2020年, 第49卷, 第1期　
刊出日期：2020-01-20

  

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专题——高温腐蚀与防护
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  等离子-物理气相沉积（PS-PVD）及其射流非接触检测方法

  刘梅军, 李广荣, 杨冠军, 李长久

  表面技术. 2020, 49(1): 1-16. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.001

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  等离子-物理气相沉积（PS-PVD）是制备高温防护涂层和功能涂层的一种新方法，既可涵盖等离子喷涂和电子束物理气相沉积工艺，还可实现涂层宏观/介观/微观等跨尺度结构的定制化设计与制备，在热障涂层（TBCs）、环境障涂层（EBCs）、环境热障涂层（TEBCs）、透氧薄膜、燃料电池和太阳电池电极薄膜等领域具有广泛应用前景，尤其在航空发动机和燃气轮机防护涂层领域被视为高性能TBCs/EBCs制备技术发展的新方向。比较分析了PS-PVD等离子射流膨胀流动、材料快速加热气化离化和长距离多模式输运沉积的全流程过程，介绍了PS-PVD原理与设备系统，面向等离子射流参数快速无损检测分析的目标，建立了基于光学发射光谱学（OES）的等离子射流和材料特性非接触式检测与诊断装备系统，发展了射流和材料特性参数的定量表征和精确诊断方法。依据电子数密度等检测结果，进一步计算分析等离子温度分布规律。基于射流与材料检测结果，研究了粉末材料在等离子射流中的多相态转变行为，归纳了调控沉积单元多相态转变的工艺控制参数集。这些硬件平台和表征检测方法的建立，为构建PS-PVD理论和研制新型高性能热防护涂层提供了坚实的理论基础和必要的条件支撑。
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  氧化铝形成合金中活性元素效应的研究进展

  曹雪珍, 何健, 郭洪波

  表面技术. 2020, 49(1): 17-24. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.002

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  高温金属防护涂层在先进航空发动机上有着广泛应用，其通过生成表面保护性氧化膜为发动机热端部件提供保护，以提高热端部件的抗高温氧化腐蚀能力，延长热端部件的服役寿命。微量活性元素由于能降低涂层材料的高温氧化速率，提高涂层表面氧化膜的粘附性而被广泛用于高温防护涂层的改性上，特别是用于超高温（≥1200 ℃）金属涂层潜在应用材料NiAl的改性上。但是截至目前，由于活性元素效应的影响因素复杂，相关作用模型并不完善，人们对活性元素效应的微观作用机理还存在较大的争论。从活性元素促进元素的选择性氧化、降低氧化膜生长速率和提高氧化膜粘附性等角度出发，综述了活性元素改性在高温金属防护涂层领域的研究进展，特别是针对以氧化铝形成合金为代表的金属防护涂层材料。重点分析了活性元素改性对氧化膜微观结构、生长机制、界面孔洞、内应力等的影响以及活性元素与杂质元素（如C和S）之间的交互作用。最后，对今后的研究工作进行了展望，希望在原子尺度进行更深入、更细致的研究，为超高温金属防护涂层的发展提供理论指导。
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  自修复金属搪瓷高温防护涂层

  廖依敏, 陈明辉, 王福会, 朱圣龙

  表面技术. 2020, 49(1): 25-34. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.003

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  搪瓷涂层作为一种惰性涂层，能与大多数金属零部件相容并提供优异的腐蚀防护效果。但搪瓷的高温软化及本征脆性限制了其在高温以及热冲击等苛刻环境下的服役。总结了国内外解决搪瓷涂层烧结温度与服役温度相矛盾、涂层热循环时易剥落等问题的最新进展：首先介绍了通过复合陶瓷颗粒以及对搪瓷/陶瓷界面反应的调控，实现提高涂层使用温度的同时不改变其熔炼和烧结温度的方法体系；接着分析了影响搪瓷涂层抗热震剥落性能的因素（包括搪瓷釉热膨胀系数、涂层/基体界面结合、搪瓷釉力学性能等）。基于搪瓷的硅氧网络基本结构，从热物理性能以及力学性能角度改性等方案仅能在有限范围内提高其抗热震剥落能力的现实，最后提出了发展自修复金属搪瓷高温防护涂层，从根本上解决搪瓷开裂与剥落的问题。
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  粘结层真空退火处理对热障涂层热循环寿命的影响研究

  刘贺, 李帅, 余春堂, 蒋成洋, 鲍泽斌, 朱圣龙, 王福会

  表面技术. 2020, 49(1): 35-40. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.004

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  目的 研究粘结层真空退火处理对热障涂层热循环条件下服役性能的影响。方法 在某二代镍基单晶高温合金上涂覆铂铝粘结层，然后采用电子束物理气相沉积法沉积氧化钇稳定的氧化锆陶瓷层，构建热障涂层体系，在1100 ℃下可自动升降的循环氧化炉中进行热循环测试，通过高精度电子天平对涂层样品进行称量并绘制质量变化曲线，采用拍摄宏观照片的方式观察样品表面陶瓷层剥落情况，利用扫描电子显微镜观察沉积态及热循环后的样品截面微观组织结构形貌。结果 与沉积态粘结层相比，在高真空中进行退火处理后，热障涂层的热循环寿命几乎增加一倍，且陶瓷层与热生长氧化膜结合良好。未经过真空处理的铂铝涂层表面陶瓷层发生明显剥落，且热生长氧化膜质量较差，出现了明显裂纹。结论 真空退火处理可使铂铝涂层表面更加平整，在高温氧化过程中生成的低缺陷氧化膜有更好的质量，陶瓷层与粘结层的结合力更强，热障涂层体系的服役性能和寿命得到有效提升。
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  激光表面改性对熔盐环境下热障涂层相稳定性和微观结构的影响

  郭磊, 辛会, 张馨木, 叶福兴, 高远

  表面技术. 2020, 49(1): 41-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.005

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  目的 改善Y2O3部分稳定ZrO2（YSZ）热障涂层的抗熔盐腐蚀性能。方法 采用脉冲Nd:YAG激光系统对大气等离子喷涂YSZ热障涂层进行激光表面改性，优化激光参数，将喷涂态以及激光改性涂层在700 ℃和1000 ℃的V2O5熔盐下进行4 h热腐蚀实验。采用XRD、SEM和EDS表征腐蚀前后喷涂态和激光改性涂层的物相成分、微观结构和化学成分，通过计算热腐蚀后涂层表面的单斜（m）ZrO2含量，分析激光改性对涂层相稳定性的影响。结果 涂层表面的激光改性层呈现致密柱状晶结构并有一些贯穿的垂直裂纹。与原始涂层一样，改性层呈现亚稳态（t′）四方相。改性涂层在700 ℃腐蚀4 h后，腐蚀产物为ZrV2O7、YVO4和少量m-ZrO2；在1000 ℃腐蚀4 h后，腐蚀产物为m-ZrO2和YVO4。对未改性的YSZ涂层进行相同条件下的熔盐热腐蚀，其腐蚀产物种类与改性涂层相同，但是m-ZrO2含量更高，表明更多的t‘相受熔盐腐蚀而分解。结论 激光改性可提高YSZ涂层中t‘相的稳定性，使得涂层具有更好的抗熔盐腐蚀性能。然而，熔盐易沿垂直裂纹在改性层中渗入，不利于涂层的长期稳定性。
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  四种典型高温防护涂层的抗氧化性能

  阳颖飞, 任盼, 鲍泽斌, 朱圣龙, 王福会, 李卫

  表面技术. 2020, 49(1): 49-55. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.006

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  目的 系统地评价典型高温防护涂层的抗高温氧化性能，并分析其失效机制。方法 通过对比普通NiAl涂层、NiCrAlY涂层、Pt改性NiAl涂层以及Pt+Hf共改性NiAl涂层等四种典型高温防护涂层在1100 ℃的恒温氧化行为，从氧化过程中的氧化增重、组织结构演变规律等角度出发，分析了四种涂层在高温氧化过程中的抗氧化性能以及氧化失效规律。结果 四种涂层在1100 ℃恒温氧化过程中的增重均符合抛物线规律。普通NiAl涂层氧化膜粘附性能较差，氧化膜快速剥落，涂层退化最快。NiCrAlY涂层中Y元素在氧化膜/涂层界面形成“钉扎”作用，显著提高氧化膜的粘附性能，但由于涂层内部Al元素含量降低，涂层1100 ℃氧化300 h后基本失效。Pt改性NiAl涂层的氧化膜较为完整，但氧化膜起伏严重。Pt+Hf共改性NiAl涂层的氧化膜均匀完整且无明显起伏，具有综合最优的抗高温氧化性能。结论 四种涂层的抗高温氧化性能排序为：Pt+Hf共改性NiAl> Pt改性NiAl>普通NiAl >NiCrAlY。
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  利用SiO2中间层提高铝化物涂层的高温防护性能

  吴景佳, 蒋梅燕, 刘敏, 周宇通, 蔡逸缘, 伍廉奎

  表面技术. 2020, 49(1): 56-63. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.007

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  目的 提高TiAl合金的抗高温氧化性能。方法 采用料浆法和电沉积法在TiAl合金表面制备Al-SiO2复合涂层。通过静态空气氧化测试评价复合涂层对TiAl合金抗高温氧化性能的影响，利用X射线衍射仪分析高温氧化前后涂层物相组成，借助扫描电子显微镜分析试样表面和截面微观组织和形貌。结果 1000 ℃氧化过程中，铝化物涂层具有一定的抗高温氧化性能，氧化100 h后增重为10.44 mg/cm2。然而其表面仍然出现了淡黄色TiO2氧化层，并且存在裂纹等缺陷，表面涂层物质在热处理过程中与基体组织发生了大量互扩散。Al-SiO2复合涂层经过100 h氧化后，表面形貌基本保持不变，未观察到裂纹等缺陷，随着SiO2中间层沉积时间延长，试样的抗高温氧化性能总体呈现上升趋势。-2 mA/cm2下电沉积300 s制备的SiO2涂层抗高温氧化性能显著提高，其氧化增重仅为3.03 mg/cm2。结论 Al-SiO2复合涂层能够有效地提高TiAl合金的抗高温氧化性能。
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  Super304H钢表面铝扩散涂层的组织结构和抗蒸汽氧化性能

  杨珍, 鲁金涛, 张鹏, 周永莉, 黄锦阳, 党莹樱, 袁勇, 谷月峰

  表面技术. 2020, 49(1): 64-71. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.008

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  目的 以Super304H钢为基体制备铝扩散涂层，提高其抗蒸汽氧化性能。方法 通过料浆渗铝的方法在Super304H表面制备铝扩散涂层，采用不连续称重法对渗铝Super304H在650 ℃纯水蒸气中的氧化动力学进行研究，并使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对铝扩散涂层以及氧化膜的物相组成和微观组织结构进行表征和分析。结果 渗铝过程中，料浆层中的Al向Super304H基体内扩散，而基体中的Fe向外扩散，形成接近化学平衡配比的FeAl外层和贫Al的FeAl中间层。Al不断通过FeAl层向奥氏体（γ）基体中扩散，使得基体中Al的浓度升高，当Al的浓度增加至临界值时，导致局部区域析出NiAl，后者的形核和长大进一步加剧其周围基体中Ni的贫化。随着γ基体中Ni元素含量的持续降低及Al含量持续升高，γ基体将变得不稳定，并逐步转变为铁素体（α-Fe），最终形成由α-Fe和弥散分布其中的NiAl相组成的互扩散层。在FeAl中Cr元素和水蒸气分子的共同作用下，铝扩散涂层在650 ℃纯水蒸气中形成连续致密且与基体结合紧密的α-Al2O3膜，显著地降低了Super304H的氧化速率。结论 采用料浆渗铝法，可在Super304H钢表面制备出三层结构的铝扩散涂层，由外到内依次为FeAl外层、贫Al的FeAl中间层、由α-Fe和弥散分布其中的NiAl组成的互扩散层。这种结构的铝扩散涂层在650 ℃纯水蒸气中可形成α-Al2O3膜，降低Super304H的氧化速率，提高其抗蒸汽氧化性能。
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  磁控溅射法制备FeCrAlY薄膜表征及其在高温水环境中的抗腐蚀性能研究

  崔勇, 李长记, 李静, 熊良银, 刘实

  表面技术. 2020, 49(1): 72-78. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.009

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  目的 在锆合金基底上沉积FeCrAlY薄膜，研究其高温水蒸气环境中的抗腐蚀性能。方法 采用磁控溅射的方法在锆合金基底与玻璃基底上沉积FeCrAlY薄膜。使用XRD、SEM对沉积的FeCrAlY薄膜进行结构、形貌表征，使用XPS对FeCrAlY薄膜高温水蒸气腐蚀前后的元素价态变化进行表征和分析。结果 在900 ℃高温水蒸气环境中测试了锆合金与锆合金沉积FeCrAlY薄膜的腐蚀性能。发现与锆合金相比，锆合金沉积FeCrAlY薄膜的样品表现出了良好的抗腐蚀性能，氧化增重少于锆合金样品的30%。结论 磁控溅射法制备的FeCrAlY薄膜在高温水蒸气环境下对锆合金基底起到了很好的保护作用。高温水蒸气腐蚀过程中，由于第三元素效应的发生，即FeCrAlY薄膜中的铬元素促使铝元素析出到FeCrAlY薄膜表面，在高温水蒸气环境下氧化生成氧化铝钝化膜，氧化铝钝化膜起到了阻挡层的作用，减缓了腐蚀的进行。
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  铝合金表面氧化层在燃烧气氛中的退化行为

  谢冬柏, 洪昊, 多树旺, 王文

  表面技术. 2020, 49(1): 79-86. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.010

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  目的 通过对300、400、500 ℃热空气和燃烧气氛中5052铝合金表面氧化层退化行为的分析，研究基于火灾后金属材料表面产物分析来确定火场中是否存在助燃剂的方法。方法 使用高温氧化实验装置对火场中的燃烧气氛进行模拟，用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和精密分析天平对5052铝合金在300、400、500 ℃空气和燃烧气氛中表面氧化物的退化行为进行研究，并对氧化物层的组织结构进行分析。结果 5052铝合金表面氧化物层与外界环境气氛和温度密切相关，在温度较低的热空气中表现出较好的抗氧化性能，表面生成的氧化物层完整致密；高温燃烧气氛使5052铝合金的氧化速度显著提高，表面生成的氧化物层结构疏松，并随时间的延长出现失稳氧化。结论 火灾中铝合金表面氧化层的微观结构记录了火场的相关信息，这些信息不但是对传统残留物宏观形貌证据的有效补充，还可作为火场中是否有助燃剂存在的辅助证据使用。
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  煤油助燃剂燃烧气氛对低碳钢表面氧化层的影响

  洪昊, 谢冬柏, 多树旺

  表面技术. 2020, 49(1): 87-93. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.011

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  目的 为解决复杂火灾现场中助燃剂易污染、氧化、难寻找等问题，通过对低碳钢在煤油燃烧环境气氛中氧化行为的研究，得出其表面氧化层特点及与火场助燃剂之间的关系，以期为火场物证检验提供一种新的途径。方法 使用模拟装置获得煤油燃烧气氛，并在不同温度下对其中的低碳钢进行氧化。采用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）分析氧化层的形貌，用SEM自带的能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）分析氧化层的相组成，用精密分析天平研究试样的氧化动力学。结果 火场中的燃油燃烧气氛促进了低碳钢氧化层的形成，并且氧化层中没有检测到FeO相。每组氧化时间下的样品表面均沉积了10%~20%的碳。近似抛物线规律的氧化动力学曲线说明氧化层在后期的氧化趋于稳定。结论 在燃烧环境气氛中，反应初始阶段，通过化学吸附显著加快了氧化层的形成，在该实验温度和强氧化性气氛存在的情况下，不利于FeO的形成。煤油的不完全燃烧造成了样品表面的碳沉积，并且碳含量的多少与助燃剂的碳链长度有关，这可为火场中是否有煤油助燃剂的存在提供参考。
研究综述
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  面心立方金属材料压入初期突变现象的位错机制

  汪可华, 宋宝睿, 涂文静, 李雁淮, 王福德, 陈坚

  表面技术. 2020, 49(1): 94-102. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.012

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  接触应力是引发金属构件形变与失效的重要来源之一。为了理解材料的力学行为与失效机制，研究者对接触条件下位错的产生与运动开展了大量研究。然而由于实验技术的限制，对接触初期塑性变形机理的认识仍较为薄弱。近年来得益于原位表征和高测试精度的优点，仪器化纳米压入技术被陆续地应用于研究材料接触初期变形行为，尤其针对面心立方结构（FCC）的金属材料，结合模拟分析与微观表征，大大促进了对相关位错行为的理解。因此，在简要介绍仪器化纳米压入技术的特点、模型及应用的基础之上，首先，介绍了纳米压入接触初期载荷-位移曲线的突变现象，讨论了其与位错行为的关系；其次，重点以面心立方金属材料为对象，从位错萌生和位错运动与反应两个方面分别介绍了二者与突变现象的关系，并结合文献报道，详细讨论了压入过程位错萌生的影响因素，以及位错运动与反应机制；最后，进行了总结和展望，提出借助多种先进实验和模拟方法的交叉使用，将有助于揭示接触条件下的位错行为，从而为仪器化纳米压入技术的发展和理解接触条件下金属材料的变形与失效提供理论基础。
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  石墨和C/C复合材料表面ZrB2-SiC陶瓷涂层的研究进展

  王凯凯, 李争显, 汪欣, 李伟, 相远帆

  表面技术. 2020, 49(1): 103-112. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.013

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  C/C复合材料具有优异的高温力学性能，是航空航天领域最具发展前景的结构材料之一，但在高温含氧环境中的氧化问题严重地限制了其实际应用。涂层技术是提升基体抗氧化能力的有效手段，因ZrB2-SiC陶瓷涂层具有优异的抗氧化、抗烧蚀、抗热震等性能，非常适合作为C/C复合材料的高温防护涂层。首先，介绍了ZrB2-SiC陶瓷涂层在氧化和烧蚀过程中组织结构的演变规律，阐明了该涂层的高温防护机理；然后，综述了该涂层的主要制备方法（包埋法、CVD、等离子喷涂）及每种方法的优点与不足，并对不同方法所制备涂层的抗氧化性和抗烧蚀性进行了比较；之后，针对该涂层研究和应用中存在的问题，如涂层致密性差、元素分布不均匀、应用温度范围窄、与基体热匹配性差等，从粉体改性和掺杂改性两方面总结了该涂层的改性研究现状，重点阐述了对ZrB2-SiC粉末进行喷雾造粒和感应等离子球化处理对于提升等离子喷涂涂层性能的重要意义；最后，从涂层制备、涂层结构设计、涂层改性、涂层性能测试等方面，指出了该涂层体系存在的主要问题和未来的发展方向。
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  铝合金表面沉积类金刚石薄膜的研究进展

  周佳, 孙丽丽, 郭鹏, 左潇, 柯培玲, 程晓英, 汪爱英

  表面技术. 2020, 49(1): 113-121. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.014

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  类金刚石（Diamond-like Carbon，DLC）薄膜因其高硬度、良好的化学惰性以及优异的摩擦性能等优势，有望成为一种理想的铝合金表面防护涂层。对比了物理气相沉积（Physical vapor deposition，PVD）技术制备DLC改性材料与传统铝合金表面改性技术的优劣，概述了DLC薄膜在提升铝合金表面力学性能、减摩抗磨方面取得的最新成果，以及在复杂服役工况下面临的抗塑性变形差、易发生结合失效等瓶颈性问题。通过分析铝合金基体上生长高性能DLC薄膜的不利因素，指出界面化学结合强度低、薄膜残余应力大以及软基体/硬质薄膜的结构体系限制是导致上述问题产生的主要原因。在此基础上，重点综述了国内外研究学者为提高铝合金表面沉积DLC薄膜的膜基结合力所采取的有效措施及结果，包括：通过基体前处理增强基体力学性能与改善宏观表面缺陷；采用PVD或其他表面处理方法制备一层或多层的中间过渡层，缓解DLC薄膜与铝合金基体结构、性能之间的差异；调控DLC薄膜组分与结构以降低残余应力。最后展望了在铝合金基体表面制备DLC防护薄膜的发展趋势。
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  等离子喷涂金属/陶瓷梯度热障涂层研究进展

  周雳, 邢志国, 王海斗, 黄艳斐, 郭伟玲, 米庆博

  表面技术. 2020, 49(1): 122-131. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.015

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  热障涂层在众多领域具有重要的应用价值，但基体与涂层的物理性能不匹配是遏制其服役性能和寿命提高的主要原因。金属/陶瓷梯度热障涂层通过逐渐改变涂层内部的成分、结构，可有效地改善基体和涂层因物理性能突变而导致的界面失效问题。首先介绍了金属/陶瓷梯度热障涂层对比于双层热障涂层的独特微观结构，并简要分析了其具有明显性能优势的原因。随后总结了金属/陶瓷梯度热障涂层残余应力的具体分布、影响因素和模拟模型优化现状，重点从优化涂层制备工艺、改进喷涂技术、改善涂层设计三个方面，介绍了改善涂层性能的研究进展。其中优化球磨和喷涂工艺参数、模拟研究喷涂过程、改进喷涂技术的方式是通过提高涂层质量来提升其物理性能，而改变涂层成分分布形式、涂层层数和厚度主要是通过改善涂层残余应力分布和水平来提升其抗热失效能力。最后提出了进一步优化模拟模型、改进喷涂技术、创新涂层设计和完善机理研究，是未来等离子喷涂金属/陶瓷梯度热障涂层的重点研究方向。
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  壳聚糖及其衍生物在金属缓蚀剂方面的研究应用综述

  刘诗桃, 廖柯熹, 何国玺, 曾余祥, 葛清晓, 周飞龙, 吕茜娣, 赵帅

  表面技术. 2020, 49(1): 132-141. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.016

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  壳聚糖是一种含有大量的伯羟基、仲羟基以及氨基和糖酐键等极性官能团和孤对电子的碱性多糖。它作为一种绿色环保、廉价易得、可生物降解且具有大量活性官能团的天然高分子产物，在许多领域都有广泛的应用。综述了近年来国内外壳聚糖及其衍生物在金属腐蚀领域的研究进展，阐述了其作为缓蚀剂防腐方面的优势，并对其研究现状及机理进行了说明。简述了壳聚糖高分子结构特性及作为金属缓蚀剂的特点，分析了壳聚糖缓蚀剂的作用机理。介绍了壳聚糖衍生物的制备方法，根据官能团的不同进行了分类归纳，包括羧甲基类壳聚糖、席夫碱类壳聚糖、季铵盐类壳聚糖等，并对比了不同壳聚糖及其衍生物在不同腐蚀环境下的缓蚀效率。同时，梳理了壳聚糖及衍生物在防腐方面应用所存在的问题，如在中性条件下溶解性差、部分壳聚糖衍生物合成方法复杂等。最后，展望了壳聚糖及其衍生物在防腐领域的发展趋势。
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  三元层状固体润滑Ti3SiC2复合材料的制备与摩擦学研究进展

  汪阳, 刘秀波, 欧阳春生, 罗迎社, 陈德强

  表面技术. 2020, 49(1): 142-153. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.017

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  Ti3SiC2作为一种新型的陶瓷材料，兼具金属和陶瓷的双重性能，同时也由于具有良好的导电导热性、低密度、机械可加工性、优异的抗热震性能、高熔点、高热稳定性、耐高温氧化、耐腐蚀性能，近年来受到了越来越多研究者的关注。首先介绍了Ti3SiC2内部晶体学结构，指出其与二元碳化物TiC有着紧密的晶体学关系，接着详细叙述了各种Ti3SiC2制备工艺及其复合材料的研究现状，阐述了化学气相沉积（CVD）、磁控溅射（MS）、脉冲激光沉积（PLD）、自蔓延高温合成（SHS）、热等静压（HIP）、热压烧结（HP）、火花等离子烧结（SPS）等技术在制备Ti3SiC2及其复合材料方面的优点和不足。随后重点分析了温度、滑动速度、载荷、添加组分含量、对偶材料种类和润滑环境等因素对Ti3SiC2及其复合材料摩擦学性能的影响。最后总结了在Ti3SiC2及其复合材料研究中存在的一些问题，并指出进一步提高摩擦磨损性能，添加多元增强相，改进现有技术以及采取新型制备工艺，是未来发展的重要方向。
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  石墨烯在涂镀层防腐领域的应用研究及进展

  李泽民, 王胜民, 赵晓军, 张俊, 潘艳芝

  表面技术. 2020, 49(1): 154-162. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.018

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  石墨烯作为新型材料，具有优异的化学稳定性、极好的导电性及可增强树脂附着力和无二次污染等综合性能，成为诸多工业应用领域的研究热点。首先，简要概述了近年来石墨烯分散性的发展历程，分散方法主要以物理和化学分散法为主，并对两种方法的弊端进行了分析和讨论，得出两种方法在分散过程中都会引入缺陷及结构受损。其次，概述了石墨烯的两种防腐机理，第一种机理是石墨烯片状结构堆叠形成致密物理阻隔层，第二种机理是依靠石墨烯良好的导电性，给涂镀层提供良好的导电循环通路，赋予涂镀层良好的电化学保护性能。然后，对石墨烯在薄膜防腐领域和水性有机防腐涂料功能化填料应用等方面进行了详细介绍，比较了各类复合涂料制备方法的优缺点并提出了改进策略，分析得到了石墨烯增强有机涂料附着力的同时，还提升了有机涂料的物理屏蔽性能、力学性能和防腐性能。另外，介绍了石墨烯作为增强相在金属微粉镀层中的应用，通过电沉积和化学沉积法，在基体表面沉积石墨烯金属微粉复合镀层，复合镀层中的石墨烯具有极好的化学稳定性，抑制了镀层的腐蚀速率。最后，基于上述石墨烯在涂镀层中的作用及机械镀工艺，提出了“石墨烯-锌”的研究概念，并从分散稳定性、环保性、经济性、适用范围、产业标准化等方向，提出了石墨烯在防腐材料领域里的发展趋势及研究建议。
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  燃气轮机在海洋环境下的热腐蚀与防护技术研究进展

  杨宏波, 王源升, 王轩, 武强

  表面技术. 2020, 49(1): 163-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.019

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  针对海洋环境下舰船燃气轮机的热腐蚀现状，从热腐蚀的机理研究着手，基于不同阶段提出的热腐蚀模型理论，分析了高温和低温两种热腐蚀类型的发生过程和表现特征，指出热腐蚀实质上是以Na2SO4为主导的熔盐沉积共晶物与金属基体发生反应而导致金属材料加速氧化的过程。在此基础上，详细介绍了三种涂层防护技术—扩散涂层、覆盖涂层和热障涂层，并根据这三种涂层的发展阶段和功能特性，分析了其在制备工艺、作用机理和应用领域上表现出的差异性，重点强调了热障涂层（TBCs）在当前的发展境况。结合世界各国研究者开展的代表性工作，全面综述了国内外在舰船燃机热腐蚀防护领域的研究进展，重点描述了以硫酸盐为主的腐蚀介质中，金属材料的热腐蚀表现特征，并展示了数值模拟、热力学模拟等方法在热腐蚀研究上的应用案例。最后，对舰船燃气轮机涂层防护技术的发展方向进行了展望，提出发展新一代环障涂层（EBCs）是提高燃气轮机综合防护能力的有效技术手段。
表面功能化
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  电沉积工艺参数对镍-钼-锌三元合金电极析氢催化性能的影响

  彭文屹, 朱峰, 邓晓华, 陶钧, 周颖钰

  表面技术. 2020, 49(1): 173-179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.020

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  目的 采用直流电沉积法在铜基底上制备镍-钼-锌三元合金电极，提高电解水析氢过程中阴极电极的效率。方法 使用电化学工作站研究不同电沉积工艺参数对镍-钼-锌三元合金镀层析氢性能的影响，使用扫描电镜（SEM）、X射线衍射分析仪（XRD）、能谱仪（EDS）对合金镀层表面形貌、相结构及元素含量进行表征。通过线性扫描伏安法（LSV）对析氢过电位进行测量，采用塔菲尔极化获得塔菲尔斜率，采用电化学阻抗法（EIS）表征合金镀层的析氢催化性能。结果 最佳工艺参数为：温度45 ℃，pH=10.5，电流密度100 mA/cm2。该合金在10 mA/cm2下相对氢标电位仅为139 mV，塔菲尔斜率为103 mV/dec，活化电极电阻（Rct）随着电压的升高而降低。合金中Ni、Mo和Zn的原子比分别为68.23%、10.09%和21.68%。合金镀层为非晶结构，表面是纳米级颗粒堆叠而成的粗糙形貌。结论 不同的工艺参数对Ni-Mo-Zn电极析氢性能有着重大影响，其析氢性能随着pH值的升高而上升，随着电流密度的升高而先增后减，随着电沉积温度的升高而上升。Ni-Mo-Zn高的析氢性能源于其元素协同作用、非晶结构和粗糙表面。
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  尼龙66复合镀电磁屏蔽织物

  熊林利, 黎学明, 王涛, 徐珂

  表面技术. 2020, 49(1): 180-186. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.021

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  目的 探究尼龙66化学镀最佳粗化工艺，优化次亚磷酸钠化学镀铜工艺，比较在相同工艺条件下化学镀镍-铜及化学镀铜-镍工艺对织物电磁屏蔽效能的影响。方法 将经过稀盐酸/乙酸水溶液以及稀盐酸/乙酸乙醇溶液粗化后的尼龙66织物化学镀镍，用扫描电镜观察镀层效果，对比两种粗化方案，用化学镀铜沉积速率及质量损失率反映化学镀镀覆效果，探索出次亚磷酸钠的最佳镀铜配方，确定次亚磷酸钠化学镀铜的最佳工艺条件。用法兰同轴测试化学镀铜、化学镀镍及经过化学镀镍后镀铜和化学镀铜后镀镍的电磁屏蔽效能。结果 稀盐酸/乙酸水溶液粗化后，织物镀层易脱落；稀盐酸/乙酸乙醇溶液粗化后，镀层覆着力强。以次亚磷酸钠为还原剂的最佳镀铜工艺为：硫酸铜 20 g/L，硫酸镍8 g/L，次亚磷酸钠 70 g/L，硼酸35 g/L，pH 10.2~10.6，时间 20 min，温度75 ℃。化学镀铜后化学镀镍得到的织物屏蔽效能达70 dB。结论 稀盐酸/乙酸乙醇溶液粗化效果最佳，比使用稀盐酸/乙酸水溶液处理的镀层更均匀致密。化学镀镍所得镀层为非晶态物质，次亚磷酸钠化学镀铜所得镀层为晶态物质。化学镀铜后镀镍织物镀层更为致密。在相同工艺条件下，化学镀铜-镍的质量增加率大于化学镀镍-铜，屏蔽效果优于化学镀铜、化学镀镍-铜。
表面摩擦磨损与润滑
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  横向应力场对原子尺度摩擦的调制

  郭一伯, 庞华, 刘大猛

  表面技术. 2020, 49(1): 187-193. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.022

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  目的 探索横向应力场对原子尺度摩擦能量耗散的调制规律。方法 采用微机械剥离方法制备单层至多层MoS2样品，利用光学显微镜、高波数拉曼光谱、低波数拉曼光谱精确确定MoS2的层数。通过原子力显微镜，对单层至多层MoS2进行原子尺度摩擦实验，探索横向应力场对原子尺度摩擦参数及摩擦能量耗散的调制规律。基于独立振子模型，分别评价等效刚度k和表面势垒U0对MoS2原子尺度摩擦行为的影响，并通过独立振子模型计算MoS2原子尺度摩擦能量耗散。结果 在无应变的情况下，随着MoS2层数的增加，等效刚度从2.92 N/m增加至7.41 N/m，表面势垒从0.36 eV增加至0.58 eV。单层MoS2平均摩擦力最大，双层MoS2次之，多层MoS2最小。当应变从0增加至1.06%时，单层MoS2的等效刚度从2.92 N/m增加到12.03 N/m，表面势垒从0.36 eV增加至2.94 eV，但是应力场对表面势垒的调制作用更强，从而导致相对势垒η与应力场呈正相关。随着应力场的增加，原子尺度摩擦能量耗散增加，而且当应力场刚开始作用于MoS2时，摩擦能量耗散显著增大。单层MoS2的摩擦能量耗散从无应变时的1.3×10–13 J增加到应变为0.53%时的1.9×10–12 J。结论 研究能量耗散不仅有助于探究摩擦本质，而且可实现能量耗散的调制。该工作促进了原子尺度摩擦能量耗散的研究，为摩擦能量耗散调制提供了新的方向。
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  304不锈钢在人工海水环境中的腐蚀磨损行为研究

  曾群锋, 许雅婷, 林乃明

  表面技术. 2020, 49(1): 194-202. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.023

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  目的 阐述304不锈钢在人工海水环境中的腐蚀磨损行为及其力-电化学耦合作用下的损伤机理，为海水服役环境中海洋装备的开发和利用提供理论支持。方法 利用腐蚀磨损试验仪研究了304不锈钢在人工海水环境中的摩擦学性能和电化学性能及其交互作用下的腐蚀磨损行为，并利用扫描电镜、X射线衍射仪、激光共聚焦显微镜等仪器对磨痕表面进行表征与分析。结果 在载荷作用下，304不锈钢的腐蚀电位从静态腐蚀的-0.310 V变为-0.368 V，腐蚀电流密度也增加了约1个数量级。阳极恒电位下，304不锈钢和Al2O3陶瓷球摩擦副的摩擦系数比阴极保护下的小。载荷为5 N时，304不锈钢的腐蚀磨损率为0.195 mm3/d，其中，腐蚀加速磨损速率占68.7%；载荷为15 N时，总磨损速率明显增加，其中，纯磨损率所占比例最大，为60.1%，此时腐蚀加速磨损速率占比为39.1%。结论 304不锈钢的腐蚀磨损行为是“机械去钝化-化学再钝化”的动态过程。腐蚀和磨损过程存在明显的交互作用。在磨损过程中，304不锈钢表面发生马氏体相变，通过电偶腐蚀进一步加强腐蚀作用；同时，腐蚀过程的反应产物使304不锈钢的耐磨性能下降。随着载荷的增加，对总腐蚀磨损速率贡献最大的由腐蚀加速磨损速率逐渐变为纯磨损率，载荷对304不锈钢的机械磨损影响更大。
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  直接激光沉积Al2O3增强NiCrAlY涂层的微观组织及力学性能

  吴东江, 刘妮, 余超, 崔强, 牛方勇, 马广义, 赵凯

  表面技术. 2020, 49(1): 203-212. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.024

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  目的 改善NiCrAlY涂层微观组织并提高其力学性能。方法 采用直接激光沉积方法制备100%NiCrAlY、NiCrAlY+10%Al2O3和NiCrAlY+20%Al2O3三种样件，分别利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量色散谱仪（EDS）、电子探针X射线显微分析仪（EPMA），对不同成分样件进行相组成分析、微观组织观察以及元素组成检测，使用维式显微硬度测试计和万能摩擦磨损试验机，分别检测各个涂层的显微硬度和摩擦系数。结果 在NiCrAlY中添加Al2O3后，Al2O3以不规则形状或球形分布在晶内或者晶界处，其尺寸小于2 μm。三种复合涂层样件均由γ-Ni和β-NiAl相组成，添加Al2O3陶瓷颗粒后，涂层一次枝晶臂间距均减小，且Ni-Y相显著减少，Y2O3陶瓷颗粒弥散分布在基体的晶内与晶界处。NiCrAlY、NiCrAlY+10%Al2O3和NiCrAlY+20%Al2O3涂层的平均硬度分别为(440.69±30)HV0.2、(482.18± 30)HV0.2和(453.09±20)HV0.2，100%NiCrAlY、NiCrAlY+10%Al2O3和NiCrAlY+20%Al2O3涂层的摩擦系数分别为0.77、0.55和0.52。结论 加入Al2O3后，基体晶粒有一定程度的细化。在晶粒细化作用以及陶瓷颗粒弥散作用下，涂层的显微硬度有所提高，其中NiCrAlY+10%Al2O3的硬度最高，相比NiCrAlY基体提高了约9.5%。此外，发现添加Al2O3后，NiCrAlY+10%Al2O3和NiCrAlY+20%Al2O3样件的摩擦系数比NiCrAlY样件下降均超过25%，其中NiCrAlY+10%Al2O3样件的磨损量最小，相对于NiCrAlY涂层下降了近13.5%，耐磨性明显改善。
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  Mg元素对强流脉冲电子束改性后Al-20Si合金表面微观组织及性能的影响

  李魁, 高波, 徐宁, 任娅维, 邢鹏飞

  表面技术. 2020, 49(1): 213-220. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.025

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  目的 通过添加Mg元素改善Al-20Si合金的组织，提升其表面力学性能。方法 运用场发射扫描电镜（FESEM）、显微硬度计及多功能材料表面性能试验仪等一系列检测手段，考察Mg元素对强流脉冲电子束改性Al-20Si合金表面效果的影响，及合金表面微观组织和表面力学性能的变化。结果 Mg元素能与硅相形成更细小的Mg2Si相来细化初生硅相，同时可改善强流脉冲电子束处理后铝硅合金表面产生的微裂纹。材料表面经强流脉冲电子束改性后，所有的衍射峰发生了宽化及偏移。两组合金铝基体的显微硬度随着脉冲数的增加而逐渐递增，Al-20Si合金铝基体的显微硬度由745.5 MPa增加到2170.7 MPa，Al-20Si-5Mg合金的铝基体显微硬度由1061.3 MPa增加到2403.6 MPa，Mg元素的添加可提高Al-20Si合金的硬度。另外，通过往复摩擦试验发现，Mg元素及强流脉冲电子束都能提高材料的耐磨性。结论 Mg元素能改善强流脉冲电子束处理后Al-20Si合金表面的微观组织，添加Mg元素后，Al-20Si合金表面的力学性能得到提高。
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  SLM成形316L工艺对滑动磨损特性及硬度的影响

  黄明吉, 杨颖超, 冯少川

  表面技术. 2020, 49(1): 221-227. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.026

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  目的 提高选区激光熔化（SLM）成形316L不锈钢的耐磨性和硬度。方法 在能量密度为50~ 110 J/mm3、扫描间距为0.04~0.12 mm范围内，改变能量密度和扫描间距两种工艺参数，采用选择性激光熔化技术（SLM）制备了12种316L不锈钢试样。通过表面粗糙度测量、孔隙率测量、销盘摩擦试验和布氏硬度试验，研究了工艺参数对SLM成形316L不锈钢试样的摩擦磨损特性和硬度的影响。结果 能量密度为90 J/mm3且扫描间距为0.12 mm时，表面粗糙度Ra最小，为5700 nm。孔隙率范围为12.35%~0.94%，扫描间距为0.12 mm的试样的孔隙率比扫描间距为0.04 mm和0.08 mm的孔隙率小。扫描间距不变时，孔隙率随能量密度增大而减小。能量密度为50 J/mm3时，扫描间距为0.12 mm的试样的摩擦系数和磨损率比扫描间距为0.04 mm和0.08 mm的要小；能量密度不变时，扫描间距为0.12 mm的试样硬度比扫描间距为0.04 mm和0.08 mm的试样高。结论 改变扫描间距和能量密度会直接影响成形试样的表面粗糙度、孔隙率。研究范围内，表面粗糙度和孔隙率随扫描间距增大而减小。孔隙率与磨损量及硬度存在相关性：孔隙率越小，硬度越大，磨损率越小。因此，合理选择工艺参数可以降低孔隙率，进而提高表面质量，降低磨损率，增大硬度。
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  偏压对MPP制备AlTiSiN纳米复合涂层结构及性能的影响

  贵宾华, 周晖, 郑军, 马占吉, 杨拉毛草, 张延帅

  表面技术. 2020, 49(1): 228-236. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.027

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  目的 实现对AlTiSiN纳米复合涂层微观组织结构的调控及力学性能优化。方法 利用可调控脉冲磁控溅射技术，通过调控基体偏压（-50~ -250 V）制备了不同偏压条件下的AlTiSiN纳米复合涂层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）、原子力显微镜（AFM）、薄膜综合性能测试仪及球盘摩擦试验仪，测试了涂层的微观组织结构、组成成分、表面形貌、力学性能及摩擦学性能。结果 偏压对涂层元素组成影响不大。微观组织结构方面，不同偏压条件下制备AlTiSiN纳米复合涂层的晶面衍射峰宽化现象明显，呈现纳米晶组织结构。-200 V条件下制备的涂层的晶面衍射峰呈“馒头峰”形态，表明涂层结晶性能出现明显下降，呈类非晶组织结构；偏压升至-250 V时，高能离子对涂层生长表面的持续轰击作用，使得涂层生长表面升温明显，导致结晶性能出现明显改善。涂层表面光滑致密，表面粗糙度最低可达1.753 nm。力学性能方面，随基体偏压的升高，涂层硬度在取得最大值后逐渐下降，最高硬度可达25.9 GPa，H/E*系数可达0.13。摩擦学性能方面，偏压为-200 V时，涂层磨损率取得最小值4.7× 10-15 m3/(N×m)。结论 改变基体偏压，成功实现了涂层微观组织结构的调控生长，进而达到了优化涂层组织结构、力学性能及摩擦学性能的目的。
表面失效及防护
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  考虑多腐蚀缺陷作用效应的海底管道失效压力分析

  秦鹏程, 熊春宝, 李志, 翟京生

  表面技术. 2020, 49(1): 237-244. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.028

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  目的 研究多种腐蚀缺陷及多腐蚀缺陷间相互作用对管道失效的影响，提出考虑多腐蚀缺陷作用效应的管道失效压力计算方法。方法 基于腐蚀缺陷压力管道全尺寸压力爆破试验数据，采用有限元方法分析含不同尺寸多腐蚀缺陷的管道失效压力，提出重叠腐蚀缺陷相互作用系数概念，并将其应用到重叠腐蚀缺陷管道失效压力的计算中。结果 腐蚀缺陷间不同的轴向间距及环向间距均对多腐蚀缺陷相互作用有显著影响，从而影响管道失效压力。多腐蚀缺陷间相互作用存在临界范围，且不同腐蚀缺陷尺寸对其相互作用临界值影响不同。当管道存在“十”字形重叠腐蚀缺陷时，失效压力明显降低。重叠腐蚀缺陷顶层缺陷的几何尺寸是决定失效压力变化趋势的主要原因，即随着顶层腐蚀缺陷轴向长度及深度的增加，失效压力出现大幅降低；而随着顶层缺陷宽度的增加，失效压力下降趋势缓慢。结论 腐蚀缺陷几何尺寸是影响管道失效压力及腐蚀缺陷间相互作用的重要因素，结合腐蚀缺陷间相互作用系数能够有效进行多腐蚀缺陷管道的失效压力分析计算。
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  轨腰仿生自分层防腐梯度涂料合成及影响因素和结构探究

  郑禹, 胡萍, 李珂, 李建平, 黄樟华

  表面技术. 2020, 49(1): 245-253. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.029

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  目的 仿荷藕结构及功能，制备一种自分层防腐涂料。方法 合成聚氨酯改性环氧树脂（PU/EP）及氟硅改性丙烯酸树脂（氟硅改性PAA），将两种树脂共混形成自分层涂料。通过铅笔硬度测试、机械性能测试、接触角测试、耐老化测试、划格法附着力测试、电化学阻抗测试等，分别评价两种树脂比例、混合溶剂比例对涂膜自分层行为及性能的影响，并通过SEM-EDS、红外光谱等表征技术分析涂膜分层后的结构。结果 当PU/EP∶氟硅改性PAA=1∶1时，接触角达到96.0°，柔韧性为0.5 mm，耐冲击为50 cm，附着力等级为1，失光率降至19%；乙酸丁酯（NBAC）∶正丁醇（NBA）=4∶6时，涂膜分层情况良好，接触角达到107.7°，浸泡水中48 h耐水性无变化，失光率降至17%。SEM-EDS、红外光谱分析表明，自分层涂膜上层为氟硅改性PAA、底层为PU/EP，中间存在过渡涂层，过渡层两种树脂中的─COOH、─OH、环氧基发生反应，使整个涂层更具稳定性。经由EIS分析，在3.5%NaCl溶液中浸泡40天后，腐蚀介质没有渗透涂膜到达基底金属界面。结论 制备的轨腰仿生自分层涂膜的机械性能、附着力、疏水性、耐老化、防腐蚀性能优异，涂膜结构稳定。
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  光斑尺寸对42CrMo钢激光深层淬火硬化层几何特征的影响

  Volodymyr S. Kovalenko, 张群莉, 童文华, 陈智君, 姚建华, 李铸国, 冯凯

  表面技术. 2020, 49(1): 254-261. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.030

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  目的 提高42CrMo钢激光淬火后硬化层的深度和分布均匀性。方法 利用COMSOL Multiphysics软件对42CrMo钢激光淬火过程中温度场的演变进行分析，且考虑材料的热物性参数随温度变化。通过设定激光工艺参数模拟试样的温度场分布，利用马氏体转变条件得到硬化层形貌尺寸。参照模拟结果，利用连续输出的光纤耦合半导体激光器对42CrMo钢进行激光淬火实验，用热电偶测温仪对试样测温并与模拟的温度历史曲线进行对比，用光学显微镜对试样横截面处硬化层形貌进行分析，将实验所得硬化层形貌与模拟结果进行比较。并在相同的功率密度下，改变光斑的几何尺寸进行模拟，分析并比较硬化层的几何特征。结果 实验所测某点的温度历史曲线与模拟结果一致性较高，硬化层实际形貌与模拟结果基本吻合。在激光功率密度不变时，随着垂直于扫描方向上的光斑宽度增加，硬化层宽度呈正比例增加，硬化层深度则先增后减，距离硬化层中心最深处相同距离点的曲率则逐渐减少。结论 通过优化激光淬火工艺参数，控制激光淬火的热传导时间和深度方向的温度梯度分布，可以在表面不熔化的前提下，获得较深的硬化层。光斑尺寸对42CrMo钢激光深层淬火硬化层深度和硬化层均匀性有较大影响，选择较大的光斑宽度可以得到更为均匀的硬化层。
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  阴极保护检查片接地电阻数值模拟与实验研究

  赵会军, 杜鹏宇, 董亮, 杜艳霞, 宋琳琳

  表面技术. 2020, 49(1): 262-268. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.031

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  目的 研究阴极保护检查片结构及埋设方式对其接地电阻的影响。方法 基于边界元平台建立常用检查片的边界元模型，从检查片形状、裸露面积、壳体大小、埋深和土壤电阻率等方面探讨其对检查片接地电阻的影响及规律，计算了检查片接地电阻在检查片对地总电阻中的比重，并将检查片接地电阻的实验值与边界元模拟结果进行对比。结果 随着极化电位负移，检查片接地电阻所占比重增大，最大接近95%。检查片裸露面积从6.5 cm2增加至50 cm2，其接地电阻降低约1/2。同一裸露面积下，圆形检查片接地电阻最大，长方形的最小，两者相差1.7倍左右。当壳体面积为检查片7倍等效圆直径面积时，接地电阻接近最大值，检查片接地电阻随土壤电阻率增大而成倍增加。在单一土壤环境中，检查片埋深在0.2 m以下时，接地电阻变化小于2%。在边界元模拟结果中，0.2 m埋深处，6.5 cm2圆形检查片接地电阻模拟值比实验值小1.4%，6.5 cm2棒状检查片接地电阻模拟值比实验值小6.3%。结论 接地电阻的实验结果与边界元模拟结果具有较好的一致性，模型合理。
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  基于动态贝叶斯网络的海底管道点蚀疲劳损伤失效模型研究

  骆正山, 赵乐新, 王小完

  表面技术. 2020, 49(1): 269-275. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.032

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  目的 研究海底管道在点腐蚀和腐蚀疲劳双重影响下的整个破坏过程，基于动态贝叶斯网络构建系统失效模型，对海底管道系统不同疲劳寿命下的失效概率进行预测。方法 将点蚀疲劳损伤过程分为腐蚀点成核、腐蚀坑增长、短裂纹扩展和长裂纹扩展四个阶段，采用蒙特卡洛模拟方法对腐蚀点形成到短裂纹发生前的管道破坏过程进行分析，结合疲劳裂纹扩展的动态贝叶斯网络结构图，在充分考虑相关影响因素不确定性的基础上，为海底点蚀管道系统提出一种创新性的概率分析方法，对点蚀管道疲劳寿命的失效概率进行科学预测。结果 结合实例分析，通过蒙特卡洛模拟方法，求解得出腐蚀坑增长转变为短裂纹扩展状态的临界裂纹尺寸为0.8 mm。采用动态贝叶斯网络分析方法，对未经受维修保养的点蚀管道进行疲劳寿命预测，当管道运行到第35年时将会面临失效风险。结论 所构建的模型可以对海底点蚀管道腐蚀疲劳寿命失效概率进行合理预测，通过观测相关影响参数的变化，及时更新预测结果，有助于为海底管道系统制定有效的维修策略。
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  不同厚度8YSZ热障涂层的结构及性能表征

  赵荻, 安宇龙, 赵晓琴, 刘光, 陈杰, 周惠娣

  表面技术. 2020, 49(1): 276-284. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.033

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  目的 探究厚度变化对8YSZ热障涂层结构、力学性能以及抗热震性能的影响。方法 通过超音速火焰喷涂技术（HVOF）和大气等离子喷涂技术（APS）分别制备了NiCoCrAlTaY粘结层和厚度为500 μm、1.0 mm、1.5 mm的8YSZ陶瓷涂层，采用扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜和X射线衍射仪（XRD）对喷涂粉末和涂层的形貌、物相进行了表征，借助显微硬度计和万能材料试验机分别考察了涂层的硬度和结合强度，最后采用水淬法对涂层的抗热震性能进行了测试。结果 不同厚度的8YSZ涂层均由非平衡的四方相（t′-YSZ）组成，且断面呈现出明显的层状结构。随着厚度的增加，涂层中逐渐产生了明显的网状纵向裂纹和边缘界面裂纹。涂层的表面和截面显微硬度都不随厚度的增加而发生显著变化，并且所制备的涂层在整个截面上的显微硬度都比较均匀。涂层的结合强度随着涂层厚度的增加而显著降低。热震试验过程中，三种厚度涂层皆以界面开裂的形式失效，且厚度越大的涂层热震寿命越短。结论 8YSZ热障涂层的厚度变化对其微观形貌、结合强度以及抗热震性能皆有显著影响，而对涂层的物相组成以及显微硬度无明显影响。
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  超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层的摩擦腐蚀性能研究

  黄博, 吴庆丹, 魏新龙, 肖金坤, 张嘎, 张超

  表面技术. 2020, 49(1): 285-293. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.034

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  目的 研究不同喷涂距离下WC-10Co-4Cr涂层的摩擦腐蚀性能，探究其机理并优化工艺参数，以提高涂层性能。方法 通过超音速火焰喷涂技术在304不锈钢基体上制备WC-10Co-4Cr防护涂层，通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究涂层的微观结构及相组成，采用维氏显微硬度计测量涂层的显微硬度。采用装配有电化学工作站的摩擦磨损测试仪，对浸没于3.5%NaCl盐溶液中的涂层进行摩擦腐蚀实验，测量涂层在静态及滑动条件下的磨损率、摩擦系数和极化曲线。结果 喷涂距离提高时，涂层孔隙率降低，硬度提高，达到1100~1400 HV。在腐蚀介质中滑动摩擦时，WC-10Co-4Cr涂层的磨损率较304不锈钢低2个数量级，磨损率为1.7×10-7 mm3/(N?m)，而304不锈钢的磨损率为2.6×10-5 mm3/(N?m)。结论 WC-10Co-4Cr涂层良好的摩擦腐蚀性能归因于承受负载的WC相与产生钝化的金属粘结相之间的协同作用，其抵抗涂层受摩擦腐蚀破坏。
膜层材料与技术
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  基体表面粗糙度对激光沉积不锈钢形貌、组织及性能的影响

  聂长武, 赵吉宾, 赵宇辉, 王志国, 何振丰, 高元, 王志勇

  表面技术. 2020, 49(1): 294-303. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.035

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  目的 研究基体待沉积表面粗糙度的变化对激光沉积之后沉积层质量（宏观形貌、微观组织和力学性能）的影响，从而获得形貌、组织及性能优良的沉积层。方法 采用316L不锈钢粉末，在不同表面粗糙度状态下P20钢基体表面分别进行单道单层、薄壁、多道搭接及块体沉积实验，获得测试分析所需沉积层，基于OM、SEM以及拉伸试验对沉积层组织性能进行分析。结果 单道单层时，相对于铣削基体表面沉积层，喷砂基体表面沉积层的熔高、熔深增加幅度达到了100%，而熔宽增加较平缓；单道薄壁时，在前5层的沉积中，喷砂基体表面沉积高度增长达到2.5 mm，铣削表面沉积高度仅为前者一半，喷砂基体上沉积层内部孔隙率仅为铣削基体的31%；多道搭接时，随着粗糙度的增大，沉积层截面纵向尺寸H的内部增长范围持续变大，而横向尺寸L范围保持稳定。喷砂基体表面沉积层的σb为540.93 MPa，而铣削基体上的σb为523.12 MPa。结论 随着基体表面粗糙度的增加，沉积过程中陷光效应相应增强，单道单层沉积层的宏观形貌尺寸随之增大。对于薄壁沉积，基体粗糙度对薄壁高度的影响主要集中在前5层，粗糙度的增大使得沉积高度生长加快，内部孔隙率减小。多道搭接时，粗糙度越大，熔高熔深方向的尺寸变化越大，沉积层内部枝晶更加粗大，且不均匀。沉积层内部的抗拉强度随粗糙度的增大而提升。
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  Ti对连续热镀铝锌熔池悬浮渣形成的影响

  徐勇, 王银军, 张杰, 江社明, 张启富

  表面技术. 2020, 49(1): 304-310. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.036

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  目的 为研究添加Ti对连续热镀铝锌生产过程中熔池悬浮渣形成的影响，探讨添加Ti的熔池锌渣的种类、成分、尺寸、数量的变化特点以及生长机制。方法 通过向铝锌熔池添加Ti（钛铝锌合金）的方法，对预熔锅、主锌锅的铝锌熔池液面下方约350 mm位置处的含悬浮渣熔液取样，添加Ti试验结束更换沉没辊时，提取主锌锅的锅沿面渣、底渣样品。采用火花直读光谱仪（S-OES）分析添加Ti前后不同时期的悬浮渣熔液中的Ti含量，采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）对锌渣进行形貌、尺寸、组成及数量分析。结果 添加Ti后2 h，预熔锅熔液中出现了较多粒径约10~43 μm的椭球形Al-V-Ti系锌渣，其中约80%锌渣的粒径为10~25 μm，一些较大的椭球形锌渣相的心部出现大小不等的孔洞。主锌锅熔液添加Ti形成的悬浮渣包括椭球形Al-V-Ti系锌渣和多边形、块状Al-Fe-Si系锌渣，Al-V-Ti系锌渣粒径约为10~50 μm，大部分的Al-Fe-Si系锌渣尺寸相比Al-V-Ti系锌渣更大。熔池添加Ti后，锅沿面渣、底渣主要由多边形Al-Fe-Si系锌渣、椭球形Al-V-Ti系锌渣及熔液凝固组织构成，粒径约为10~46 μm的Al-V-Ti系锌渣较多，在锅沿面渣、底渣的Al-V-Ti系锌渣中的比例分别为93%、97%，有大约50%的锅沿面渣、底渣的Al-Fe-Si系锌渣粒径分别约为150、200 μm。结论 预熔锅熔液Ti含量变化较快，主锌锅熔液Ti含量变化较慢，随时间大致呈线性增长。随着主锌锅熔池Ti含量的增加，Al-V-Ti系锌渣有数量增多、团聚长大的趋势，但其尺寸较小，生长较慢，粒径约为30~80 μm的Al-Fe-Si系锌渣出现增多现象，生产状态下，部分悬浮渣转变为锅沿面渣、底渣。锌渣相出现的孔洞为锌渣交联生长提供了空间，有助于形成更大的锌渣。
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  Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响

  张显, 胡记, 隋欣梦, 马欣然, 张维平

  表面技术. 2020, 49(1): 311-317. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.037

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  目的 研究Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响，改善其表面性能。方法 利用激光熔覆技术在TC21钛合金表面制备不同Cr含量的Ni-Al涂层，采用带有能谱仪（EDS）的扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）对熔覆层的显微组织、物相组成进行分析，采用显微硬度计和材料表面性能综合测试仪测试熔覆层的硬度分布和耐磨性能。结果 熔覆层表面质量良好，未添加Cr元素时，熔覆层主要由Ni(Al,Ti)、Ni2AlTi、TiNi等物相组成；添加Cr元素后，熔覆层中有α-Cr沉淀相析出，并且随着Cr元素含量的逐渐提高，TiNi、Ni2AlTi、α-Cr等物相的相对含量逐渐增加。熔覆层主要由Ni(Al,Ti)枝晶组织与其周围呈网状分布的TiNi、Ni2AlTi、α-Cr晶间组织构成。熔覆层的显微硬度均提高到基体的2倍左右，Cr元素对提高Ni-Al涂层显微硬度的影响不大，但能使其显微硬度波动减小，趋于平稳，熔覆层的韧性随着Cr元素含量的增加而不断提高。当Cr元素添加量为20%（原子数分数）时，耐磨性最好，约为基体的2.948倍。结论 Cr元素的添加，有利于熔覆层中α-Cr相的析出和TiNi/Ni2AlTi共晶组织的生成，能有效降低熔覆层的室温脆性，提高塑韧性及耐磨性能。
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  气体温度对冷喷涂7075铝合金涂层性能的影响

  吴增荣, 胡永俊, 代明江, 张科杰, 小川和洋, 谢迎春, 黄仁忠

  表面技术. 2020, 49(1): 318-325. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.038

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  目的 研究气体温度对冷喷涂7075铝合金涂层性能的影响，以期为制备高性能涂层提供重要参考。方法 利用冷喷涂技术，在较高的工作气体压力（5 MPa）下，通过改变工作气体温度（450、500、550、600 ℃），采用氮气在纯铝基体上制备了大厚度7075铝合金涂层。采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）对涂层组织结构及孔隙率进行了分析测定，用维氏显微硬度法测定涂层硬度，通过拉伸实验测定涂层结合强度，研究了冷喷涂工作气体温度对7075铝合金涂层组织及沉积特性的影响。结果 工作气体温度在450~550 ℃范围时，对涂层组织及力学性能影响有限。当工作气体温度为450 ℃时，涂层孔隙率为0.14%，显微硬度为117.8HV0.1，结合强度超过55.3 MPa。但过高的工作气体温度并不利于冷喷涂7075铝合金涂层的制备，当喷涂气体温度达到600 ℃时，涂层孔隙率升高到4.2%。结论 仅采用廉价的氮气即可制备高致密度和高结合强度的冷喷涂7075涂层，当主气温度在450~550 ℃区间时，涂层微观组织和性能随气体温度变化不大，而过高的工作气体温度（600 ℃）并不利于冷喷涂7075涂层相关性能的提升。
表面质量控制及检测
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  预应力条件下系统颤振对磨削工件表面形貌的影响研究

  孙聪, 姚云龙, 修世超, 俞志鹏

  表面技术. 2020, 49(1): 326-335. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.039

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  目的 基于应力刚化效应，通过施加预应力来调节颤振强度，进而研究预应力条件下系统颤振对磨削工件表面形貌的影响规律。方法 选用45钢作为研究对象，首先建立两自由度磨削系统动力学模型，采用时域与频域相结合的方式来获得磨削系统的动力学特性。然后运用Johnson变换获得砂轮表面磨粒的非高斯分布，基于磨粒的运动轨迹和磨削系统的动态特性，建立多因素耦合型工件表面形貌的数学模型，进而获得考虑颤振因素的工件表面几何形貌。结果 预应力条件下，磨削工件表面轮廓高度在1.1~1.7 μm范围内波动，工件表面的平均轮廓高度沿着砂轮的进给方向呈增大趋势。考虑颤振因素的轮廓高度计算结果更接近测得的工件表面平均轮廓高度，随着砂轮转速的增大和进给速度的减小，工件表面的平均轮廓度降低。结论 通过对比实验与仿真条件下工件表面轮廓的高度值，发现预应力条件下系统颤振导致工件表面轮廓高度分布呈现一定的不均匀性，工件表面平均轮廓高度沿着砂轮进给方向逐渐增加。同时，颤振很大程度上降低了加工工件表面微观几何精度。在实际生产中，可采用提高砂轮转速与降低砂轮进给速度的方式来减小颤振对预应力磨削工件微观表面轮廓高度的影响。
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  磁力研磨法去除航空发动机涡轮轴内表面积碳的试验分析

  徐会, 康仁科, 刘冬冬, 陈燕

  表面技术. 2020, 49(1): 336-342. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.040

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  目的 解决航空发动机大尺寸涡轮轴内表面积碳去除的难题。方法 运用SEM分析涡轮轴内壁积碳的表面形貌特征、成分组成，为积碳去除方法的确定和工艺研究奠定基础。针对涡轮轴的特殊材质和清洗要求，提出磁力研磨技术去除积碳的方法。通过Solidworks和Workbench软件分析研磨区域的磁感应强度和磨粒受力情况，搭建涡轮轴径向添加辅助磁极和数控机床复合的磁力研磨装置，选取平均粒径为185、250、375 μm的磨粒，在工件转速分别为600、800、1000 r/min的条件下进行对比试验。结果 在试验中，当磁性磨料粒径为250 μm，工件转速为800 r/min，外部磁极与工件外壁的加工间隙为5 mm，研磨时间为60 min时，涡轮轴内表面积碳完全去除，表面粗糙度下降幅度大，研磨后表面粗糙度Ra为1.47 μm。结论 采用数控磁力研磨设备，可以有效去除航空发动机大尺寸涡轮轴内表面积碳，去除效率高，去除后涡轮轴内表面粗糙度Ra达到1.47 μm，满足工件使用要求。
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  研磨工艺对18CrNiMo7-6钢表面粗糙度和残余应力的影响

  张银霞, 王文广, 郜伟, 于鑫, 杨鑫

  表面技术. 2020, 49(1): 343-348. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.041

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  目的 探究研磨工艺参数对18CrNiMo7-6钢渗碳前后工件表面粗糙度和残余应力的影响规律，从而为降低研磨加工工件表面粗糙度，提高表面质量提供依据。方法 分别采用三维表面轮廓仪和X射线残余应力分析仪对工件研磨前后的表面粗糙度和残余应力进行检测，通过单因素试验研究研磨垫粒度、研磨压力、研磨速度及研磨时间等研磨工艺参数对工件表面粗糙度和残余应力的影响规律。结果 随着研磨垫粒度从400#到3000#，渗碳前后工件表面粗糙度值均减小，Ra可达15~17 nm。渗碳前后工件表面残余应力值均增大，渗碳前表面表现为残余压应力，渗碳后表面可由较大的残余压应力升至残余拉应力。当研磨垫粒度为400#时，渗碳前后工件残余应力分别为–506.54 MPa和–587.29 MPa。研磨垫粒度为800#时，随着研磨压力、研磨速度及研磨时间的增大，渗碳前后工件表面粗糙度值均减小，且表面残余压应力值增大。结论 相同研磨条件下，渗碳后工件的表面粗糙度普遍小于基体件，而渗碳件的表面残余应力普遍大于基体件。18CrNiMo7-6钢渗碳后，硬度、耐磨性得到极大提高，其研磨过程中塑性变形程度减弱是导致上述现象的重要原因。
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  光学元件表面离子束抛光过程边缘效应抑制

  李晓静, 王大森, 王刚, 张旭, 张宁, 裴宁, 聂凤明, 齐子诚

  表面技术. 2020, 49(1): 349-355. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.042

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  目的 为解决光学元件表面进行离子束抛光加工过程中存在边缘效应的问题。方法 采用将驻留时间网格在面形采样网格的基础上进行延拓的方法来抑制边缘效应的产生，即将驻留点的网格范围向外进行延拓，使元件边缘部分的采样点中有去除作用的驻留点的数量与中间部分相同，延拓距离大于离子束半径。使用截断奇异值方法求解线性方程组模型的驻留时间，分析仿真结果中边缘效应出现的原因。结果 当驻留时间采用和面形误差同样的网格划分时，残留面形不收敛，且发生严重的边缘效应。当取截断参数k=80时，其面形PV值由初始的104.489 nm下降到11.675 nm，RMS值由28.009 nm收敛到1.572 nm，且没有边缘效应的产生。采用上述模拟结果作为实验设定参数，在平面光学元件上进行离子束抛光实验研究，抛光前后，PV值由102 nm降为37 nm，RMS由23 nm 降为2 nm。结论 实验结果验证了模拟结果的有效性，使用驻留时间网格延拓的方法可以避免边缘效应的产生，在此基础上进行离子束抛光，光学元件面形PV及粗糙度达到了非常好的收敛效果。
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  两种DLC涂层对ZL108铝合金干式铣削性能的影响

  张而耕, 张致富, 周琼, 黄彪, 陈强, 沈秀国, 陈亚楠

  表面技术. 2020, 49(1): 356-363. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.01.043

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  目的 比较分析氢元素对类金刚石涂层摩擦性能的影响，研究含氢和无氢DLC涂层在铣削ZL108铝合金时的切削性能。方法 分别采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和磁控溅射物理气相沉积（MS）制备含氢和无氢DLC涂层，并采用三维形貌仪对涂层基片表面形貌进行表征，通过切削实验分析两种涂层铣刀的切削性能。结果 MS制备的无氢DLC涂层结构致密，无凹坑、针眼等缺陷。在摩擦磨损试验时发现，无氢DLC涂层磨损率（3.58×10–6 mm3/N）明显小于含氢DLC涂层（4.62×10–6 mm3/N），即无氢DLC涂层的耐磨性能更好。结论 采用MS制备的无氢DLC涂层，表面无明显缺陷，并且具有更优异的摩擦性能。在铣削ZL108铝合金时，减摩性、耐磨性以及抗粘附性能均比含氢DLC涂层铣刀表现得更加优异，被加工的铝合金表面质量更好，产生的切屑表面更加光滑。