未滾壓提升17%，而較普通滾壓提升了約14%；超聲滾壓后表面殘余壓應力較未滾壓提升60%，而較普通滾壓提升了約50%。超聲滾壓后工件疲勞壽命可達到未強化工件疲勞壽命的5倍以上。綜上所述，超聲滾壓強化對于高強鋼大直徑內螺紋表面質量具有良好的提升效果。

乙醇對低磨料CMP過程中銅膜凹凸處去除速率選擇性的影響

根據相似相容原理，在低磨料濃度CMP過程中，利用乙醇對多羥多胺螯合劑的降黏特性來提高銅膜表面凸凹處拋光速率的選擇性。根據拋光液中各組分濃度對動態和靜態條件下銅膜去除速率的影響獲得乙醇加入量的最大值；通過螯合劑、氧化劑與乙醇對動靜態條件下銅膜去除速率的相互作用關系來確定各組分的最佳濃度。最終得出:當磨料濃度（體積分數）為0.5%，螯合劑濃度為10%，H2O2濃度為0.5%，乙醇濃度為1%時，銅膜表面擁有最大的凸處和凹處速率比。在MIT 854銅布線片上進行平坦化試驗，結果表明：該拋光液能夠很大程度的減小布線表面的高低差，擁有較強的平坦化能力。紅外光譜檢測結果表明：在CMP過程中，銅膜表面不會生成副產物乙酸乙酯。上述結果進一步證實了該拋光液的實用性。

海洋工程用結構鋁合金無鉻化學轉化膜耐腐蝕及涂裝配套性能研究

為改善服役于海洋環境下的結構鋁合金的耐腐蝕性及其與底漆的配套性能，在兩種典型海洋工程用結構鋁合金（5083-H116和6061-T6）基體上制備了一種無鉻鈦/鋯基 化 學 轉 化 膜 — A l u mnanoceramic Coating。采用SEM和EDS對膜層形貌及組成進行了表征，通過動電位極化曲線和電化學阻抗譜研究了膜層的電化學性能，利用中性鹽霧試驗及膠帶剝離試驗分別對膜層耐蝕性及其與環氧厚漿底漆的配套性進行了考察。結果表明：用于5083和6061鋁合金無鉻化學轉化層后中性鹽霧試驗白銹面積達到5%所需時間分別為240h和168h；5083鋁合金無鉻化學轉化層比6061鋁合金顯示出更好的與環氧厚漿底漆的配套性能。

牙種植體表面的噴砂酸蝕工藝優化

對鈦表面噴砂酸蝕工藝進行優化研究，以用于牙種植體表面改性。采用噴砂酸蝕法對鈦片表面進行粗化處理，以粗化的鈦片表面中0.5～2.0μm孔洞所占比例和表面平均接觸角作為正交試驗的參考指標，對噴砂酸蝕工藝進行優化。將得到的最優參數應用于鈦片和牙種植體，利用掃描電鏡、接觸角測量儀及能譜儀對其進行形貌、接觸角、成骨細胞粘附及成分分析。結果表明：優化工藝處理后，鈦片表面平均接觸角達67°，且均勻性較好，利于細胞吸附生長；鈦片和牙種植體表面都獲得了均勻的微米級孔洞結構，但種植體螺紋不同部分的表面形貌不一樣。在試驗范圍內，表面處理的最優參數為：噴砂材料TiO2，酸蝕溫度100℃，酸蝕時間20min，混酸 60%H2S O4、10%HCl和去離子水的體積比1.0:1:2。

尾吹保護對激光熔覆Stellite 6合金涂層組織性能的影響

為解決激光熔覆Stellite 6涂層的裂紋與氣孔問題，利用尾吹保護的特殊工藝，以半導體激光器為光源，氬氣為保護氣，同軸送粉的方 式熔覆制備了合金涂層復合材料。并利用光學顯微鏡、掃描電鏡、 X射線衍射儀和顯微硬度計分別對尾吹保護工藝下激光熔覆Stellite 6合金涂層的成型性、顯微組織和 硬度進行測試分析。結果表明：在 15L/min的尾吹氣保護下，熔覆所 得合金涂層成型良好；熔覆過程中 的氣孔、熱裂紋的缺陷得到抑制；層間、結合處涂層的微觀組織得到 了細化，晶體生長形態由樹枝晶轉 變為等軸晶；多層多道涂層間的硬度分布均勻；晶粒生長方向發生改變，熔覆層組織與β相Co基本保 持一致。由此證明，引入尾吹保護工藝能夠改善激光熔覆Stellite 6合金涂層的組織性能。

送粉位置對等離子噴涂YSZ粒子熔化狀態的影響

研究了等離子噴槍采用3個送粉位置時距離噴嘴90mm處YSZ粒子熔化狀態（包括粒子溫度及速度、粒子粒度分布、粒子撞擊基體后的扁平形貌），其中送粉位置1和2為槍外送粉，送粉孔軸線距離噴嘴端面分別為9.0mm、3.5mm，送粉位置3為槍內送粉，送粉孔軸線距離噴嘴端面5mm。結果表明：送粉位置沿等離子射流逆流方向移動時（分別對應送粉位置1、2、3），粒子熔化效果明顯增強，粒子扁平化程度提高；涂層中未熔顆粒和孔隙百分比由33.25%減小至10.13%，涂層結合強度由16.25MPa增加至37.25MPa，涂層表面剝落20%時經歷的熱震次數由35次增加至130次；采用送粉位置3時，噴涂功率33.60kW，低于其他送粉位置的電弧功率（46.75kW），實現了低功率制備高性能YSZ涂層的目的。

表面完整性對C250型超高強度鋼高周疲勞性能的影響

利用圓磨、一次噴丸和二次噴丸3種不同的加工方法，在C250型超高強度鋼（C250鋼）上引入不同的表面完整性狀態。研究了不同表面完整性狀態下C250鋼試樣的表面形貌、表面粗糙度和表面殘余應力等表面完整性參數并分析了其在室溫下的光滑（應力集中系數，Kt=1）旋轉彎曲疲勞S-N曲線和缺口（Kt=1.7）旋轉彎曲疲勞SN曲線。結果表明：由于表面完整性狀態的優化，相比圓磨狀態，一次噴丸后C250鋼光滑和缺口試樣的疲勞極限分別提高15.4%和18.1%，二次噴丸后分別提高了26.2%和20.1%，在C250鋼疲勞性能方面二次噴丸增益更大。然而，二次噴丸后C250鋼的缺口敏感性較一次噴丸有所增大，原因是二次噴丸帶來的表面平滑化和最大殘余壓應力外移效果對光滑試樣疲勞性能影響明顯，但對缺口試樣影響相對較小。

9310滲碳鋼強流脈沖電子束表面鈦合金化處理的結構與性能

為進一步提高SAE9310鋼表面滲碳層的耐磨性和耐蝕性，采用強流脈沖電子束(HCPEB)技術在不同的能量密度下對SAE9310滲碳鋼進行表面鈦合金化處理。并通過掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、顯微硬度計、摩擦磨損試驗及電化學試驗等研究了鈦合金化試樣的表面及截面形貌、相組成及性能等。結果表明：強流脈沖電子束輻照后鈦以合金元素形式固溶于基體中，重熔層奧氏體含量增加。鈦合金化層腐蝕電位由未處理時的-0.577V提高至-0.539V，自腐蝕電流密度降至2×10-7A/cm2，較未處理試樣低1個數量級。合金化處理后樣品表面顯微硬度與原始樣品接近，硬度約為780HV0.25，但干摩擦因數由0.8降至0.15，磨損率降低接近3倍。電子束表面鈦合金化處理可以提高9310鋼滲碳層的耐磨性和耐蝕性。

工業純鐵電極材料表面滲鉬的工藝

利用雙輝等離子滲金屬技術，在工業純鐵電極材料表面進行正交滲鉬試驗，用極差分析方法研究了極間距、溫度、時間、源極電壓和氣壓對合金滲層厚度的影響，并對滲鉬的工藝參數進行優化。采用光學 顯 微 鏡 、 X射 線 衍 射 儀（XRD）、顯微硬度儀、掃描電鏡（SEM）和能譜儀觀察合金滲層的金相組織及厚度，測定合金滲層的物相組成和滲層硬度，檢測合金滲層的形貌、元素分布。結果表明：滲鉬工藝優化參數為：源極電壓800～850V，保溫溫度1020℃，保溫時間4h，工作氣壓35Pa，極間距20mm，可獲得滿足試驗要求的80m的合金滲層；合金滲層組織為柱狀晶，Mo元素在合金滲層中呈梯度分布，合金滲層的物相為Fe（Mo）固溶體和Mo相，合金滲層的硬度呈下降趨勢，滲鉬后試樣的表面硬度為248.5HV0.05。

再制造創新設計理論與方法

再制造設計是提升再制造效益的重要方法途徑，是對產品設計和工程設計的創新補充，屬于新興的設計內容。以再制造設計概念與特征分析為基礎，提出了面向再制造創新設計的產品梯度壽命設計理論、再制造性設計與評價理論、產品再制造工程設計理論，研究分析了面向再制造的產品材料設計、產品結構設計、再制造產品生產設計等再制造設計的新內容，為再制造設計的理論研究和方法應用提供了借鑒。

回轉體零件熱噴涂涂層的結合強度

回轉體失效零件利用熱噴涂技術修復之后需要對其涂層抗拉結合強度進行測量。參考平面熱噴涂涂層結合強度測量方法，提出了一種回轉體零件涂層抗拉結合強度測量方法，并對該方法進行了理論分析，給出了具體操作要點和步驟。分析了回轉體零件涂層結合強度與平面涂層結合強度測量結果之間產生差異的原因，并進行了試驗驗證。實際測量了相同工藝下基體半徑為40mm的FeAlCrBSiNb回轉體涂層和平面涂層的結合強度，測量結果分別為48.3MPa和51MPa，兩者相差5.3%。結果表明：在試樣基體半徑盡可能大或涂層實際面積與投影面積相差盡可能小的條件下，利用該方法可以測得較為準確的回轉體零件涂層結合強度。

Q235鋼基體表面微晶玻璃功能梯度涂層接觸應力的數值模擬

以Q235/微晶玻璃梯度涂層為研究對象，運用ANSYS軟件對其在法向載荷作用下的接觸應力進行了分析。基于Hertz接觸理論，建立了該復合材料的有限元分析模型，并通過比較有限元數值解和Hertz理論解，驗證了有限元模型的可靠性。分析了不同層數、層厚和涂層物理性能漸變方式對涂層體系應力分布的影響。結果表明：涂層的徑向接觸應力和Mises應力的最大值均位于接觸中心處，最大剪切應力位于接觸中心附近；涂層的層數、厚度和涂層物理性能漸變方式對涂層表面徑向應力、界面剪切應力和整體Mises應力都有明顯影響。模擬結果可以為該復合材料的設計和制備提供理論依據和指導。

Cr離子注入鎳鈦合金的表面組織結構

針對鎳鈦合金(NiTi)進行3種不同濃度Cr離子注入，采用掃描電子顯微鏡、三維白光形貌干涉儀、小角度掠射X射線衍射儀、X射線光電子能譜儀分析了離子注入前后鎳鈦合金表面形貌、粗糙度、組織結構及化合態。結果表明：隨著注入Cr離子濃度的增大，鎳鈦合金表面更加平整，粗糙度變小。所有注入試樣表面形成了近60nm厚的注入膜層，主要成分為三氧化二鉻和鉻碳化合物，并且隨Cr離子注入劑量的增加，三氧化二鉻和鉻碳化合物的含量增加。