2018年, 第42卷, 第9期　
刊出日期：2018-09-20

  

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  机械工程材料. 2018, 42(9): 0-0.

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综述
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  等离子体表面技术制备抗菌不锈钢的研究进展

  刘阳, 徐晋勇, 高波, 高成

  机械工程材料. 2018, 42(9): 1-5. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809001

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  抗菌不锈钢是一种新型抗菌材料，因抗菌机制和制备方法的不同，其抗菌性能存在较大差异。综述了采用等离子体表面技术，包括离子注入技术、磁控溅射镀膜技术、双层辉光等离子表面冶金技术等制备抗菌不锈钢的研究进展，介绍了抗菌不锈钢的抗菌机制并展望了未来的发展方向。
试验研究
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  CaCO₃含量对自保护药芯焊丝脱渣性的影响

  李继红, 程康康, 舒绍燕, 何晓宇, 李乐, 张敏

  机械工程材料. 2018, 42(9): 6-10. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809002

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  制备了CaCO₃质量分数分别为1%，3%，5%，7%的自保护药芯焊丝，并对超低碳贝氏体钢进行了焊接，研究了CaCO₃含量对焊后熔渣的微观形貌、物相组成和脱渣性的影响。结果表明：随着药芯焊丝中CaCO₃含量的增加，熔渣内表面的微观形貌由块状变为棒束状，再转变为树枝晶状，最后变为颗粒状；当CaCO₃含量（质量分数，下同）为1%，3%时，熔渣的主要物相为由BaO和TiO₂组成的复合氧化物（BaTiO₃）、尖晶石型化合物（MgMn₂O₄或MnAl₂O₄）和BaMg₃Al₂Si₂O₁₀F₂复合氟氧化物，当CaCO₃含量增至5%，7%时，BaMg₃Al₂Si₂O₁₀F₂相消失，出现了Ca₂SiO₄相；随着药芯焊丝中CaCO₃含量的增加，脱渣性下降。
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  玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料在温湿和紫外辐照环境中的老化行为

  王国建, 孙耀宁, 蒋万乐

  机械工程材料. 2018, 42(9): 11-15,20. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809003

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  在温湿和紫外辐射环境中对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料进行加速老化试验，采用红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、扫描电镜、热重分析仪、力学试验机等研究了老化前后复合材料的化学结构、表面元素含量、表面形貌、玻璃化转变温度、弯曲和拉伸性能。结果表明：在温湿和紫外辐照环境中老化1 440 h后，复合材料树脂中存在化学键断裂的现象，化学结构发生了改变，树脂发生了光氧化反应；随着老化时间的延长，复合材料表面出现变色、龟裂、翘曲变形等现象，老化1 440 h后表面呈片层状海浪花样；随着老化时间的延长，复合材料的强度和模量均呈先增后降的趋势，并均在老化160 h时达到最大；老化1 440 h后，复合材料的初始分解温度比老化前的低，玻璃化转变温度约为113.4℃，比老化前的升高了8℃。
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  GH2132铁基高温合金表面等离子渗氮层的热稳定性

  宋伟秀, 许晓磊, 于志伟

  机械工程材料. 2018, 42(9): 16-20. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809004

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  在723 K下对GH2132铁基高温合金表面进行低温等离子体渗氮，并进行了不同温度（673，873，973 K）保温5 h处理，研究了保温处理前后渗氮层的截面形貌、物相组成、硬度和耐腐蚀性能。结果表明：GH2132铁基高温合金表面的渗氮层主要由氮在奥氏体中的过饱和固溶体，即膨胀奥氏体γ_N相组成；随加热温度的升高，渗氮层的厚度增加；当加热温度为673 K时，γ_N相未发生分解，当加热温度为873，973 K时，γ_N相分解生成晶格膨胀程度较低的γ_N相和CrN相；γ_N相的晶格膨胀率随着加热温度的升高而降低；随加热温度的升高，渗氮层的硬度先增大后降低，并在加热温度为873 K时达到最大，约为926 HV；不同温度保温5 h后渗氮层的耐腐蚀性均降低。
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  7075铝合金的单轴棘轮行为

  赵路远, 黄俊, 陈涛, 达令, 吴玉程

  机械工程材料. 2018, 42(9): 21-25. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809005

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  采用单轴拉压循环试验研究了T651热处理态7075铝合金在不同应力幅及平均应力下的棘轮行为，并对试验前后铝合金的显微组织进行观察与分析。结果表明：不同循环载荷下7075铝合金均表现出明显的棘轮应变累积特征；在循环初期，铝合金的塑性变形很明显，棘轮应变速率较大，这与铝合金中位错密度增大、位错弹性应力场增强、大量位错缠结的出现有关；随着循环次数的增加，塑性变形累积明显减小，棘轮应变速率呈近线性缓慢增加趋势；棘轮应变累积随应力幅或平均应力的增大而增加。
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  固溶和稳定化处理后Zr-Mo微合金化310S不锈钢的显微组织和耐腐蚀性能

  刘桂良, 武天洋, 李明浩, 潘钱付, 唐睿, 陈国清, 王清

  机械工程材料. 2018, 42(9): 26-32,40. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809006

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  制备了Zr-Mo微合金化310S不锈钢并进行了不同温度（1 050~1 150℃）固溶处理以及1 150℃固溶+不同温度（950~1 1050℃）稳定化处理，研究了不同热处理后试验钢的显微组织和耐腐蚀性能。结果表明：固溶处理后，试验钢的显微组织为均匀的奥氏体等轴晶，且晶粒内有大量退火孪晶，晶界或晶内析出条状或球形颗粒状（Zr，Mo） C相和块状Zr （C，N）相；1 150℃固溶+不同温度稳定化处理后试验钢的显微组织与固溶态的相似，但析出相数量增多，且在950℃稳定化处理后，晶界上析出了大量的链球状M₂₃C₆相；950~1 050℃的稳定化处理对试验钢的耐均匀腐蚀性能影响不大；随着稳定化温度的升高，试验钢的晶间腐蚀敏感性降低，耐晶间腐蚀能力增强。
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  TC4钛合金的高温氧化动力学行为

  徐祥, 耿鲁阳, 巩建鸣

  机械工程材料. 2018, 42(9): 33-36,46. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809007

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  在600~850℃对TC4钛合金进行了0.3~80 h的氧化试验，研究了氧化对其宏观形貌、截面硬度、截面形貌等的影响，分析了其高温氧化动力学行为。结果表明：随着温度的升高和氧化时间的延长，TC4钛合金表面氧化膜经历了完整→开裂→剥落→严重剥落→全部剥落的过程；钛合金近表面形成的渗氧层厚度随氧化时间的延长和温度的升高而增加；当氧化温度在600~650℃时，钛合金的氧化动力学曲线符合抛物线规律，氧化温度为750~850℃时符合线性规律，当氧化温度为700℃，氧化时间小于8 h时符合抛物线规律，氧化时间超过8 h时符合线性规律；不同氧化温度和时间下，硬度随距表面距离的增加而降低。
新材料 新工艺
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  溶胶-凝胶法制备TiO₂包覆cBN复合粉的工艺及性能

  梁力行, 王海龙, 李剑, 胡碧涌, 邵刚, 许红亮, 卢红霞, 范冰冰, 张锐

  机械工程材料. 2018, 42(9): 37-40. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809008

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  以无水乙醇和水为分散介质，钛酸丁酯为钛源，采用溶胶-凝胶法在立方氮化硼（cBN）颗粒表面包覆TiO₂制备cBN-TiO₂复合粉，研究了无水乙醇与钛酸丁酯物质的量比、cBN与钛酸丁酯物质的量比对包覆效果的影响，对制备工艺进行了优化，并分析了最优工艺下cBN-TiO₂复合粉的抗氧化性能。结果表明：当无水乙醇与钛酸丁酯的物质的量的比为10：1、cBN与钛酸丁酯的物质的量的比为1：1时，cBN颗粒表面均匀地包覆了一层致密的TiO₂，包覆效果最好；最优工艺下cBN-TiO₂复合粉的开始氧化温度为900℃，比包覆TiO₂前cBN微粉的提高了220℃。
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  石墨烯负载有序介孔硫化锌纳米棒复合材料的制备及光催化性能

  曾斌, 刘万锋, 曾武军

  机械工程材料. 2018, 42(9): 41-46. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809009

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  采用微波辅助加热法制备了石墨烯负载有序介孔硫化锌纳米棒复合材料，研究了复合材料的微观形貌和物相组成，分析了氧化石墨烯含量（0~15%，质量分数）、微波加热功率（320~800 W）和时间（0~80 min）对微观形貌和光催化性能的影响，并对复合材料的形成机理以及微观形貌与光催化性能的关系进行了探讨。结果表明：复合材料由片状石墨烯和棒状硫化锌组成，有序介孔硫化锌纳米棒均匀地分布在石墨烯表面；氧化石墨烯含量的增加有利于硫化锌纳米棒的均匀分布，微波加热功率的增加和微波加热时间的延长有利于促进硫化锌纳米棒的形成；当微波加热时间为60 min，微波加热功率为640 W，氧化石墨烯质量分数为10%时，复合材料的光催化性能最佳。
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  喷砂嘴内表面真空高频感应熔覆制备耐磨涂层及其性能

  王清春, 林晨, 张娟娟, 周昌欢, 杜圣恩

  机械工程材料. 2018, 42(9): 47-50,54. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809010

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  采用真空高频感应熔覆技术在45钢喷砂嘴内表面熔覆制备添加20%（质量分数） WC的Ni60A合金涂层，并分别采用车床和电火花成型机床进行扩孔，分析了涂层和基体的显微组织和硬度分布，并研究了该涂层的摩擦磨损性能。结果表明：涂层具有良好的熔覆质量，平整无裂纹，存在少量孔洞，涂层与基体间为冶金结合；与车床扩孔后的相比，经过电火花成型机床扩孔后涂层外层组织的孔隙率下降，组织更加细化；涂层的硬度远高于基体的，电火花成型机床扩孔涂层外层的硬度高于车床扩孔的；经过150 min冲蚀磨损试验后，涂层喷砂嘴的磨损量是未涂层喷砂嘴的11%，涂层喷砂嘴和未涂层喷砂嘴的摩擦因数分别为0.16和0.22，涂层喷砂嘴的耐磨性能显著提高。
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  尖晶石型CuAl₂O₄的制备及可见光催化性能

  张旭光, 马云飞

  机械工程材料. 2018, 42(9): 51-54. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809011

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  分别以硝酸铜、氯化铜、硫酸铜为原料，通过溶胶-凝胶法制备尖晶石型CuAl₂O₄粉体，采用X射线衍射仪、光催化反应器、红外光谱仪、X射线光电子能谱仪等研究了粉体的物相组成、光催化性能和微观结构。结果表明：以硫酸铜为原料，在焙烧温度为700℃，氨水体积20 mL条件下合成的CuAl₂O₄粉体的光催化性能最佳，对甲基橙的降解率达到90%；以硫酸铜为原料制备的CuAl₂O₄粉体中存在Cu₂O （SO₄）相，提高了CuAl₂O₄粉体的光催化性能。
材料性能及应用
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  敏化处理后304不锈钢的电化学腐蚀性能

  黄子东, 林俊铭, 江乙逵, 叶丽芳, 魏敏生, 谢春玉, 郑锐生

  机械工程材料. 2018, 42(9): 55-60,64. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809012

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  通过电化学动电位再活化法评价了304不锈钢在600℃保温不同时间后的敏化度，研究了不同敏化度试验钢分别在体积分数4%乙酸溶液、质量分数5% NaCl溶液以及二者体积比1：1的NaCl/乙酸混合溶液中的电化学腐蚀行为，以及浸泡时间、溶液温度对电化学腐蚀性能的影响。结果表明：随着保温时间的延长，试验钢的再活化电流增大，敏化度增大；随着敏化度的增大，试验钢在NaCl溶液和NaCl/乙酸混合溶液中的自腐蚀电位负移，耐腐蚀性能降低，而在乙酸溶液中的自腐蚀电位正移，耐腐蚀性能提高；随着浸泡时间的延长，试验钢在NaCl溶液中的自腐蚀电位负移，耐腐蚀性能降低，在乙酸溶液中的自腐蚀电位正移，耐腐蚀性能提高，在NaCl/乙酸混合溶液中的自腐蚀电位未发生明显的变化，耐腐蚀性能基本不变；随着溶液温度的升高，试验钢在不同溶液中的自腐蚀电流密度均增大。
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  不同温度下TiB₂/2024Al复合材料的高应变速率剪切行为

  周平, 郭伟国, 李艳萍

  机械工程材料. 2018, 42(9): 61-64. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809013

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  采用改进的分离式Hopkinson拉杆试验装置和新设计的帽形剪切试样，研究了混合盐法制备的TiB₂/2024Al复合材料在不同温度（25，150，300，450℃）下的高应变速率（动态）剪切行为，并观察了复合材料的剪切断口形貌。结果表明：不同温度下，复合材料的动态名义剪切应力-剪切应变曲线相似，变形初期剪切应力随剪切应变的增大而增大，当剪切应变超过一定值时，曲线呈稳态流变特征；随着温度的升高，复合材料的剪切强度降低而断裂应变增大；复合材料剪切断口主要呈金属撕裂棱和韧窝形貌，局部有熔铝带存在，部分TiB₂颗粒上出现裂纹，随着温度的升高，断口中孔洞的数量增加，尺寸增大。
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  时效时间对20Cr32Ni1Nb钢显微组织与力学性能的影响

  贾献凯, 唐建群, 郭晓峰, 巩建鸣

  机械工程材料. 2018, 42(9): 65-68. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809014

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  对20Cr32Ni1Nb钢进行950℃、不同时间（200~5 000 h）时效处理，研究时效时间对该钢显微组织和力学性能的影响。结果表明：随着时效时间的延长，20Cr32Ni1Nb钢晶界上共晶碳化物的层片状结构消失，并由短杆状逐渐变成颗粒状，奥氏体基体内析出弥散分布的二次碳化物，且在时效500 h时，二次碳化物的数量最多；时效5 000 h时，20Cr32Ni1Nb钢中有G相析出；随着时效时间的延长，20Cr32Ni1Nb钢的抗拉强度和屈服强度均先增后降，伸长率减小，冲击韧性呈先降后增再降的变化趋势，时效5 000 h时，冲击韧度为40 J·cm^-2。
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  堆覆速度对等离子弧双填丝增材制造碳钢堆覆层组织和性能的影响

  刘思余, 冯曰海, 占彬, 罗振娇, 方乐乐

  机械工程材料. 2018, 42(9): 69-72. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809015

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  以H08Mn2Si低合金碳钢焊丝为丝材，采用等离子弧双填丝增材制造工艺在Q235钢板上以不同的堆覆速度制备了多层堆覆层试样，研究了堆覆速度对堆覆层宏观尺寸、显微组织和力学性能的影响。结果表明：随堆覆速度的增大，堆覆层表面的成形质量变好，层间纹路变清晰，宏观尺寸减小；堆覆速度越高，堆覆层中的铁素体晶粒越细小，珠光体含量越多，组织均匀性越好；随堆覆速度的增大，堆覆层在纵向和横向的抗拉强度均增大，伸长率略有降低，内部平均显微硬度增大；拉伸断口均呈纤维状，存在大量韧窝，发生了韧性断裂。
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  回火温度对35CrMo钢显微组织和力学性能的影响

  代发明, 蒋欣, 王凌旭, 张仁奇, 樊磊, 何锦航, 徐平伟, 梁宇

  机械工程材料. 2018, 42(9): 73-77. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809016

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  对35CrMo钢进行860℃淬火和不同温度（450，500，550，600℃）回火热处理，采用万能试验机、扫描电子显微镜等研究了回火温度对该钢显微组织、拉伸性能与断裂韧性的影响。结果表明：随着回火温度的升高，过饱和α相中析出碳化物并发生球化，马氏体板条状特征逐渐消失；试验钢的屈服强度和抗拉强度均随着回火温度的升高而降低，伸长率增大，当回火温度为600℃时，其抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为1 014 MPa，933 MPa，16.8%；随着回火温度的升高，试验钢的断裂韧度增加，断口启裂区由快速启裂扩展特征变为更明显塑性变形特征。
残余应力
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  激光激发表面波法测铸铁制动盘残余应力

  冯湾湾, 潘永东, 茹东恒, 吴昊, 严云峰

  机械工程材料. 2018, 42(9): 78-82. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809017

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  基于声弹性理论，使用自主研发的基于压电传感器的激光超声场检测仪对Q235钢的表面应力与激光激发表面波速间的关系进行了研究，并与采用表面波压电探头测得的试验结果进行对比；采用该试验装置得到了铸铁制动盘表面应力与激光激发表面波速的关系，应用激光激发表面波法测得制动盘表面不同位置的残余应力，并与X射线应力法的测试结果进行了对比。结果表明：采用激光激发表面波法测得Q235钢的声弹性系数为1.02×10^-5 MPa^-1，与采用表面波压电探头测得的结果非常接近，测试精度较高；采用X射线应力法和激光激发表面波法测得的铸铁制动盘不同位置的残余应力均为压应力，应力大小不同但变化趋势一致。
失效分析
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  304H弹簧钢丝及弹簧表面腐蚀的原因

  史茜, 金卫强, 冯惠伟, 杜雯雯, 丁淑芳, 沈旭, 陈晨, 陈根保, 米振莉

  机械工程材料. 2018, 42(9): 83-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl201809018

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  304H弹簧钢丝及弹簧在室内放置一段时间后，其表面局部出现锈蚀现象，对锈蚀部位和未锈蚀部位进行微观形貌观察和化学成分分析，探讨了304H弹簧钢丝及弹簧锈蚀的原因。结果表明：304H弹簧钢丝及弹簧锈蚀部位的微观形貌正常，但锈蚀部位表面存在铜或锌元素；304H钢盘条在精整打包过程中被打包机横轴的铜元素污染，在拉丝过程中被拉丝轮表面的锌元素污染；在304H弹簧钢丝及弹簧表面存在水膜的情况下，铜或锌元素与基体固溶体形成电位差而发生电化学腐蚀，从而发生局部锈蚀。