2019年, 第48卷, 第1期　
刊出日期：2019-01-20

  

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专题——高温涂层材料
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  激光冲击强化对太阳能热发电用渗铝钢显微组织和高温拉伸性能的影响

  李微, 许栋梁, 左炉, 陈荐, 李传常, 何建军, 任延杰, 李聪, 邱玮, 张圣德

  表面技术. 2019, 48(1): 1-9. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.001

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  目的 研究激光冲击强化前后，渗铝321不锈钢的显微组织变化和高温拉伸行为。方法 采用固体粉末包埋渗铝法对321奥氏体不锈钢板材拉伸试样进行渗铝处理，制成渗铝钢，再对渗铝钢中间8 mm′25 mm标距段进行双面激光冲击强化处理，激光波长为1064 nm，单脉冲能量为7 J，脉宽为20 ns，冲击次数为1次和3次，圆光斑直径为2.6~3 mm，搭接率50%，黑胶布为保护层，水为约束层，并评价激光冲击前后渗铝钢表面完整性。对渗铝钢在620 下进行高温拉伸试验，获得真应力-真应变曲线、屈服强度、抗拉强度以及断后延伸率，并在扫描电镜下观察拉伸断口微观形貌。结果 渗铝钢的表面粗糙度和显微硬度随着激光功率密度和冲击次数的增加而提高。激光冲击强化后的渗铝钢表现出更高的屈服强度、抗拉强度和断后延伸率，其中，以6.59 GW/cm2激光密度三次冲击的渗铝钢的高温拉伸性能最佳。激光冲击强化后的渗铝钢高温拉伸断口表现出韧性断裂特征。结论 激光冲击强化后，渗铝钢表面发生明显塑性变形，形成了起伏较大的凹坑和凸台，改变了材料粗糙度。表面晶粒细化、位错运动加剧以及位错增殖使得材料表面硬度和激光冲击硬化影响层深度提高；另外，引入的高幅残余压应力的释放能够抵消外加拉应力，延缓表面裂纹的形核和扩展。激光冲击强化显著改善了渗铝钢力学性能。
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  微缺陷对B2-NiAl高温涂层材料力学性能及失效机理的影响

  黄霞, 王路生, 郑浩然, 田宇, 丁军, 宋鹍, 路世青

  表面技术. 2019, 48(1): 10-21. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.002

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  目的 研究微缺陷对B2-NiAl高温涂层材料在拉伸载荷作用下的变形行为和失效机理的影响。 方法 在考虑裂纹和孔洞等微缺陷的影响下，采用嵌入原子势函数（EAM）和分子动力学方法，模拟了完美B2-NiAl涂层（Sample 1）、含中心对称微裂纹涂层（Sample 2）、含有中心微裂纹与单微孔洞涂层（Sample 3）和含有中心微裂纹与双微孔洞涂层（Sample 4）模型的失效过程，利用键对分析技术（CAN）、中心对称参数法（CSP）和径向分布函数（RDF），对涂层的变形过程和失效机理进行了分析表征。结果 随着微缺陷的增加，高温材料的屈服应力会明显下降，弹性模量也会有所降低，屈服应变逐渐减小，但微孔洞会使涂层出现二次屈服现象。完美B2-NiAl高温涂层在屈服后的位错和相变区域面积较小，分布比较均匀，在边界处萌发裂纹并沿(100)方向扩展，再沿着(111)方向扩展，直至失效。相比完美B2-NiAl高温涂层，含有微裂纹和孔洞的涂层在屈服后的位错和相变区域较小，主要在裂纹尖端沿着<111>滑移系方向均匀分布，但其主裂纹沿着[100]方向扩展并导致断裂。结论 微裂纹会降低B2-NiAl高温涂层的强度，但微孔洞会提高其塑性。应力集中会导致微裂纹萌生并在裂纹尖端附近产生微孔洞，使其与主裂纹贯通直至失效，而位错塞积则是造成应力集中的主要原因。
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  固体氧化物燃料电池（SOFC）合金连接体耐高温氧化导电防护涂层

  辛显双, 朱庆山, 刘岩

  表面技术. 2019, 48(1): 22-29. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.003

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  降低固体氧化物燃料电池（SOFC）工作温度，可使用高电导、高热导、高强度的合金作为连接体。其中含Cr的铁素体不锈钢合金，具有与SOFC其他部件材料匹配的热膨胀系数，此外还有易于加工及成本低廉等优点，成为中低温板式SOFC连接体材料应用与研究的重点。但这类合金表面高温氧化所带来的界面电阻变化，及Cr挥发进而在阴极沉积所带来的诸多问题，成为影响板式SOFC长期稳定的关键因素，因此必须进行有效的表面处理。从SOFC合金连接体引起的电堆性能衰减机理出发，阐明了降低或防止阴极Cr中毒的几类方法，论述了合金连接体涂层的必要性。结合笔者开发设计的尖晶石粉末还原法在合金连接体表面制备纳米微结构Mn0.9Y0.1Co2O4（MYC）防护涂层方面的工作，综述了国内外SOFC合金连接体涂层材料及涂层制备方法的研究进展。对各类涂层材料及涂层制备方法优缺点进行比较的同时，重点介绍了电导率高、实用性较强的钙钛矿结构及尖晶石结构涂层材料。最后展望了合金连接体涂层的发展前景。
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  氧化铝涂层垂直裂纹对热载荷下界面失效的影响

  江五贵, 邹航, 夏宇锋, 周宇

  表面技术. 2019, 48(1): 30-36. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.004

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  目的 探索氧化铝/铝在热载荷作用下的界面失效机理。方法 基于内聚力有限元模型，预测热载荷下铝基氧化铝涂层材料界面处的残余热应力，并系统研究其失效过程。重点考虑涂层厚度、热载荷大小、预制涂层垂直裂纹密度对界面处应力场和界面损伤失效的影响，并同实验进行对比。结果 试验和模拟结果都发现，加热到300 ℃冷却后，界面未产生平行裂纹，而加热到400 ℃冷却后，界面出现平行裂纹。涂层无裂纹缺陷时，界面处剪应力呈单曲线余弦分布，而有预制裂纹时，界面处的剪应力呈双曲线余弦分布。随着热载荷的增大，界面最大剪应力值由两端向界面中心处迁移。相比涂层有裂纹的情况，界面在涂层无裂纹时平均正应力最小。实际制备的氧化铝涂层不可能完美无裂纹缺陷，在考虑涂层有裂纹缺陷时，涂层裂纹密度为4 mm?1时平均所受正应力较小，且界面只有拉应力作用，不容易产生脱层缺陷。结论 存在特定的最佳临界预制垂直裂纹密度值，使得热载荷下界面损伤最小。有限元模拟结果也显示，相同热载荷和相同裂纹密度下，涂层越厚，对界面的防护力也越强。
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  等离子喷涂用纳米结构T‘相8YSZ球形喂料及应用展望

  周飞飞, 刘敏, 邓春明, 王亮, 黄长翔, 王铀

  表面技术. 2019, 48(1): 37-42. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.005

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  目的 通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用高性能纳米结构非平衡转变四方相ZrO2-8%（8YSZ）球形喂料，以满足高端装备的需求。通过调控再造粒工艺以期应用于“两机”及陶瓷3D打印的耗材。方法 以纳米8YSZ粉体为原料，通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用纳米结构8YSZ喂料。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）研究了纳米结构8YSZ喂料的表面形貌、晶粒尺寸以及相结构。同时测定了纳米结构8YSZ喂料的松装密度、振实密度、流动性等物性参数。结果 制备的纳米结构8YSZ喂料呈球形形貌，喂料表面光滑且内部致密，喂料处于自由流状态且其粒度满足等离子喷涂要求。在纳米粉体再造粒过程中，纳米结构8YSZ喂料晶粒尺寸没有明显长大，相结构为非平衡转变四方相即T′相。结论 通过对纳米粉体再造粒工艺的调控，可以制备出粒度分布与组织结构可控的高性能纳米结构T′相de 8YSZ球形喂料。制备出的高性能喂料有望用于航空发动机和燃气轮机（两机）等高端装备以及用于陶瓷3D打印的耗材。
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  可计及温度与层状结构影响的超高温陶瓷基复合材料涂层残余热应力理论表征模型

  王如转, 罗春希, 李定玉, 邢安, 贾碧, 李卫国

  表面技术. 2019, 48(1): 43-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.006

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  目的 创建可计及温度与层状结构共同影响的超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层因热不匹配导致的残余热应力的理论表征模型。方法 基于经典的层合板理论与超高温陶瓷基复合材料热物理性能参数对温度的敏感性研究，引入温度和层状结构对涂层与基体层所受残余热应力的影响，形成各层残余热应力温度相关性的理论表征方法，并以ZrB2-SiC复合材料涂层为例，利用该理论方法系统地研究了各种控制机制对残余热应力的影响及其随温度的演化规律。结果 超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层所受的残余热应力随着温度的变化而变化，涂层热膨胀系数与基体层热膨胀系数差别越大，变化幅度越大。当涂层材料热膨胀系数大于基体层材料热膨胀系数时，涂层材料遭受残余拉应力，基体层材料遭受残余压应力；随着涂层厚度的增加，涂层所受拉应力减小，而基体层所受压应力增大；当涂层材料热膨胀系数小于基体层材料热膨胀系数时，涂层材料遭受残余压应力，基体层材料遭受残余拉应力；随着涂层厚度的增加，涂层所受压应力减小，而基体层所受拉应力增大。低温下，各层所受残余热应力对层厚与每层材料组成的变化比较敏感，随着温度的升高，敏感性降低。结论 对于涂层材料，应设计涂层材料的热膨胀系数小于基体层材料的热膨胀系数，使涂层遭受残余压应力，这不仅能够降低材料表面产生裂纹的危险，同时可以抑制表面已有缺陷的扩展。同时应当设计相对较小的涂层厚度，以增大涂层所受的残余压应力，降低基体层所受的残余拉应力，有效提高整体材料在不同温度下的强度性能。
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  Al/SiC功能梯度材料（FGM）涂层板的安定性分析

  郑恒伟, 李定玉, 陈翔, 张龙, 敬小非, 刘琰, 王东哲

  表面技术. 2019, 48(1): 49-55. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.007

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  目的 对热机械载荷环境下的金属/陶瓷功能梯度材料涂层板进行安定性分析，并获得其安定载荷区域，为其工程安全使用提供一定的理论依据。方法 在已有工作基础上，采用分段指数函数模型描述梯度涂层板中的材料热物参数空间梯度分布，基于静力安定理论建立梯度涂层板弹性区域的理论分析模型和安定区域的理论分析模型，通过编程数值计算，结合自平衡的残余应力场和板内应力分布情况，分析了Al/SiC功能梯度材料涂层板的安定区域。结果 计算分析出Al/SiC功能梯度材料涂层板弹性区域边界和安定区域边界，其中安定区域边界由两部分组成，一部分为Shakedown-Reversed Plasticity boundary（S-RP），另一部分为Shakedown-Incremental Collapse boundary（S-IC），并得到处于安定情况下所能承受的极限热载增量为 ℃，单位厚度下所能承受的极限机械载荷为 。涂层板上表面热物理性能最弱，最容易发生塑性循环变形破坏。结论 根据安定分析结果，可预先选择功能梯度涂层板所能使用的热机械环境，为涂层板的安全使用提供可靠的理论依据。另外，为得到更佳的安定区域和适应更苛刻的热机械环境，安定分析结果可对涂层板制备优化设计提供较好的参考。
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  基于临界失效能密度判据的热障涂层热震损伤行为研究

  李定玉, 王如转, 李卫国, 郑恒伟, 王小荣

  表面技术. 2019, 48(1): 56-61. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.008

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  目的 探索热障涂层系统（TBCs）在热震过程中的损伤行为。方法 基于材料能量储存极限，推导了适用于平面复杂应力情形的温度相关性临界失效能密度判据，进而利用该临界失效能密度判据与ABAQUS有限元软件相结合，研究了热生长氧化层（TGO）凸起的热障涂层系统在冷却热震过程中的损伤行为。结果 对于TGO层凸起的热障涂层系统，计算了冷却热震过程中陶瓷层（TC）和TGO层的失效能密度分布云图，并根据最大失效能分布情况分析了TBCs在热震过程中各层材料的可能破坏位置，所得结果与实验吻合较好。在对TBCs的冷却热震损伤行为模拟计算中发现，当TC层的强度比较低时，热震会使TC层上表面产生往内部扩展的垂直裂纹；当TC层强度达到某一定值时，首先发生热震破坏的位置由TC层上表面变成了TGO层与粘结层（BC）的界面处，即TBCs的各层破坏顺序发生了变化。结论 使用临界失效能密度准则来判断热障涂层在冷却热震过程中的损伤行为，比单纯使用某一方向应力更为准确，并能准确判断损伤起始位置和演化情况，从而更全面地反映热障涂层在热震过程中的损伤破坏行为。
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  涂层材料表面硬度温度相关性理论模型

  麻建坐, 曹晓峰, 彭钿忠

  表面技术. 2019, 48(1): 62-68. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.009

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  目的 理论表征涂层材料温度相关性表面硬度。方法 在材料温度相关性强度理论表征最新研究成果基础上，结合材料硬度与强度的定量关系，综合考虑涂层材料制备温度和使役温度对材料力学性能的影响，建立了涂层材料温度相关性表面硬度理论表征模型。结果 该理论表征模型建立了不同温度下涂层材料表面硬度与参考温度下的表面硬度、温度相关性弹性模量、残余热应力、温度、材料熔点等之间的定量关系，利用建立的模型，可以由任意参考温度下的涂层材料表面硬度预测不同温度下的涂层材料表面硬度。为了验证模型的正确性，采用建立的理论表征模型，分别预测了碳化硼、碳化硅、类金刚石、钛合金、氧化镍等涂层材料的温度相关性表面硬度，并与实验测试结果进行了对比，结果表明理论预测值与实验值具有很好的一致性。结论 建立的理论表征模型可以有效地预测不同温度下的涂层材料表面硬度，为涂层材料的温度相关性硬度理论预测提供了途径。
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  料浆包渗法制备MoSi2高温抗氧化涂层

  曹俊, 刘伟, 朱鹏飞, 孙铁龙, 李继文, 潘昆明, 魏世忠

  表面技术. 2019, 48(1): 69-76. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.010

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  目的 开发钼基体表面制备MoSi2高温抗氧化涂层的新工艺。方法 创造性地采用料浆包渗法在钼基体表面制备MoSi2高温抗氧化涂层，使用X射线衍射仪（XRD）结合能谱仪（EDS）分析并确定涂层的主体层和过渡层物相。通过扫描电子显微镜（SEM）观察涂层表面及断面的微观组织形貌，探讨硅化物形成机理并建立料浆包渗过程模型。探究料浆涂覆厚度、NaF活化剂含量、热处理温度、热处理时间等工艺参数对涂层厚度的影响。结果 采用料浆包渗法在钼基体表面制备出了双层硅化物涂层，外层为多边棱柱状MoSi2，内层为均匀致密的玻璃状Mo5Si3。料浆涂覆厚度较薄时，涂层内层（Mo5Si3）加厚，而外层（MoSi2）变薄。活化剂NaF质量分数在0~20%内与涂层厚度呈正相关性，质量分数达到20%后，涂层厚度基本不变。热处理温度在活化剂NaF和渗剂Si粉相变转化点附近，对涂层生成起较大作用。热处理时间越长，涂层总厚度越大，但涂层生成速率与热处理时间呈倒抛物线关系。结论 采用料浆包渗法，能在较低热处理温度下（800~1400 ℃）及较短的热处理时间内（1~7 h）在钼基体表面成功制备出致密的MoSi2高温抗氧化涂层，提高热处理温度和增加时间能够增加涂层厚度。
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  Sm2Ce2O7-Gd2Zr2O7复合材料制备及热导率

  段群鹏, 杨树森, 张文宇, 董鹏, 谢秋阳, 张红松, 郭亚东

  表面技术. 2019, 48(1): 77-82. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.011

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  目的 探讨了Gd2Zr2O7的颗粒度和含量对(Sm2Ce2O7)1-x(Gd2Zr2O7)x复合材料热导率的影响。方法 用纳米级和微米级粉体制备了两个系列的(Sm2Ce2O7)1-x(Gd2Zr2O7)x复合材料。用X射线衍射技术分析了材料的相组成，用扫描电镜观察了复合材料的显微形貌，用纽曼科普定律计算了复合材料的比热，用激光脉冲法测试了材料的热扩散系数。根据比热、密度和热扩散系数计算了复合材料的热导率，并根据最终热导率结果，分析了Gd2Zr2O7颗粒度和含量对复合材料热导率的影响。结果 所合成的粉体均具有单一的萤石晶体结构，纳米级Gd2Zr2O7粉体最大比表面积为15.413 m2/g，微米级Sm2Ce2O7粉体最小比表面积为0.226 m2/g。所制备的两个系列的(Sm2Ce2O7)1-x(Gd2Zr2O7)x复合材料也表现出单一的萤石晶体结构，但晶粒大小不均匀。结论 当x=0.5时，纳米粉体制备的复合材料存在明显的纳米晶。微米级Gd2Zr2O7对复合材料声子热导率抑制不明显，但可以抑制高温光子热导率；纳米级Gd2Zr2O7的引入可明显降低复合材料的声子热导率，但对高温光子热导率抑制不明显。两个系列复合材料的热导率均低于YSZ。
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  热暴露对陶瓷隔热瓦表面硼硅玻璃涂层组织的影响

  孙宇雷, 李明伟, 钟业盛, 史丽萍, 赫晓东

  表面技术. 2019, 48(1): 83-89. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.012

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  目的 研究大面积可重复使用刚性陶瓷瓦表面高辐射率硼硅玻璃涂层在服役温度条件下微观组织的演变情况。方法 采用在1250 ℃和1300 ℃下热暴露的方法来模拟涂层服役温度环境，借此研究涂层微观组织高温下的演变规律。采用扫描电子显微镜（SEM）对热暴露前后涂层的微观形貌进行了表征，利用X射线衍射仪（XRD）表征了涂层热暴露前后的物相组成。结果1250 ℃和1300 ℃热暴露之后，涂层表面出现微孔，尤其在辐射剂颗粒（MoSi2、SiB4）聚集区域，且微孔数量随热暴露次数的增加而增多。1300 ℃下热暴露5次后，中间过渡层发生烧结分层现象，靠近表面一侧逐渐变致密并与表面层烧结在一起，而另一侧则逐渐和基体烧结在一起。涂层热暴露后有方石英相析出，且析晶量与热暴露次数呈正相关关系。 结论1300 ℃下热暴露后，中间过渡层逐渐破坏，涂层由双层结构转变为单层结构，其抗热震性能下降，易产生裂纹、脱落等问题。高温热暴露析出方石英晶体将会影响涂层尺寸的稳定性。此外，高温热暴露导致涂层中辐射剂成分氧化，生成微孔，破坏涂层致密性，降低其抗冲刷能力，更易引起涂层脱落。
表面强化及功能化
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  超滑表面（LIS/SLIPS）的设计与制备研究进展

  吴德权, 张达威, 刘贝, 李晓刚

  表面技术. 2019, 48(1): 90-101. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.013

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  仿生猪笼草结构的超滑表面（LIS/SLIPS）是一种通过将低表面能液体注入微纳孔而形成的固液复合结构，其具有优异的疏液、不粘附、自修复等特性，成为表界面领域的研究热点。综述了超滑表面制备过程中的经验、争议、误解与盲点，并讨论了超滑表面可能产生的失效。通过对比超滑表面与超疏水涂层结构的差异，分析了超滑涂层在滑动性、稳定性、自修复性等方面与超疏水的联系、区别以及超滑涂层表面四个相态间的作用关系，总结出超滑涂层设计的基本物理模型。从超滑涂层制备工艺，包括基底制备、基底修饰、润滑油选择、润滑油灌注等四个方面，详细梳理了超滑表面制备要点及选材标准，并讨论了超滑表面制备工艺存在的诸多争议。研究发现，超滑表面多孔结构的粗糙度对于形成稳定界面至关重要，有着其特殊的尺寸范围。为了追求疏液性能而选取表面能过低的润滑油不可取，过低表面能反而会引起cloak效应，最终导致油膜流失，而如何将润滑油完全填充到多孔结构中也被许多学者忽视，并且不合理的设计制备以及服役环境也将造成超滑表面的失效。最后展望了未来超滑表面制备应朝着工艺简化、性能稳定长效、多功能化、智能化方向发展。
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  船舶表面微结构防污技术研究进展

  楼彤, 白秀琴, 袁成清, 杨宗澄

  表面技术. 2019, 48(1): 102-113. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.014

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  海洋污损生物对船壳浸水表面的危害十分严重，基于表面微结构的防污技术是一种绿色防污方法，不会对海洋生态环境造成任何危害，近些年来得到了重点研究。文中分析了自然界中多种具有自清洁能力的动植物的表面微观结构特征；总结了表面微观结构防污机理研究方面的进展；阐述了几种现有的微观结构防污理论模型：ERI模型、纳米力梯度模型以及SEA模型。对当前常用的微米级结构、纳米级结构以及微纳复合结构的加工方法进行了综述；分析了目前微结构表面防污性能常用评价方法：实船试验方法、浅海浸泡试验方法、接触角试验方法、附着力测量试验方法以及生物附着试验方法。基于细菌、石莼孢子、硅藻和藤壶金星幼虫等典型海洋污损生物，对表面微结构的防污特性进行了分析，提出深入研究海洋污损生物的附着机理和表面微结构的防污机理，进而建立表面微结构的设计基准。多尺度微纳结构的快速精准加工和完善防污性能评价体系，是表面微结构防污发展中面临的难题和未来发展方向。
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  GaSb半导体材料表面的化学蚀刻研究进展

  张哲, 赵江赫, 张铭, 熊青昀, 熊金平

  表面技术. 2019, 48(1): 114-125. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.015

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  提高GaSb材料表面的湿法化学蚀刻速率以及调控蚀刻后GaSb材料的表面形貌，对增强锑化物激光器器件的性能具有重要意义。总结了各种蚀刻体系蚀刻GaSb材料的速率和蚀刻后的表面形貌，及近年来关于GaSb半导体材料化学蚀刻的最新研究进展，关注的体系包括无机酸蚀刻体系、有机酸蚀刻体系、混酸蚀刻体系及其他蚀刻体系，对各蚀刻体系的蚀刻速率及蚀刻后的表面形貌进行对比，指出了各蚀刻体系优点与不足及后续的研究方向，归纳总结各了蚀刻体系中主要组成的作用。综述发现，可用于GaSb化学蚀刻液中的氧化剂主要有H2O2、HNO3、I2、Br2、KMnO4，络合剂（或溶解剂）主要有酒石酸、HF、HCl、柠檬酸等，缓冲剂（或稀释剂）主要有HAc和H2O等。盐酸、双氧水和无机酸组成蚀刻液的蚀刻速率适中，蚀刻表面较为光滑；硝酸、氢氟酸组成的蚀刻液具有蚀刻速率快的优点，可通过添加有机酸或缓冲剂改善蚀刻效果，具有很大的发展前景；磷酸体系则具有蚀刻后台面平整、下切效应小等优点，但蚀刻速率较慢，蚀刻后表面较粗糙；硫酸体系蚀刻后表面较粗糙，不适于GaSb的湿法蚀刻；单一的有机酸和碱性体系的蚀刻速率较慢，但由于具有很强的蚀刻选择性，被广泛应用于GaSb基材料的选择性蚀刻。总体来说，无机酸和有机酸组成的蚀刻体系更有利于提高GaSb材料的蚀刻速率及控制表面形貌，各蚀刻体系均存在蚀刻速率可调性不强、蚀刻形貌质量不可控、蚀刻可重复性较差等问题。基于此，总结了改进湿法化学蚀刻GaSb材料的多种研究思路，并对GaSb材料湿法蚀刻的未来发展方向进行展望。
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  线偏振激光斜冲击实验与理论研究

  孙博宇, 乔红超, 陆莹, 赵吉宾, 吴嘉俊, 胡太友, 杨灏

  表面技术. 2019, 48(1): 126-132. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.016

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  目的 研究激光冲击强化中冲击角度对强化效果的影响。方法 采用波长为1064 nm、脉冲能量为7 J、脉冲宽度为12 ns的YAG激光器对TC4钛合金表面进行冲击强化处理，得到经不同偏振方向、冲击角度冲击后的材料的表面形貌、硬度和残余应力。通过菲涅耳定律分析了不同偏振光斜冲击加工效果的差异。结果 随着冲击角度的增大，冲击后形成的微坑深度逐渐减少，且正交偏振光减少的程度大于平行偏振光减少的程度，在超过30°的时候尤为明显。随着冲击角度的增大，试样表面显微硬度逐渐下降，当用平行偏振光斜冲击时，硬度下降较慢；而用正交偏振光斜冲击且冲击角度超过15°时，硬度下降较快。随着冲击角度增加，由于“残余应力洞”的影响，中心残余压应力值先增大后减少。结论 在一定情形下，选用一定角度的斜冲击可以有效避免残余应力洞的产生。该研究得到的结论可以为复杂结构件激光冲击强化冲击轨迹规划提供一定的参考。
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  金刚石上不同晶体结构Y2O3膜性质与增透性能研究

  陈良贤, 刘金龙, 冯寅楠, 闫雄伯, 安康, 魏俊俊, 李成明

  表面技术. 2019, 48(1): 133-140. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.017

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  目的 研究不同晶体结构Y2O3薄膜的性质及其对金刚石增透性能的影响规律。方法 采用反应磁控溅射的方法，通过控制氧氩比，在金刚石膜上制备立方与单斜两种不同晶体结构的Y2O3薄膜，随后系统研究两种Y2O3薄膜的性质与增透性能。结果 在低氧氩比下获得了立方结构Y2O3薄膜，在高氧氩比下获得了单斜结构Y2O3薄膜，二者表面粗糙度分别为2.57、1.07 nm。两种晶体结构均呈现出符合Y2O3原子配比的价态。立方和单斜结构的Y2O3薄膜硬度分别为17.4、12.6 GPa；弹性模量分别为248.1、214.6 GPa。双面镀制立方结构Y2O3薄膜后，金刚石膜在10.0 μm透过率最大，达89.1%，增透24.5%；单斜结构Y2O3薄膜在7.4 μm透过率最大，达90.4%，增透25.4%。结论 通过控制氧氩比可以获得热力学稳定的立方Y2O3薄膜和亚稳态的单斜Y2O3薄膜。立方和单斜结构的Y2O3薄膜中O与Y原子价态均符合其化学计量比。立方结构Y2O3薄膜呈现出更高的硬度与弹性模量。两种结构对金刚石窗口均呈现出良好的增透效果。单斜结构Y2O3薄膜增透效果更佳与其较低的折射率有关，且相比于立方结构Y2O3薄膜，增透最佳值向低波长方向移动。
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  生物肽不同结构肽链对生物修饰金属材料疏水性能的影响

  麻春英, 袁成清, 肖劲飞

  表面技术. 2019, 48(1): 141-146. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.018

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  目的 通过调整与金属反应的肽的肽链结构，提高反应后金属表面的疏水性。方法 取同种肽两种不同结构（L-型和D-型反序结构）分别与金属不锈钢作用，通过CA测定材料疏水性的变化，采用FTIR显示有机肽在材料表面的附着情况。分别在L-型和D-型肽上接入疏水基团十二烷酸，获得两种新的不同结构的肽：L?-型肽和D?-型肽。两种肽分别与金属不锈钢作用，利用FTIR 和CA研究疏水基团的接入及其对材料疏水性的影响情况。结果 与金属不锈钢作用之后，D型肽反序结构修饰的不锈钢表面接触角比L型肽修饰有所提高，由原来的39.7?变成80.1?。接入疏水基团后的肽在PBS中的溶解度减小，用有机溶剂初溶之后再溶入PBS中，生物肽全部溶解。该肽溶液与金属材料作用之后，D?型肽比L?型肽作用的表面接触角更高，分别为89.4?和87.4?，前者作用效果更好。结论 通过调整生物肽肽链的结构，可以改变改性金属材料表面的疏水特性，为进一步通过调整金属反应肽的肽链结构和疏水基团的种类得到具有良好疏水性能的金属材料提供了有力的数据支撑。
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  基于高压纯水射流的45钢表面强化研究

  叶峰, 武美萍, 缪小进, 宋磊

  表面技术. 2019, 48(1): 147-153. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.019

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  目的 对高压纯水射流强化后的45钢表面进行研究，分析工艺参数对强化表面残余压应力与表面粗糙度的影响。方法 采用正交试验法研究射流压强、靶距、横移速度、进给量和循环次数对强化质量的影响。利用Minitab软件对试验结果进行分析，研究其影响规律，并探究最佳工艺组合。结果 工艺参数对纯水射流强化表面残余压应力影响程度的主次顺序依次为：循环次数>进给量>压强>横移速度>靶距；工艺参数对纯水射流强化表面粗糙度影响程度的主次顺序依次为：压强>循环次数>进给量>横移速度>靶距；工艺参数对纯水射流强化表面质量影响程度的主次顺序依次为：压强>靶距>进给量>循环次数>横移速度。综合强化表面残余压应力与表面粗糙度，得到最优工艺参数：射流压强200 MPa、靶距10 mm、进给量0.5 mm、循环次数2次、横移速度100 mm/min。结论 高压纯水射流对45钢的表面强化效果显著，所得强化表面残余压应力提升明显，但表面粗糙度提升不明显，表面粗糙度值低于1.1 μm。
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  聚乳酸-聚吡咯/银多层复合抗菌薄膜的制备与性能表征

  毛龙, 姚进, 刘跃军, 白永康

  表面技术. 2019, 48(1): 154-160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.020

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  目的 提高聚乳酸（PLA）薄膜的抗菌性能。方法 受到导电高分子材料可以通过静电作用方式起到抗菌作用的启发，利用Fe3+引发吡咯（Py）在PLA薄膜表面发生化学氧化反应，聚合形成抗菌涂层（PPy），成功制备出PLA-PPy多层复合抗菌薄膜。采用等物质的量Ag+替代Fe3+，引发Py在PLA薄膜表面聚合形成双重抗菌涂层（PPy/Ag），成功制备出PLA-PPy/Ag多层复合抗菌薄膜，并探讨了不同氧化剂和Py浓度对多层复合薄膜结构和性能的影响。结果 当PLA薄膜表面积为72 cm2，水溶液体积为40 mL，FeCl3?6H2O的浓度为0.047 mol/L，Py的浓度为0.223 mol/L时，PLA-PPy多层复合薄膜的表面PPy层结构致密，拉伸强度（40.1 MPa）和断裂伸长率（24.9%）分别降低了7.6%和12.6%，热稳定性得到较为明显的提高。此外，PLA-PPy/Ag与PLA-PPy多层复合薄膜表现出相似的力学性能和热稳定性。更为重要的是，相比于PLA-PPy多层复合薄膜，PLA-PPy/Ag多层复合薄膜表现出更为优异的抗菌特性，大肠杆菌的菌落总数降低至2.9× 106 CFU/cm2，相比于纯PLA薄膜（4.8×1010 CFU/cm2），降低了超过4个数量级。结论 相比于完全采用成本较高的纳米银离子负载抗菌方式来说，较低成本的双重抗菌涂层（PPy/Ag）将会在PLA活性包装领域具有一定的研究意义。
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  基于正交实验优化不锈钢表面纳米孔结构制备工艺

  周雄, 胡广洪

  表面技术. 2019, 48(1): 161-167. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.021

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  目的 通过正交实验优化不锈钢表面纳米孔制备工艺。方法 通过田口实验方法设计正交试验优化工艺。采用含有氯化钠和硫脲的硝酸溶液阳极氧化制备纳米孔，在含有氯化钠、盐酸和硫酸的水溶液中进行扩孔处理。通过扫描电子显微镜、能谱仪对表面处理后的试样表面形貌和元素进行分析，应用软件统计SEM图片孔隙率，并将孔隙率作为响应指标，利用极差分析和方差分析研究阳极氧化工艺和扩孔时间对表面形貌及孔隙率的影响，并优化工艺参数。结果 SEM照片和5个水平的均值表明，硝酸浓度的提高有利于提高孔隙率，较高的硫脲浓度有利于形成均匀有序的纳米孔结构，氯化钠浓度、氧化时间、氧化电压和扩孔时间对表面形貌和孔隙率影响不明显。元素分析表明，纳米孔的材料仍然是不锈钢，而不是金属氧化物。正交实验优化的工艺参数是：硝酸的体积浓度为90 mL/L，硫脲的质量浓度为3.5 g/L，氯化钠的质量浓度为20 g/L，氧化时间为120 s，氧化电压为5.0 V，扩孔时间为50 s。结论 通过实验验证，优化后的工艺能够制备出表面较平整、孔隙率较高的纳米孔结构。
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  面向薄壁件的激光熔覆修复工艺参数优化研究

  张富祯, 孙文磊, 王恪典, 张冠

  表面技术. 2019, 48(1): 168-174. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.022

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  目的 减少薄壁零件激光熔覆修复时基板的变形量，提高成形质量。方法 在前期单道单因素试验的基础上，通过三因素三水平正交试验在2 mm厚的45钢上熔覆Fel合金粉末，分析了激光功率、扫描速度和送粉率对薄板变形行为的影响，并根据因素效应图分析基体变形量随各因素水平的变化，找出出现这种变化的原因。通过正交试验的极差分析提出了基体变形的公式，根据公式确定各因素对基体变形影响的主次关系，并根据变形结果，最终找到使基板变形最小的最优工艺参数。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和显微硬度计，研究最优工艺参数下熔覆层的显微组织和硬度，并对在最优工艺参数下熔覆的试件进行成形质量评价。结果 影响基板变形的因素主次顺序依次为：激光功率、扫描速度和送粉率。基板变形量最小且冶金结合良好的最佳工艺参数为：激光功率600 W，扫描速度12 mm/s，送粉率1.2 r/min。此工艺下所得熔覆层的最高硬度达到348HV，约是基体硬度的1.6倍。结论 该工艺参数可以有效减少基体的变形且激光熔覆成形质量良好，基体表面得到显著强化。
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  环路热管碳纤维毛细芯表面改性性能对比

  刘峻瑜, 栾涛, 刘龙飞, 邹勇

  表面技术. 2019, 48(1): 175-181. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.023

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  目的 改善碳纤维表面亲水性能以应用于平板型环路热管毛细芯，并对比两种方法的优劣。方法 采用两种方法对碳纤维表面进行改性—化学镀铜法（在碳纤维表面形成均匀铜镀层）、火焰喷涂金属粉末法（在碳纤维表面形成金属涂层），采用高速摄像机（High-speed Camera）、电子扫描显微镜（SEM）和红外成像仪（IR Camera）等表征设备，比对了处理后的表面形貌、亲水性能以及毛细抽吸力。通过IR图片测量吸液高度，建立数学模型，定量计算出两种方法改性后碳纤维的毛细抽吸性能。结果 通过两种方法改性后的碳纤维，内部多孔结构均未被破坏且亲水能力都得到明显的提高，液滴接触碳纤维表面后迅速吸入纤维内部。化学镀层非常紧密平整，火焰喷涂涂层没有开裂，极少剥落。化学镀碳纤维的抽吸压为3.2 kPa，渗透率为3′10-11 m2，火焰喷涂金属涂层碳纤维的抽吸压为2.94 kPa，渗透率为8.16′10-11 m2，说明通过两种方法改性得到的碳纤维均达到了平板型环路热管毛细芯的要求。结论 通过化学镀和火焰喷涂对碳纤维进行表面处理均可以使碳纤维的浸润性得到明显改善，从而使其内部固有的多孔结构发挥出对水的毛细抽吸力，鉴于碳纤维作为一种厚度灵活的柔性材料，不受蒸发器尺寸的限制，可以成为传统烧结和金属丝网毛细芯的替代方法。
表面摩擦磨损与润滑
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  Ni60/铝青铜喷涂后定向凝固涂层的微观结构与耐磨性

  杨效田, 付小月, 段军灵, 李秀倩, 魏亨利, 李文生

  表面技术. 2019, 48(1): 182-190. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.024

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  目的 为有效提高涂层的耐磨性能，提出制备定向结构复合涂层，通过评估其性能及结构特征，探索定向结构在涂层制备中的应用。方法 以Ni60/铝青铜为研究对象，采用感应重熔+强制冷却技术对预制涂层进行处理，制备定向凝固复合涂层。借助销盘式摩擦试验机、OM、SEM、XRD、显微硬度计对其摩擦学行为、微观组织形貌、显微硬度进行表征研究。结果 摩擦磨损试验表明，相对于预制涂层，在载荷分别为50、100、150 N时，重熔涂层的体积磨损率分别降低了85%、80%、82%，而定向凝固涂层的体积磨损率分别降低了93%、84%、86%，定向凝固涂层具有更好的耐磨性能。微观结构分析表明，重熔涂层和定向凝固涂层与基体均形成了牢固的冶金结合，而定向凝固涂层组织基本控制了晶粒沿着热流方向生长，并形成硬质相包裹枝晶的裹壳结构。定向凝固涂层随载荷的升高，摩擦系数保持稳定。结论 通过感应重熔+强制冷却技术制备了定向凝固Ni60/铝青铜复合涂层，其定向结构的形成使涂层具有更加优越的耐磨性能。
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  Ti6Al4V微弧氧化TiO2/W复合膜的制备及摩擦学性能

  王琪超, 杜楠, 王帅星, 赵晴

  表面技术. 2019, 48(1): 191-199. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.025

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  目的 提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能。方法 在硅酸盐-磷酸盐电解液中添加不同浓度的纳米W粉，利用微弧氧化技术在Ti6Al4V基体表面制备出氧化陶瓷膜。利用FE-SEM、EDS和XRD研究了在不同浓度W粉参与下的微弧氧化膜表截面微观形貌、元素分布及膜层相组成。通过旋转摩擦磨损试验评估了膜层的摩擦学性能。结果 电解液中加入纳米W粉可以促进膜厚增长，尤其在含0.5~2 g/L纳米W粉时，膜厚呈近似线性增长；但W粉在膜层表面的附着会导致粗糙度的增大。在纳米W粉参与下，微弧氧化膜中除了锐钛矿、金红石和Al2TiO5相之外，W含量也随电解液中颗粒含量的增加而提高。在6 g/L纳米W粉复合下，微弧氧化膜的摩擦系数、比磨损率分别减小了约13.33%和3.53%。结论 W粉颗粒以机械啮合附着在氧化膜表面，部分颗粒随熔融氧化物包裹进入膜层并发现熔化迹象。W粉含量为6 g/L时，制备的氧化膜表面质量有所改善，即微孔和裂纹等有所减少，耐磨性较佳，摩擦系数和比磨损率较不含W粉的膜层均有所减小。
表面失效及防护
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  激光增材制造残余应力研究现状

  杜畅, 张津, 连勇, 袁孝民, Michael Y. Huo

  表面技术. 2019, 48(1): 200-207. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.026

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  首先介绍了激光增材制造中残余应力的产生和危害，指出高的温度梯度和不均匀相变是高残余应力的原因，列举了残余应力造成的热裂纹、翘曲和疲劳失效等危害。然后，从残余应力的试验测定、数值模拟以及调控消减三个方面总结了相关研究现状。残余应力试验测定部分包括表面和内部残余应力的测试，方法有X射线衍射法、中子衍射法和压痕法等。数值模拟部分主要评述了工艺参数和扫描策略对应力场的影响。残余应力调控指的是在成形过程中，通过工艺控制减少应力的产生，主要介绍了采用热处理、超声冲击降低已成形构件残余应力的相关研究。最后提出应开展微观残余应力到大型构件宏观残余应力的多尺度表征，表面残余应力和内部残余应力相结合的多手段定量测定等专题研究，为开展残余应力与工件失效的关联性研究打下基础。
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  聚苯胺在防腐方面的研究及应用现状

  王霞, 侯丽, 张代雄, 周雯洁, 古月

  表面技术. 2019, 48(1): 208-215. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.027

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  聚苯胺（PANI）具有良好的热稳定性和环境稳定性，经掺杂后，具有导电性及电化学性，可作为填料应用于金属防腐领域。但其分子链骨架刚性强、分子间作用力大，不易加工成型，不溶于常规的有机溶剂，当其作为填料应用到防腐涂料中存在溶解性、分散性差且与金属基底附着力不强等缺点，如能对其进行合理有效的改性，则可解决上述问题。简要探讨了溶液聚合法、反相微乳液聚合法、模板聚合法以及电化学聚合法等PANI的制备方法，并针对PANI在防腐涂料应用中存在的问题，重点阐述了PANI的质子酸掺杂改性及复合改性等不同改性方法，通过掺杂不同的质子酸对PANI进行化学改性，可降低PANI分子链之间的相互作用，从而提高其溶解性、导电性和防腐性能。将不同性能的材料与PANI进行复合改性，改善分子间作用力，能提高其加工性，从而更好的应用于金属的腐蚀防护工作。最后介绍了PANI在腐蚀防护过程中的作用、在防腐蚀涂料中的应用及相关理论的研究现状，并指出PANI防腐涂层的研究重点和发展 方向。
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  金属表面混合微生物腐蚀及分析方法研究进展

  许萍, 任恒阳, 汪长征, 张雅君

  表面技术. 2019, 48(1): 216-224. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.028

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  微生物腐蚀研究一直都是金属腐蚀领域关注的热点，微生物种类的不同，对金属材料的腐蚀影响也不尽相同。实际环境中，微生物的复杂性导致单一微生物的腐蚀机理并不能完全解释实际的腐蚀现象，因此混合微生物体系研究成为微生物腐蚀领域新的研究方向。在基于单种微生物对金属的腐蚀行为及其腐蚀机理的研究基础上，综述了两种微生物的混合体系在金属表面对其腐蚀的影响。归纳总结了混合微生物的构成，重点综述了含有SRB、IOB和其他典型微生物的混合体系的作用过程，分析了混合体系中，不同微生物的相互作用（如协同、竞争作用等）对金属腐蚀影响。梳理了目前混合微生物体系研究的实验环境，并针对混合微生物体系在金属表面腐蚀微观的研究，介绍了几种技术，以期能更加直观地显示混合体系中微生物间的作用机制。最后对研究两种微生物混合体系下的金属腐蚀问题提出了建议和发展方向。
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  低碳钢与304不锈钢的超声空蚀机理对比研究

  庄栋栋, 陈文博, 欧阳亚东, 贾毅, 李阳, 刘海霞

  表面技术. 2019, 48(1): 225-233. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.029

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  目的 研究低碳钢及304不锈钢在蒸馏水中的超声空蚀行为及损伤机理，并评价低碳钢及304不锈钢的抗空蚀能力，为抗空蚀材料的选择提供依据。方法 采用符合ASTM国际标准的超声空蚀实验装置，开展低碳钢及304不锈钢在蒸馏水中不同时间的超声空蚀实验，从累积质量损失（失重）、累积质量损失率（失重率）、试样表面形貌和残余应力等方面对两种材料的超声空蚀行为进行描述和对比分析。结果 低碳钢试样空蚀开始15 min后进入空蚀加速期，在90 min左右存在较短的空蚀稳定期，而后迅速进入空蚀衰减期；304不锈钢试样在空蚀30 min内累积失重率变化缓慢，之后随着空蚀时间的延长而急剧增加，在120 min后进入空蚀衰减期。低碳钢与304不锈钢的空蚀变形机制以滑移为主。随着空蚀的发展，低碳钢晶粒经历了晶粒取向→晶粒细化→晶界开裂→晶粒碎化→剥落的变化过程。而在同等实验条件下，304不锈钢试样的变化相对滞后，且残余应力值较大。结论 由于空蚀裂纹在304不锈钢中的深层扩展受到奥氏体相的阻碍，从而对空蚀的发展产生关键的抑制作用，使得304不锈钢的抗空蚀能力较强。
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  微弧氧化处理对碳钢表面耐LBE腐蚀性能的影响

  朱强, 赵军, 雷玉成, 陈文彬

  表面技术. 2019, 48(1): 234-240. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.030

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  目的 以Q235钢为基材，制备微弧氧化陶瓷层，提高钢铁材料耐LBE腐蚀性。方法 采用TIG熔-钎焊并添加ER4043焊丝的方法，对1.5 mm厚的5A06铝合金和3 mm厚的镀锌Q235钢进行焊接，焊后对接头进行280 ℃保温30 min的退火热处理。同时，采用合适的微弧氧化工艺在铝/钢焊缝表面制备微弧氧化陶瓷层，研究微弧氧化处理对钢材耐LBE腐蚀性的影响。结果 采用TIG熔-钎焊的方法对铝/钢异种金属进行焊接时，铝/钢界面会不可避免地产生金属间化合物层，对铝/钢熔-钎焊接头进行280 ℃保温30 min的退火热处理后，金属间化合物层的厚度可达9~10 μm，化合物层主要由Al8Fe2Si相和少量的[Al, Fe, Si]、Al13Fe4相组成，接头抗拉强度高达185 MPa，且断裂发生在铝母材处。微弧氧化处理可使焊缝表面原位生成均匀的陶瓷层，陶瓷层表面呈“火山状”形貌，且“火山状”物质的中心有较多不同尺寸的放电微孔。陶瓷层主要由α-Al2O3、γ-Al2O3和莫来石相组成，且其表面粗糙度较低。Q235钢经过腐蚀后，表面出现较多的腐蚀坑，Pb、Bi元素向碳钢内部扩散；而陶瓷层经过腐蚀后，表面没有明显的腐蚀现象。结论 微弧氧化处理可显著提高钢铁材料耐LBE腐蚀性，阻碍Pb、Bi元素向钢铁内部的扩散。
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  层状双金属氢氧化物耐蚀材料的研究进展

  李文涛, 周升国, 赵文杰

  表面技术. 2019, 48(1): 241-248. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.031

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  层状双金属氢氧化物（LDHs）因其结构和组成的可调性、阴离子交换性等优异的物化性能，被作为腐蚀抑制剂的载体广泛应用于金属材料的防腐蚀领域。归纳总结了目前LDHs最普遍的制备方法，包括共沉淀法、水热合成法、原位生长法、旋转涂膜法以及焙烧还原法等及其优缺点。同时从LDHs材料的耐蚀机制出发，阐述了LDHs薄膜与LDHs作为填料对金属基底保护的层间阴离子交换机制，以及掺杂稀土离子、羧酸盐抑制剂、石墨烯及其衍生物、环氧富锌涂层等与LDHs的复合协同增强耐蚀机制。通过表面预处理以及化学改性制备疏水性表面可以增强耐蚀性能，分析了LDHs材料在制备与工作过程中存在的问题：LDHs制备技术不够完善，LDHs薄膜与金属基底的结合力弱，LDHs薄膜的机械性能较差，LDHs与有机聚合物难以均匀混溶等。最后展望了LDHs材料在耐蚀领域的发展方向。
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  CO2腐蚀对钻杆材料多冲疲劳性能的影响

  林元华, 李冰, 潘杰

  表面技术. 2019, 48(1): 249-255. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.032

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  目的 探究CO2腐蚀对钻杆材料多冲疲劳性能的影响规律，分析表面腐蚀产物对多冲性能是否有严重影响。方法 利用自主研发的多冲疲劳断裂试验机，测试V150和S135钻杆材料在常温常压下饱和CO2溶液中浸泡腐蚀不同时间后的冲断累积能量，利用失重法计算各试样的腐蚀速率，并用扫描电子显微镜（SEM）观察腐蚀后的表面形貌及冲断后的断口形貌，用XRD测试了腐蚀产物的主要成分。结果 两种材料在CO2腐蚀环境中的腐蚀速率均达到了0.05 mm/a以上，属于中度腐蚀，但S135材料的腐蚀速率略低于V150。随着腐蚀时间的增加，两种材料的冲断累积能量均不断下降，但腐蚀速率稍低的S135材料的冲断累积能量下降率（19.68%）低于V150（22.54%）。CO2腐蚀使钻杆材料表面产生了龟裂状形貌和结晶状腐蚀产物，其主要成分为Fe(HCO3)2。CO2腐蚀并未对内部组织结构造成较大影响，未造成钻杆材料的脆断。 结论 在CO2腐蚀环境下的钻杆材料，尽管腐蚀速率较高，但CO2腐蚀对材料多冲疲劳性能的影响小于H2S腐蚀，腐蚀速率不是影响材料多冲性能的关键因素。
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  钛合金表面CrAlTiN单层涂层冲蚀损伤机理研究

  杨竹芳, 耿明睿, 何光宇, 李玉琴

  表面技术. 2019, 48(1): 256-261. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.033

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  目的 主要开展钛合金表面制备CrAlTiN单层涂层后的撞击实验，探究不同条件下钛合金表面的冲蚀损伤规律，揭示钛合金表面的冲蚀损伤机理。方法 采用多弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备CrAlTiN单层涂层，并利用空气炮发射速度为300 m/s的单个钢珠，在不同角度（30°、45°、60°、90°）下对涂层进行撞击损伤模拟。采用扫描电镜对撞击形貌进行观察，结合撞击表面的元素分析结果，探究钢珠撞击涂层表面的冲蚀损伤机理。结果 90°攻角下，涂层的破损主要由撞击产生的裂纹和涂层表面“液滴”的剥落共同作用引起。45°、30°攻角与60°攻角的撞击相似，损伤主要由两部分组成：一部分是垂直作用产生的裂纹和撞击导致的液滴剥落引起的涂层损伤；另一部分是切向作用引起的摩擦磨损和摩擦过程中产生的温度效应导致的钢珠熔覆。能谱图点44处主要含有Fe2O3、TiN两种物质，说明该点的涂层已经破坏，并且在切削磨损的同时，钢珠撞击的损伤还伴随着氧化磨损。结论 在300 m/s的速度下，冲蚀损伤最严重部位为钢珠与涂层接触部位。冲蚀过程中会因温度效应使钢珠熔覆在涂层表面，涂层表面越粗糙，则熔覆物越多。涂层的损伤主要源于垂直分量导致裂纹的萌生和切向的犁削作用。
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  7475高强铝合金在海洋和乡村大气环境中的腐蚀行为研究

  杨小奎, 张伦武, 胡滨, 张世艳, 刘明, 项运良, 向江涛, 牟献良, 罗来正

  表面技术. 2019, 48(1): 262-267. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.034

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  目的 研究海洋和乡村大气环境对7475高强铝合金腐蚀行为的影响，为7475高强铝合金环境适应性设计提供支撑。方法 在万宁和北京大气环境试验站开展了7475高强铝合金为期36个月的户外暴露试验，通过腐蚀失重分析方法研究了7475高强铝合金在我国2种典型大气环境中的腐蚀动力学规律；借助环境扫描电镜（ESEM）、金相显微镜和X射线光电子能谱（XPS）等表征技术研究了7475高强铝合金的微观腐蚀形貌和锈层成分。结果 2种大气环境中，铝合金腐蚀都呈现出初始阶段腐蚀迅速发展，之后腐蚀速率减慢，最后进入腐蚀扩展相对平稳时期的变化规律。在海洋大气环境中户外暴露36个月后，7475高强铝合金呈现明显的点腐蚀特征，腐蚀产物组成为Al(OH)3、Al2O3和Al2Cl3。7475高强铝合金在乡村大气环境中表面腐蚀非常轻微，个别表面出现非常小且浅的腐蚀点。结论 在乡村大气环境和海洋大气环境中，7475高强铝合金腐蚀动力学遵循幂函数规律。相比较乡村大气环境，7475高强铝合金在海洋大气环境中表现出非常强的腐蚀敏感性。
膜层材料与技术
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  Ti/Al过渡层对共掺杂类金刚石薄膜性能的影响

  周永, 孔翠翠, 李晓伟, 孙丽丽, 郭鹏, 周佳, 李玉宏, 李文献, 汪爱英, 柯培玲

  表面技术. 2019, 48(1): 268-275. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.035

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  目的 研究Ti/Al过渡层对不同溅射电流下的Ti/Al共掺杂DLC薄膜的成分、结构、机械性能和结合力的影响。方法 采用线性离子束复合磁控溅射技术在316L基底上沉积含有Ti/Al过渡层的Ti/Al共掺杂DLC薄膜，利用场发射扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）、高分辨透射电镜（HRTEM）及共聚焦激光拉曼光谱仪分析了薄膜的界面形貌及键态结构。采用辉光放电光谱仪对样品成分进行深度分析，纳米压痕仪测量薄膜硬度及弹性模量，划痕测试系统测量膜基结合力，残余应力仪测量薄膜内应力。结果 与未添加过渡层相比，添加Ti/Al过渡层对薄膜的结构和机械性能影响较小，且均在溅射电流为2.5 A时有最优的机械性能；然而，溅射电流为2.5 A时，添加过渡层使结合力从54.5 N提高到了67.2 N，提高了19%，残余应力从1.28 GPa降低到了0.25 GPa，降低了80%。结论 Ti/Al过渡层可缓解因DLC薄膜和基体的晶格匹配差异和膨胀系数不同而导致的高界面应力。在薄膜与基底界面，过渡层呈现典型柱状晶结构，可促进膜基界面间的机械互锁，显著改善薄膜与基体之间的结合力而不损伤其机械性能。
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  刻蚀对高碳马氏体不锈钢表面等离子渗铬层结合强度的影响

  孟天旭, 郭麒, 席雯, 丁文强, 于盛旺, 林乃明, 刘小萍

  表面技术. 2019, 48(1): 276-284. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.036

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  目的 研究等离子体刻蚀工艺对高碳马氏体不锈钢表面渗铬层组织和结合强度的影响。方法 首先利用微波等离子体化学气相沉积方法对8Cr17马氏体不锈钢表面进行四种不同工艺参数的刻蚀处理，然后利用双层辉光等离子体表面渗铬技术在刻蚀处理后的8Cr17不锈钢表面制备铬合金层。用扫描电子显微镜、激光共聚焦、辉光放电光谱仪和X射线衍射仪分别表征刻蚀表面形貌和渗铬层组织，用划痕仪测试渗铬层与基体的结合强度。结果 氢和氢+氩等离子体刻蚀后，8Cr17不锈钢基体表面粗糙度增加，且含碳量减少。渗铬层由表面富Cr层、CrxCy扩散层、基体组成，其物相主要包括Cr、Cr23C6、Cr7C3。表面经氢气刻蚀1 h和2 h后，形成的渗铬层厚度分别为7、7.5 μm，氢气+氩气刻蚀1 h和2 h后，渗铬层厚度分别为8.1、9 μm，其中氢气+氩气刻蚀1 h的基材表面渗铬层较致密，与基体结合牢固。结论 等离子体刻蚀预处理可通过改变8Cr17钢表面的组织形貌，降低表面含碳量，增加扩散层厚度，提高渗层与基体的结合强度。
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  H13钢表面电火花沉积Nb涂层组织与性能研究

  栾程群, 王文权, 邝厘祥

  表面技术. 2019, 48(1): 285-290. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.037

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  目的 提高H13钢表面的力学性能和耐蚀性，延长模具的使用寿命。方法 用Nb棒作为电极，氩气作为保护气体，通过电火花沉积技术在H13钢表面制备Nb沉积层。利用扫描电子显微镜分析沉积层的表面形貌、显微结构及磨痕形貌，利用X射线衍射仪分析沉积层的相组成，利用能谱仪分析沉积层的元素分布，采用显微硬度计和磨损试验机测试沉积层的显微硬度和耐磨性，采用电化学工作站对沉积层进行耐蚀性测试。结果 Nb电火花沉积层表面呈橘皮状，具有一定的粗糙度，主要由Fe2Nb和Fe0.2Nb0.8等相组成。沉积层截面组织连续、致密，无明显缺陷，强化层内存在大量的微晶组织和非晶组织。Nb涂层与基体发生了元素的相互扩散和冶金结合的过程。沉积层显微硬度高达642HV，为基体的3.2倍。在同等磨损条件下，Nb沉积层磨损失重约为基体的1/3，磨痕较浅。沉积层在3.5%NaCl溶液中的电化学自腐蚀电位比基体提高了113 mV，自腐蚀电流密度显著降低。结论 在H13钢表面电火花沉积Nb涂层，可有效提高其表面的显微硬度、耐磨性和耐蚀性，从而延长模具的使用寿命。
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  静电喷涂涂层厚度分布模型的研究进展

  张淑珍, 毛伟, 甄晶博, 李春玲

  表面技术. 2019, 48(1): 291-297. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.038

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  静电喷涂是利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面的一种喷涂方法。在静电喷涂中，涂层厚度分布模型是喷涂机器人离线编程和轨迹规划作业中影响涂层厚度均匀性的关键因素，对提高喷涂质量和涂料转移率具有重要意义。因此，喷涂机器人轨迹规划的一个首要和基础的问题是如何建立准确的涂层厚度分布模型。重点综述了近年来静电喷涂涂层厚度分布模型的国内外研究进展，并在此基础上归纳了涂层厚度分布模型存在的问题，与此同时，归纳了常用涂层厚度仿真的方法—经验模型法和CFD仿真法。喷涂仿真包括静态喷涂仿真和动态喷涂仿真，静态仿真常用欧拉-欧拉法和欧拉-拉格朗日法，动态仿真常用动喷枪法和动壁面法，其中，动壁面法结合动网格为动态仿真主要方法。常见的动网格模型有三种：弹性光顺模型、铺层模型、局部重构模型。而在动态仿真中，动网格法常用有两种模型：一种是弹性光顺模型结合局部重构模型，另一种是铺层模型。最后对未来涂层厚度分布模型和涂层厚度仿真的研究进行了简要展望。
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  PECVD制备DLC复合薄膜性能及模具应用

  张而耕, 陈强

  表面技术. 2019, 48(1): 298-304. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.039

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  目的 比较分析CrN过渡层与不同膜厚对DLC薄膜性能的影响，以及涂层模具的成型特性。 方法采用PECVD方法在718合金试样及模具表面沉积CrN/DLC复合膜，预设CrN过渡层厚度为0.2 μm，DLC膜层厚度为0.5~1.2 μm。采用无损设备对不同沉积时间（10、15、20、25、30、35 min）的薄膜厚度进行表征，并使用扫描电子显微镜（SEM）观察薄膜表面及截面结构特征。采用拉曼光谱（Raman）分析不同厚度DLC膜的峰位信息以及sp3-C/sp2-C的比例关系，用纳米压痕仪表征膜层硬度，用硬度计分析膜/基结合力，用轮廓仪表征薄膜表面特征，并探讨膜厚对薄膜性能的影响机制。结果 薄膜的厚度值在预设范围以内，该方法制备的薄膜结构致密，表面光滑，无分层、凹坑、液滴粘附等缺陷。随涂层厚度的增加，薄膜中sp3-C/sp2-C的比例呈先减小后增大的趋势，G峰也先向D峰靠近，而后远离。薄膜硬度同样随膜层厚度的增加呈先增加后减小的趋势，1.06 μm厚的CrN/DLC膜的硬度最高（3600HV）。薄膜的结合力等级最高可以达到工业级的HF2。表面轮廓无较大波动，表面粗糙度Ra最低可达0.011 μm。1.06 μm CrN/DLC涂层模具的成型寿命是未涂层模具的3倍以上。结论 对橡胶模具而言，适当厚度的DLC微/纳涂层处理可以起到一定的减磨、抗腐蚀效果，降低模具本体表面润湿性，保证橡胶件成型质量。
表面质量控制及检测
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  基于纤维增强复合材料的超声振动辅助加工技术综述

  史振宇, 崔鹏, 李鑫, 万熠, 袁杰, 蔡玉奎

  表面技术. 2019, 48(1): 305-319. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.040

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  纤维增强复合材料是一类使用范围不断扩大的具有优良机械性能的工程复合材料，但由于其具有各向异性及增强体纤维稳定的理化性能，使得传统金属加工方法很难对纤维增强复合材料进行高质量的加工，特别是对于以芳纶纤维等断裂伸长率较高的纤维为增强体的复合材料，存在较为严重的撕裂、毛刺和分层等加工缺陷。超声振动辅助加工是一种将超声振动附加在机械加工过程中的加工方式。超声振动的加入可使刀具与工件周期性接触，减小切削阻力，降低切削温度，可在一定程度上提高纤维增强复合材料加工的表面质量，减少加工缺陷。在介绍超声振动辅助技术的分类、系统组成和加工机理，及纤维复合材料表面质量、材料去除、加工机理和加工缺陷的基础上，从套料制孔、螺旋铣孔和轮廓铣削三类常见加工工艺方面，论述了针对纤维复合材料的超声振动辅助切削技术的国内外研究进展。基于纤维复合材料超声振动辅助切削技术的发展状况，从基础理论研究、材料表面改性和新加工工艺探索、超声振动加工系统的开发完善等方面，总结了现有研究和应用中的成果及普遍存在的问题，同时对未来研究的发展趋势做出了展望。
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  滑动摩擦接触对母线弯曲成形质量的影响

  岳学虎, 樊瑜瑾, 李鹏元

  表面技术. 2019, 48(1): 320-325. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.01.041

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  目的 研究滑动摩擦接触对1060纯铝母线弯曲成形质量的影响，得到表面质量更好的工件，降低废品率。方法 采用自行设计的V形三点式自由弯曲成形的摩擦力测试装置，通过更换不同表面粗糙度的凹模圆角、不同润滑介质以改变接触状况，进行一系列摩擦试验。通过钨灯丝扫描显微镜获得板料弯曲件表面微观形貌图，通过MATLAB软件对所采集的数据进行曲线处理。结果 得到不同粗糙度的凹模圆角以及不同润滑介质条件下的弯曲力-行程曲线。经测定，凹模圆角表面光滑时，无润滑状态下，最大摩擦力约为440 N；采用聚乙烯薄膜作为润滑介质，最大摩擦力约为100 N；采用聚四氟乙烯薄膜作为润滑介质时，最大摩擦力约为20 N。凹模圆角表面粗糙时，无润滑状态下，最大摩擦力约为235 N；采用聚四氟乙烯薄膜作为润滑介质时，最大摩擦力约为28 N。结论 添加润滑介质可以有效降低板料与凹模圆角之间摩擦力大小，进而提高弯曲件表面成形质量。滑动摩擦条件下，无论光滑还是粗糙的凹模圆角，采取润滑措施均能有效提高弯曲成形工件的表面质量，且聚四氟乙烯薄膜作为润滑介质时，得到的板料表面质量最好。