2019年, 第48卷, 第12期　
刊出日期：2019-12-20

  

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特邀综述
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  激光冲击强化的影响参数与发展应用

  乔红超, 胡宪亮, 赵吉宾, 吴嘉俊, 孙博宇, 陆莹, 郭跃彬

  表面技术. 2019, 48(12): 1-9. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.001

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  激光冲击强化是一种先进表面技术，其利用激光诱导形成的等离子冲击波对金属材料进行强化，因具有强化效果更佳、可操控性更强和适用性更好等技术优势，得到了越来越广泛的应用与研究，对提高部件的疲劳性能和延长材料使用寿命具有重要作用。简要介绍了激光冲击强化技术的发展概况，分别从激光工艺参数、约束层与吸收保护层、冲击角度等影响参数进行了重点分析与总结。激光工艺参数是影响强化效果的最重要因素，选取最佳的激光功率密度、最优的光斑搭接率、适当的冲击次数以及合适的脉冲宽度可以明显提高强化效果。针对不同的材料形态，应选取合适的约束层和吸收保护层，提高激光透光率的同时防止材料表面烧蚀。此外还需考虑激光冲击强化的冲击角度，选择合适的冲击角度，能够对复杂的结构进行强化。综合考虑激光冲击强化的影响参数，可为得到最佳激光冲击强化效果提供重要的理论参考。
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  铝合金微弧氧化的研究进展

  雷欣, 林乃明, 邹娇娟, 林修洲, 刘小萍, 王志华

  表面技术. 2019, 48(12): 10-22. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.002

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  综述了微弧氧化技术的发展历程、成膜机理，论述了铝合金微弧氧化的特点。基于铝合金微弧氧化工艺研究现状，详细阐述了氧化时间、占空比、电压、电流密度、电解液浓度、基体粗糙度、纳米颗粒添加剂以及复合工艺等对铝合金微弧氧化膜层的组织与性能的影响。如电流密度会影响涂层的生长机理，使膜层的表面结构和内部缺陷产生较大的差异；采用不同的电解液所得到的膜层的厚度和粗糙度有明显的区别；在不同的电压参数下膜层的均匀性及膜层中微孔的尺寸大不相同；制备微弧氧化复合涂层以及采用纳米增强颗粒可使膜层的结构和性能有大幅提升。通过改变以上影响因素对铝合金微弧氧化膜层组织和结构加以调控，从而实现了对膜层性能的优化，如膜层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳性能的提高。最后对铝合金微弧氧化的发展方向提出了展望。
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  等离子熔覆技术的研究现状及展望

  时运, 杜晓东, 庄鹏程, 王长剑, 高万东

  表面技术. 2019, 48(12): 23-33. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.003

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  等离子熔覆技术是一种高效且应用广泛的表面处理技术，具有与基体结合良好、设备成本低、工作环境无污染及操作简单等优点。从等离子熔覆工艺参数研究、等离子熔覆合金涂层、等离子熔覆颗粒增强金属基复合涂层、等离子熔覆层质量调控方法、等离子熔覆技术应用等五个方面，介绍了等离子熔覆技术当前的发展概况。其中，关于等离子熔覆工艺参数研究方面，阐述了熔覆电流、离子气体流量、送粉气体流量、粉末送粉量、焊枪摆动幅度、焊接速度、喷嘴与工件之间的高度及多道搭接时搭接率等参数对涂层组织性能的影响；在等离子熔覆合金涂层方面，介绍了等离子熔覆用合金粉末及其引入方式的研究进展；在等离子熔覆颗粒增强金属基复合涂层方面，叙述了增强颗粒及其添加方式的最新研究成果；在等离子熔覆层质量调控方法部分，阐述了预热缓冷、热处理、外加磁场、机械振动、超声波辅助、加入变质剂及添加稀土元素等手段对熔覆层的质量调控作用；在等离子熔覆技术应用方面，介绍了等离子熔覆技术在矿山机械、汽车零部件再制造以及阀门修复等领域的应用。最后对等离子熔覆技术的应用前景及发展趋势做出了展望。
专题——金属表面镀层处理技术
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  磷酸盐无机涂料及其研究进展

  秦真波, 夏大海, 吴忠, 胡文彬

  表面技术. 2019, 48(12): 34-42. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.004

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  磷酸盐涂料是在磷酸盐粘结剂中添加金属及金属氧化物骨料而形成的一种水性无机涂料。由于磷酸盐涂料固化后所形成的涂层具有机械强度高、防护性能好以及与基体附着力高等优点，已广泛应用于航天、航海以及汽车等工业领域。相比于金属涂层和有机涂层，磷酸盐涂料因其独特的优势而日益受到越来越多的关注。介绍了磷酸盐无机涂料及其组成，并综述了其在腐蚀防护、耐磨减摩、耐高温隔热等领域的应用。首先，详细阐述了粘结剂、固化剂、骨料等组分在涂料中的作用，同时对各组分的研究进展进行了论述。随后，报道了国内外有关的磷酸盐涂料固化成膜理论，分析了磷酸盐在高温和常温条件下的成膜机制。然后，针对磷酸盐涂料所存在的固化温度高、脆性大、韧性差、表面易存在缺陷等不足，总结了有机溶剂、缓凝剂、硅溶胶、石墨烯等对磷酸盐涂料的改性研究。最后，展望了磷酸盐涂料的发展趋势，指出常温易固化涂料配方的开发以及发展有机-无机复合涂层将会是今后研究的重点。
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  钝性金属表面共价结合自组装膜制备及耐蚀性研究进展

  潘成成, 宋诗哲, 胡文彬, 夏大海

  表面技术. 2019, 48(12): 43-53. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.005

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  海洋环境中的Cl-是影响不锈钢和铝合金等钝性金属钝化膜稳定性的关键因素。共价结合分子自组装膜具有环境友好、成本低、热力学稳定性好、工艺简单的特点，是提升钝化膜稳定性的有效策略且已成为近年来的研究热点。共价结合自组装膜虽然厚度只有几纳米，但结合力好，可实现层层自组装，为不锈钢的腐蚀防护注入了新的活力。综述了常见的单分子体系组装膜和复合体系组装膜，探讨了各种组装膜的组装机理、影响组装膜质量的因素及在腐蚀防护中的潜在应用。其中单分子体系组装膜主要包括硅烷类、膦酸化合物类、羟基化合物、儿茶酚类衍生物、芳基重氮类化合物等。单分子体系组装膜，由于致密性、均一性、覆盖度等尚未达到理想要求，因此逐步向多分子体系组装膜发展，以进一步优化组装膜的综合性能。未来工作需进一步发展适用于评价组装膜机理和组装过程的原位实时表征技术，结合量子化学计算和先进的材料表征手段，从微纳米尺度和原子尺度搞清成键形式、分子取向等重要信息。开发新型可有效阻隔H2O分子和Cl-传输的功能性有机分子或聚合物，为实现金属材料的主动腐蚀防护提供科学依据。
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  金属含量对Co-TiO2纳米颗粒复合薄膜微观结构及其性能的影响

  陈浩禹, 张亦文, 吴忠, 秦真波, 吴姗姗, 胡文彬

  表面技术. 2019, 48(12): 54-58. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.006

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  目的 使Co-TiO2纳米颗粒复合薄膜同时具备高的磁化强度及电阻率，从而实现更好的高频软磁特性。方法 通过磁控共溅射的方法，在不同金属靶功率下制备了Co-TiO2纳米颗粒复合薄膜，并探究金属含量对薄膜的微观结构、表面形貌、电学和静态磁学性能的影响。结果 薄膜中的金属颗粒被非晶态的TiO2分散。金属含量的增加可以显著提高纳米颗粒薄膜中金属颗粒的结晶性，降低薄膜电阻率，并且通过改变金属含量，可使薄膜逐渐从超顺磁态向铁磁态转变，达到精确调控纳米颗粒复合薄膜的磁学和电学性能的目的。结论 在金属含量达到54%时，实现了高电阻率和高饱和磁化强度共存，有望得到具有高频软磁特性的纳米颗粒复合薄膜。
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  热处理对电沉积纳米晶铬镀层微观结构及耐蚀性的影响

  王心悦, 王吉会, 高志明, 夏大海, 胡文彬

  表面技术. 2019, 48(12): 59-67. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.007

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  目的 改善H13钢表面纳米晶Cr镀层的微观结构和耐腐蚀性能。方法 利用电沉积技术在H13钢表面制备纳米晶Cr镀层，并通过调整热处理工艺调控Cr镀层的结构和性能。通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线衍射仪（XRD）、维氏显微硬度计和中性盐雾试验（NSS）研究了不同热处理工艺下Cr镀层的表面形貌、粗糙度、相结构、硬度及耐蚀性。结果 采用电沉积技术成功在H13钢表面制备出体心立方结构的纳米晶铬镀层，其晶粒和微裂纹尺寸随着热处理温度（200~600 ℃）和保温时间（1~ 2 h）的增加而增大。当热处理温度达到400 ℃时，镀层表面检测到Cr2O3氧化层，并随着热处理温度和保温时间的增加，氧化程度逐渐增大。此外，Cr镀层硬度随着热处理温度和保温时间的增加而逐渐降低。在600 ℃下保温2 h后，镀层硬度为(499.8±9.3)HV0.2，与镀态（(749.0±13.2)HV0.2）相比，大约下降了33%。然而，经500 ℃和600 ℃热处理的镀层具有最好的耐蚀性能，盐雾试验后，镀层表面未见明显腐蚀缺陷，保护评级为10级。结论 随着热处理温度和保温时间的增加，镀层晶粒变大，表面氧化程度加剧，耐蚀性能显著增强。
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  金属基体上超疏水表面的制备及其机械耐久性的研究进展

  丁元迪, 周潼, 王若云, 刘磊, 胡文彬

  表面技术. 2019, 48(12): 68-86. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.008

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  在金属基体上构建超疏水表面可有效解决金属材料在使用过程中不耐腐蚀、容易覆冰等问题，同时赋予其自清洁、油水分离、润滑减阻等特殊功能，具有极高的应用价值和市场前景。但目前普遍存在的规模化生产困难及机械耐久性差的两大问题严重限制了其实际应用。归纳了在金属基体上制备超疏水表面的基本方法，对化学刻蚀法、阳极氧化法、电化学沉积法、水热法、喷涂法等5种典型方法进行了重点综述，讨论了其优劣势，并结合最新研究进展，提出低表面能改性剂的绿色环保化和一步法制备超疏水表面是未来的发展趋势。针对超疏水表面机械耐久性的问题，分析了机械磨损导致超疏水材料失效的原因，总结了机械稳定性的测试手段和评价机制，然后立足于机械稳定性和化学稳定性两个关键因素，提出提高金属基体上超疏水表面的机械耐久性，延长服役寿命的4种基本方法：1）精细设计微纳米多级复合结构； 2）引入粘结层以加固表面微观结构；3）不使用低表面能物质，仅靠粗糙结构实现超疏水；4）构建自修复表面。最后对该领域未来的研究重点和发展趋势进行了展望。
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  电镀Ni-P-Ti3C2Tx合金镀层的制备以及性能研究

  杜英超, 仉小猛, 魏连启, 王永良, 于博, 叶树峰

  表面技术. 2019, 48(12): 87-93. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.009

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  目的 提高Ni-P合金镀层的硬度及腐蚀防护性能。方法 块体Ti3AlC2颗粒经过氢氟酸的刻蚀作用得到二维层状结构的Ti3C2Tx材料，并通过电沉积技术将其掺杂到Ni-P合金镀层中，从而制备出Ni-P-Ti3C2Tx复合合金镀层，研究复合合金镀层的成分、表面形貌、表面接触角和硬度，并结合动电位极化曲线以及尼奎斯特阻抗图，分析Ti3C2Tx颗粒掺杂对Ni-P合金镀层性能的影响。结果 通过深入研究复合合金镀层的性能，发现随着Ti3C2Tx颗粒掺杂量的增加，Ni-P-Ti3C2Tx合金镀层的表面粗糙程度不断增加，这可能是由于导电的Ti3C2Tx颗粒使得合金镀层的树枝状结晶增加，而且合金镀层的表面接触角增大，对于提高合金镀层的腐蚀防护性能有很大的促进作用。由于Ti3C2Tx颗粒的掺杂，合金镀层的显微硬度得到了提高，这主要是依靠于弥散增韧的作用以及有限的晶界。Ni-P-Ti3C2Tx合金镀层的腐蚀防护性能随着Ti3C2Tx颗粒掺杂量的增加，出现了先增加后减小的趋势。结论 Ti3C2Tx颗粒的掺杂对提高Ni-P合金镀层的硬度以及腐蚀防护性能有一定的作用。
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  水热溶液pH值对AZ91D镁合金表面珍珠质涂层性能的影响

  俞丹, 何美凤, 王浩, 王帅, 范宝中, 苑承功

  表面技术. 2019, 48(12): 94-101. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.010

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  目的 研究水热溶液pH值对AZ91D合金基体上珍珠质涂层的成分、形貌、抗腐蚀能力以及细胞相容性的影响。方法 使用不同pH条件下（5.8、7、8.8、11.8）的水热反应溶液，在AZ91D基体上水热合成珍珠质涂层。利用XRD、XPS和SEM分析涂层的化学成分以及微观形貌。用电化学测量系统评估材料在模拟体液（Simulated Body Fluid，SBF）中的开路电位和极化曲线。通过细胞计数试剂盒（CCK-8法）和拍摄细胞荧光照片，来检测珍珠质涂层的细胞相容性。结果 珍珠质涂层的成分和形貌会随着水热反应溶液pH值的不同而发生明显的变化。电化学腐蚀试验证实，与空白对照试样相比，沉积有珍珠质涂层的样品的OCP值较高，其Jcorr值也减少了近10倍，Ecorr值向正电位方向移动。此外，弱碱性条件下所沉积涂层的耐蚀性最优，其Ecorr（vs.SCE）值提高了0.16 V，Jcorr值降低了8.16′10–5A/cm2。细胞相容性测试结果表明，珍珠质涂层不具有毒性，珍珠粉原材料为涂层提供的大量骨生长因子，能够促进成骨细胞的增殖。结论 采用水热反应法，成功地在AZ91D合金基体上制得珍珠质涂层，该涂层可以有效地改善镁合金在人体中的耐蚀性和生物相容性。
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  搅拌摩擦加工工具对镍铝青铜合金显微组织和机械性能的影响

  吕玉廷, 聂彬, 刘国浩, 王柄皓, 曹连民, 秦真波, 吴忠

  表面技术. 2019, 48(12): 102-107. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.011

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  目的 掌握搅拌摩擦加工镍铝青铜合金的组织演变规律，获得机械性能最好的显微组织。方法 基于搅拌摩擦加工热输入理论改善加工工具，采用改善前后的工具制备具有各种微观组织的镍铝青铜合金，并采用显微硬度仪测试合金的显微硬度，通过光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜观察加工合金的显微组织。结果 搅拌摩擦加工的组织主要包括魏氏体α、带状α、溪流状α以及等轴状α组织，各组织形成的最高温度逐渐减小，其中等轴状组织具有最高的显微硬度，其微观组织主要包括大量的等轴状α晶粒、κ相和极少的β′相。结论 通过减少工具轴肩直径，增加搅拌针的长度来改善加工工具，可以明显减少搅拌摩擦加工过程中的热输入。较低最高温度下制备的等轴状α组织具有最好的机械性能，其主要的强化机制为细晶强化、第二相强化和加工硬化。
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  CNTs增强金属铜复合泡沫的制备工艺及电磁屏蔽性能

  汪从珍, 谢明, 易健宏, 刘意春

  表面技术. 2019, 48(12): 108-113. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.012

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  目的 金属铜泡沫是一种综合性能优良的电磁屏蔽材料，采用碳纳米管（CNTs）对其进行复合，拟进一步改善其电磁屏蔽性能。方法 以三聚氰胺泡沫为模板，采用化学镀和电沉积技术相结合的工艺，制备CNTs增强金属铜泡沫。在对基底泡沫进行化学镀银实现导电化的基础上，研究了电沉积时间、CNTs含量以及后续热处理对复合泡沫形貌及镀层结构的影响。并采用矢量网络仪对CNTs增强金属铜复合泡沫的电磁屏蔽性能进行了测试。结果 化学镀银采用AgNO3质量浓度为20 g/L、反应温度为25 ℃的条件时，银镀层较为均匀完整。复合泡沫的孔隙率随电沉积时间的增加而变小；CNTs体积分数为1.134%的复合泡沫镀层致密连续，CNTs分布较为均匀且无团聚现象。热处理后，复合镀层微观表面更加平整致密。在8.2~12.4 GHz范围内，CNTs/Cu复合泡沫的平均电磁屏蔽效能SE为43.07 dB，平均高出纯铜泡沫约18.77 dB。结论 CNTs均匀分散嵌入铜泡沫骨架的结构中，对于吸收损耗和反射损耗都有明显的提升效果，复合泡沫的总体电磁屏蔽性能得到显著提升。
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  碳纳米管增强Cu-Ni复合镀层制备及其性能

  樊艳娥, 杨绿, 张进, 吴怀超, 王玥

  表面技术. 2019, 48(12): 114-124. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.013

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  目的 提升Cu-Ni复合镀层的硬度、摩擦磨损与抗腐蚀性能。方法 在五水硫酸铜镀液中添加六水合硫酸镍和碳纳米管（CNT），采用电共沉积方法制备Cu-Ni、Cu-Ni/CNT复合镀层。利用显微硬度测试仪、摩擦磨损试验机测试CNT增强复合镀层（Cu-Ni/CNT）的硬度和摩擦磨损性能。借助扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）表征镀层的表面形貌、元素分布及磨斑表面特征。在模拟海水（3.5%NaCl）溶液中测试镀层的电化学阻抗谱（Nyquist）和Tafel曲线。结果 Ni、Cu共沉积时，更多Ni原子被Cu原子置换，镀层硬度相比于纯镍镀层略有下降，但是Cu-Ni固溶体形成后固溶强化使耐磨损性增强。CNT共沉积镶嵌在Cu-Ni复合镀层中，其晶粒细化和弥散强化效应使镀层硬度提高，在考察范围内，最高达到560.59HV。当Cu-Ni共沉积镀液中加入0.08%（质量分数）CNT时，复合镀层中CNT的物理屏蔽使其具有最高的腐蚀电位（-436.08 mV）、最低的自腐蚀速率与最好的抗腐蚀性能，其镀层电阻（Rc）为1573 Ω?cm2；相比于纯Ni镀层，腐蚀抑制效率为95.86%；镀层平均摩擦系数最低，为0.52，耐磨性最佳。结论 共沉积时，适当配比CNT的加入可有效增强Cu-Ni复合镀层的硬度、摩擦磨损性能和抗腐蚀性能。
表面强化及功能化
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  铁氧体表面Cr/Ni/Ag复合薄膜制备及性能研究

  李洪, 崔骏, 林松盛, 石倩, 蔡畅, 韦春贝, 黄裕坤

  表面技术. 2019, 48(12): 125-130. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.014

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  目的 利用真空镀膜技术对铁氧体电磁感芯表面进行金属化处理，对金属薄膜的结构及性能进行综合分析，为其实现工程应用提供一定的理论基础。方法 采用多腔一体式磁控溅射设备在铁氧体磁体表面依次沉积Cr、Ni、Ag，作为铁氧体表面复合金属薄膜。采用扫描电镜对复合薄膜表面、截面形貌进行表征；利用原子力显微镜对复合薄膜表面粗糙度进行测量；利用划格法对复合薄膜附着力进行测试；利用冲压试验对复合薄膜剥离强度进行测试；利用拉伸试验对复合薄膜结合强度进行测试；利用浸锡试验对复合薄膜耐焊性进行测试。结果 试验制备的Cr/Ni/Ag复合薄膜各层厚度分别为420、4200、550 nm，Cr层与Ni层有明显柱状晶结构，层间界面清晰、无明显孔隙，Ag层与Ni层紧密结合。复合薄膜表面粗糙度为13 nm，附着力达0B级，结合力为30 N，抗拉强度达42 MPa。复合薄膜经过450 ℃浸锡18 s后，表面金属薄膜无脱焊或露底。结论 采用磁控溅射技术制备的Cr(420 nm)/Ni(4200 nm)/ Ag(550 nm)复合金属薄膜结构致密均匀，综合性能优异，达到铁氧体电感磁芯表面金属薄膜技术要求。
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  氮气流量对C、N共掺杂NiCr合金薄膜微观结构和电性能的影响

  赖莉飞, 王金霞, 鲍明东

  表面技术. 2019, 48(12): 131-139. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.015

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  目的 提高埋入式薄膜电阻材料的电性能，使其具有较大的方阻值、电阻率和较小的电阻温度系数。方法 利用闭合磁场非平衡反应磁控溅射技术，制备C、N共掺杂NiCr合金埋入式薄膜电阻材料。以前期优化后的溅射参数作为基本实验条件，通过改变氮气流量，分别在铜箔基底和参照基底载玻片上，沉积C、N共掺杂NiCr合金埋入式薄膜电阻材料。用扫描电子显微镜（SEM）和白光干涉仪表征薄膜的表面形貌，用X射线衍射仪（XRD）表征薄膜的微观结构，用X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线能量散射谱仪（EDS）测试薄膜的成分，用表面轮廓仪测膜厚，用拉曼光谱仪分析薄膜中的C元素，用四探针测量系统测试埋阻的方阻值和热稳定性。结果 随着氮气流量的增加，薄膜的衍射峰减弱，非晶化程度增强；当氮气流量为15 mL/min时，薄膜能获得较小的电阻温度系数和较大电阻率，此时薄膜的电阻温度系数范围为0≤TCRNiCrCN≤ 1.663′10-4 K-1，电阻率可达到2.2970×10-3 Ω×cm。结论 反应溅射中产生的中间相Cr2N和CN对薄膜的电阻率和方阻值有影响，C、N共掺杂NiCr合金埋入式薄膜电阻材料的电性能优于NiCr合金薄膜和C掺杂NiCr合金薄膜电阻材料。
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  TSA协同HCl化学刻蚀铝片构筑低粘附超疏水表面及其稳定性

  刘戈辉, 邢敏, 于婷, 雷西萍

  表面技术. 2019, 48(12): 140-149. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.016

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  目的 通过化学刻蚀法制备铝基超疏水表面，并提高其机械稳定性和化学稳定性。方法 以盐酸（HCl）为主刻蚀剂，对甲苯磺酸（TSA）为辅助刻蚀剂，通过化学刻蚀法构筑铝片微-纳米结构，涂覆硬脂酸后制备超疏水铝。探讨最佳刻蚀时间和浓度，通过FESEM、EDS和ATR-FTIR对铝片的表面结构和化学组成进行分析。利用接触角测量仪、电化学工作站和线性耐磨实验分别对铝表面的润湿性、耐腐蚀性和机械稳定性进行研究，并探讨铝在3.5% NaCl溶液中的化学稳定性。结果 当TSA浓度为0.2 mol/L，刻蚀时间为8.0 min时，获得的超疏水表面接触角（CA）最大，为167.9°，滚动角（SA）为6.3°，对应的腐蚀电位较裸铝正向移动了742 mV，腐蚀电流密度降低了1个数量级。此外，该超疏水表面还具有良好的机械稳定性和化学稳定性，经砂纸磨损70 cm后，接触角仍高达155.9°。模拟海水环境测试化学稳定性发现，将其浸泡在3.5% NaCl溶液中，20天仍维持在一种粘附超疏水状态。结论 通过调节化学刻蚀时间和TSA浓度在铝基表面制备得到微-纳米粗糙结构，硬脂酸改性后，获得具有超疏水性能的复合表面。该超疏水铝表面兼具优异的机械稳定性和化学稳定性能，并可以在高盐环境下保护铝基体。
表面摩擦磨损与润滑
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  类金刚石碳薄膜的高温摩擦学研究进展

  崔龙辰, 余伟杰

  表面技术. 2019, 48(12): 150-159. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.017

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  现代工业的迅猛发展迫使愈来愈多的机械零部件需要在高温下运转，因此高温润滑材料的匹配发展至关重要。在摩擦表面沉积固体润滑薄膜是降低高温下机械装备的摩擦与磨损，提高其使用寿命和可靠性的有效手段。近年来，类金刚石碳（Diamond-like carbon，DLC）薄膜的高温摩擦学得到了广泛研究，并取得了一些重要的进展。大量研究表明，通过适当的元素掺杂可以显著提高DLC薄膜的高温摩擦学性能。首先分别综述了纯碳DLC薄膜、含氢DLC薄膜、Si掺杂DLC薄膜、金属元素掺杂DLC薄膜、元素共掺杂DLC薄膜的高温摩擦学研究进展。通过总结文献中的数据，绘制了各种DLC薄膜的摩擦系数随温度的变化曲线，进而确定了各种薄膜的有效润滑温域。在此基础上，提出了几种有望实现宽温域连续润滑的DLC薄膜新体系，并分析了DLC薄膜的高温润滑失效机理，强调了分子/原子的热扩散和薄膜的热应力在DLC薄膜高温润滑失效中的作用。最后，从提高DLC薄膜自身的高温摩擦学性能和提高DLC薄膜与基材的高温结合性能两个方面，对今后亟待开展的研究工作进行了展望。
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  考虑接触热导的往复滑动条件下的数值传热分析

  刘雨薇, 叶福浩, 李和言, 吴健鹏, 潘盈卓

  表面技术. 2019, 48(12): 160-164. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.018

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  目的 研究往复滑动条件下具有体积温差的两个粗糙界面间的传热特点。方法 基于传热学理论，考虑界面间的接触热导，建立往复滑动粗糙界面间的传热模型。采用ABAQUS有限元软件中的子程序GAPCON，将接触热导定义为滑动速度、接触压强、材料热参数以及表面粗糙度的函数，通过数值仿真研究无量纲振幅 、无量纲频率 以及界面接触热导的度量参数 对无量纲平均热流密度的影响。结果 当 ， 时，随无量纲频率和振幅的增大，无量纲平均热流密度增大；当 时，随无量纲振幅的增大，无量纲平均热流密度呈线性增长趋势。结论 增大无量纲频率或者振幅，均可提高界面间的热流密度。随着无量纲参数 和振幅的不断增大，无量纲平均热流密度逐渐趋于稳定值，此时界面接触热导值对传热起主要作用。
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  沟槽形表面织构对柱塞密封副摩擦性能的影响

  王国荣, 廖代胜, 钟林, 廖文玲, 李梦媛, 魏刚

  表面技术. 2019, 48(12): 165-173. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.019

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  目的 提高压裂泵柱塞表面的摩擦学性能。方法 基于稳态二维不可压缩Reynolds方程，建立沟槽形表面织构化柱塞动压润滑理论模型，然后利用有限差分法和高斯-赛德尔迭代法求解柱塞表面的油膜压力分布和剪切应力，进而获得油膜承载力和摩擦系数，开展最小油膜厚度、织构的深度、横截面形状、面积占比以及分布角度对柱塞密封副油膜承载能力和摩擦系数影响规律的数值分析。结果 随矩形沟槽织构深度从2 μm增加到40 μm，织构的动压润滑性能先增大后减小，当深度约为最小油膜厚度的0.6倍时达到最佳，并且最小油膜厚度越大，织构的动压效应越差。4种横截面沟槽织构的动压润滑性能优劣顺序为：矩形>内凸阶梯型>椭圆形>V型。随织构宽度从100 μm增加到480 μm，油膜承载力先增加后减小，宽度在360 μm（72%面积占比）时达到最大。在6种分布角度中，60°矩形沟槽织构的润滑减磨性能最好。结论 在流体动压润滑范围内，适当减小最小油膜厚度，沟槽底部尽可能平整，保持织构深度略小于最小油膜厚度，并使垂直速度方向油膜收敛区域的织构长度较长，便能获得润滑减摩性能较好的沟槽形表面织构。合理参数的沟槽形织构能够极大提高压裂泵柱塞表面的油膜承载力，降低摩擦系数，有利于延长柱塞密封副的使用寿命。
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  接触表面性质对圆柱滚子轴承混合润滑的影响

  周江敏, 刘晓玲, 李栋, 刘凤麒

  表面技术. 2019, 48(12): 174-181. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.020

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  目的 为了提高圆柱滚子轴承的润滑性能，研究滚子与外圈表面纹理及硬弹比对圆柱滚子轴承混合润滑的影响。方法 基于平均流量模型、非牛顿效应、热效应和粗糙峰的弹塑性变形，建立了圆柱滚子轴承有限长线接触热混合润滑模型。研究了表面纹理及硬弹比对膜厚、膜厚比、载荷比、平均摩擦系数及最高温度的影响。结果 随着表面纹理参数的增大，油膜厚度逐渐减小，粗糙峰接触压力、平均摩擦系数和载荷比逐渐增，最高温度先减小后增大，最小膜厚先增大后减小。但表面纹理参数小于1/3时，对最小膜厚的影响非常小。表面硬度引起的完全塑性变形、弹塑性和塑性变形、完全弹塑性变形对润滑状态的影响不同。在硬弹比处于0.01~0.03时，粗糙峰同时发生弹塑性和塑性变形，油膜厚度、最小膜厚、载荷比、平均摩擦系数、粗糙峰接触压力及最高温度不随表面硬度而变化。当硬弹比小于0.01时，粗糙峰产生完全塑性变形；当硬弹比大于0.03时，粗糙峰发生完全弹塑性变形。这两种情况的载荷比、平均摩擦系数、粗糙峰接触压力及最高温度均随着表面硬弹比的增大而增大。在不同工况下，表面硬度与表面纹理参数对圆柱滚子轴承润滑状态的影响存在差异。在表面纹理参数小于1/3时，表面硬度的影响占主导地位；在表面纹理参数大于1.0时，表面纹理参数的影响占据主导地位。结论 表面纹理参数等于1.0时，润滑状态最好；硬弹比处于0.01~0.03时，综合润滑性能最好。在不同条件下，表面纹理参数与表面硬度对润滑影响的程度不同。因此，圆柱滚子轴承混合润滑中，存在最佳的表面纹理参数和表面硬弹比。
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  Ti811表面Ni基激光熔覆层显微组织及摩擦磨损性能的研究

  张天刚, 肖海强, 孙荣禄, 姚波, 张倩

  表面技术. 2019, 48(12): 182-188. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.021

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  目的 通过激光熔覆技术在Ti811钛合金表面制备Ni基复合涂层，以改善其摩擦磨损性能。方法 采用同轴送粉激光熔覆技术在钛合金表面制备Ni45+WC+Y2O3多道搭接激光熔覆层，运用XRD、SEM、EDS分析熔覆层微观组织及相组成，运用Bramfitt二维点阵错配度理论，计算低指数晶面间二维错配度，分析复合相结构。采用显微硬度计测试熔覆层显微硬度值，通过摩擦磨损试验机测试基材和熔覆层的摩擦磨损性能，采用白光非接触式轮廓仪测量基材和熔覆层磨损体积，结合磨损表面形貌，分析熔覆层磨损机制。结果 熔覆层生成相主要包括Ti2Ni、TiB2、TiC、α-Ti以及TiC依附于TiB2的复合生长相。复合相中，TiB2(0001)晶面与TiC(111)晶面受热膨胀影响的二维点阵错配度δ=0.907%，满足晶格界面共格原则，TiB2可有效作为TiC的异质形核基底。熔覆层显微硬度值约为1050~1100HV0.5，摩擦系数约为0.42，磨损体积为4.07×107 μm3，磨损率为3.0×10–4 mm3/(N?m)，磨损机制是以磨粒磨损为主，粘着磨损为辅的混合磨损机制。结论 与基材对比，熔覆层显微硬度值提高约2.5倍，摩擦系数和磨损率分别降低约35%和36%，熔覆层摩擦磨损性能显著提高。
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  等离子喷涂制备石墨烯/Al2O3+13%TiO2自润滑涂层及其性能研究

  冯彦寒, 方建华, 吴江, 欧忠文, 刘坪, 孙正

  表面技术. 2019, 48(12): 189-195. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.022

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  目的 研究石墨烯和石墨对大气等离子喷涂制备的Al2O3+13%TiO2（AT-13）陶瓷涂层力学性能和摩擦学性能的影响，探究作用机理。方法 采用大气等离子喷涂制备石墨烯质量分数为1%的石墨烯/AT-13和石墨/AT-13复合陶瓷涂层及纯AT-13涂层，利用洛氏硬度计测试涂层的硬度，并通过压痕周围情况反映涂层的断裂韧性，采用往复式摩擦磨损试验机进行摩擦学性能测试，利用扫描电子显微镜观察涂层的微观形貌，并用其自带的能谱仪（EDS）分析元素分布，采用表面轮廓仪测量磨损表面形貌并计算磨损率，用X射线衍射仪分析喷涂前后涂层的物相变化，用拉曼光谱仪对喷涂前后石墨烯的结构变化进行表征。结果 石墨烯/AT-13涂层具有良好的力学性能和摩擦学性能，其硬度提升了约10%，同时断裂韧性显著提升，摩擦系数和磨损率最多下降了13%和19%，并且随着载荷的增大，摩擦系数和磨损率呈下降趋势。石墨/AT-13涂层的硬度增加了约30%，但是断裂韧性显著降低，摩擦学性能的提升比较有限。石墨烯和石墨的加入都会改变AT-13涂层的物相组成和微观结构，复合涂层中Al2O3相增多，Al2TiO5相则相对减少，同时复合涂层拥有更加致密的微观结构。此外拉曼光谱显示，经历热喷涂后，涂层中能够观察到石墨烯特征峰的存在，但是其结构发生了一定程度的氧化破坏。 结论 石墨烯可以显著提升AT-13涂层的摩擦学性能和力学性能。
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  固结磨料球对氟化钙晶体摩擦磨损性能的影响

  李军, 张羽驰, 明舜, 王欢涛, 朱永伟, 左敦稳

  表面技术. 2019, 48(12): 196-203. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.023

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  目的 通过改变固结磨料球的基体和磨料特性，研究氟化钙晶体的摩擦磨损性能，为超精密加工中研磨抛光氟化钙晶体固结磨料垫的选择提供指导。方法 基于固结磨料加工技术制备固结磨料球，并与氟化钙晶体对磨。研究固结磨料球的磨料种类（金刚石和氧化铈两种磨料）、基体硬度、磨粒粒径对摩擦系数、划痕截面积、划痕处粗糙度的影响。结果 金刚石磨料对磨的晶体表面划痕截面积S=480 μm2，划痕处粗糙度Ra=85.3 nm，摩擦系数的平均值μ=0.537；氧化铈对磨磨料的S=307 μm2，Ra=74.7 nm，μ=0.543。与氧化铈相比，金刚石磨料对磨的晶体表面产生划痕截面积、划痕处的粗糙度均较大，摩擦系数达到稳定的时间短，且摩擦系数的平均值较小。随着基体硬度增大，产生的划痕截面积逐渐增大。当基体硬度适中时（Ⅲ型基体），划痕截面积趋于稳定，S稳定在450 μm2左右，此时划痕处粗糙度值也最小，为85.8 nm。在基体Ⅲ、Ⅳ两处，划痕截面轮廓的对称性较好。随着基体硬度增加，摩擦系数达到稳定的时间逐渐减小，动荡幅度也减小，但摩擦系数平均值增大。随着磨粒粒径增大，划痕截面积和划痕处的粗糙度值均增大，摩擦系数达到稳定的时间增加，且摩擦系数平均值增大。结论 在选择固结磨料垫加工氟化钙晶体时，应选择金刚石磨料和基体Ⅲ，而磨粒粒径则需根据材料去除率和表面质量的要求做出相应选择。
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  Ni50Ti30Zr20与Ni50Ti50合金摩擦磨损性能对比研究

  薛贤达, 马悦辉, 李岩

  表面技术. 2019, 48(12): 204-210. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.024

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  目的 以Ni50Ti50合金为参照物，研究Ni50Ti30Zr20合金的摩擦磨损性能。方法 采用非自耗真空电弧熔炼炉炼制Ni50Ti30Zr20合金，在合金铸锭上切取样品，以Ni50Ti50合金为对比样品，通过能谱测试（EDS）、X射线衍射（XRD）、显微硬度（HV）测试、摩擦磨损测试、扫描电镜测试（SEM）和3D形貌测试，分别评价Ni50Ti30Zr20合金与Ni50Ti50合金的成分、相组成、显微硬度、耐磨性、磨痕形貌和磨损体积。结果 XRD结果显示，Ni50Ti50和Ni50Ti30Zr20合金室温分别由B2奥氏体和B19’马氏体相组成。显微硬度测试结果表明，Ni50Ti30Zr20和Ni50Ti50合金的显微硬度值分别为(381.64±7.32)HV和(230.58±6.74)HV。从形貌图可以看出，两种合金磨损后，磨痕形貌主要由剥层组成。从磨痕能谱分析得出，摩擦实验后，样品表面O和Si元素含量明显增加。根据摩擦系数曲线和磨痕三维形貌图发现，同样载荷下，Ni50Ti30Zr20合金的摩擦系数和磨损体积均小于Ni50Ti50合金，在载荷为20 N时，Ni50Ti30Zr20合金的磨损体积为0.078 mm3，Ni50Ti50合金的磨损体积为0.084 mm3。结论 Ni50Ti30Zr20与Ni50Ti50合金的磨损机制均为疲劳磨损，两种合金在摩擦实验过程中均会发生氧化，同时磨球会有部分剥落到合金磨痕剥层中。Ni50Ti30Zr20合金的耐磨性优于Ni50Ti50合金。
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  沉积温度对NiCrAlY/Ag复合薄膜结构及性能的影响

  吴易谦, 韦春贝, 代明江, 匡同春, 刘敏, 林松盛, 石倩

  表面技术. 2019, 48(12): 211-217. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.025

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  目的 改善GH4169合金的表面性能，制备摩擦学性能优良的复合薄膜。方法 采用离子源辅助直流磁控溅射技术制备NiCrAlY/Ag复合薄膜，研究沉积温度分别为60、120、180 ℃对薄膜结构和性能的影响。利用能谱仪（EDS）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）进行薄膜元素成分含量、表面形貌、截面形貌、粗糙度和相结构的检测。采用纳米压痕仪、划痕法、球-盘式摩擦磨损试验机对薄膜的硬度、结合力、摩擦磨损性能进行分析。结果 NiCrAlY/Ag复合薄膜的表面致密度、晶粒尺寸以及表面粗糙度随沉积温度的升高而增大，物相组成主要为Ni3Al、Ag和Cr，薄膜的硬度在5.67~ 6.41 GPa之间。复合薄膜的膜/基结合力随沉积温度的增加而降低，其中沉积温度为60 ℃时的膜基结合力最佳（33.1 N），并且在此沉积温度下的复合薄膜具有最佳的室温摩擦学性能，其平均摩擦系数为0.24，磨损率为3.52×10–5 mm3/(N?m)，磨损机制为氧化磨损和磨粒磨损。结论 沉积温度对NiCrAlY/Ag复合薄膜的结构性能影响显著，当沉积温度为60 ℃时，薄膜综合性能最好。
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  改性纳米坡缕石在油润滑中的减摩抗磨性能研究

  王陈向, 闫嘉昕, 范利锋, 李帅强

  表面技术. 2019, 48(12): 218-225. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.026

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  目的 探索不同改性剂对纳米坡缕石的表面修饰效果，探究其在油润滑中的减摩抗磨和自修复机理。方法 以油酸和钛酸酯作为改性剂对纳米坡缕石进行表面修饰，采用沉降法和透射电子显微镜（TEM）表征改性效果。将选择的改性剂和纳米坡缕石放入球磨机内在线修饰，制备成润滑油添加剂并将其超声分散于纯基础油150N中，形成润滑油分散体系。采用环-盘式摩擦磨损试验机对其摩擦性能进行考察，通过金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）进行微观结构观察与分析，并探究其润滑及自修复机理。结果 采用油酸修饰的纳米坡缕石满足润滑油行业的要求，可显著改善润滑油的摩擦学性能。与纯基础油相比，当添加剂含量为3.0%时，45#钢摩擦副磨损表面形成了一层含多种元素的复合陶瓷自修复膜，平均摩擦系数降低了31.3%，磨损量减少了16.0%。结论 纳米坡缕石添加剂可随油液流动智能吸附于摩擦界面，阻止摩擦副之间的直接接触，产生纳米滚珠效应。同时，随着界面滑动发生摩擦化学反应生成自修复膜，填补犁沟和划痕，在纳米滚珠和自修复膜共同作用下达到减摩抗磨的效果。
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  超声振动对激光熔覆涂层组织与性能的影响

  申井义, 林晨, 姚永强, 徐欢欢, 刘佳

  表面技术. 2019, 48(12): 226-232. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.027

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  目的 改善传统激光熔覆涂层中常出现的气孔和裂纹等缺陷，提高涂层整体质量和使用性能。方法 首先利用粘接剂将镍包WC合金粉末预置于Q235基体材料上，采用正交试验得到的最优参数（激光功率P=1600 W，光斑直径d=5 mm，扫描速度ν=4 mm/s）进行熔覆试验，整个熔覆过程使用20 kHz的超声波发生器，以空气为载体，向激光熔池中同步施加超声振动，然后分别使用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、显微硬度仪及万能摩擦磨损试验机（UMT），对涂层的显微组织、元素成分及物相、显微硬度和耐磨性能进行测量分析。结果 施加超声振动后涂层的晶粒更加细小，主要由细小等轴晶和少量枝晶组成，涂层中气孔和裂纹明显减少，Cr、Ni、W、C等元素分布趋于均匀，涂层物相主要由固溶体γ-(Ni, Fe)、金属间化合物Ni3Fe、WC、Cr23C6等组成。施加超声振动后涂层平均显微硬度为937HV，与未施加超声振动的涂层相比提高了13%，摩擦系数为0.43，降低了约26%，耐磨性能提高了44%。结论 利用空载式超声振动辅助激光熔覆，可使制备出的涂层质量显著改善，微观组织更加致密，硬度、耐磨性得到提升。
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  Ti6Al4V合金干滑动磨损过程中摩擦层及摩擦氧化物的作用

  李新星, 施剑峰, 王红侠, 韩伯群, 封晶, 张冰

  表面技术. 2019, 48(12): 233-239. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.028

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  目的 分析Ti6Al4V合金在不同滑动速度下的干滑动磨损行为及磨损特征，研究钛合金的磨损机理，并探讨干滑动磨损过程中摩擦层及摩擦氧化物的作用。方法 采用销盘式摩擦磨损试验机，对Ti6Al4V合金在不同滑动速度下进行干滑动磨损实验。采用磨损率和摩擦系数表征钛合金的磨损行为，采用SEM、EDS及XRD分析磨损表面及摩擦层的形貌及成分，采用数字显微硬度仪表征摩擦层的力学性能。结果 滑动速度在0.5~4 m/s范围内变化，Ti6Al4V合金的磨损率发生显著变化，尤其是在高载条件下。0.5~1.5 m/s速度范围内，磨损率较低，2.68 m/s速度下，磨损率达到最高值，4 m/s速度下，磨损率达到最低值。0.75 m/s速度下，粘着磨损和磨粒磨损为主要磨损机理，氧化磨损为次要磨损机理；2.68 m/s和4 m/s速度下的磨损机理分别为剥层磨损和氧化轻微磨损。2.68 m/s速度下的高磨损率与硬度较低的无氧化物摩擦层对应，而4 m/s速度下的低磨损率与高硬度的多氧化物摩擦层对应。结论 试验条件改变，Ti6Al4V合金的磨损行为及磨损机理发生变化。不同试验条件下的磨损行为与不同的摩擦层特征相对应，当摩擦层中包含一定量的摩擦氧化物时，这种陶瓷性的摩擦层具有比基体更高的硬度，能有效保护基体，降低磨损率。
表面失效及防护
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  冷喷涂改善2219铝合金熔焊接头残余应力新方法

  邹阳帆, 王非凡, 鄢东洋, 李文亚, 杨夏炜, 胡凯玮

  表面技术. 2019, 48(12): 240-246. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.029

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  目的 采用冷喷涂技术改善2219铝合金变极性钨极氩弧焊（VPTIG）焊接接头残余应力。方法 采用冷喷涂技术在8 mm厚2219铝合金VPTIG焊接接头表面进行Cu涂层制备，分析冷喷涂前后接头微观组织、力学性能及残余应力的变化，探究冷喷涂过程中高速碰撞颗粒的“喷丸效应”与加热气体的“热效应”对接头残余应力的改善作用及内在机制。结果 冷喷涂前后，接头整体的微观组织无明显变化，但在焊缝表面（Cu涂层与焊缝结合面处）观察到明显的塑性变形。冷喷涂后，焊缝区上表面显微硬度提高，作用深度约2 mm（余高处）；接头抗拉强度表观上稍有降低，这是由于涂层对焊缝的拉伸应变局部化改变所致，“喷丸效应”与“热效应”单独作用下，接头抗拉强度无明显变化，所有拉伸试样均从焊趾处沿着熔合区发生断裂。焊态接头残余应力分布总体呈拉应力状态，在焊缝处最大，经过冷喷涂后，焊缝残余拉应力峰值从约200 MPa降到约24 MPa，大部分区域从拉应力变为压应力，且分布均匀性变好。结论 冷喷涂技术可以显著改善VPTIG焊接接头残余应力分布。冷喷涂粒子的“喷丸效应”对基体残余应力的改善作用显著。高温气流的“热效应”虽未能显著降低残余应力，但使应力分布变得均匀。
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  基于实验和CFD模拟的煤气化黑水处理系统管道失效分析

  单斌, 陈平, 乔小溪, 赵元琪

  表面技术. 2019, 48(12): 247-256. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.030

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  目的 分析煤气化黑水处理系统管道的失效行为，明确失效特征，分析失效机理及影响因素，指导弯管的失效预防，延长其服役寿命。方法 采用扫描电子显微镜（SEM）对管道进行微观形貌检测，并采用能量色散谱（EDS）和X射线衍射（XRD）对腐蚀产物进行检测分析，最后通过计算流体动力学（CFD）仿真分析其流场情况。结果 失效管道内壁面有着明显的流水冲蚀形貌，且布满小凹坑及疏松多孔的褐色腐蚀产物。EDS结果显示，腐蚀产物主要由Fe、S和O元素构成，XRD进一步测得腐蚀产物多为FeS、Fe3O4及FeO等。CFD仿真结果与实际失效工况吻合，二次流、粒径、速度以及斯托克斯数的变化对固体颗粒运动轨迹影响较大，并进一步影响管道冲蚀的高危区位置。结论 管道失效的主要原因是黑水中的H2S腐蚀和煤粉颗粒冲蚀的耦合作用，其弯管区域外拱出口位置和下游水平管底部位置为主要高危区，同时管道高危区位置受多种因素影响，相应部位要提前做好预防准备，实际工况中适当减小流速可以实现一定减磨防护作用。
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  表面处理对Al-Li合金胶接性能与耐腐蚀性的影响

  涂垂乾, 李毅波, 黄明辉, 李剑, 刘兆文, 裴石凯

  表面技术. 2019, 48(12): 257-263. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.031

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  目的 提高铝锂合金胶接接头的强度与耐腐蚀性能。方法 对铝锂合金板采用砂纸打磨、喷砂和磷酸阳极化处理，在表面处理后的基板上铺一层FM94胶，并加压固化，得到单搭接接头。分析不同表面处理后铝锂合金试样的表面形貌、表面粗糙度、表面自由能和表面化学组成，对接头进行湿热环境老化实验，测试湿热老化前后胶接接头的强度，研究揭示不同表面处理方法对胶接接头强度与抗湿热老化能力的影响。结果 与砂纸打磨后的试样相比，喷砂与磷酸阳极化处理能显著提高铝锂合金试样的表面粗糙度和表面自由能。同时，经EDS分析发现，阳极化后铝锂合金表面氧元素大量增加。阳极化和喷砂处理后的接头强度分别为37.0、26.8 MPa，而简单打磨过后的接头仅为16.4 MPa。湿热老化后，磷酸阳极化处理的接头强度仅下降12.2%，而喷砂处理和砂纸打磨处理的接头强度分别下降了30.6%和19.5%。结论 磷酸阳极化和喷砂处理均能增大铝锂合金胶接接头的强度，但阳极化处理效果更好，阳极化处理能显著加强接头的耐腐蚀能力，而喷砂处理则对接头的耐腐蚀能力无明显提升。
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  铝酸钠溶液中S2-浓度对20Cr钢腐蚀行为的影响

  周鑫强, 陈朝轶, 付慧, 陈侣, 杨彬, 龙玉斌

  表面技术. 2019, 48(12): 264-270. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.032

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  目的 研究20Cr钢在铝酸钠溶液中不同S2-浓度下的腐蚀行为及产物形成过程，探索腐蚀机理。方法 20Cr钢在不同S2-浓度的溶液中进行高温浸泡腐蚀实验与电化学测试，结合扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）等分析技术，观察腐蚀产物的微观形貌、元素含量与组成。运用失重法、极化曲线和交流阻抗图分析样品的腐蚀速率。结果 S2-质量浓度从0 g/L增加到5 g/L时，腐蚀速率由3.43 g/(m2?d)上升到25.20 g/(m2?d)，腐蚀产物逐渐增多，S2-质量浓度在6 g/L时，腐蚀速率下降到21.30 g/(m2?d)。EDS结果表明，随S2-浓度的增加，腐蚀产物中铬元素含量增加，铁元素总体含量降低，氧、铝元素含量呈现先增长后降低趋势。XRD结果显示，加入S2-与未加S2-相比，腐蚀产物物相组成由Fe3O4和FeOOH变为Fe3O4、FeCr2O4和FeS。电化学测试得到S2-质量浓度从0 g/L到5 g/L时，腐蚀电流密度由22.87 mA/cm2上升到586.02 mA/cm2，S2-质量浓度在6 g/L时，电流密度下降到183.06 mA/cm2。结论 S2-质量浓度在0~5 g/L范围时，20Cr钢的腐蚀速率逐渐增加，腐蚀产物中形成FeS，S2-的加入能够促进腐蚀反应，破坏未加入硫元素时形成的较致密腐蚀物；当S2-质量浓度超过5 g/L后，形成致密的FeCr2O4尖晶石氧化物，粘附在试样表面，对腐蚀起到抑制作用。
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  强流脉冲电子束作用下TC4表面Cu合金化及性能的研究

  孙永兴, 李绍伟, 张凌燕, 彭敬敦, 吕鹏, 关庆丰

  表面技术. 2019, 48(12): 271-280. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.033

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  目的 提高TC4合金表面硬度、耐磨和耐腐蚀性能，拓宽其在工业领域的应用范围。方法 利用强流脉冲电子束（HCPEB）对表面预置纯Cu粉末的TC4合金进行表面合金化处理。采用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、激光共聚焦显微镜（LSM）、扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）详细表征表面合金层的相组成和微观结构。结果 HCPEB辐照合金化Cu处理后，样品表面形成数微米的合金层，主要存在相为α‘、β、CuTi2和Al2Cu，主要组织为等轴晶β相和板条马氏体组织α‘相。HCPEB辐照合金化过程中诱导表面产生位错和孪晶等变形结构。此外，显微硬度测试结果表明，HCPEB辐照合金化Cu处理后，样品表面硬度增加，其中30次辐照后，样品表面显微硬度达到最大，与原始样品相比提高了约17%。电化学实验结果表明，合金化处理后，样品表面腐蚀性能提高，与原始样品相比，30次辐照后，腐蚀电位提高302 mV，腐蚀电流密度降低3.397 A/cm2，耐腐蚀性能最佳。摩擦磨损试验结果表明，合金化处理后，样品表面摩擦系数降低，磨损量减少，而30次辐照后，摩擦系数和磨损量达到最低，分别为0.36和2.959× 10-3 mm3/(N?m)，耐磨性得到提高。结论 HCPEB辐照合金化Cu处理后，样品表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性能提高，而30次辐照处理后样品的表面性能最佳。
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  核桃青皮提取物和十二烷基硫酸钠对冷轧钢在H3PO4溶液中的缓蚀协同效应

  徐昕, 李向红, 邓书端

  表面技术. 2019, 48(12): 281-288. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.034

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  目的 研究核桃青皮提取物（WGHE）和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）混合复配后，对冷轧钢（CRS）在H3PO4中的缓蚀协同效应，揭示缓蚀协同性能影响规律，并探究缓蚀协同机理。方法 采用回流提取法从农林废弃物核桃青皮中提取制备出WGHE。利用失重法、电化学法、紫外光谱（UV）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）研究WGHE和SDS的复配缓蚀协同性能、电化学作用机理、紫外吸收曲线以及钢表面的微观形貌。结果 高浓度的WGHE对冷轧钢在1.0 mol/L H3PO4中具有较好的缓蚀作用，但低浓度时的缓蚀效果较差。单独SDS使用时，最大缓蚀率不超过60%；将WGHE与SDS复配后，缓蚀性能可进一步提升，尤其在WGHE用量为10~40 mg/L时，复配协同作用显著。缓蚀率随着缓蚀剂浓度的增加而升高，但随着温度的上升有所降低，WGHE、SDS复配前后在钢的表面吸附均符合Langmuir吸附等温式。动电位极化曲线表明，WGHE、SDS为阴极抑制型缓蚀剂，但WGHE/SDS为混合抑制性缓蚀剂。Nyquist图在高频区呈单一弥散容抗弧，而在低频区出现小段感抗弧，WGHE与SDS复配后电荷转移电阻显著增大。协同体系中WGHE和SDS会发生相互作用。SEM和AFM所呈现的微观形貌更加清晰地表明WGHE/SDS具有良好的缓蚀协同性能。结论 WGHE和SDS对冷轧钢在1.0 mol/L H3PO4中具有明显的缓蚀协同效应，复配后缓蚀性能进一步提升，同时有效抑制了钢的阴极和阳极腐蚀反应。
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  铀矿用不锈钢泵轴断裂原因分析

  刘立伟, 姚益轩, 杨建炜, 曹建平, 闻振乾, 张翀

  表面技术. 2019, 48(12): 289-295. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.035

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  目的 找到不锈钢泵轴断裂原因。方法 通过对断裂的泵轴进行失效分析，利用扫描电镜、金相显微镜、直读光谱仪、显微硬度计等测试方法和手段，对失效泵轴的断口形貌、组织、化学成分、显微硬度等进行分析。结果 断口形貌呈明显的脆性疲劳开裂特征，且裂纹源呈现多源特征，有疲劳辉纹和二次裂纹存在。316L泵轴材质成分和组织问题不大，在近表面存在大量夹杂物，同时泵轴表面观察到点蚀和微裂纹存在。结论 近表面夹杂物在酸性环境中极易引起点蚀，同时泵轴与联轴器根部结合处存在变截面，形成应力集中。当泵轴受到腐蚀、应力以及电机交变载荷作用时，形成腐蚀疲劳裂纹源，裂纹扩展造成瞬断是此次不锈钢泵轴断裂的主要原因。
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  氯离子对9Cr马氏体钢静态腐蚀和应力腐蚀行为的影响

  张振, 胡正飞, Preet M. Singh

  表面技术. 2019, 48(12): 296-303. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.036

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  目的 研究9Cr马氏体钢在非服役条件下的腐蚀行为。方法 运用传统电化学测试和微区扫描振动电极（SVET）技术研究材料的静态腐蚀行为，采用慢应变速率动态拉伸腐蚀试验与传统电化学测试技术相结合的方法研究材料的应力腐蚀行为。结果 获得常温下氯离子对马氏体钢静态腐蚀行为的影响规律，以及慢拉伸过程中材料表面钝化膜生成和破裂过程。结论 马氏体钢在氯化钠溶液中的腐蚀为阳极溶解型，且随着氯离子浓度的上升，局部腐蚀电流密度增大。常温下材料在含氯离子环境中发生弹性变形时，表面生成的钝化膜使材料的抗腐蚀性能升高。当材料进入塑性变形阶段后，由于金属表面缺陷的增多、颈缩区体积的收缩，以及钝化膜与基体金属塑性变形能力的差异，钝化膜逐渐溶解并发生破裂。
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  TA2钛合金真空感应渗碳层在含氟混合酸中的腐蚀行为

  吴旋, 官敬, 刘静, 李坤茂, 杨峰, 代燕

  表面技术. 2019, 48(12): 304-311. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.037

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  目的 研究TA2钛合金在CH4介质中感应渗碳层的组织结构，并评价具有高硬度及高耐磨性的渗碳层在含氟混合酸中的腐蚀行为。方法 在850、880、910 ℃温度下对TA2钛合金进行真空脉冲“强渗-扩散”，通过电化学工作站及浸泡腐蚀评价渗碳层的耐蚀性能。采用XRD、SEM和XPS等方法，对渗碳层的相结构、组织、腐蚀产物及其化学态进行观察和分析。结果 经910 ℃渗碳的TA2钛合金可形成较厚的TiC层，并表现出较好的耐蚀性能。在0.2%HF+0.2%HNO3酸溶液中，120 min前未发生明显腐蚀行为，120 min后腐蚀速率为4.01×10-3 A/cm2。在电化学测试下，腐蚀速率从未渗碳的3.32×10-1 A/cm2降低至1.67×10-2 A/cm2。渗碳试样表面呈全面腐蚀状态，而未渗碳样有点蚀行为。表面腐蚀后的XPS数据拟合显示，Ti元素呈三个能级峰，主要以+4价存在，氟离子的存在是由于取代了Ti—OH中的键形成Ti—F。结论 真空感应渗碳在TA2钛合金表面生成的强化层，对钛合金在低浓度含F-酸中的腐蚀具有一定的防护作用，随渗碳温度的升高，表面渗碳层增厚且具有更高的阻抗膜值和较小的腐蚀电流。此外，表面渗碳层的存在，使钛合金的腐蚀行为从点蚀变为全面腐蚀。
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  环氧纳米粉末涂层现场应用评价与缓蚀剂技术研究

  李金灵, 蔡锐, 付安庆, 尹成先, 朱世东, 宋少华

  表面技术. 2019, 48(12): 312-319. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.038

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  目的 研究一种环氧纳米粉末涂层在新疆某油田的适用性与缓蚀剂技术。方法 利用高温高压釜模拟涂层在新疆某油田三种典型工况条件，结合腐蚀失重法以及结合力测试、阴极剥离、扫描电子显微电镜、交流阻抗等手段，分析环氧纳米粉末涂层腐蚀后的形态及其与基体的结合度，对其服役寿命进行预测，并研究缓蚀剂添加对未涂覆、破损和完整三种涂层状态下试样腐蚀行为的影响。结果 环氧纳米粉末涂层在三种典型环境中未出现鼓泡和开裂现象，且与基体结合较好。环氧纳米粉末涂层的阴极剥离半径小于5 mm，由阴极剥离半径和阻抗值所预测的寿命分别为883 d和740 d。破损涂层的均匀腐蚀和点蚀速率分别为0.6172 mm/a和1.5720 mm/a，而完整涂层的腐蚀速率仅为0.0029 mm/a，破损涂层阻抗值与完整涂层的阻抗值相差103倍。微量的缓蚀剂添加可降低无涂层和破损涂层试样的腐蚀速率1个数量级，其缓蚀效率分别高达91.05%和92.75%。结论 环氧纳米粉末涂层在三种典型腐蚀环境中具有好的耐蚀性能，抗剥离能力也较好，阴极剥离半径与阻抗值两种方法所预测的寿命基本一致。然而涂层一旦破损，腐蚀较为严重，尤其是点蚀，微量缓蚀剂的添加可实现不同防护技术间的优势互补。
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  聚苯胺膜/不锈钢复合双极板的耐蚀性和导电性

  周婉秋, 杨佳宇, 刘晓安, 姜文印, 辛士刚, 康艳红

  表面技术. 2019, 48(12): 320-327. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.039

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  目的 在316L不锈钢（SS）表面沉积聚苯胺（PANI）薄膜，制备PANI/316L SS复合材料双极板，提高316L SS在质子交换膜燃料电池工作环境下的耐腐蚀性能和导电性能。方法 采用循环伏安法，在0.1 mol/L苯胺单体与0.2 mol/L H2SO4组成的水溶液中，在316L SS基体上电化学聚合PANI薄膜。采用SEM观察表面形貌，采用FTIR和Raman分析PANI官能团结构，采用XPS分析PANI膜中元素组成和化学键合状态。采用开路电位（OCP）、极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）研究PANI/316L SS腐蚀性能。采用四探针技术研究PANI膜的导电性。结果 SEM观察显示PANI膜为纤维状堆积物。红外光谱发现苯环、醌环和S==O伸缩振动，拉曼光谱发现掺杂态的半醌自由基C—N+?，确定合成的PANI具有中间氧化态结构。XPS分析表明，聚合过程发生了质子酸掺杂，“对阴离子”（SO42-）进入PANI分子链中，掺杂度为3%~4%。电化学测试表明，PANI/316L SS的OCP为0.15~0.25 V，PANI使316L SS腐蚀倾向降低，随着Cl-浓度的升高，腐蚀电流密度增大。结论 在酸性含Cl-介质中，PANI/316L SS体系耐蚀性好，膜/基界面处保护性氧化膜Fe2O3和Cr2O3的形成，使PANI/316L SS体系耐腐蚀性能提高。在制备条件下，PANI膜厚度介于146~ 315 μm之间，电导率范围为1.33~8.91 S/cm。
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  热处理对SLM 18Ni300马氏体时效钢组织及腐蚀性能的影响

  赖莉, 徐震霖, 何宜柱

  表面技术. 2019, 48(12): 328-335. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.040

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  目的 探究热处理对激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）成形18Ni300马氏体时效钢组织和耐腐蚀性能的影响。方法 利用激光选区熔化技术成形18Ni300马氏体时效钢试样，分别对成形试样进行时效处理和固溶+时效处理。通过金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计和电化学工作站，分别测试分析了不同热处理SLM 18Ni300马氏体时效钢的微观组织、显微硬度和耐蚀性。结果 热处理后，试样微观组织发生显著变化，时效试样组织细化，得到板条马氏体组织；固溶+时效试样激光熔池消失，组织为均匀致密的板条马氏体，且均有细小析出物弥散分布于晶界和板条间。时效处理和固溶+时效处理显著提高了SLM 18Ni300马氏体时效钢硬度，SLM试样硬度为376.6HV1，时效试样和固溶+时效试样硬度分别为651.5HV1和641.8HV1。0.5 mol/L H2SO4溶液中，SLM试样的Jcorr最小，为1.375×10-3 A/cm2，耐腐蚀性最好，各试样耐蚀性优劣有SLM试样>固溶+时效试样>时效试样。3.5% NaCl溶液中，SLM试样的极化曲线有明显的钝化平台，且Jcorr最小，为3.630×10-6 A/cm2，耐腐蚀性最好，各试样耐蚀性优劣有SLM试样>时效试样>固溶+时效试样。结论 时效处理和固溶+时效处理后，SLM 18Ni300马氏体时效钢得到板条马氏体组织，硬度显著提高，但在H2SO4溶液和NaCl溶液中的耐腐蚀性能有所下降。
膜层材料与技术
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  液相等离子喷涂技术研究进展

  王喆, 杜令忠, 兰昊, 黄传兵, 张伟刚, 王斌利, 张会盈

  表面技术. 2019, 48(12): 336-346. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.041

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  随着航空航天等高精尖技术的发展，涂层材料的研究与应用受到广泛关注。高性能涂层材料应用在航空发动机领域可以提高效率、减少能源损失、增加使用寿命。与传统的大气等离子体喷涂（APS）技术相比，液相喷涂技术可以制备出纳米或亚微米级多孔结构涂层。综述了液相喷涂技术的研究现状，并对喷涂形成机理、溶液的制备、涂层的微观结构及热稳定性能进行了分类讨论。首先，介绍了液相喷涂中悬浮液等离子喷涂（SPS）和溶液前驱体等离子喷涂（SPPS）的研究背景和意义，并对两者之间的差异和相关性进行比较说明；其次，对液相喷涂涂层的形成机理、溶液的制备以及工艺参数，对喷涂过程中液滴移动轨迹进行了分析；最后，对不同涂层的组织结构、热稳定性等方面进行了讨论，提出通过优化工艺条件，改善涂层的微观结构和性能，提高液相喷涂技术在工业中的应用价值。
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  配合物制备的铱锡氧化物涂层结构与稳定性

  蒋玉思, 肖方明

  表面技术. 2019, 48(12): 347-352. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.042

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  目的 改善铱锡氧化物涂层的稳定性，提高涂层的使用寿命。方法 采用加成法合成含醋酸根的铱、锡配合物，并应用热氧化分解法制备出铱锡氧化物涂层。借助扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪等技术分析铱锡氧化物涂层的表面形貌、表面成分分布和物相结构等表面物性，采用强化电解法考察热氧化温度对铱锡氧化物涂层在含氟酸性溶液中稳定性的影响，并与氯化物制备的铱锡氧化物涂层进行比较研究。结果 热氧化温度显著影响铱锡氧化物涂层的表面形貌、物相组成，在480~520 ℃下制备的氧化物涂层结构较为致密。随氧化温度的增加，铱锡氧化物涂层的稳定性增加，但超过520 ℃时，稳定性降低，520 ℃下制备的氧化物涂层在含20 mg/L F－的1.0 mol/L H2SO4中，强化寿命为520 h。结论 以含醋酸根配体的铱、锡配合物为金属源物质，制备氧化物涂层，可有效改善涂层的微观结构、成分分布，显著提高涂层的稳定性，延长在含微量氟元素酸性溶液中的使用寿命。
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  基于线性回归和神经网络的金属陶瓷激光熔覆层形貌预测

  范鹏飞, 张冠

  表面技术. 2019, 48(12): 353-359. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.043

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  目的 研究激光熔覆关键工艺参数（激光功率、扫描速度、送粉速率）与单道熔覆层宏观形貌（宽度、高度、熔池深度）之间的数量关系，以实现对WC-Co50复合熔覆层形貌的预测，从而为牙轮钻头的修复提供参考。方法 设计不同的实验参数，利用4 kW光纤激光器在牙轮钻头钢15MnNi4Mo表面熔覆单道WC-Co50复合涂层。采用工业显微镜观察单道熔覆层的横截面宏观形貌，并测量其三维尺寸。在上述形貌参数的基础上，分别运用多元线性回归分析和人工神经网络方法，建立关键工艺参数与熔覆层宏观形貌之间的关系模型，并将实验结果与模型预测结果进行对比。结果 总体来讲，神经网络对熔覆层形貌的预测结果更为精确，平均相对误差为5.3187%；多元线性回归分析预测的平均相对误差为6.0028%。分析表明，对熔覆层宽度的预测结果最精确，两种方法的平均相对误差仅为1.2999%；对高度及熔池深度的预测结果稍差，平均相对误差分别为8.0586%和7.6237%。结论 两种预测方法都具有较高的精度，但神经网络法函数关系不明确，运算过程复杂，需要通过进一步的算法优化来提高预测精度。
表面质量控制及检测
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  氮化硅陶瓷磨削热特性与表面成形机制

  李颂华, 吴玉厚, 王浩, 孙健, 王贺

  表面技术. 2019, 48(12): 360-368. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.044

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  目的 探究氮化硅陶瓷磨削热特性与热特性对表面成形的影响。方法 首先，通过反求法得出传入工件、磨屑与砂轮的热量分配比公式；其次，使用K型热电偶和测力仪得到磨削参数与磨削区温度和热量分配比的关系；最后，通过对磨削表面形貌和粗糙度的检测寻找出最优磨削质量时的温度范围。结果 砂轮线速度由25 m/s增加到50 m/s时，磨削温度由256 ℃增加到819 ℃，传入砂轮、工件与磨屑的热量分配比分别由82.4%减小到64.4%、12.1%增加到24.3%、5.5%增加到11.3%。磨削深度由5 μm增加至30 μm时，磨削温度由289 ℃增加到869 ℃，传入砂轮、工件与磨屑的热量分配比分别由76.1%减小到53.9%、17.3%增加到30.3%、6.6%增加到15.8%。工件进给速度由2000 mm/min增加到7000 mm/min时，磨削温度由772 ℃减小到513 ℃，传入砂轮、工件与磨屑的热量分配比分别由71.1%增加到78.3%、21.1%减小到11.7%、5.8%增大至10.1%。随着磨削温度由256 ℃增加到869 ℃时，表面粗糙度先由0.2708 μm减小到0.2472 μm，后增加至0.3182 μm。采用定速比磨削可使磨削温度降低25~127 ℃，减少传入工件的热量分配比。结论 适当的高温有利于表面塑性变形的形成，表面质量提高，但温度过高时会形成热裂纹，温度在489~662 ℃之间，表面质量最好。在提高砂轮线速度的同时，可适当增加进给速度，以达到降低磨削温度，减少传入工件热量与增加磨削效率的目的。
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  喷涂层下基体疲劳裂纹的超声红外热成像检测

  郭伟, 董丽虹, 王海斗, 邢志国, 冯辅周, 高治峰, 王博正

  表面技术. 2019, 48(12): 369-375. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.12.045

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  目的 验证一种喷涂层下基体疲劳裂纹红外热成像识别方法。方法 综合采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，基于热波传导理论分析超声波激励下基体裂纹产生的热波与喷涂层裂纹产生的同频率热波，在向涂层表面传播过程中发生的叠加干涉效应，以及由此导致的表面热波相位偏移现象。采用数值模拟手段研究涂层裂纹热波与基体裂纹热波之间的叠加干涉规律，开展喷涂层下基体疲劳裂纹的超声红外热成像检测试验验证该方法的有效性。结果 受到脉冲超声波激励后，基体裂纹与涂层裂纹产生的热波向表面传导过程中会发生叠加干涉效应，并导致涂层表面热波相位发生偏移，低频热波相位偏移现象比高频热波更加明显。结论 采用涂层表面热波相位特征识别涂层下基体中的疲劳裂纹是一种可行且高效的方法。