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改善钢铁材料摩擦学行为的表面织构研究现状

刘强 , 林乃明 , 邹娇娟 , 谢瑞珍 , 王振霞 , 马永 , 王志华 , 唐宾

表面技术 doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.05.006

钢铁材料广泛应用于诸多工程领域，但其耐磨性差，源于材料表面的摩擦会引起磨损损伤、阻力大、噪声污染等问题，从而导致材料损伤或失效，影响部件局部或整体的正常使用。在材料表面形成表面织构可有效实现减摩/抗磨、减阻、降噪的效果，从而达到改善钢铁材料摩擦学行为的目的。综述了表面织构在改善钢铁材料摩擦学行为方面的研究现状，对钢铁材料表面减摩/抗磨、减阻和降噪表面织构的设计与研究进行了分析与比较，简要阐述了相关机理。干摩擦和润滑条件下，表面织构通过发挥捕捉磨屑、储存润滑剂、流体动压润滑的作用来实现减摩/抗磨；与流体和空气摩擦时，表面织构通过产生二次涡达到减小表面与流体/空气接触面积等作用实现减阻和降噪。最后，展望了能够改善钢铁材料摩擦学行为的表面织构的相关研究思路和方法。

关键词: 钢铁 , 摩擦学 , 表面织构 , 减摩 , 抗磨 , 减阻 , 降噪

热氧化温度对Ti6Al4V耐磨性的影响

林乃明 , 王娅婷 , 邹娇娟 , 马永 , 王振霞 , 田伟 , 姚小飞 , 唐宾

稀有金属

在873～1023 K保温10 h条件下对Ti6Al4V进行热氧化处理.采用X射线衍射仪,辉光光谱分析仪和光学显微镜分析热氧化层的特征.借助MFT-R4000往复式摩擦磨损试验机研究热氧化温度对Ti6Al4V耐磨性的影响.结果表明:Ti6Al4V表面的热氧化层均匀、连续;热氧化温度对氧化层的形成、表面硬度和耐磨性有显著影响;973 K获得的氧化层表面硬度最高,磨损失重最低,磨痕宽度最小,耐磨性能最好.

关键词: 热氧化 , Ti6Al4V , 耐磨性

热氧化提高钛及钛合金表面性能的研究进展

秦建峰 , 王馨舶 , 邹娇娟 , 林乃明 , 马永 , 王志华 , 唐宾

表面技术 doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.01.001

热氧化作为一种引起广泛关注的钛及钛合金表面改性技术,具有工艺简单、原位生长、薄膜厚度大以及性价比高等特点.通过热氧化表面处理技术能够在钛及钛合金表面形成较厚的由钛氧化层和氧的扩散层组成的硬质氧化膜,氧化膜对材料起到有效的保护作用,提高了材料单一耐磨性、耐蚀性以及生物活性或综合表面性能.从热氧化工艺原理及其对钛及钛合金表面性能影响的角度,综述了热氧化对钛及钛合金表面硬度、耐磨性、耐蚀性、生物相容性等性能影响的研究进展,并对其以后的研究方向进行了展望.通过合理控制氧化温度、氧化时间、氧化气氛及冷却方式等工艺条件,从而得到连续、致密且疲劳性能较好的金红石型TiO2和氧的扩散层是改善钛及钛合金性能的关键.将热氧化处理与其他工艺相结合,针对性地提高膜层厚度及材料的耐磨性、耐蚀性、生物性能等,以实现复合涂层的制备将是热氧化在钛及钛合金性能改善方面的研究方向.

关键词: 钛及钛合金 , 热氧化 , 耐磨性 , 耐蚀性 , 生物相容性

AZ31镁合金表面改性交叉轧制组织性能演变

楚志兵 , 杨彦龙 , 黄庆学 , 林乃明 , 唐宾 , 马立峰 , 杨小容

材料热处理学报

采用固体粉末包埋渗铝法对AZ31镁合金薄板表面进行改性处理,增置富铝系改性层,选用常规的四辊轧机对表面改性后的AZ31镁合金薄板进行室温交叉轧制处理.利用XRD、SEM、光学显微镜和CorrTest腐蚀电化学测试系统等分析测试手段研究基体、轧制前和轧制后的渗铝试样表面的组织、性能演变情况.结果表明:轧制处理后富铝系改性层组织晶粒明显细小、均匀;轧制变形后富铝系改性层的耐磨性能略有提高,其表面显微硬度为63.5 HB,表面摩擦系数平均值约为0.6,表面摩擦磨损质量损失为0.26 mg;轧制变形后的富铝系改性层的耐腐蚀性能有较大的提高,其开路电位增加为-1.574 V,自腐蚀电位为-1.38 V,而自腐蚀电流密度提高一个数量级,为7.0×10-4 mA/cm2.

关键词: AZ31镁合金 , 富铝系改性层 , 交叉轧制 , 自腐蚀电流 , 腐蚀电位

TC4合金微弧氧化层的耐磨性和耐蚀性

周鹏 , 林乃明 , 田伟 , 姚小飞 , 田林海 , 唐宾

表面技术 doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.11.003

目的对比不同电解液体系中制备的陶瓷膜层的耐磨损和耐腐蚀性能,判断实验条件下陶瓷膜性能最优的电解液体系. 方法在相同的电参数工艺下,分别在NaAlO2 ,( NaPO3 ) 6 和Na2 SiO3 电解液体系中对TC4合金进行微弧氧化处理,处理时间为15 min. 分析陶瓷层的表面形貌、成分和相结构. 进行干摩擦条件下的摩擦磨损实验,对比TC4合金及三种陶瓷膜的耐磨性. 通过测试极化曲线,对比TC4合金及三种陶瓷膜的耐蚀性. 结果在NaAlO2,(NaPO3)6,Na2SiO3 电解液体系中获得的陶瓷层表面呈现出多孔和局部凸起的相似表面特征,但相组成存在差异,主要相分别为Al2 TiO5 ,AlPO4 和TiO2. 摩擦磨损实验表明,在10 N载荷下,以Si3 N4 陶瓷球作为摩擦配副,陶瓷层的磨损失重相对基材均显著减小,其中( NaPO3 ) 6-陶瓷层失重约为基材的1/22. 极化曲线分析表明,在模拟油田采出液作为腐蚀液的条件下,与TC4合金相比,陶瓷层的Ecorr显著正移,Jcorr明显减小,其中(NaPO3)6-陶瓷层的Ecorr从-0. 311 V正移至0. 777 V,Jcorr从9. 634×10-7 A/cm2 减小到2. 595×10-8 A/cm2. 结论微弧氧化处理能够显著改善TC4合金的耐磨性和耐蚀性,其中( NaPO3 ) 6-陶瓷层的综合性能较好,有望满足TC4合金服役于油田环境时的要求.

关键词: TC4合金 , 微弧氧化 , 陶瓷层 , 耐磨性 , 耐蚀性 , 模拟油田采出液

油套管表面防护技术的研究现状与展望

林乃明 , 谢发勤 , 吴向清 , 田伟

腐蚀与防护

综述了油套管表面防护技术的研究现状,介绍了油(气)田开发过程中油套管的腐蚀特征、腐蚀类型以及力学和服役环境条件对油套管的基本要求,分析了表面涂镀层工艺、激光表面强化工艺及表面合金化工艺等表面技术的特点及其在油套管表面防护中的应用,提出采用热渗镀技术在油套管表面制备镍基合金层以应对严酷服役条件的新工艺.展望了油套管表面技术新思路和方法.

关键词: 油套管 , 腐蚀防护 , 表面技术 , 现状 , 展望

纯钛离子氮化层在人工唾液中的耐蚀性

林乃明 , 范爱兰 , 秦林 , 唐宾 , 邹娇娟

中国材料进展

用浸泡法和电化学法研究了纯钛(TA2)基体材料及其离子氮化层在人工唾液中的腐蚀行为.浸泡法研究表明,试样随着浸泡时间的延长而增重,而离子氮化层增重明显减缓,其腐蚀速率远小于TA2基材;电化学法研究表明,离子氮化层的自腐蚀电位较TA2基材提高,而腐蚀电流密度和腐蚀速度减小.由失重法和电化学法得出一致结论,离子氮化处理提高了TA2在人工唾液中的耐蚀性.

关键词: 纯钛 , 离子氮化 , 人工唾液 , 耐蚀性

钢铁材料电镀镉的研究现状

刘强 , 林乃明 , 沙春鹏 , 唐宾

表面技术 doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.01.024

钢铁材料广泛地应用于诸多工业领域中,但其表面耐蚀性差,发生于材料表面的腐蚀会导致材料失效.镉与空气接触时会迅速氧化并形成致密的保护性氧化膜,因此表面镀镉可以有效地提高钢铁材料表面的耐蚀性.从电镀镉技术的具体应用出发,综述了用于钢铁表面防护的电镀镉技术和用于表面修复的电刷镀镉技术的应用现状.镀镉层作为阳极保护层,实现了对钢铁材料的防护.在镀液中添加钛盐后,形成的镉钛镀层比单纯的镀镉层具有更优异的耐蚀性和更好的低氢脆性.电刷镀镉作为一种特种镀镉技术,可用作镀镉局部破损件的补镀和修复.针对电镀镉废水对环境和人体的高危害,简要阐述了化学法、物理化学法、生物法三种电镀镉废水的处理方法,且微生物法具有良好的发展前景.最后,展望了钢铁材料电镀镉技术的相关研究思路和方法.

关键词: 钢铁 , 电镀镉 , 耐蚀性 , 表面防护 , 表面修复

TiNi合金表面钼合金层的物相与性能

单小林 , 吴海瑞 , 王振霞 , 林乃明 , 刘小萍 , 贺志勇

机械工程材料 doi:10.11973/jxgccl201701010

采用双辉等离子表面合金化技术在TiNi合金表面制备钼合金层，分析了钼合金层的物相和成分分布，利用带电化学测试系统的超声波振动空蚀试验机和往复摩擦磨损试验机分别研究钼合金化试样和基体合金的电化学性能和耐磨性能。结果表明：在TiNi合金表面制备了成分呈梯度分布的钼合金层，该层中主要含有Mo、MoTi和Ni3 Ti相；在空蚀条件下合金基体的钝化能力受到抑制，钼合金化试样则呈现出一定程度的钝化能力；两者的磨损机制均是磨粒磨损和黏着磨损，合金基体的磨痕宽度远大于钼合金化试样的，并且黏着磨损更为严重。

关键词: TiNi合金 , 等离子表面合金化 , 电化学性能 , 耐磨性能