目的探索新型表面微結(jié)構(gòu)的制備方法。方法采用微弧火花沉積工藝在304不銹鋼基體表面,制備出了奇特的"柱狀"微結(jié)構(gòu)表面,并使用掃描電鏡、光學(xué)顯微鏡、硬度計(jì)等對(duì)該微柱體的表面形貌、截面特征和顯微硬度等進(jìn)行了初步分析。結(jié)果微柱體呈近似有規(guī)律的分立狀分布,微柱體間距約為0.8~1.2 mm,直徑約為300~500μm。微柱體為堆疊狀生長(zhǎng),有典型的分層特征,微柱體之間存在生長(zhǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)性行為。從微柱體截面來(lái)看,單個(gè)脈沖沉積薄層的典型厚度大約為15~20μm,微柱體中單個(gè)沉積子薄層一般呈中間厚、兩側(cè)薄的類(lèi)透鏡狀形態(tài)。微柱體的平均硬度約為320HV左右,略低于結(jié)合界面附近的基體硬度(~340HV)。結(jié)論微弧火花沉積的單點(diǎn)、高頻率的技術(shù)特性是形成此類(lèi)表面的重要因素,放電沉積中的競(jìng)爭(zhēng)性機(jī)制是導(dǎo)致微柱體成形的直接原因。
【部分圖文】：

第46卷第5期王維夫等：微弧火花沉積制備不銹鋼柱狀微結(jié)構(gòu)表面·161·小于典型的微柱體間距（0.8~1.2mm）。這表明微柱體在生長(zhǎng)過(guò)程中存在競(jìng)爭(zhēng)性行為，部分靠得太近的微柱體胚芽會(huì)受到臨近先長(zhǎng)大微柱體的抑制作用而無(wú)法進(jìn)一步長(zhǎng)大。圖1微柱體試樣表面低倍形貌Fig.1Themorphologyofmicro-columnswithlowmagnification分析認(rèn)為，這種抑制作用主要與沉積過(guò)程中的尖端放電行為有關(guān)，在電火花沉積過(guò)程中，因?yàn)槊}沖放電的不連續(xù)性以及放電電弧的隨機(jī)性，使得前幾次沉積過(guò)程中產(chǎn)生不連續(xù)隨機(jī)分布的小凸起。眾所周知，當(dāng)金屬帶電時(shí)，其表面曲率越大的地方電荷密度越大，表面附近電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，因而越容易擊穿空氣進(jìn)行放電[20]。根據(jù)尖端放電原理，在后續(xù)的電火花沉積過(guò)程中，放電將大多在小凸起上進(jìn)行，并進(jìn)行電極材料的過(guò)渡，使得小凸起不斷長(zhǎng)大，導(dǎo)致凸起位置沉積循環(huán)。即當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)靠得比較近的微柱體胚芽中的某一個(gè)相對(duì)略高時(shí)，沉積脈沖更易于在較高的那個(gè)胚芽處發(fā)生，隨著沉積的不斷進(jìn)行，最終導(dǎo)致發(fā)育初期較矮的微柱體胚芽被抑制。圖2a所示為圖1中的單個(gè)微柱體的表面高倍觀察結(jié)果�？梢钥吹�，微柱體呈多層堆疊特征，整個(gè)微柱體是由大量的單個(gè)脈沖沉積薄層（Thindepositedlayer）逐層堆疊而形成的。部分沉積薄層邊緣出現(xiàn)了潑濺狀特征（圖2b），這是典型的熔融狀液滴與基體碰撞所造成的，這一特征與已有的單脈沖沉積斑觀察結(jié)果相一致[21]。圖3則給出了更具一般性的微柱體形態(tài)，可以看到，單次沉積所形成的典型沉積子薄層的直徑一般約為300μm左右。哈爾濱工業(yè)大學(xué)王振龍、金柏東等人[15,16]采用類(lèi)似的微細(xì)電火花沉積工藝也制備出了單個(gè)微圓柱體。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)所制備的為大面積近似呈有規(guī)律的等間距分布微柱體，微

性以及放電電弧的隨機(jī)性，使得前幾次沉積過(guò)程中產(chǎn)生不連續(xù)隨機(jī)分布的小凸起。眾所周知，當(dāng)金屬帶電時(shí)，其表面曲率越大的地方電荷密度越大，表面附近電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，因而越容易擊穿空氣進(jìn)行放電[20]。根據(jù)尖端放電原理，在后續(xù)的電火花沉積過(guò)程中，放電將大多在小凸起上進(jìn)行，并進(jìn)行電極材料的過(guò)渡，使得小凸起不斷長(zhǎng)大，導(dǎo)致凸起位置沉積循環(huán)。即當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)靠得比較近的微柱體胚芽中的某一個(gè)相對(duì)略高時(shí)，沉積脈沖更易于在較高的那個(gè)胚芽處發(fā)生，隨著沉積的不斷進(jìn)行，最終導(dǎo)致發(fā)育初期較矮的微柱體胚芽被抑制。圖2a所示為圖1中的單個(gè)微柱體的表面高倍觀察結(jié)果�？梢钥吹�，微柱體呈多層堆疊特征，整個(gè)微柱體是由大量的單個(gè)脈沖沉積薄層（Thindepositedlayer）逐層堆疊而形成的。部分沉積薄層邊緣出現(xiàn)了潑濺狀特征（圖2b），這是典型的熔融狀液滴與基體碰撞所造成的，這一特征與已有的單脈沖沉積斑觀察結(jié)果相一致[21]。圖3則給出了更具一般性的微柱體形態(tài)，可以看到，單次沉積所形成的典型沉積子薄層的直徑一般約為300μm左右。哈爾濱工業(yè)大學(xué)王振龍、金柏東等人[15,16]采用類(lèi)似的微細(xì)電火花沉積工藝也制備出了單個(gè)微圓柱體。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)所制備的為大面積近似呈有規(guī)律的等間距分布微柱體，微柱體層與層之間界面更加清晰且光滑，更具有層次感。多個(gè)微柱體之間基體表面為大小不一的球狀顆粒飛濺產(chǎn)物，在表面張力作用下收縮呈球狀而凝固。分析認(rèn)為，微弧火花沉積過(guò)程中，在脈沖放電極短的時(shí)間內(nèi)，能量高度集中在微小區(qū)域，電極和基體之間瞬時(shí)形成的高溫、高壓使得電極熔化氣化，熔融的電極材料在重力、熱爆炸力、電動(dòng)力、磁流體動(dòng)力a整體形貌b局部潑濺狀堆疊表面圖2單個(gè)微柱體的顯微形貌Fig.2Micro-morpholog

鴆歡銑ご螅?賈巒蠱鷂恢貿(mào)粱?循環(huán)。即當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)靠得比較近的微柱體胚芽中的某一個(gè)相對(duì)略高時(shí)，沉積脈沖更易于在較高的那個(gè)胚芽處發(fā)生，隨著沉積的不斷進(jìn)行，最終導(dǎo)致發(fā)育初期較矮的微柱體胚芽被抑制。圖2a所示為圖1中的單個(gè)微柱體的表面高倍觀察結(jié)果。可以看到，微柱體呈多層堆疊特征，整個(gè)微柱體是由大量的單個(gè)脈沖沉積薄層（Thindepositedlayer）逐層堆疊而形成的。部分沉積薄層邊緣出現(xiàn)了潑濺狀特征（圖2b），這是典型的熔融狀液滴與基體碰撞所造成的，這一特征與已有的單脈沖沉積斑觀察結(jié)果相一致[21]。圖3則給出了更具一般性的微柱體形態(tài)，可以看到，單次沉積所形成的典型沉積子薄層的直徑一般約為300μm左右。哈爾濱工業(yè)大學(xué)王振龍、金柏東等人[15,16]采用類(lèi)似的微細(xì)電火花沉積工藝也制備出了單個(gè)微圓柱體。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)所制備的為大面積近似呈有規(guī)律的等間距分布微柱體，微柱體層與層之間界面更加清晰且光滑，更具有層次感。多個(gè)微柱體之間基體表面為大小不一的球狀顆粒飛濺產(chǎn)物，在表面張力作用下收縮呈球狀而凝固。分析認(rèn)為，微弧火花沉積過(guò)程中，在脈沖放電極短的時(shí)間內(nèi)，能量高度集中在微小區(qū)域，電極和基體之間瞬時(shí)形成的高溫、高壓使得電極熔化氣化，熔融的電極材料在重力、熱爆炸力、電動(dòng)力、磁流體動(dòng)力a整體形貌b局部潑濺狀堆疊表面圖2單個(gè)微柱體的顯微形貌Fig.2Micro-morphologyofsinglemicro-column:a)theoverview,b)themagnificationofmulti-layeroverlapping圖3更典型的單個(gè)微柱體形貌Fig.3Morphologyofasingletypicalmicro-column等力的綜合作用下，獲得一個(gè)很高的速度。這些具有很高溫度和速度的熔滴在接觸工件表面時(shí)，以很大的動(dòng)能沖擊工件表面，產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞。在碰撞的瞬間，?
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5 彭滟;溫雅;張冬生;陳宏彥;羅士達(dá);陳麟;徐公杰;朱亦鳴;;飛秒激光功率與脈沖數(shù)的比例關(guān)系對(duì)制備硅表面微結(jié)構(gòu)的影響[J];中國(guó)激光;2011年12期

6 王維夫;王茂才;;激光+微弧火花復(fù)合定向沉積的顯微組織研究[J];紅外與激光工程;2010年04期

7 郝建軍;彭海濱;黃繼華;馬躍進(jìn);李建昌;;鈦合金表面反應(yīng)電火花沉積TiN/Ti復(fù)合涂層[J];焊接學(xué)報(bào);2009年11期

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9 郝建軍;卜志國(guó);趙建國(guó);劉洪杰;馬躍進(jìn);;TC4鈦合金電火花沉積反應(yīng)合成Ti(CN)涂層[J];材料科學(xué)與工藝;2009年03期

10 郝建軍;卜志國(guó);樊云飛;白慶華;趙建國(guó);李建昌;;電火花沉積反應(yīng)合成TiN增強(qiáng)Fe基金屬陶瓷涂層[J];稀有金屬材料與工程;2009年S1期

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3 王維夫;謝劍舟;張步康;阮文豪;韓超;;微弧火花沉積制備不銹鋼柱狀微結(jié)構(gòu)表面[J];表面技術(shù);2017年05期

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10 洪翔;譚業(yè)發(fā);王小龍;譚華;徐婷;;氮?dú)饬髁繉?duì)TC11鈦合金表面電火花原位反應(yīng)沉積TiN強(qiáng)化層顯微組織和摩擦學(xué)性能的影響（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年10期

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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3 華琪;邵光杰;;Si元素對(duì)變形鋁合金再結(jié)晶影響[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2012年01期

4 趙小林;鄧暉;;微小型溝槽式熱管制造的新方法——犁削/拉拔法[J];邵陽(yáng)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年04期

5 吳文威;徐嘉明;陳宏彥;;“黑硅”表面特殊錐狀尖峰結(jié)構(gòu)的制備及其光學(xué)模型仿真[J];中國(guó)激光;2011年06期

6 方曉明;萬(wàn)珍平;湯勇;;微熱管軸向微溝槽高速充液旋壓成形實(shí)驗(yàn)研究[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2011年05期

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10 張志彬;閻殿然;何繼寧;李莎;王師;;國(guó)內(nèi)外耐液態(tài)鋅腐蝕材料的研究現(xiàn)狀[J];腐蝕與防護(hù);2010年01期

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