2019年, 第48卷, 第10期　
刊出日期：2019-10-20

  

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特邀综述
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  代铬复合电沉积研究现状与影响因素分析

  耿楠, 刘慧丛

  表面技术. 2019, 48(10): 1-12. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.001

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  复合电沉积是一种可用来代替硬铬镀层的表面防护技术。概述了复合电沉积的技术优势，包括绿色环保、成本低廉、操作简单以及镀层性能的自由度大、可控性好等。同时归纳了复合电沉积的颗粒和基质类型，总结了主要性能评价指标和影响因素。在此基础上，重点综述了近年来复合电沉积技术的研究进展，包括复合电沉积机理和颗粒沉积历程。选取了复合颗粒的粒径、晶型、表面状况以及施镀工艺（如电流波形、电流密度、脉冲电流参数、镀液温度、镀液pH、外加力场、热处理等工艺参数），分别探究各因素对复合电沉积的沉积过程、阴极极化度、镀层形貌、结构、组分、硬度、耐磨性等性能指标的影响，对其中的规律进行了总结。最后展望了复合电沉积技术的发展方向。
专题——高性能零件特种加工的表面完整性及抗疲劳性能研究
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  高性能零件滚磨光整加工的研究进展

  杨胜强, 李文辉, 李秀红, 姜豪增, 高云松

  表面技术. 2019, 48(10): 13-24. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.002

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  通过分析高性能零件的需求、滚磨光整加工的优势和应用范围，拓展了滚磨光整加工的内涵，从离散元模拟、微观作用测试分析、新型加工介质研发、实验研究以及典型零件的滚磨光整加工效果等方面，对滚磨光整加工工艺的国内外研究现状进行了分析。使用不同类型的滚磨光整加工工艺对高性能零件光整加工后，毛刺等缺陷去除，棱边倒圆均匀，表面纹理细化，光泽度等感官质量好。表面粗糙度Ra等级提高2级左右，表面应力状态大幅改善，残余压应力明显增加，表面完整性多项指标综合改善，抗疲劳、耐腐蚀等使用性能和使用寿命得到有效提高。通过颗粒流场的创成与调控，可以为高性能零件光整加工工艺方案及参数优化提供理论依据，有效推进下一代滚磨光整加工技术的发展，满足高性能零件的光整需求。最后，从研究分析方法、加工介质研发、新型及复合加工方式等方面进行了思考。
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  加工表面质量对耐腐蚀性能影响的研究进展

  陈光军, 侯帅, 韩松鑫

  表面技术. 2019, 48(10): 25-33. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.003

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  加工表面质量对材料表面耐腐蚀性能的影响具有复杂性和综合性，研究加工表面质量对材料表面耐腐蚀性能的影响，对如何延长机械产品的服役寿命、预测加工表面质量、精简制造工序和优化加工参数等具有重要的指导和实践作用。对已加工表面腐蚀形成机理进行了分析，并指出了影响耐腐蚀性能的因素，从加工表面机械物理特征和加工表面几何形状特征两方面入手，综述了已加工表面质量对耐腐蚀性能影响的研究进展。重点报道了加工表面机械物理特征中表面残余应力、加工表面金相组织变化以及加工表面冷作硬化对耐腐蚀性能影响的研究进展，分别总结了加工表面几何形状特征中已加工表面的表面纹理、表面粗糙度和表面伤痕对耐腐蚀性能影响的研究进展。提出应开展多表面质量参数之间相互影响综合分析，以及各表面质量参数联合作用下对表面耐腐蚀性能影响的研究，为开展表面质量与金属材料加工表面耐腐蚀性能关联性研究打下基础，并指出了加工表面质量对耐腐蚀性能影响研究的未来发展趋势。
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  超声加工滚压力对钛合金表层特性的影响

  李凤琴, 赵波

  表面技术. 2019, 48(10): 34-40. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.004

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  目的 研究钛合金超声滚压加工中的不同工艺参数对表层特性指标的影响，得到最佳工件表面质量的加工参数。方法 运用超声滚压加工技术，采用一维超声振动滚压装置和CA6140B/A型号的车床对钛合金TC4进行试验，并结合赫兹接触理论建立滚压力与残余应力的理论模型。采用ABAQUS仿真分析滚压力对残余应力的影响。结果 对比分析发现，仿真结果的变化趋势和试验结果相同，即在其他加工参数不变的条件下，表面残余应力随着滚压力的增加，呈现先增大后减小的趋势，在静压力600 N时的残余应力值最大。通过超景深和粗糙度仪测得，超声滚压力600 N时，表面粗糙度达到最小，在500~800 N时能获得较好的表明质量，超过800 N后会对表面产生损伤，出现裂纹。由显微硬度仪测得，表面硬度和硬化程度则随着滚压力的增加而不断升高，说明表面硬度越大时，表面粗糙度并不是越小。通过金相组织图和XRD物相分析发现，随着滚压力的增大，塑性变形程度增加，β-Ti衍射峰越来越弱，晶粒细化程度越来越明显。结论 超声滚压力工艺参数在一定范围内会产生良好的加工效果。该研究为超声滚压钛合金材料奠定了理论基础。
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  钛合金Ti-6Al-4V纵扭超声铣削残余应力试验研究

  牛赢, 焦锋, 赵波, 童景琳

  表面技术. 2019, 48(10): 41-51. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.005

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  目的 提出将纵扭超声振动和铣削加工相复合，对钛合金Ti-6Al-4V进行试验研究，探索工艺参数对加工残余应力的影响规律，实现钛合金的压应力抗疲劳制造。方法 通过试验对比分析了纵扭超声铣削和传统铣削在切削力、切削温度和残余应力的差异性。采用正交试验和单因素试验相结合的方法，同时考虑因素交互作用，研究了加工参数、冷却润滑条件以及刀具磨损对加工残余应力的影响。结果 相较于传统铣削，纵扭超声铣削能够使平均切削力降低约16.3%，切削温度降低约25.6%，表面残余压应力值增加31.3%。在所选参数范围内，径向切深对表面残余应力的影响较大（贡献率为34.1%），而振幅影响较小（贡献率为6.5%）。表面残余压应力值随着铣削速度、每齿进给量以及径向切深的增大有不同程度的降低，随着振幅的增大有一定程度的提高。采用乳化液作为切削液能够提高加工表面的残余压应力值，而干式切削能够获得和在水、油切削液条件下相当的加工表面残余压应力值。工件表面的残余压应力值随着刀具磨损的增加而逐渐减小。结论 纵扭超声铣削能够有效降低切削力和切削温度，提高加工残余压应力值，同时选择适当的工艺参数及润滑冷却条件可进一步增大表面压应力值，可作为一种可靠的压应力制造技术。
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  纵扭复合超声端面铣削表面微结构建模与试验研究

  张存鹰, 赵波, 王晓博

  表面技术. 2019, 48(10): 52-63. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.006

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  目的 对纵扭复合超声端面铣削加工表面微结构进行预测，以优化加工参数。方法 对纵扭复合超声端面铣削进行运动学分析，并在其基础上建立三维运动轨迹方程。对刀尖轨迹仿真，且研究该运动方式下的加工特性。通过对切削刃和工件离散化建立纵扭复合超声端面铣削表面微结构理论模型，并利用MATLAB进行三维表面仿真。对TC4钛合金进行超声振动切削试验。结果 理论仿真和切削试验结果均表明超声纵扭端面铣削时，随振幅的增加，由振动引起的表面微观结构特征愈加明显。扭纵幅值比增大时，加工表面微观结构凹坑效应弱化，At/Al=0.55时，加工表面呈条形片状微观结构。振动频率和主轴转速会影响表面微观结构单元的疏密程度。结论 加工表面微结构的生成与振动频率、振幅、扭纵复制比、切削速度等加工参数相关，铣削实验得到的加工表面变化趋势与表面理论模型吻合，该表面模型能够优化超声加工参数。
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  液氮冷却对碳纤维复合材料钻削表面完整性的影响

  张高峰, 袁雷, 孙昊

  表面技术. 2019, 48(10): 64-71. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.007

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  目的 研究液氮冷却与钻削工艺对碳纤维复合材料钻削质量的影响。方法 采用YG10X硬质合金钻头开展碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料（T300）的液氮低温钻削与常温干式钻削的对比试验研究。分析液氮低温作用下不同钻削参数时的声发射信号有效电压值（Root-Mean-Square of Acoustic Emission Signals，AE-RMS），并结合孔的加工质量与声发射信号进行有效的识别。结果 与常温干式钻削相比，液氮低温钻削的AE-RMS在钻削阶段平均值增大，且信号相对平稳，在钻出阶段末尾处减小，且无明显突变，孔出口分层因子和出口毛刺减小。在vf=30 mm/min时，孔出口分层因子降低了9.2%，孔壁表面质量提高。结论 与常温干式钻削相比，液氮低温钻削在钻削阶段中，AE-RMS增大，但其波动幅度减小，孔出口毛刺、撕裂等缺陷减少。通过SEM观察，液氮低温钻削下的纤维断口明显减少，树脂涂覆表面整洁平滑，横向纤维与树脂界面有较好的结合性，没有大面积纤维树脂剥离，孔壁表面质量提高。
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  Cr12MoV塑料模具钢铣削加工表面三维偏斜度和陡峭度

  王川亮, 陈光军, 张珂

  表面技术. 2019, 48(10): 72-79. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.008

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  目的 研究加工参数对零件表面偏斜度和陡峭度的影响。方法 选择单因素试验方案对Cr12MoV模具钢进行铣削加工，采用三维表面轮廓仪采集不同条件下工件表面的三维形貌，并测量三维表面的偏斜度和陡峭度，分析表面形貌变化的原因。结果 随着切削速度的增大，偏斜度值先增大后减小，陡峭度值呈现先减小后增大趋势，在切削速度为197 m/min时，偏斜度值为–0.21，陡峭度值为2.62，表面形貌较平坦。随着进给量的增大，偏斜度值从负值逐渐增大到正值，陡峭度值先减小后增大。在进给量为0.25 mm/r时，偏斜度值为正数，陡峭度值达到4.17。随着切削深度的增加，偏斜度值逐渐增大，陡峭度值呈先减少后增加的趋势，但表面形貌变化不大。随着行距的增大，偏斜度值和陡峭度值都是先增大后减小，对表面形貌影响较大，行距较小时，表面轮廓幅度分布更均匀。随着刀具半径的增大，偏斜度值和陡峭度值逐渐增大，在刀具半径为5 mm时，偏斜度值最小为–0.11，陡峭度值最小为1.93，加工表面有较好的光洁度。结论 增加使用三维表面偏斜度和陡峭度可以使加工表面的形貌特征描述得更加全面，研究切削参数对加工表面三维偏斜度和陡峭度的影响规律，可为塑料模具铣削加工优化切削参数提供理论参考。
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  钛合金磨料流光整加工表面完整性研究

  施凯博, 孙玉利, 余泽, 李国华, 左敦稳

  表面技术. 2019, 48(10): 80-85. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.009

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  目的 研究磨料流光整加工钛合金格栅表面完整性。方法 用电火花加工制备钛合金试样，通过磨料粒径、加工压力、加工次数的单因素试验，来研究其对试样表面粗糙度和表面形貌的影响规律，选用三种初始粗糙度不同的钛合金试样来进行磨料流光整加工效果试验，对比分析磨料流光整加工对试样表面残余应力的影响，进行加工次数的单因素试验研究磨料流加工过程中其对工件表面显微硬度的影响。结果 对于钛合金试样来说，磨料粒径和加工压力越大，表面抛光效果越明显，表面粗糙度就越低。当磨料粒径从38 μm增加到420 μm时，相对应的表面粗糙度值Ra从5.815 μm降低到0.824 μm；当加工压力从8 MPa增加到24 MPa时，相对应的表面粗糙度值Ra从4.314 μm降低到1.398 μm。而随着加工次数的增加，表面粗糙度值Ra从整体上呈现下降趋势，最后趋于稳定，当加工次数从10增加到80时，相对应的表面粗糙度值Ra从5.925 μm降低到0.307 μm，并且最后稳定在0.300 μm附近。钛合金试样经磨料流光整加工之后，表面残余应力由原来的拉应力变成了压应力。随着加工次数的增加，钛合金试样表面显微硬度整体上呈现先减小后增大的趋势，当加工次数从10增加到50时，显微硬度值从532.83HV降到357.73HV，当加工次数从50增加到90时，显微硬度值从357.73HV上升到393.48HV，试样表面显微硬度的均匀性也显著增加。结论 增大磨料粒径和加工压力或者增加加工次数，都能降低工件表面粗糙度，钛合金工件经过磨料流光整加工之后，表面完整性有较大改善。
专题——激光复合制造与表面改性
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  粉末循环老化对GH4169激光熔覆修复组织和性能的影响

  郭柏辰, 金国, 崔秀芳, 郑海元, 姜力鹏

  表面技术. 2019, 48(10): 86-92. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.010

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  目的 探究激光熔覆修复工艺中，循环使用对粉末造成的老化效应及其对组织和性能造成的影响，为粉末循环工艺提供相关理论依据和指导。方法 针对GH4169高温合金，进行了粉末循环利用的实验，将激光熔覆制造过程中的残余粉末再次投入送粉器，进行多次回收循环制造过程。使用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、万能力学试验机等设备，研究了粉末在循环使用过程中的演变，以及循环使用前后熔覆修复组织的微观形貌、维氏硬度、弯曲强度性能的差异。结果 随着回收循环次数增加，粉末粒径增大，表面出现熔融现象，粉末的成分出现了变化，其中Nb元素含量显著上升。在回收粉末中发现了具有磁性的杂质颗粒。相比于使用新粉末，使用回收粉末得到的熔覆组织中的Nb元素偏析程度增大，晶粒组织粗化。经过4轮循环后，熔覆层硬度自325.13HV下降至282.81HV，修复试样弯曲强度自785.85 MPa下降至739.41 MPa，下降幅度约为5%。结论 循环工艺对粉末产生了明显的老化影响，这一老化行为从能量和成分两个方面导致了激光熔覆修复GH4169合金组织和性能的劣化。
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  微细流路模压成形用碳化钨模具飞秒激光加工工艺研究

  张慧洁, 尹韶辉, 贾红鹏, 黄帅, 刘璇, 李建相, 陈逢军

  表面技术. 2019, 48(10): 93-99. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.011

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  目的 解决微细流路芯片中微细流路制备时，传统加工工艺存在的效率低下等问题。方法 采用飞秒激光加工碳化钨模具，进行工艺研究。对扫描功率、扫描速度、扫描层数等参数进行田口正交实验，研究其变化对加工表面质量及尺寸精度的影响。使用白光干涉仪测量了加工后表面的粗糙度，使用超景深三维显微系统测量了加工深度，并通过对结果的综合优化得出了最优工艺参数。结果 在所选的25组工艺参数中，各参数的变化对表面粗糙度值影响不大，对材料加工深度影响最大的因素为扫描速度，影响最小 的为激光功率。经过综合优化，最佳工艺参数组合为：扫描功率20 W，扫描速度200 mm/s，扫描层数25。 结论 随着飞秒激光功率的增大、扫描速度的减小和扫描层数的增加，加工深度都有显著增加。以最优加工参数加工而得的模具微凸起的上表面宽度为152 μm，边缘整齐，通道深度为42.41 μm，横压成形玻璃表面粗糙度值为0.164 μm。研究结果为飞秒激光加工碳化钨微细流路提供了一定的参考。
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  基于空气中冲击波信号能量的激光冲击强化在线检测方法

  吴嘉俊, 刘学军, 赵吉宾, 乔红超, 孙博宇, 陆莹, 郭跃彬

  表面技术. 2019, 48(10): 100-106. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.012

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  目的 为克服激光冲击强化现有离线检测方法的缺点，提出了一种基于空气中冲击波信号能量的激光冲击强化在线检测方法。方法 利用波长为1064 nm、脉宽为14 ns、单脉冲能量为5~7 J的Nd:YAG激光器对经过振动时效处理的TC16钛合金试件进行激光冲击强化处理。用自主研制的信号放大器对空气中的冲击波信号进行一级放大后，再经前置放大器、数据采集卡传输到计算机控制系统，从而实现对空气中冲击波信号的采样、存储、滤波和数据分析，并从中提取冲击波信号能量。用X-350A型X射线应力测定仪测量TC16钛合金试件经激光冲击强化处理后的表面残余应力。最后对所得实验数据进行多项式拟合，以获得材料表面残余压应力与冲击波信号能量之间的经验公式。结果 经激光冲击强化处理后，材料表面形成了一定大小的残余压应力。随着激光能量的增加，材料表面残余压应力及冲击波信号能量均增加，且二者的增加趋势一致。结论 在激光冲击强化过程中，对空气中传播的冲击波信号进行采集和提取其信号能量，可以预测试件经激光冲击强化处理后的残余应力，能够准确判断激光冲击强化质量，从而实现工业过程的在线检测。
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  Ni60/h-BN含量对激光熔覆钛基复合涂层组织及性能的影响

  谭金花, 孙荣禄, 牛伟, 刘亚楠, 郝文俊

  表面技术. 2019, 48(10): 107-115. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.013

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  目的 提高TC4合金的硬度与耐磨性。方法 利用RFL-C1000锐科光纤激光器在TC4合金表面制备钛基复合涂层，通过SEM、XRD、EDS、显微硬度计、摩擦磨损试验机对熔覆层的宏观形貌、微观组织、显微硬度以及摩擦磨损性能进行观察及测试。结果 当Ni60/h-BN的添加量为25%时，熔覆层表面平整度最好，且与基体呈现出良好的冶金结合；当Ni60/h-BN的添加量为5%时，熔覆层物相主要由Ti2N0.3、TiC和基底α-Ti组成；当Ni60/h-BN的添加量为15%时，Ti2N0.3、α-Ti和TiC的含量减少，Ti2Ni的含量增加；当Ni60/h-BN的添加量为25%时，Ti2Ni、TiNi、TiN、Ti2N0.3、TiB、TiC和α-Ti均匀分布在熔覆层中，此时熔覆层的硬度为997HV0.5，约为TC4基体硬度（332HV0.5）的3倍。TC4基体主要发生了磨粒磨损，熔覆层主要发生了粘着磨损。当Ni60/h-BN添加量为25%时，磨损形貌最好，磨损量为0.6 mg，摩擦系数稳定在0.51~0.52之间。结论 当Ni60/h-BN的添加量为25%时，熔覆层组织均匀致密，硬度与耐磨性能较基体有了显著提高。
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  半导体激光热输入对渗氮层结构和性能的影响

  李文生, 高凤琴, 武彦荣, 梁刚, 张文斌, Uladzimir SENIUTS, 石玗, Marat BELOTSERKOVSKY

  表面技术. 2019, 48(10): 116-124. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.014

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  目的 提高Ti-6Al-4V钛合金的表面硬度和耐磨性，解决失效问题。方法 利用半导体激光器在纯氮气氛下对Ti-6Al-4V钛合金表面进行激光渗氮处理，研究激光功率和扫描速度耦合作用下不同热输入对渗氮层质量的影响。分别采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪，对渗氮层的物相组成、截面微观组织以及元素分布进行表征，采用显微维氏硬度仪测量渗氮层截面硬度分布。结果 不同热输入下Ti-6Al-4V钛合金氮化区域均生成TiN相，且含量随热输入的增大而增加，渗氮层厚度随热输入的增大呈近似直线增长。渗氮层组织由表及里依次由连续的TiN薄层、柱状晶、树枝晶和针状晶组成，使渗氮层内硬度随层厚的增加呈下降趋势，随热输入的增大，树枝晶中粗枝晶的数量增加，渗氮层硬度也随之增加。然而当热输入较高（320 J/mm）时，渗氮层内产生大量的裂纹。结论 利用激光气体氮化技术，控制热输入为210~275 J/mm时，在Ti-6Al-4V钛合金表面制备渗氮层，其表面成形良好、无裂纹，厚度约为413~517 μm，近表层硬度较基材提高2.5倍以上。
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  匙孔效应对激光熔覆层横截面几何形貌的影响研究

  徐平, 江国业, 胡艳娇, 庞铭

  表面技术. 2019, 48(10): 125-130. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.015

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  目的 研究匙孔效应在不同激光功率、扫描速度和送粉速率工艺参数下，对熔覆层横截面形貌的影响规律，并揭示匙孔对基体的作用机制。方法 利用光束模式为高斯光束分布的YLS-3000光纤激光器进行熔覆镍基高温合金Ni35实验。利用光学显微镜（OM）采集熔覆层横截面宏观形貌，并用金相分析软件以及计算机辅助绘图软件对熔覆横截面参数进行测量。结果 随激光功率的增加，匙孔深度增加；随送粉速率和激光扫描速度的增加，匙孔深度减小。随送粉速率的增加和激光功率的减小，熔覆层横截面左右垂直段高度值（H2和H4）减小；随扫描速度的增加，H2和H4先增加再减小。在激光熔覆过程中，当基体没有形成匙孔时，H2和H4的值为零，熔覆层与基体混合区域的横截面形貌为月牙形；当在基体中形成匙孔时，H2和H4的值大于零，熔覆层与基体混合区域的横截面形貌为蘑菇形。结论 在激光熔覆过程中，不同激光功率、扫描速度和送粉速率工艺参数对匙孔的影响机制不同。匙孔效应的强弱显著影响熔覆层横截面参数H2和H4的大小，进而影响熔覆层形貌。
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  激光熔凝强化RuT300收尾凹坑缺陷抑制方法研究

  庞铭, 张啸寒

  表面技术. 2019, 48(10): 131-138. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.016

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  目的 突破气门座激光熔凝收尾凹坑缺陷技术瓶颈。方法 建立激光熔凝强化RuT300的三维瞬态温度场仿真模型，模型中考虑激光吸收率、材料相变潜热及热物性参数的影响，并结合Niyama判据，分析激光熔凝强化RuT300收尾过程激光参数线性变化对收尾凹坑缺陷的影响规律。结果 在激光熔凝收尾过程中，对比未采用激光参数线性变化的收尾方式，采用激光功率线性下降（斜率为–400）的参数变化方式时， 的最大值由最初的0.0085增大至0.0097；当斜率由–100减小至–400时， 的最大值由最初的0.0087增大至0.0097；采用激光扫描速度线性上升（斜率为20）的参数变化方式时， 的最大值由最初的0.0087增大至0.0142；当斜率由5增加至20时， 的最大值由最初的0.0112增大至0.0142。伴随着激光功率线性下降或激光扫描速度线性上升，激光熔凝气门座收尾凹坑有缩减趋势，且伴随着激光功率线性下降过程斜率绝对值或激光扫描速度线性上升过程斜率的增大，收尾凹坑有进一步缩减趋势。实验分析与数值模拟结果基本吻合，说明了模型的有效性。结论 在激光熔凝收尾过程中，采用激光功率线性下降或者激光扫描速度线性上升方法可以抑制收尾的凹坑缺陷，提升气门座的可靠性。
表面强化及功能化
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  薄膜热电偶的研究进展

  王伟超, 张军战, 张颖, 杨迪

  表面技术. 2019, 48(10): 139-147. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.017

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  现代科学技术对各种场合下局域温度的准确测量提出了新的要求，极大地促进了温度传感器的发展。薄膜热电偶因具有无源、响应时间短、精确度高以及对测试环境几乎无影响等优点，在温度测量领域具有广阔的应用前景。对薄膜热电偶近年来的研究进展与热点进行了综述。首先简单介绍了以不同材料为基底时，薄膜热电偶的结构。然后分别介绍了应用于航空发动机热端部件高温测量的金属合金类、陶瓷类和复合类薄膜热电偶及其常用的电极材料。讨论了薄膜厚度、退火处理、电极薄膜类型、气氛和掺杂等工艺对薄膜热电偶热电势、Seebeck系数、耐高温能力和电极材料微观结构等方面的影响，将近年来的典型研究成果进行了汇总，并阐述了陶瓷类薄膜热电偶应用于航空发动机中温度监测的优势。此外，分析讨论了应用于局域二维温度场测量的阵列型薄膜热电偶的发展、结构优化设计、制备工艺研究与改进以及实际测温场合中的布局。最后，对薄膜热电偶在相关应用领域的研究和发展方向进行了展望。
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  三种不同导电填料对聚氨酯导电涂层应用性能的影响

  李航, 于美燕, 张新宇, 韩晓梅, 齐琦, 陈守刚

  表面技术. 2019, 48(10): 148-156. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.018

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  目的 筛选出对聚氨酯涂层导电性能改善最佳的导电填料和助剂。方法 使用三种不同的无机导电填料—微米级ITO、微米级导电云母和导电钛白粉，用不同的分散剂DISPERBYK-P104S、DISPERBYK- 163、DISPERBYK-2001对三种无机填料分别进行分散处理改性，选出对改性填料分散性最好的助剂，然后研究用该助剂改性的填料对聚氨酯树脂涂层导电性、力学性能、耐热性能等应用性能的影响，最终选出最好的导电填料。结果 利用沉降试验，筛选出了提高填料分散性能最好的助剂为DISPERBYK-P104S。通过测试涂层的导电性能、耐腐蚀、力学性能和耐热性能发现，用助剂DISPERBYK-P104S改性过的导电钛白粉掺入聚氨酯树脂涂层后，所有性能均优于其余填料掺入的涂层。涂层的电阻在室温下最小，为10.84 MΩ，而且在100 ℃加热2 h后，电阻仍然只有24.53 MΩ。水接触角（WCA）方面，该涂层初始时接触角为107°，在3.5% NaCl溶液中浸泡400 h后，水接触角仍能达到90°以上。涂层在3.5% NaCl溶液中浸泡800 h后，附着力仍然在2.1 MPa以上。该涂层拉伸强度为16.53 MPa，拉断伸长率为650%，具有较好的弹性和力学强度。同时，在300 ℃下烧蚀三次后（每次15 min），该涂层的表面仍然保持平整。结论 当导电填料为用DISPERBYK-P104S改性过的导电钛白粉时，聚氨酯树脂涂层的表面电阻在100 ℃以下均介于0.5~25 MΩ之间，而且该导电涂料的其他应用性能为最佳。
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  磁控溅射CoCrFeNi高熵合金薄膜的硬度和电阻率研究

  谈淑咏, 刘晓东, 霍文燚, 方峰, 杜兴, 皮锦红, 王章忠

  表面技术. 2019, 48(10): 157-162. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.019

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  目的 研究溅射功率对CoCrFeNi高熵合金薄膜硬度和电阻率的影响，期望获得同时具有高硬度和高电阻率的高熵合金薄膜，为其在电阻薄膜领域的应用提供实验基础。方法 在不同溅射功率条件下（40、60、80、100 W），利用CoCr合金靶、Ni片和Fe片拼接成合金靶，采用磁控溅射法在硅基底表面沉积CoCrFeNi高熵合金薄膜。利用XRD分析薄膜相结构，通过SEM分析薄膜成分和形貌，利用显微硬度计测量薄膜硬度，采用双电测四点探针法测定薄膜电阻率。结果 不同溅射功率下制备的CoCrFeNi薄膜均与基底结合良好，呈柱状生长模式，且合适的溅射功率有助于获得等摩尔比高熵合金薄膜。随着溅射功率由40 W升高至100 W，薄膜结晶性得到改善，形成简单的FCC相，（111）择优生长更加强烈，柱状生长愈加明显，晶粒尺寸增大，硬度和电阻率降低。结论 溅射功率对CoCrFeNi薄膜组织和性能具有重要影响。当溅射功率为40 W时，CoCrFeNi薄膜同时具有最高硬度和最大电阻率，其值分别为940.5HV和336.5 μΩ?cm。
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  不同氮气流量AlCrTaTiZr高熵合金氮化物薄膜扩散阻挡性能研究

  蒋春霞, 李荣斌, 王馨, 聂朝阳, 居健

  表面技术. 2019, 48(10): 163-171. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.020

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  目的 提高铜互连扩散阻挡层的失效温度。方法 采用磁控溅射方法制备了不同氮气流量下的Cu/AlCrTaTiZrNx/Si高熵合金薄膜体系，使用真空退火炉对Cu/AlCrTaTiZrNx/Si高熵合金薄膜体系分别进行600、700、800、900 ℃的真空退火，并利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X 射线衍射仪（XRD）以及透射电子显微镜（TEM）等表征手段对薄膜的组织结构、三维形貌等进行表征。结果 不通入氮气时，高熵合金薄膜为非晶状态。随着氮气流量的增加，薄膜的结晶性越来越好，薄膜为FCC结构。随着氮气流量的增加，高熵合金薄膜表面粗糙度呈现下降的趋势，在氮气流量为20%时，高熵合金氮化物薄膜的致密性最好。Cu/AlCrTaTiZrN20/Si薄膜体系的扩散阻挡层结构主要为非晶包裹的纳米晶结构。薄膜在800 ℃退火后，没有Cu-Si化合物存在，薄膜方阻为0.0937Ω/□；在900 ℃退火后，Cu/AlCrTaTiZrN20/Si薄膜体系中Si基体部分出现不规则五边形状的大颗晶粒Cu-Si化合物。结论 AlCrTaTiZrNx高熵合金氮化物薄膜的扩散阻挡性能随着氮气流量的增加，呈现先增加后降低的趋势。在氮气流量为20%时，高熵合金氮化物薄膜的扩散阻挡性能最优，800 ℃高温退火后仍发挥阻挡作用。
表面摩擦磨损与润滑
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  类金刚石薄膜在腐蚀介质中的摩擦磨损行为研究

  苟成学, 王顺花, 尚伦霖, 张广安, 吴志国

  表面技术. 2019, 48(10): 172-179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.021

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  目的 在304不锈钢表面制备DLC薄膜，并探究其在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中的摩擦磨损行为。方法 通过非平衡磁控溅射设备（UPD650）制备DLC薄膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪，对DLC薄膜的微观结构及磨斑、磨痕进行表征。使用划痕仪和纳米压痕仪，分别测试DLC薄膜的结合力、硬度和弹性模量。使用接触角测量仪测试1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液和去离子水在304不锈钢和DLC薄膜表面的润湿角。采用CSM摩擦试验机研究304不锈钢和DLC薄膜的摩擦磨损行为。利用动电位极化评价304不锈钢和DLC薄膜的耐腐蚀性能。结果 304不锈钢表面制备的薄膜厚度约1.95 μm，结合力为37 N左右，硬度和弹性模量分别约为14.7 GPa和191.1 GPa。DLC薄膜在1 mol/L NaOH溶液中的摩擦系数高达0.18，而在3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液和去离子水中的摩擦系数低至0.05左右。在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中，DLC薄膜的磨损率比304不锈钢的小2、3个数量级。极化测试结果显示，DLC薄膜在不同介质中的腐蚀电流密度顺序为1 mol/L H2SO4<3.5%NaCl<1 mol/L NaOH。结论 沉积的DLC薄膜具有良好的机械性能和耐腐蚀性能，能够很好地改善304不锈钢在1 mol/L NaOH、3.5%NaCl、1 mol/L H2SO4溶液中的摩擦磨损性能。
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  纳米TiO2对D16T铝合金微弧氧化膜耐磨性的影响及机理

  刘婉颖, 邱宇洪, 刘颖, 林元华, 石云升, Mohd Talha, 高婷艳

  表面技术. 2019, 48(10): 180-189. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.022

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  目的 提高D16T铝合金的耐磨损性能。方法 通过向硅酸盐和磷酸盐混合电解液体系中添加2 g/L纳米TiO2添加剂，利用微弧氧化技术在其表面制备微弧氧化陶瓷膜。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、显微硬度计、厚度测试仪、摩擦磨损试验机等，研究了纳米TiO2添加剂对D16T铝合金微弧氧化膜的结构和耐磨损性能的影响及机理。结果 纳米TiO2的添加使得微弧氧化膜层的表面变得更加平整、致密，具有更少的微孔和裂纹，大大改善了膜层结构。相比于未添加纳米TiO2的电解液中制得的微弧氧化膜，在含纳米TiO2的电解液中所制得的微弧氧化膜中有新相TiO2生成，并且促使更多的α-Al2O3相和γ-Al2O3相生成，使膜层厚度得到明显增加，膜厚达31.2 μm，显微硬度也得到显著提高，达510HV。纳米TiO2的添加，降低了D16T微弧氧化膜层试样的摩擦系数，平均摩擦系数为0.45，明显低于不含纳米TiO2的D16T微弧氧化膜层试样的摩擦系数（0.75）。结论 加入到电解液中的纳米TiO2在微弧氧化反应过程中已进入到所形成的氧化膜层，并且填充了膜层中的微孔和裂纹，改善了膜层结构，增加了膜层厚度，显著提高了微弧氧化膜层的显微硬度和耐磨损性能。
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  聚氨酯橡胶表面DLC薄膜的制备及耐磨性能优化

  蹤雪梅, 刘威, 冯森, 杨梦梦, 何冰

  表面技术. 2019, 48(10): 190-195. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.023

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  目的 增强聚氨酯橡胶的耐磨性能。方法 选用四氯乙烯作为溶塑剂对聚氨酯橡胶进行预处理，再采用阴极放电等离子技术进行类金刚石（DLC）薄膜的镀制。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱仪对制备的试样表面形貌和组成进行观察、表征。采用摩擦试验机对试样在干摩擦条件下的摩擦磨损行为进行分析，并观察试样的磨痕形貌。结果 随着四氯乙烯超声处理温度和时间的增加，基体表面原有条纹的深度呈现先增大后减小的趋势，镀制薄膜后，试样表面平整，且粗糙度逐渐降低；薄膜组成从非晶态碳结构，逐渐转变为金刚石相与石墨相混杂的典型类金刚石结构。在干摩擦过程中，镀膜试样的摩擦系数比未镀膜试样降低了40%以上，随着超声处理温度和时间的增加，镀膜试样的摩擦系数和磨损量均呈现先减小后增大的趋势，其中在50 ℃四氯乙烯超声处理15 min后，镀膜试样4的摩擦系数和磨损量最小。结论 四氯乙烯超声处理有助于改善聚氨酯表面DLC薄膜的摩擦性能，合适的四氯乙烯超声处理温度为50 ℃，合适的超声处理时间为15 min。
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  滑动频率对超音速等离子喷涂Mo涂层载流摩擦磨损性能的影响

  惠阳, 刘贵民, 闫涛, 刘明, 杜林飞

  表面技术. 2019, 48(10): 196-205. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.024

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  目的 提高45NiCrMoVA钢的高频载流摩擦磨损性能。方法 采用超音速等离子喷涂技术在表面制备Mo涂层，通过红外热成像仪、高速摄像机记录载流摩擦实验中的温度分布、起弧率和电弧形貌。采用载流摩擦磨损试验机、三维形貌仪测算涂层的摩擦系数、稳定性系数、磨痕轮廓和磨损率。利用场发射扫描显微镜、X射线能谱分析仪、X射线衍射仪对磨痕、磨屑进行分析。结果 当滑动频率由5 Hz提升至20 Hz时，起弧率由1.13%提升至8.24%，造成的电弧烧蚀区面积逐渐扩大。载流摩擦过程中表面的温度变化明显受滑动频率与实验时间的影响，各组均在300 s时达到最高温度，范围为63.3~91.7 ℃。随滑动频率的增加，涂层的摩擦系数及稳定性系数呈先下降后上升趋势，15 Hz时，两者值达到最小，为0.337（平均摩擦系数）和1.443。磨损率同样随滑动频率的增加呈先下降后上升趋势，10 Hz时达到最小，为66.6×104 μm3/(N?m)；当频率大于15 Hz时，磨痕深度、宽度大幅增加。结论 摩擦膜可以降低摩擦副间的粘着倾向，提高运动稳定性，其形成与破裂受表面温度、材料屈服强度等多方面因素的影响，是导致摩擦系数变化的主要原因。载流摩擦除机械损耗外，还存在电气损耗及电气-机械共同损耗。高频率下，电弧烧蚀现象明显，同时加剧了粘着磨损、氧化磨损、层片剥落及磨粒磨损，导致磨损率较高。
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  表面形貌对冷作模具钢摩擦磨损性能的影响

  王敬, 梁强

  表面技术. 2019, 48(10): 206-213. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.025

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  目的 为了研究表面形貌对冷作模具钢表面摩擦系数及磨损性能的影响。方法 用打磨和化学腐蚀法分别获得了光滑表面形貌和带有腐蚀坑的表面形貌，通过采用扫描电镜和激光共聚焦显微镜观察和测量表面形貌的分布和大小，研究了腐蚀时间对表面形貌的影响。通过对腐蚀前后的试样进行摩擦磨损试验，研究分析了表面形貌对冷作模具钢表面摩擦系数及磨损性能的影响。结果 试样NO.1、NO.3表面的腐蚀坑比NO.2、NO.4明显。试样NO.0的摩擦系数随着摩擦时间的增加不断增大，而试样NO.1、NO.2、NO.4的摩擦系数相对稳定，无明显增大趋势，摩擦系数最小的试样为NO.4，其摩擦系数相对NO.0降低了52.26%。试样NO.0的磨痕相对其他试样较规则，且磨痕上有鳞状物，而其他试样则没有，试样NO.0的磨痕两侧峰值较大，其他试样的磨痕曲线不是很明显。结论 采用浸泡腐蚀可以得到具有一定腐蚀坑的表面形貌，腐蚀坑的大小、深度与腐蚀时间有关，腐蚀坑的深度对摩擦系数有非常大的影响，腐蚀坑可以减少磨屑导致的二次磨损。合理的表面形貌可以有效地改善模具的磨损情况。
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  钛合金表面等离子弧熔覆原位自生镍基耐磨涂层的制备及微观结构表征

  杜宝帅, 胥国祥, 张忠文, 李新梅, 邓化凌

  表面技术. 2019, 48(10): 214-219. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.026

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  目的 在钛合金表面制备陶瓷相增强复合耐磨涂层。方法 采用等离子弧熔覆技术，在Ti6Al4V钛合金表面制备了原位自生TiB2、TiC、CrB陶瓷相增强镍基耐磨涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪检测了涂层的物相组成、组织组织以及微区化学成分，采用显微硬度计测试了涂层的硬度。结果 涂层靠近熔合线区域由Ni-Ti树枝晶及枝晶间的共晶组成，在涂层的中上部，大量原位增强相分布于镍基固溶体基体之中。在熔覆过程中，钛合金基材中的Ti元素同熔覆粉末中的B、C元素发生原位冶金反应形成TiB2、TiC增强相，CrB增强相为Ni基熔覆粉末中Cr、B元素反应形成，增强相的形态由各自的晶体结构及熔池凝固热力学与动力学条件决定。涂层的显微硬度得到显著提高，最高达1037HV0.2。结论 采用等离子弧熔覆技术，利用熔池内Ni-Cr-Ti-B-C合金体系的原位冶金反应，可以在钛合金表面制备原位自生TiB2、TiC、CrB增强镍基复合耐磨涂层。同Ti6Al4V基材相比，由于涂层具有大量增强相分布于镍基固溶体的组织特征，其显微硬度得到了显著提高。
表面失效及防护
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  热喷涂技术制备铝涂层及其在3.5%NaCl溶液中耐腐蚀性的研究现状

  靳子昂, 朱丽娜, 刘明, 王海斗, 康嘉杰, 马国政

  表面技术. 2019, 48(10): 220-229. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.027

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  铝是一种应用十分广泛的耐腐蚀材料，热喷涂技术作为表面工程领域的重要技术之一，在钢铁材料表面喷涂铝涂层，能够对钢铁材料起到很好的耐腐蚀保护作用，延长钢铁的使用寿命，减少对钢材的维护与保养。目前通常采用火焰喷涂技术、电弧喷涂技术和冷喷涂技术制备铝涂层，对此三种热喷涂技术制备铝涂层的涂层特点和耐腐蚀性能进行综述。系统归纳了这三种热喷涂技术的热源温度、粒子飞行速度和喷涂距离对形成涂层特点的影响机制，以及铝涂层在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀机理，揭示出铝涂层内部孔隙是影响其耐腐蚀性能的最主要因素，孔隙含量可由孔隙率表示，并指出随着孔隙率的增大，其耐腐蚀性能降低。但是并未详细指出涂层内部孔隙的含量和形状大小对涂层耐腐蚀性能的影响，因此通过进一步优化热喷涂技术制备铝涂层的工艺，研究不同孔隙含量的铝涂层和不同形状大小孔隙的铝涂层在实际服役工况下的具体耐腐蚀程度，对今后热喷涂铝涂层的实际应用具有重要的科学意义，是今后的重点研究方向之一。
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  镁合金表面新型高耐蚀性植酸化学转化膜的制备

  曾纪勇, 郭兴伍, 郭嘉成, 聂乐文, 弓磊超, 彭立明, 丁文江

  表面技术. 2019, 48(10): 230-237. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.028

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  目的 提高镁合金的耐蚀性能。方法 通过在单一植酸转化膜基础上，利用植酸的强络合作用，在反应溶液中引入金属离子，获得新型高耐蚀性植酸转化膜层。通过正交实验、SEM、EDS和电化学方法，对新型植酸转化膜层的工艺配方、微观形貌、元素组成和耐蚀性进行分析。结果 正交试验研究得到了新型植酸转化膜层的最佳工艺参数为：25 g/L Mn(H2PO4)2+10 g/L植酸，反应温度95 ℃，反应时间10 min。在此工艺下，得到的膜层均匀，和未添加Mn离子的膜层相比，裂纹明显减小。EDS结果表明，膜层的主要元素为Mg、P、O、Mn、C，转化膜的成分可能是锰、镁与植酸形成的络合物。动电位极化曲线的实验结果表明，新型植酸转化膜可以极大地降低镁合金的腐蚀电流密度（Jcorr=0.337 ），对镁合金的保护效率为96.37%。结论 通过在植酸转化膜中添加Mn元素，不仅可以减小植酸膜层的裂纹宽度，还可以极大地提高镁合金的耐蚀性。
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  2024铝合金超疏水表面的制备及其耐蚀性能

  钱晨, 王华

  表面技术. 2019, 48(10): 238-243. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.029

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  目的 在2024铝合金基体上制备超疏水表面，从而提高自清洁性能和耐腐蚀性能。方法 采用硫酸和草酸钛钾混合电解液阳极氧化，用月桂酸乙醇溶液修饰，在铝合金基体上制备超疏水表面，用扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱和光学接触角测量仪观察、分析超疏水表面形貌、化学结构和润湿性，用电化学交流阻抗和极化曲线测试研究超疏水表面在3.5%氯化钠中的耐蚀性。结果 20 V恒电位阳极氧化时间小于90 min时，随着时间的增加，接触角增大。铝合金在0.5 mol/L硫酸和0.01 mol/L草酸钛钾混合电解液中阳极氧化90 min，并在5%（质量分数）的月桂酸乙醇溶液中修饰1.5 h，能制备出最优的超疏水表面，接触角为157.99°。在3.5%氯化钠中浸泡14天后，超疏水铝的交流阻抗值高于空白铝4个数量级，Tafel极化曲线解析表明，保护效率为99.92%。结论 在低浓度硫酸中对铝阳极氧化，并用月桂酸修饰能够成功制备出超疏水表面。所得表面展现出良好的耐腐蚀性，并且耐孔蚀性能得到改善。
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  喷丸处理EA4T车轴钢疲劳性能和残余应力松弛行为研究

  李行, 张继旺, 易科尖, 吴明泽, 张金鑫

  表面技术. 2019, 48(10): 244-250. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.030

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  目的 研究不同喷丸工艺处理EA4T车轴钢的疲劳性能和破坏行为，并分析表面影响层性能，尤其是表面残余应力对疲劳强度的影响机理。方法 采用传统喷丸（CSP）和微粒子喷丸（MSP）工艺分别对EA4T车轴钢进行处理，对不同喷丸处理后的试样进行表面性能分析，然后采用旋转弯曲疲劳试验机进行疲劳试验，获得疲劳S-N曲线和残余应力松弛过程，并通过扫描电镜对发生疲劳失效的断口进行观察。结果 与CSP相比，MSP可以引入更高的表面硬度和残余压应力，同时又可以有效地减小表面粗糙度。喷丸可以有效地提高试样的疲劳性能，CSP和MSP分别提升了试样疲劳极限的25%和33%。所有喷丸试样残余应力松弛与循环次数（10≤N≤107）之间存在线性关系，这个线性关系可以用经验公式定量描述。在相同加载应力下，CSP试样的残余应力松弛过程比MSP试样更快，当试样在疲劳加载过程中发生残余应力松弛后，剩余的残余压应力高于初始值的80%时，疲劳失效不会发生。所有试样的疲劳裂纹均萌生于表面，喷丸没有改变试样的疲劳断裂机制。结论 与CSP相比，MSP可以引入更优的表面影响层，在相同加载应力下有更加缓慢的残余应力松弛过程，从而可以进一步提高试样的疲劳性能。另外，残余压应力、表面完整性是影响疲劳极限提升的主要因素。
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  沉积时间对镀铝层AZ31镁合金耐蚀性的影响

  张晓敏, 张金玲, 于彦冲, 戴玥, 孙文君, 王社斌

  表面技术. 2019, 48(10): 251-257. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.031

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  目的 提高镁合金的耐腐蚀性能。方法 利用恒电流沉积的方法在AZ31镁合金表面制得铝镀层，利用光学显微镜及扫描电子显微镜等检测手段观察镀层的微观形貌、腐蚀形貌等，并用开路电位、动电位扫描等电化学方法，检测沉积时间对镀铝后镁合金抗腐蚀性能的影响。结果 通过恒电流电沉积的方法，成功在AZ31镁合金表面制得了铝层。经过电化学腐蚀测试，未镀铝的AZ31镁合金的腐蚀电位较负，约为–1.68 V，且腐蚀电流最大。当沉积时间为1 h时，获得薄片状铝镀层，腐蚀电位正移，约为-1.34 V，镁合金的抗蚀性有了提高，但腐蚀电流只有轻微变小；当沉积时间为2 h时，薄片状铝生长为颗粒状，此时腐蚀电位约为–1.32 V，并且其腐蚀电流明显变小；随着沉积时间的延长，镀层继续生长且颗粒状铝开始向合适生长位置扩散，当沉积时间为3 h时，在镁合金表面产生片层状铝扩散区，且其腐蚀电位最正，约为–1.30 V，且此时腐蚀电流达到最小。结论 通过恒电流电沉积的方法，可以成功在AZ31镁合金表面制得铝层，且表面镀铝层可以有效提高镁合金的耐蚀性。其中沉积时间为1 h，镁合金的抗腐蚀性有轻微改善；沉积时间为2 h时，镁合金的耐蚀性进一步提高；而沉积时间为3 h时，铝镀层对镁合金的保护效果最好，腐蚀破坏最弱，镁合金的耐蚀性有明显的提高。
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  铝硅复合硅氧烷封孔层的制备及耐腐蚀性能

  王学生, 刘侠, 包全合, 张世宏

  表面技术. 2019, 48(10): 258-266. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.032

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  目的 提高涂层耐腐蚀性能，并研究封孔剂中铝硅溶胶与硅氧烷的比例对封孔性能的影响。方法 以铝硅复合溶胶和甲基三甲氧基硅氧烷（MTMS）为主要原料，通过溶胶-凝胶法制备无机-有机复合封孔剂，并对Cr3C2-NiCr热喷涂涂层进行封孔，探究不同比例的复合封孔剂对涂层耐腐蚀性能的影响。采用X射线衍射（XRD）、热重-差热（TG-DTA）、扫描电子显微镜（SEM）检测研究封孔层物相组成、热稳定性和微观形貌。通过极化曲线和电化学阻抗谱测试研究封孔前后涂层的耐腐蚀性能，并以全浸泡腐蚀试验对其耐腐蚀性能进一步探究。结果 铝硅复合硅氧烷封孔剂的固化温度在120 ℃左右，固化后，涂层表面光滑致密，封孔剂的耐热温度在300 ℃左右。该封孔剂对涂层孔隙具有良好的填充作用。当铝硅复合溶胶和硅氧烷质量比为3︰2时，涂层的耐腐蚀性最好，其自腐蚀电流密度和阻抗分别为8.671×10–6 A/cm2和4593 Ω?cm2，全浸泡腐蚀速率为4.17×10－3 g/(m2?h)。随着封孔剂中MTMS比例增加，固化过程中不断有裂纹产生，导致涂层的耐腐蚀性能不断降低。结论 制备的封孔剂显著提高了涂层的耐腐蚀性能，并且在MTMS质量分数为40%时，其耐腐蚀性能最优。
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  基于PSO-GRNN模型的埋地管道腐蚀剩余寿命预测

  王文辉, 骆正山, 张新生

  表面技术. 2019, 48(10): 267-275. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.033

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  目的 构建埋地管道腐蚀深度预测模型，预测腐蚀管道的剩余使用寿命。方法 依据ASME B31G剩余强度评价标准，给出管道的最大允许腐蚀深度计算方法，引入广义回归神经网络（GRNN），构建埋地管道腐蚀深度预测模型，采用粒子群算法（PSO）优化GRNN的网络参数，结合管道腐蚀发展趋势预测方法，对埋地薄弱管道进行腐蚀剩余寿命预测。以陕西省某埋地输油管道为例，选取8个主要外腐蚀因素，构建外腐蚀指标体系，借助Pycharm编程仿真，结合埋片试验，对该模型预测结果进行验证分析，并预测各腐蚀管段剩余使用寿命。结果 与BP模型相比，PSO-GRNN模型的管道腐蚀深度预测结果最大相对误差控制在13.77%以内，平均相对误差仅为6.63%。寿命预测结果显示，部分管段的剩余使用寿命未能达到其预期服役寿命。结论 所建模型预测性能要明显优于BP模型，预测精度更高，能够较好地预测埋地管道的最大腐蚀深度和未来的腐蚀发展规律，剩余寿命预测结果贴近实际，为管道的维修和更换提供了指导依据，在实际工程中，具有一定的应用价值。
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  真空热处理提高烧结钕铁硼镀Cu层结合力的研究

  肖松, 杨杰, 张青科, 杨丽景, 宋振纶, 李谋成

  表面技术. 2019, 48(10): 276-284. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.034

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  目的 提高烧结钕铁硼表面镀Cu膜层结合力，改善可焊性，进一步制备生物友好的强耐蚀性防护薄膜。方法 采用磁控溅射技术在钕铁硼表面制备约7 μm厚的Cu膜，研究热处理温度和时间对Cu/NdFeB界面组织、膜基结合力和样品磁性能的影响，选取最优化热处理样品电镀约2 μm厚的Sn膜，再于280 ℃在其表面焊接Au片，评估其可焊性。结果 500 ℃热处理样品的Cu膜与基体间发生了明显扩散，扩散深度及结合力随时间延长而增加。热处理2 h样品的膜基结合力由处理前的11.0 MPa提高至31.5 MPa，膜基分离位置发生在磁体亚表面层，矫顽力、剩磁和最大磁能积等磁性能无显著下降。进一步镀Sn后，在其表面焊接的Au层与Cu膜层基体冶金结合良好，耐腐蚀性能优异。700 ℃热处理样品的Cu膜与基体间扩散过快，易造成Cu膜消失及钕铁硼基体表面损伤。结论 真空热处理温度和时间对Cu/钕铁硼界面组织有根本性影响，通过适宜的热处理可大幅提高磁控溅射的Cu膜与烧结钕铁硼之间的膜基结合力，同时不明显降低磁性能，可采用焊接方法在热处理后的Cu膜表面制备结合力高、长效耐蚀且生物友好的防护薄膜。
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  高压直流换流阀均压电极的结垢机理研究

  国建宝, 崔鹏飞, 关胜利, 汪广武, 王海军, 陈建业, 黄克峰, 耿曼, 傅宇湘, 杨伟龙, 吴安兵, 邓龙龙

  表面技术. 2019, 48(10): 285-291. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.035

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  目的 通过研究换流阀冷却系统均压电极结垢机理，分析结垢的过程、影响因素、形成规律，总结结垢的根本原因，再根据分析结论提出均压电极腐蚀结垢的综合整治措施，形成改进技术方案。方法 先通过文献分析国内外均压电极研究进展并进行总结，找出均压电极结垢的相关影响因素，通过试验验证，明确均压电极结垢的主要过程和影响结垢的主要因素，最后根据试验结果提出合理的抑制或减轻结垢的措施。结果 均压电极结垢的主要影响因素是铝制散热器的电化学腐蚀及流体冲刷腐蚀，腐蚀产物在均压电极部位汇聚、沉积，导致结垢。结垢过程为：散热器内表面发生的化学腐蚀以及流体喘振造成的磨损腐蚀二者协同，相互加强，致使铝元素转化为离子形态进入循环系统冷却介质中，并在均压电极电场作用下吸附至电极表面，从而在电极表面形成结垢。结论 均压电极结垢与水冷系统的电化学腐蚀和流体冲刷有关，采用深度除盐水质精处理的方式去除冷却水中的致垢离子，能有效减缓均压电极的结垢。
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  茴三硫作为一种新型高效缓蚀剂对铜在0.5 mol/L硫酸溶液中的缓蚀性能

  张金亮, 梁会军, 金向红, 刘新文, 洪晓波

  表面技术. 2019, 48(10): 292-300. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.036

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  目的 探究茴三硫对铜在硫酸溶液中的缓蚀性能。方法 使用电化学阻抗谱和动电位极化曲线，探究在不同温度下茴三硫对铜在硫酸溶液中的缓蚀性能，凭借扫描电子显微镜和原子力显微镜观察铜样品在不同条件下的表面形貌，利用极化曲线数据对多种吸附等温方程进行拟合，探究茴三硫在铜表面的吸附类型。结果 电化学测试结果表明，茴三硫浓度为5 mmol/L，温度为25 ℃时，缓蚀效率高达97.8 %，并且随着温度的升高，缓蚀效率增强；在温度为40 ℃，浓度为5 mmol/L时，利用极化曲线和阻抗谱得到的缓蚀效率分别为98.9%和99.8%。另外，扫描电子显微镜和原子力显微镜的测试结果有力地佐证了茴三硫能够有效地减缓铜在硫酸介质中的腐蚀。观察吸附等温模型发现，茴三硫在铜表面的吸附符合Langmuir单层吸附，在25、30、35、40 ℃时的DG0 ads值分别为–31.36、–33.80、–36.87、–37.13 kJ/mol。结论 茴三硫对铜在硫酸溶液中具有良好的缓蚀作用，并且随着温度的增大，缓蚀性能增强。DG0 ads值表明，茴三硫在铜表面的吸附属于物理和化学吸附的共同作用，并且随着温度的升高，化学吸附的作用更加明显。
膜层材料与技术
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  复合还原剂SHP和HAS对Ni-P表面还原镀金的影响

  吴道新, 王毅玮, 肖忠良, 杨荣华, 姚文娟

  表面技术. 2019, 48(10): 301-308. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.037

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  目的 研究复合还原剂次亚磷酸钠（SHP）和硫酸羟胺（HAS）对置换镀金过程的影响，拟解决化学镀Ni-P层上置换镀金的镍腐蚀和后期沉金困难的问题。方法 采用连续加热测试，研究了还原剂对镀液稳定性的影响。利用密度泛函理论对配合物分子进行了计算，对比了反应前后配合物分子结构的福井函数和轨道能级。通过XRF测试了金层的厚度，并结合开路电位分析了还原剂对镀层厚度的影响。利用恒电位下电流瞬变对金核生成和成长的影响进行了分析。通过SEM对镀层的微观形貌进行了表征；通过Tafel测试对镀层的电化学抗腐蚀性进行了分析。结果 次亚磷酸钠和硫酸羟胺同时加入不会影响镀液的稳定性，羟胺与腈根的反应降低了Au+的反应活性。0.05 mol/L次亚磷酸钠和0.03 mol/L硫酸羟胺下能够获得超过0.09 μm的镀金层。在次亚磷酸钠的作用下，镀金过程中的镍析出减少，镍层的腐蚀得到有效抑制。成核模式在硫酸羟胺的作用下处于瞬时成核，金核尺寸更大。镍腐蚀的减少以及镀金层厚度的增加，使得整个镀层的抗腐蚀性能得到显著的提高。结论 在置换镀金液中同时加入次亚磷酸钠和硫酸羟胺有效地提升了镀金速率，并且降低了镍层腐蚀，改善了化学镀镍金层的质量，有利于提高工业生产效率，并满足PCB高致密性和高频化趋势下的新要求。
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  7A55铝基表面微区等离子烧结复合陶瓷涂层的工艺与机理

  陈海涛, 吴护林, 李忠盛, 丛大龙, 何庆兵, 易同斌

  表面技术. 2019, 48(10): 309-316. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.038

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  目的 通过优化电解液配方和电参数输出模式，得到改性微弧氧化新工艺，制备出综合性能优良的SiO2-Al2O3复合陶瓷涂层。方法 采用碱性硅酸盐体系电解液为诱发起弧剂，加入80~150 mL/L的碱性硅溶胶溶液和60~80 g/L蔗糖等成分为辅助添加剂，同时在电参数中加入负电参数，在7A55铝合金基体表面完成了SiO2-Al2O3复合陶瓷涂层的制备。采用SEM和EDS等测试方法分析了复合陶瓷的微观形貌和组成元素，并与制备单一Al2O3陶瓷涂层的微弧氧化工艺进行对比，分析新工艺的成膜机理。结果 改性新工艺能够在7A55铝合金基体表面制备出SiO2-Al2O3复合陶瓷涂层，厚度达到100 μm以上，其制备效率相比微弧氧化制备单一Al2O3陶瓷涂层提高了2~3倍。复合陶瓷涂层由表及里，Al2O3含量增加，SiO2含量减少，表面呈致密的球形颗粒状，没有单一Al2O3陶瓷涂层的微裂纹和大量烧蚀孔洞。新工艺除了微区放电形成微区等离子弧烧结，得到Al2O3陶瓷涂层外，还有SiO2的吸附沉积，为吸附与烧结综合作用过程。结论 加入含纳米SiO2的碱性硅溶胶等成分改性电解液，有利于改善陶瓷涂层结构，提高致密性。
表面质量控制及检测
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  磁流变抛光技术的研究进展

  王嘉琪, 肖强

  表面技术. 2019, 48(10): 317-328. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.039

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  磁流变抛光技术具有加工面形精度高、表面粗糙度小、加工过程易于控制、表面损伤小、加工过程中不产生新的损伤等优秀特点，因此多应用于加工要求高的精密和超精密领域，最常应用于光学加工方面。综述了磁流变抛光技术材料去除数学模型的建立进展，论证了该模型的正确性，总结出该基本模型具有通用性，模型能够适用于平面和凸球面等形面加工中，此外，对实现计算机控制抛光过程的准确性具有指导意义。概述了磁流变抛光工艺实验进展，总结磁流变抛光影响抛光效果的主要因素是磁场强度和磁场发生装置，在优化工艺参数组合下能够达到纳米级表面，能够消除亚表面损伤，还能够用以加工各种复杂形面等。就目前磁流变抛光技术的发展新方向作以总结，包括集群磁流变抛光技术、组合磁流变抛光技术以及磁流变-超声复合抛光技术，介绍这几种加工方法的工作原理以及能够达到的实验效果。最后对现阶段磁流变抛光技术中存在的问题做出总结，并针对各个问题提出相对应的思考和展望。
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  基于扫描开尔文探针力显微镜的金属中局部氢分布测试方法研究

  顾超华, 朱盛依, 郑津洋, 李炎华, 张林, 骆承法, 花争立

  表面技术. 2019, 48(10): 329-335. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.040

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  目的 探明金属材料中局部氢分布及演化特性是揭示其高压氢脆机理、预测承载件服役性能的重要基础。由于材料中局部氢分布测试难度大，目前各种测试研究方法都存在缺点和不足。方法 利用扫描开尔文探针力显微镜（SKPFM）进行金属中局部氢分布研究具有空间分辨率高、测试无损的特点，但其测试结果影响因素多，亟待建立相应的测试可靠性保障方法。较为系统的研究了关键测试参数、试验温度、试验气氛环境等对SKPFM测试结果的影响规律。基于上述影响SKPFM测试结果的因素及其影响规律，建立了相对应的控制策略，完善了基于SKPFM的金属近表面局部氢分布测试方法，并对该方法的有效性进行了验证。最后，利用建立的方法研究了高温高压充氢后S30408中氢分布的演化规律。结果 对于特定的激振频率，总存在一个激振相位的最佳区间，在此区间内CPD测试的误差最小，且数据稳定性高，激振频率的变化会导致最佳相位区间的变化；空气中的水分和氧气不仅对CPD整体值影响较大，还改变了不同位置处CPD的差值。根据对高温高压充氢后S30408中氢分布的演化规律的观察，氢在S30408中扩散速度随晶向的不同存在差异性。结论 利用SKPFM可以有效的测试金属近表面局部氢分布，为金属材料氢脆机理的研究提供了支撑。
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  基于二值化赋范梯度的中厚板表面缺陷检测

  梁颖, 詹光曹, 徐科

  表面技术. 2019, 48(10): 336-341. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.041

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  目的 针对中厚板表面复杂、缺陷识别率低的问题，设计一种有效的候选窗口提取方法，提升中厚板表面缺陷检测的准确性与实时性。方法 引入视觉选择性注意机制，采用一种基于二值化赋范梯度特征（Binarized Normed Gradients，BING）的一般对象估计算法来快速准确地提取缺陷感兴趣区域（Region of Interest ，ROI），有效缩短搜寻过程。首先将样本归一化到8×8大小，提取规范化梯度特征（Normed Gradients，NG），学习一个测量显著性的线性SVM分类器来预测图像窗口含有缺陷的可能性。然后再通过样本尺度优化显著性评分，学习一个校准显著评分的线性SVM分类器。最后将两个SVM模型级联，用于在线检测，提取缺陷感兴趣区域。结果 将训练好的BING模型与Inception-V3卷积神经网络相结合，用于中厚板表面缺陷检测与识别，BING算法有效减少了ROI数量，在ROI数量为500的情况下，达到了98.2%的召回率。结论 在保证缺陷召回率的前提下，BING生成的ROI数量比滑动窗口遍历方式少2个数量级，有效减少了后续识别算法的计算量，有利于引入复杂的分类器提升中厚板表面缺陷识别的准确率。
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  GCr15钢平面磨削力仿真分析与实验研究

  张银霞, 韩程宇, 杨鑫, 王栋, 刘治华

  表面技术. 2019, 48(10): 342-348. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.042

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  目的 对不同磨削工艺参数下的平面磨削力进行预测，对磨削机理进行研究，进而控制磨削加工质量。方法 考虑CBN砂轮表面磨粒形状的多样性、姿态的多样性和空间分布的随机性，建立CBN砂轮模型，对GCr15材料模型进行有限元砂轮磨削仿真。同时使用CBN砂轮，采用不同的工件进给速度对GCr15进行单因素平面磨削实验，使用三坐标测力仪测量不同磨削参数下的磨削力。结果 建立的仿真砂轮模型的表面形貌与真实砂轮接近，仿真砂轮上的磨粒出刃高度均服从正态分布，与实际砂轮一致。对比随机多面体磨粒模型和真实CBN磨粒照片，两者形貌相似。磨削力实验和仿真结果表明，工件进给速度由3 m/min增大到18 m/min时，磨削力逐渐增大，仿真所得法向磨削力最大误差远小于切向磨削力。结论 实验结果与仿真结果具有一致性，证明了砂轮磨削有限元仿真模型可用于磨削力预测。因为仿真中无法考虑实际砂轮尺寸和砂轮表面结合剂对磨削的影响，结果具有一定误差，仿真的准确性有待进一步提高。研究结果为使用有限元方法研究磨削机理和控制磨削加工质量提供了思路。
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  基于固结磨料盘的钽酸锂高效研磨加工试验研究

  袁巨龙, 张韬杰, 杭伟, 凌洋, 王洁, 赵萍

  表面技术. 2019, 48(10): 349-354. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.043

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  目的 实现钽酸锂材料的高效、高质量、低成本加工。方法 选择合适的添加剂作为辅料，利用树脂结合剂将3000#的金刚石磨料通过配混料、固化、压实、修整等步骤，制成金刚石固结磨料盘。以加工过程中钽酸锂工件的材料去除率、表面形貌以及粗糙度等作为评价指标，在相同粒径条件下，用游离磨料、固结磨料磨盘对钽酸锂晶片进行加工，对比加工结果。结果 在压力为4 kPa、研磨盘转速为140 rad/min的条件下，3000#金刚石游离磨料铸铁盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后，材料去除率为37.89 μm/h，表面粗糙度Sa由420 nm改善至233.308 nm，但是晶片表面出现深划痕，从而导致易破碎，且有少量磨粒残留在钽酸锂晶片上。而在相同加工条件下，采用3000#金刚石固结磨料盘研磨Y-36°钽酸锂晶片10 min后，材料去除率为66.19 μm/h，表面粗糙度Sa降低至97.004 nm，且晶片表面划痕较浅，无磨粒残留在钽酸锂晶片上。结论 采用固结磨料盘加工后的表面粗糙度比游离磨料加工后的表面粗糙度更低，表面形貌更好，材料去除率更高，达到了钽酸锂晶片精研的加工效率和表面质量。同时固结磨料盘研磨LT晶片时，其表面粗糙度随压力、转速增大而减小，材料去除率随压力、转速增大而增大。
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  圆柱曲面剪切增稠抛光材料去除函数仿真与实验研究

  陈士豪, 吕冰海, 贺乾坤, 杨易彬, 邵琦, 宋志龙, 袁巨龙

  表面技术. 2019, 48(10): 355-362. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.044

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  目的 通过有限元仿真方法获得圆柱曲面周围压强场和速度场的分布，结合实验结果拟合得到修正系数，从而建立圆柱曲面剪切增稠抛光（STP）的材料去除函数。方法 运用计算流体动力学仿真软件CFX，对圆柱曲面STP过程的抛光液流动进行仿真，通过对比工件所受作用力的仿真值与实验测量值，求得流体流变特性修正系数Kv，再根据仿真得到的圆柱曲面表面压强场和抛光液速度场，基于Preston方程建立圆柱曲面STP的材料去除函数。以不锈钢316圆柱曲面为抛光实验对象，通过去除率测量结果拟合得到材料去除函数系数。结果 计算得出流体流变特性修正系数Kv=40.1，修正后，仿真模型的压力输出值与实验测量值的误差为4.7%。计算得到Preston方程去除函数的方程系数Kc=28.85。材料去除函数在整个圆柱曲面呈现近似正弦函数的分布规律，与抛光速度呈指数函数关系。抛光仿真和实验结果有着较好的吻合，误差在5%以内，表明了仿真模型的有效性。结论 通过CFX仿真，可以很好地揭示剪切增稠抛光过程中圆柱曲面表面压强场和速度场的分布规律，并基于Preston方程建立材料去除函数，这种剪切增稠抛光去除函数的建立方法，不仅仅适用于规则的圆柱体，也适合其他形状工件剪切增稠抛光去除函数的建立。
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  基于自激振荡脉冲特性的磨粒流抛光不锈钢细管内壁的仿真与实验研究

  邓乾发, 郭晨曦, 袁巨龙, 周辉, 吕冰海, Duc-Nam Nguyen

  表面技术. 2019, 48(10): 363-371. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.10.045

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  目的 解决传统抛光方法对细管件或微孔内表面抛光困难的问题。方法 提出一种基于自激振荡脉冲特性的磨粒流抛光方法。利用自激振荡腔，使磨粒流产生振荡脉冲，实现对细管件或微孔内壁高效抛光。建立自激振荡脉冲磨粒流流体区域的数学模型，并通过数值仿真计算获得自激振荡腔体的结构参数d2/d1和L/D以及过渡角β。搭建实验平台，实验验证了自激振荡脉冲特性磨粒流抛光方法的有效性。结果 不锈钢细管件的抛光结果表明，加工12 h后，不锈钢细管件内壁的粗糙度Ra从480 nm降到50 nm，内壁面轮廓无明显的单向性纹理；14 h后，不锈钢细管内壁有明显镜面效果。而无振荡腔的情况下需要磨粒流抛光14 h，管件内壁表面粗糙度才达到55 nm，壁面轮廓存在明显的磨粒流抛光流动方向的纹路。结论 通过仿真和实验证明了自激振荡脉冲效应抛光方法（SOAFP）的有效性。此外，在本实验条件下，自激振荡腔体的结构参数d2/d1=1.6、L/D=0.5和过渡角β=60°时，抛光效率和抛光后表面质量最佳。