2020年, 第49卷, 第8期　
刊出日期：2020-08-20

  

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专题——氢渗透与氢的检测
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  钢中氢分布检测技术进展

  刘神光, 周耀, 王正, 王伟, 李金许

  表面技术. 2020, 49(8): 1-14. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.001

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  主要介绍了几种目前应用比较广泛的氢分布检测技术的原理及其在氢渗透和氢脆研究中的应用，包括三维原子探针（Atom Probe Tomography, APT）、扫描开尔文探针力显微镜（Scanning Kelvin Probe Force Microscopy, SKPFM）、二次离子质谱法（Secondary Ion Mass Spectroscopy, SIMS）和氢微印技术（Hydrogen microprinting technique, HMT），以及可用来检测氢浓度的热脱附质谱技术（Thermal desorption spectrometry, TDS）等。总结了几种检测技术的原理和特点，并简要介绍了它们在与H有关领域里的典型应用。其中，APT和SIMS是利用质谱法直接检测H，以获得H在材料中的分布；SKPFM是通过H引起的电位变化，来获得H的分布；HMT是通过置换反应，即H原子将Ag+置换为Ag原子，Ag原子沉积在试样表面的分布来表征H的分布；热脱附法则是通过恒定的升温速率下H脱附速率对不同陷阱的敏感性差异，来获得不同陷阱中的H浓度以及H与陷阱的相互作用。这几种检测技术的空间分辨率可达亚纳米、纳米、微米至数微米直至毫米级。另外，SKPFM还具有时间分辨的功能。这些技术在H检测方面的应用，使得研究者对H在材料中的微观分布与聚集状态有了直观地认识，进而对由氢引起的失效破坏（即氢致延迟断裂的微观机理）有了更深刻的理解。最后还介绍了目前比较常用的检测H浓度的方法。
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  氢在钢铁表面吸附以及扩散的研究现状

  李守英, 胡瑞松, 赵卫民, 李贝贝, 王勇

  表面技术. 2020, 49(8): 15-21. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.002

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  氢进入钢铁内部是其发生氢脆的前提，而氢在管线钢表面经历物理吸附、解离、化学吸附、扩散一系列过程才能进入管线钢内部，其中氢原子的化学吸附以及氢扩散是关键步骤。综述了氢在钢铁表面吸附、扩散的研究方法、成果，展望了氢吸附以及氢扩散的研究方向。目前研究氢吸附的主流方法是第一性原理计算。在氢扩散研究方面，试验研究能够分析钢铁组织、相、宏观尺度因素变化对氢扩散的影响；有限元、分子力学、第一性原理多种尺度模拟计算可以分析微区结构变化对扩散的影响。氢在表面的吸附以及表层原子的扩散对氢脆有重要影响，但氢原子在钢铁表面的吸附以及表层扩散主要集中在无缺陷的αFe表面。氢与缺陷的相互作用研究主要集中在体相内部，钢铁表面状态的变化对氢吸附以及表层扩散的影响相关报道较少。需进一步开展在含缺陷钢铁表面的氢吸附研究，阐释表面应力、位错、晶界、相界、合金元素等因素对氢吸附、表层区域氢扩散的影响机理。
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  氢渗透传感器及其在海洋腐蚀环境中的应用

  许勇, 黄彦良, 路东柱, 王秀通

  表面技术. 2020, 49(8): 22-28. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.003

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  目的 探究电化学氢渗透传感器在海洋腐蚀环境中的适用性以及相应腐蚀环境下高强度钢的氢渗透行为。方法 设计和制作系列氢渗透传感器，将氢渗透传感器置于海洋大气腐蚀环境、模拟浪花飞溅区腐蚀环境和模拟海洋潮差区腐蚀环境，通过电化学氢渗透技术反映自然腐蚀条件下由腐蚀导致的氢向AISI 4135高强钢材料的渗透情况。结合各腐蚀环境下影响材料腐蚀速率的因素，分析各腐蚀环境下氢产生的机理。结果 海洋大气腐蚀环境下由腐蚀引起的材料的氢渗透电流密度处在一个较小的数量级，氢渗透电流的大小与大气的绝对湿度呈正比例关系；模拟浪花飞溅区腐蚀环境下，氢渗透电流的大小与模拟浪花飞溅效应的海水喷淋间隔时间相关，相较于海水喷淋间隔为1 min条件下的氢渗透电流密度，喷淋间隔为10 min条件下的氢渗透电流密度的最大值更大。处于模拟海洋潮差区腐蚀的材料的氢渗透电流呈现周期性波动，并且前期氢渗透电流的波动幅值较大，而后趋于稳定。结论 电化学氢渗透传感器在检测大气腐蚀环境和模拟浪花飞溅、模拟海洋潮差环境下由腐蚀引起的氢渗透电流的应用中，展现了良好的稳定性和可靠性，表明了相应试验海洋腐蚀环境下氢渗透电流的特点，不同腐蚀环境下材料的氢渗透行为差异较大。
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  微弧氧化膜对7050铝合金氢致局部塑性变形的影响

  蒋子秋, 宋仁国, 王超, 姜波

  表面技术. 2020, 49(8): 29-33. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.004

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  目的 改善7050铝合金在湿空气中氢致延迟开裂敏感性高的问题，以延长其使用寿命。方法 采用微弧氧化工艺在铝合金表面生成微弧氧化膜，研究微弧氧化膜对高强铝合金氢致局部塑性变形的影响。通过双悬臂梁（DCB）试样恒位移试验，评价微弧氧化膜对7050铝合金应力腐蚀敏感性的影响，通过读数显微镜原位观察和记录裂纹扩展情况。利用扫描电镜观察断口形貌，采用定氢仪分析氢含量。结果 经过微弧氧化处理后，7050铝合金氢致局部塑性变形行为明显下降。测得有微弧氧化膜试样的应力腐蚀开裂门槛值KISCC为23.340 MPa?m1/2，而无微弧氧化膜试样的KISCC为16.934 MPa?m1/2。有膜的裂纹扩展速率为6.378× 10–6 m/s，无膜的裂纹扩展速率为1.3612×10–5 m/s。同时微弧氧化膜使铝合金DCB试样中氢的体积分数从0.281×10–6下降到0.163×10－6。结论 微弧氧化膜可以降低铝合金裂纹尖端的氢含量，从而抑制铝合金的氢致局部塑性变形。
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  X70 MS管线钢焊接接头硫化物应力腐蚀敏感性及氢捕获效率

  袁玮, 黄峰, 赵小宇, 范丽霞, 刘静

  表面技术. 2020, 49(8): 34-44. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.005

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  目的 分析探讨氢在X70级抗酸管线钢（X70 MS）母材及焊接接头中的氢捕获效率及其对硫化氢应力腐蚀开裂（SSCC）敏感性的影响机理。方法 依据NACE TM 0177标准，采用应力环拉伸试验分别获得X70 MS管线钢母材及焊接接头SSCC的临界应力门槛值（σscc）。采用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察拉伸断口形貌、氢显试验后表面形貌以及电化学充氢后裂纹区域EBSD观察。利用改进的D-S双电解池氢渗透技术，联用Letry应力腐蚀试验机，测量母材及焊接接头的氢渗透动力学参数。结果 X70 MS管线钢母材和焊接接头发生SSCC的临界应力门槛值σscc分别为362.1 MPa和338.4 MPa，拉伸断口均呈脆性断裂特征。与母材相比，焊接接头的氢渗透通量J∞和表观氢浓度Capp较大，氢有效扩散系数Deff较小，被捕获的晶格氢、可逆氢和不可逆氢浓度均较高。结论 X70 MS管线钢焊接接头具有比母材较高的SSCC敏感性，一方面是由于焊接接头中的板条贝氏体组织晶界及其亚晶界均是氢扩散通道及捕获陷阱，具有较高的氢捕获效率；另一方面，焊缝区中有相对较多的易于裂纹穿晶扩展的{101}//ND取向晶粒，在应力和可逆氢的共同作用下，裂纹易穿过这些取向晶粒快速扩展。
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  微合金元素Cu及等温温度对低碳硅锰钢氢扩散行为的影响

  陈连生, 张雷雨, 杨子旋, 田亚强, 仓盛

  表面技术. 2020, 49(8): 45-54. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.006

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  目的 探究微合金及热处理工艺对氢扩散的影响。方法 设计含0.4%Cu及未含Cu的两种低合金钢，采用两相区保温-淬火-配分（IQ&P）热处理工艺获得280、400 ℃等温温度的试验钢，通过SEM、EBSD、电化学氢渗透等方法分析其氢扩散行为。结果 对于无Cu钢，当等温温度为280 ℃时，大角度晶界占比55%，残余奥氏体（RA）体积分数约为0.02%，氢扩散系数约为1.82×10-7 cm2/s；当等温温度为400 ℃时，大角度晶界占比51%，RA体积分数约为0.35%，氢扩散系数约为1.30×10-7 cm2/s。对于含0.4%Cu的低合金钢，等温温度为280 ℃时，大角度晶界占比46%，RA体积分数约为0.15%，氢扩散系数约为2.70×10-7 cm2/s；贝氏体区等温温度为400 ℃时，大角度晶界占比33%，RA体积分数约为3.00%，氢扩散系数约为0.40×10-7 cm2/s。结论 微合金元素Cu的添加，导致晶粒度的细化，大角度晶界占比更低，RA含量更高，从而其氢扩散系数更低，不利于氢扩散行为的发生。当等温温度由280 ℃升到400 ℃时，虽然会导致晶粒粗化，但大角度晶界占比更低，且RA含量更高，同样会降低其氢扩散系数，不利于氢扩散行为的发生。由此可知，含0.4%Cu、等温温度为400 ℃时，IQ&P钢的氢扩散能力最差。
专题——热喷涂技术研究及应用
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  Al2O3对等离子喷涂Cr2O3/TiO2/Al2O3/SiO2复合陶瓷涂层性能影响研究

  贾碧, 潘复生, 陈春江, 徐榕, 江寒梅, 王如转, 邸永江

  表面技术. 2020, 49(8): 55-62. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.007

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  目的 研究Al2O3添加量对Cr2O3/TiO2/Al2O3/SiO2四元复合陶瓷涂层性能的影响。方法 采用等离子喷涂技术在油气管道X80管线钢基体表面制备出具有不同Al2O3含量的四元复合陶瓷涂层。另外，为探究基体温度对涂层性能的影响，所有涂层均在等离子喷枪预热及室温的两种基体上制备。所制涂层的气孔率、硬度、结合力及电化学腐蚀性能分别采用煮沸称重法、维氏硬度计、划痕仪、电化学工作站进行检测，并用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）分析不同Al2O3含量涂层的物相组成和形貌特征，研究Al2O3含量对涂层各性能的影响。结果 随着Al2O3含量的增加，Cr2O3/TiO2/Al2O3/SiO2四元复合陶瓷涂层的气孔率呈现先降低后增加的趋势，相对应的四元复合陶瓷涂层的结合力、维氏硬度则先增加后降低。当Al2O3质量分数为60%时，四元复合陶瓷涂层的性能最优，气孔率为3.6%，硬度为824.6HV，结合力为53.8 N。电化学腐蚀测试表明，Al2O3能增强涂层的耐腐蚀性能，Al2O3质量分数为60%时，涂层自腐蚀电位最高，为-0.28 V。另外，在基体预热和不预热条件下，所制涂层性能随Al2O3含量的变化一致，但是基体预热比不预热更有利于涂层性能的提高。结论 Al2O3的添加不仅能够有效降低涂层Cr含量，还能显著提升四元复合陶瓷涂层的各项性能，特别是耐腐蚀性。此外，等离子喷涂前对基体进行预热，有利于涂层性能提高。
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  等离子喷涂Al2O3-3%TiO2涂层结构及加载绝缘性能

  杨焜, 牛少鹏, 邓春明, 宋进兵, 邓畅光, 刘敏

  表面技术. 2020, 49(8): 63-72. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.008

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  目的 研究等离子喷涂Al2O3-3%TiO2涂层的抗低温冲击性能和外部载荷下的绝缘性能等综合性能，探讨大气等离子喷涂技术作为核聚变反应堆磁体支撑结构绝缘涂层制备方法的可行性。方法 采用大气等离子喷涂技术在喷砂处理的A286基体上制备Al2O3-3%TiO2涂层并进行封孔处理，利用XRD、SEM等手段对涂层的微观结构和常规性能进行表征，重点关注了涂层的低温热冲击性能和加载绝缘性能。结果 喷涂粉末充分熔融及铺展而沉积为典型的层叠状结构，涂层的结合强度达30 MPa，孔隙率可控制在5%以内。均匀涂刷在涂层表面的硅树脂封孔剂有利于填充涂层孔隙和微裂纹，封孔剂在涂层内部的渗透深度可达到大约100 μm。从室温水浴到液氮进行10个循环的热冲击试验后，涂层未发现裂纹和剥落，且热冲击对绝缘性能没有显著影响。250 MPa压缩载荷下，涂层的表面电阻率明显降低，但仍高于30 MΩ/sqr。结论 Al2O3-3%TiO2涂层可作为高载荷和低温环境下使用的潜在绝缘材料，而大气等离子喷涂将成为制备核聚变反应堆磁体支撑结构关键部件绝缘涂层的重要选择。
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  超音速电弧喷涂Al涂层在污水储罐中的腐蚀行为

  周攀虎, 周勇, 董会, 孙良, 边颖帅

  表面技术. 2020, 49(8): 73-80. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.009

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  目的 研究Al涂层在污水储罐不同位置的腐蚀行为，为热喷涂Al涂层服役提供理论基础。 方法 采用超音速电弧喷涂在Q235B钢表面喷涂Al涂层，采用扫描电子显微镜（SEM）分析Al涂层腐蚀前后的组织形貌，采用能谱仪（EDS）对涂层元素组成进行表征。通过涂层减薄速率、腐蚀形貌特征等，表征涂层在储罐不同位置（水/气界面、水层、水/泥界面和泥层）的腐蚀行为。结果 喷涂态Al涂层为典型的层状结构，未发生明显氧化，孔隙率为5.4％，厚度为60 μm。涂层浸泡60 d后，水/气界面和水层环境中涂层表面仍保持喷涂态的典型特征，即液滴铺展形成的光滑区域和液滴飞溅形成的粗糙区域。由于初始产物的堵塞隔离作用在涂层表面生成氧化膜，涂层发生的腐蚀形式为均匀腐蚀。水/泥界面和泥层环境中，由于氧浓差腐蚀等因素，使得涂层氧化膜的腐蚀速率大于其钝化速率，涂层腐蚀严重，出现局部腐蚀坑、裂纹和脱落现象，主要发生一层或几层扁平粒子整体剥落造成的局部腐蚀。另外，泥层腐蚀环境中，整个涂层内部的扁平粒子界面已完全腐蚀，涂层为松散状态。结论 与海洋中相比，铝涂层在污水储罐中的腐蚀机理有所差别。与普通储罐相比，阳极铝涂层保护储罐的腐蚀形式不同，但是超音速电弧喷涂Al涂层，在此实验环境中保护前后，污水储罐最易失效的位置相同，都为泥层环境。
研究综述
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  常用碳基固体润滑薄膜的研究现状与展望

  石佳东, 韩翠红, 刘倩, 马国政, 王海斗, 李国禄

  表面技术. 2020, 49(8): 81-96. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.010

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  首先从碳基固体润滑薄膜的应用需求与成本效益出发，探讨了研究碳基固体润滑薄膜的迫切要求和重要意义，然后对类金刚石（DLC）薄膜、类富勒烯（FLC）薄膜及石墨烯薄膜三类最常用的碳基固体润滑薄膜的研究现状进行了较详细的介绍。其中，重点介绍了DLC薄膜的三种减摩抗磨机理，探讨了掺杂元素改性对DLC薄膜硬度、摩擦系数和磨损率等多个方面的影响，并指出外部因素（基体材料、过渡层和应用环境等）对DLC薄膜性能的重要作用。探讨了掺氢、掺氟和掺氮对FLC薄膜构性转变和摩擦学性能的影响。总体来说，氟掺杂导致FLC结构变化，并显著改变薄膜硬度；掺氮会诱导类富勒烯微结构的增加；掺氢FLC薄膜热处理后可达到超润滑状态。总结了石墨烯薄膜制备工艺的发展、石墨烯基复合薄膜的摩擦学性能和石墨烯薄膜在不同基体材料的应用。最后，指出了碳基润滑薄膜领域亟待解决的关键难题，并对未来的研究方向做出了预测。
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  钛合金表面激光熔覆涂层的研究进展

  张蕾涛, 刘德鑫, 张伟樯, 王雪松, 戴娇燕, 徐金富

  表面技术. 2020, 49(8): 97-104. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.011

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  激光熔覆是钛合金表面改性的重要技术手段之一，已成为当前研究热点。综述了国内外关于钛合金表面激光熔覆抗高温耐氧化、耐腐蚀、耐磨损和生物陶瓷等涂层的熔覆材料、熔覆层相组成和强化机理等的研究现状。其中，抗高温耐氧化涂层主要由于TiO2、Al2O3等相的隔氧作用，提高了钛合金在高温下的抗氧化性；耐腐蚀涂层主要由于TiN和Ti2Ni等相的固溶强化及细小针状马氏体α’等的细晶强化，提高了其耐腐蚀性；耐磨损涂层主要由于TiC、TiB、TiB2等相的弥散强化作用，提高了涂层的耐磨性；生物陶瓷涂层由于HA、CaO等相的存在，增强了钛合金的生物相容性。其次，阐述了由于熔覆材料与基材的热物性差异、试样预处理不当和工艺调控不当等因素引起的未熔颗粒、球化效应、裂纹、气孔和夹杂等主要缺陷，以及调控激光功率、扫描速度等工艺参数，预热基体材料，通入保护气体和加入适当成分添加剂等控制和改善相关缺陷的措施。最后，展望了钛合金表面激光熔覆涂层和技术的发展方向。
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  镍基高温合金修复强化技术研究现状及发展趋势

  李丹阳, 殷凤仕, 王晓明, 朱胜, 韩国峰

  表面技术. 2020, 49(8): 105-122. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.012

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  镍基高温合金具有优良的高温强度和抗氧化性能，广泛应用于航空发动机、涡轮叶片等热端部件。其在高温、高压、高转速及交变负荷等恶劣条件下长期使用过程中，易出现烧蚀、磨损等表面损伤和掉块、断裂等体积损伤。采用特定的表面工程技术和增材修复技术可有效恢复损伤零件的尺寸和性能，为镍基高温合金综合使役性能的保持和再生提供可行途径。重点综述了表面改性、表面镀层、表面涂层、载能束增材、能束能场复合等镍基高温合金修复强化技术国内外研究现状，归纳总结了各修复方法的技术原理、工艺特点及应用范围。加强能束能场复合修复技术开发、能束能场与材料的作用机理，以及修复过程形性协同调控等方面的研究，对拓宽工艺适用范围、降低修复强化层缺陷以及增强修复机动时效性具有重要意义，是镍基高温合金修复强化技术未来发展趋势。
表面功能化
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  聚醚改性多面体低聚倍半硅氧烷构筑耐水性亲水防雾涂层

  吴城锋, 朱卫彪, 何瑾馨, 董霞

  表面技术. 2020, 49(8): 123-131. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.013

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  目的 制备一种高耐水性的亲水防雾涂层。方法 通过光引发巯基-烯点击化学反应，合成聚醚改性多面体低聚倍半硅氧烷（POSS），得到聚醚改性POSS（POSS-SH6-PEGMA2），采用FT-IR、1H-NMR表征合成产物的结构。将其与亲水性UV树脂混合，在聚碳酸酯基板上涂布、光固化，形成高耐水性亲水防雾层。采用X射线光电子能谱仪（XPS）分析涂层表面元素，通过超景深三维显微镜对涂层表面形貌进行分析，使用接触角分析仪表征涂层的亲水性，并评价涂层的耐水性和防雾性能。结果 通过XPS得到的结果表明，POSS在涂层中发生迁移，富集在涂层表面。通过超景深三维显微镜观察涂层表面发现，表面产生了一系列不同的微观结构，表面粗糙度增大。随涂层中POSS-SH6-PEGMA2的含量增大，涂层的耐水性、亲水性以及防雾性能增强。当POSS-SH6-PEGMA2的含量为55%时（POSS含量为9.71%），涂层的耐水性（吸水率为7.3%）、亲水性（水接触角为7.41°±2.35°）和防雾性能最佳。结论 在聚乙二醇二丙烯酸酯涂层中添加一定量聚醚改性POSS（POSS-SH6-PEGMA2的含量为55%），能获得高耐水性的亲水防雾涂层。
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  表面涂层对毫米波频段反射面天线电性能的影响

  朱振华, 苏若斌, 李秀伟, 李向芹, 江彬, 高西奇

  表面技术. 2020, 49(8): 132-137. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.014

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  目的 确定反射面天线表面涂层参数，并验证表面涂层参数对毫米波频段反射面天线电性能的影响。方法 采用金属导电率、金属层厚度、二氧化硅层厚度等参数，通过电磁软件仿真、涂层试片加工、电性能实测等方法对反射面电性能开展研究。首先对各种反射面表面涂层材料的参数及反射率的计算公式进行定性分析，再采用全波电磁仿真软件HFSS对不同表面涂层参数下的电性能开展电磁仿真，比较均匀平面波激励无限大平面的反射率参数性能。在确定涂层参数的基础上，加工试验样片，采用接收机等效噪声温度测量法，在54 GHz和183 GHz频段完成对涂层试片的电性能测试。结果 在理论分析、仿真计算取得一致的结果下，获取了天线反射面表面金属层厚度与反射率的关系，结合工程实际加工经验，确定了反射面金属层的建议厚度为1~2 μm。确定了金属层表面涂覆二氧化硅层在厚度小于2 μm的情况，对反射面天线电性能影响可忽略。获取了相同厚度的不同种类金属对反射面电性能的影响。结论 在理论分析与仿真分析结论的指导下，完成了1.8 μm铝+0.1 μm SiO2试验样片的加工及反射率实测，实测结果与仿真结论一致。
表面摩擦磨损与润滑
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  海水环境中钛元素改性铜基激光熔覆层的摩擦行为研究

  向永华, 陈卓, 赵耀, 徐富家, 崔秀芳, 金国, 徐滨士

  表面技术. 2020, 49(8): 138-144. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.015

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  目的 通过激光熔覆作用，使钛元素与铜基合金生成耐磨的第二相组织，提升铜基合金表面在海水环境中的耐磨性能。方法 采用激光熔覆技术在ZQAl9442镍铝青铜合金表面制备均匀的钛元素改性铜基涂层。采用SEM、EDS、XRD、摩擦磨损试验机等检测仪器，对该改性涂层的显微组织、元素分布、硬度以及在大气与海水环境中的摩擦性能进行分析。结果 改性涂层中，因钛元素添加生成了AlCu2Ti相，使得改性涂层的表面硬度在第二相析出强化的作用下得以提升，显微硬度可达(310±10)HV0.3，相比同质修复层，提升了14.8%。在海水环境中，改性涂层的摩擦系数远低于同质修复层。改性涂层在大气环境中的磨损机制为氧化磨损、粘着磨损及磨粒磨损，在海水环境中的磨损机制为磨粒磨损。结论 通过在ZQAl9442铜合金表面进行激光熔覆，得到了兼具高硬度、高耐磨性和抗海水环境摩擦的钛元素改性铜基涂层，在一定程度上提升了镍铝青铜合金在海水环境中的服役寿命。
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  非线性剪切流速分布对滑块轴承承载力的影响

  韩素立, 韩亮亮, 郭峰, 韩露娟

  表面技术. 2020, 49(8): 145-152. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.016

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  目的 针对滑动轴承等面接触机械器件，研究非线性剪切流速分布对滑块轴承承载力的影响。方法 采用荧光漂白恢复方法结合面接触润滑油膜测量系统，获得了润滑油膜受剪切时的流速分布。采用广义雷诺方程结合剪切流速分布，对面接触流体动压润滑的承载特性进行理论分析。采用Sigmoid函数对非线性流速分布进行拟合。结果 由于表观滑移或低黏度层的影响，微纳米间隙PAO8和PB450在膜厚较小时呈现非线性流速分布，且其非线性程度随膜厚变化，润滑油膜在厚度方向的黏度不是一个常量，在高膜厚时呈线性分布。非线性流速分布使广义雷诺方程中的黏度参量1/ηeff大于1，随着非线性程度的增加，黏度参量先迅速增加，然后缓慢上升，相应的最大无量纲承载量对应的收敛比大于经典计算值1.2，膜厚较高时，剪切流速呈现线性分布，理论值最大承载量对应的收敛比为1.2。通过与光干涉技术得到的无量纲承载量-收敛比实验结果进行对比，可知两者具有很好的一致性。结论 受剪切时的流速分布可以对机械器件的流体动压润滑特性进行理论预测。
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  刀具基体表面织构化对硼掺杂金刚石薄膜性能的影响

  向道辉, 胡永伟, 陈艳彬, 张治蒙, 史战立, 郭振海, 赵波, 高国富

  表面技术. 2020, 49(8): 153-160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.017

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  目的 分析硼掺杂织构金刚石薄膜的微观组织结构和表面质量，并探究刀具基体表面不同织构对薄膜结合强度和切削性能的影响。方法 通过热丝化学气相沉积（HFCVD）法，分别在表面有椭圆织构、沟槽织构和无织构的硬质合金刀具上制备硼掺杂金刚石薄膜（BDD）。运用扫描电镜（SEM）观察各薄膜表面及横截面形貌；使用白光干涉表面三维轮廓仪观测各薄膜表面粗糙度；通过拉曼光谱仪检测各薄膜组织结构；通过铣削试验分析各薄膜刀具的切削性能。结果 经测试，硼掺杂无织构金刚石薄膜（Boron doped un-textured diamond film，BDUTD film）的粗糙度为299.9 nm，硼掺杂椭圆织构金刚石薄膜（Boron doped elliptical texture diamond film，BDETD film）及硼掺杂沟槽织构金刚石薄膜（Boron doped groove texture diamond film，BDGTD film）的粗糙度分别为333、323.9 nm，粗糙度略有增加。三种金刚石薄膜的厚度均为18 μm，在相同切削条件下，经过铣削碳/碳-碳化硅（C/C-SiC）复合材料420 s后，BDUTD薄膜的剥落程度及其刀具磨损程度明显大于BDETD薄膜和BDGTD薄膜。结论 硬质合金刀具基体表面织构化能够有效提高薄膜的结合强度，从而提高刀具的耐磨性。其中硼掺杂沟槽织构金刚石薄膜的切削性能相对更好，与普通硼掺杂金刚石薄膜刀具相比，硼掺杂织构金刚石薄膜刀具具有更长的使用寿命。
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  304不锈钢表面激光制备Ti3SiC2-Ni基自润滑复合涂层的高温摩擦学性能

  欧阳春生, 刘秀波, 罗迎社, 梁珏, 孟元, 王跃明

  表面技术. 2020, 49(8): 161-171. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.018

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  目的 提高304不锈钢减摩耐磨性能。方法 使用LDM-8060型半导体激光加工系统，制备出三种不同配比的Ti3SiC2-Ni基自润滑耐磨复合涂层。使用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）及其自带的能谱仪（EDS）对304不锈钢与Ti3SiC2-Ni基涂层进行表征，并系统地分析其在室温和600 ℃下的摩擦学性能和磨损机理。结果 复合涂层主要由Cr0.19Fe0.7Ni0.11固溶体，硬质相Fe2C、Cr7C3和TiC，润滑相Ti3SiC2组成。其平均显微硬度分别为451.14、419.33、359.92HV0.5，明显高于304不锈钢基体的平均显微硬度（238.91HV0.5）。室温下，Ti3SiC2-Ni基复合涂层摩擦系数的平均值分别为0.41，0.46和0.48，磨损率分别为6.37×10-5、16.52×10-5、4.16×10-5 mm3/(N?m)，均低于304不锈钢（0.56、46.35×10-5 mm3/(N?m)）。在600 ℃下，Ti3SiC2-Ni基复合涂层的平均摩擦系数分别为0.38，0.43和0.41，磨损率分别为12.51×10-5、7.58×10-5、7.79×10-5 mm3/(N?m)，也均低于304不锈钢（0.66，24.25×10-5 mm3/(N?m)）。结论 在室温和600 ℃下，Ti3SiC2-Ni基复合涂层能有效地提高304不锈钢的显微硬度，进而提升其摩擦学性能。其中添加10%Ti3SiC2的Ti3SiC2-Ni基复合涂层在600 ℃下表现出最好的耐磨性，而添加5%Ti3SiC2的Ti3SiC2-Ni基复合涂层在室温和600 ℃下表现出最好的减摩性能。
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  离子渗氮化合物层物相调控对耐磨性的影响

  彭甜甜, 林超林, 陈尧, 王辉, 胡静

  表面技术. 2020, 49(8): 172-177. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.019

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  目的 探索化合物层物相与耐磨性的关系，并实现其有效调控，从而满足不同零部件的服役性能要求。方法 选用常用渗氮钢38CrMoAl进行不同氮气比（15%、20%、25%）离子渗氮研究，渗氮温度为510 ℃，保温4 h。采用光学显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机对渗氮后的显微组织、物相组成、截面硬度、耐磨性进行了测试和分析。结果 在相同的渗氮温度下，调节氮气比可获得不同物相组成的化合物层。在渗氮温度510 ℃下，氮气比为20%时满足形成γ‘相的临界氮势，从而得到γ‘单相化合物层。氮气比达到25%时，满足形成ε相的临界氮势，渗氮层中γ‘相形成，并动态转变成ε相，使ε相逐渐增多，形成ε+γ‘双相化合物层。结论 38CrMoAl经不同氮气比离子渗氮后形成了ε+γ‘双相化合物层，在较小磨损载荷（200 g）下，具有更优的耐磨性。但在较大磨损载荷（400 g）下，氮气比20%获得的γ‘单相化合物层试样磨痕较窄，摩擦系数较小，即在较大磨损载荷下，γ‘单相化合物层比ε+γ‘双相化合物层表现出更加优异的耐磨性能。该研究可为不同磨损服役条件的零部件离子渗氮工艺设计提供参考。
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  基于CFD对60.3 mm弯管冲蚀仿真预测

  黎伟, 李配, 舒晨旭

  表面技术. 2020, 49(8): 178-184. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.020

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  目的 提高工业生产过程中弯管冲蚀预测可靠度。方法 在拉格朗日坐标系，通过CFD-DPM模型求解在流体作用下固体颗粒对弯管的冲蚀问题，并利用冲蚀方程研究流体速度、固体颗粒直径和固体颗粒质量流量分别与弯管冲蚀之间的关系，预测弯管最大冲蚀位置及模拟数值。结果 通过仿真得到弯管冲蚀最大冲蚀位置主要集中在弯管出口的水平两侧和弯管入口的垂直两侧。随着固流体速度u由8 m/s增大至18 m/s时，固体颗粒对弯管的最大冲蚀速率增大了9.912倍；冲蚀固体颗粒的质量流量f由0.2 kg/s增大到0.8 kg/s时，弯管最大冲蚀速率增大了4.527倍；当仿真过程中固体颗粒直径由200 μm增大到900 μm时，弯管的最大冲蚀速率增大了3.94倍。结论 当固体颗粒直径、固体颗粒速度和固体颗粒质量流量不变时，弯管冲蚀随着流体速度的增大而增大，弯管冲蚀区域在弯管出口水平位置逐渐增大。当固体颗粒直径增大，流体速度固体颗粒质量不变时，固体颗粒在惯性力作用下，弯管肘部的冲蚀逐渐增大，弯管出口水平两侧冲蚀逐渐减小。弯管冲蚀在固体颗粒质量流量增大时，呈增长趋势。
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  等离子体增强磁控溅射CrSiN涂层摩擦磨损行为

  周子超, 张豪, 张雪, 常伟杰, 宋玲玲, 黄传, 多树旺

  表面技术. 2020, 49(8): 185-191. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.021

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  目的 基于细晶强化理论，借助新型涂层制备技术获得综合性能优良的CrSiN涂层，研究Si含量对涂层微观结构、力学性能及耐磨性能的影响规律。方法 采用等离子体增强磁控溅射技术，制备四种含有不同Si含量的CrSiN涂层。使用X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和原子力显微镜（AFM），分析涂层的化学成分、晶体结构、微观形貌和表面粗糙度。使用纳米压痕/划痕仪测试涂层的显微硬度、杨氏模量和结合力。使用摩擦磨损试验仪考察涂层的摩擦磨损行为。结果 CrSiN涂层中Si含量随着Si靶功率的增加而增加。所有涂层中均未检测到含Si物相，主要由CrN相组成。随着Si含量的增加，CrN（111）衍射峰逐渐减弱直至消失，涂层由疏松的三角锥结构逐渐变为致密平整的CrN纳米晶和Si3N4非晶共存的复合结构，涂层表面粗糙度显著降低，涂层的显微硬度、杨氏模量、结合力及耐磨性能均呈现先增后降的趋势。结论 Si含量为18.5%的CrSiN涂层具有最佳的耐磨性能，此时涂层的硬度、杨氏模量、结合力和平均摩擦系数分别约为27 GPa、327 GPa、30 N和0.289。
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  B、Si元素对激光熔覆Fe-Cr-Mo-B-Si非晶涂层的非晶形成能力及其摩擦学机理的影响

  李珂尧, 周健松, 王凌倩

  表面技术. 2020, 49(8): 192-202. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.022

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  目的 探究不同配比的B、Si元素对铁基非晶涂层非晶形成能力的影响，确定B、Si元素的最佳配比。方法 通过对B、Si元素配比进行优化，采用激光熔覆技术制备组织均匀、性能优良的铁基非晶涂层，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪、显微硬度计、纳米压痕仪与摩擦试验机对涂层的结构物相、微观形貌、力学性能及其摩擦学性能进行分析测试，研究B、Si元素对铁基非晶涂层组织结构与摩擦学性能的影响。结果 B、Si元素的原子数分数均达到10%时，涂层的非晶含量最高，由不含B、Si元素时的15%提升至47%，涂层由非晶相、铁基固溶体和铁铬钼的金属间化合物组成。涂层厚度在400 μm左右，显微维氏硬度达到1400HV0.2。在往复摩擦条件下，涂层的摩擦系数稳定在0.45，磨损率为2.28× 10–6 mm3/(N?m)，耐磨性能优良。结论 在激光熔覆FeCrMoBSi非晶涂层时，当B、Si元素的原子数分数均为10%时，B、Si小原子尺寸元素可以阻碍铁基非晶涂层中FeCrMo金属间化合物的形成，有效提高其非晶形成能力，进一步提高涂层的硬度和摩擦学性能。
表面失效及防护
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  MoSi2涂层残余应力和结合强度的有限元分析

  肖来荣, 聂艳春, 赵小军, 浦荣, 沈鸿泰

  表面技术. 2020, 49(8): 203-209. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.023

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  目的 研究残余应力对MoSi2涂层结合强度的影响。方法 基于粉末包渗法（PC）制备的MoSi2涂层在退火前后的微观形貌和相组成，建立有限元分析模型，计算MoSi2涂层在退火前后的残余应力。根据涂层法向和切向残余应力随涂层厚度的变化，并结合涂层在退火前后结合强度随涂层厚度的变化规律，研究残余应力对涂层结合强度的影响。结果 有限元模拟结果表明，MoSi2涂层的法向残余应力随涂层厚度的增加而减小。涂层的切向残余应力在涂层界面边缘处形成应力集中，并且最大切向残余应力随涂层厚度的增加而增大，与涂层结合强度的变化趋势相吻合。此外，退火后，MoSi2涂层的法向残余应力几乎没有变化，但是最大切向残余应力下降了10%左右，结合强度提高了20%左右。结论 粉末包渗法（PC）制备的MoSi2涂层的结合强度受切向残余应力的影响，涂层切向残余应力增大，导致涂层结合强度降低。退火处理能够起到有效改善涂层界面切向残余应力集中的作用，对于提高涂层结合强度有明显的效果。
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  FeAl/FeAlSi非对称膜材料的制备及膜基结合性能

  谢维, 高海燕, 冯路利, 干庆展, 贺跃辉

  表面技术. 2020, 49(8): 210-216. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.024

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  目的 制备高温腐蚀环境下应用的FeAl/FeAlSi非对称膜材料，研究膜与基体的结合性能。方法 采用粉末反应合成法制备大孔径、高孔隙度的FeAlSi多孔体作为支撑体，通过浸渍法在支撑体表面制备小孔径的FeAl涂层作为膜层，再经烧结得到FeAl/FeAlSi非对称膜材料。研究FeAl/FeAlSi非对称膜材料的孔结构性能及膜基结合性能。采用XRD和SEM研究多孔膜材料的物相组成及微观形貌，采用孔结构测试仪及压汞法测试支撑体与膜层的孔结构参数，采用拉伸法和反吹实验研究FeAl/FeAlSi非对称膜材料的膜基结合性能。结果FeAl/FeAlSi非对称膜材料表面膜层均匀、完整，膜层与支撑体之间具有冶金结合。支撑体的孔隙度和平均孔径分别为43.0%和22.7 μm，膜层的孔隙度和平均孔径分别为36.5%和7.5 μm。当膜层厚度增加时，膜材料的透气度下降，最大孔径在一定膜层厚度范围内变化不大，当膜层厚度在150~300 μm范围内时，最大孔径约为7.8 μm。膜层与支撑体的结合强度大于5.5 MPa。结论 浸渍法制备的FeAl/FeAlSi非对称膜材料的孔结构性能优异，膜基结合性能满足工业应用。
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  稀土对A572 Gr.65钢电化学腐蚀行为的影响

  戴玥, 张金玲, 于彦冲, 孙文君, 丁聪, 王社斌

  表面技术. 2020, 49(8): 217-223. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.025

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  目的 提高A572 Gr.65钢的耐蚀性能。方法 通过向A572 Gr.65钢中添加La和Ce的混合稀土，得到不同稀土含量的A572 Gr.65钢。以3.5%NaCl溶液为腐蚀介质，借助电化学工作站、XRD和SEM等手段分析表征了不同稀土含量的A572 Gr.65钢的电化学腐蚀行为。结果 稀土能使A572 Gr.65钢腐蚀电位正移，腐蚀电流减小。当稀土质量分数为0.0047%时，腐蚀电位最正，为-0.50 V，腐蚀电流密度最小，为2.77× 10-6 A/cm2，极化曲线的阳极部分存在明显的活化-钝化过渡区，有明显的钝化过程。不同稀土含量的A572 Gr.65钢的阻抗谱均由单一的容抗弧组成，容抗弧半径代表着对电荷传输的阻碍能力，稀土质量分数为0.0047%时，容抗弧半径最大，对电荷传输的阻碍能力最大。稀土可以使钢中的夹杂物变性，使夹杂物由CaS和Al2O3-CaO变为稀土的氧硫化物，夹杂物尺寸由5 μm变为2 μm，减小腐蚀发生的活性区。此外，稀土离子可以提高阴极极化率，使腐蚀产物中不稳定的γ-FeOOH含量减少，增强锈层的稳定性、致密性和附着能力，增大电荷转移的阻力，有效阻碍侵蚀性Cl-的侵入。结论 稀土的添加能有效提高A572 Gr.65钢的耐蚀性，稀土质量分数为0.0047%时，试验钢的耐蚀性最好。腐蚀过程中，由点蚀逐渐转变为均匀腐蚀，活性点的形成和阳极溶解速度为整个腐蚀过程中的限制性环节。
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  页岩气输送用转角弯头内腐蚀减薄原因分析

  朱丽霞, 罗金恒, 李丽锋, 刘畅, 孙明楠

  表面技术. 2020, 49(8): 224-230. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.026

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  目的 针对某页岩气输送平台用转角弯头发生严重内腐蚀减薄的问题开展原因分析，明确腐蚀类型及机理，指导防腐处理，提高转角弯头的服役安全性。方法 以页岩气输送用转角弯头为研究对象，针对转角弯头内腐蚀减薄行为开展基础研究，通过宏观观察及尺寸测量分析内腐蚀的腐蚀形貌及分布，并进行理化检测、微观观察、物相分析，探究腐蚀产物，综合分析转角弯头内腐蚀减薄的原因。结果 宏观分析发现，转角弯头内壁外弧侧与中性区过渡区域有壁厚发生突变而产生的腐蚀台阶，最大壁厚减薄率达63.4%。电子显微形貌与金相分析表明，弯头内壁的腐蚀坑呈纵深发展，逐层剥离，腐蚀产物疏松、形貌多样，且可观察到细菌形貌。腐蚀产物的能谱及XRD分析发现，管体内壁的腐蚀产物主要是FeS、Fe2O3、FeCO3等，内腐蚀可能与CO2、H2S、SRB等有关。结论 弯头腐蚀减薄是硫酸盐还原菌(SRB)-CO2腐蚀协同作用的结果，SRB的存在对CO2腐蚀起催化作用。此外，Cl－对腐蚀产物膜的破坏和弯头外弧侧的冲刷加速了腐蚀作用。建议确定SRB细菌来源，以便有效投放杀菌剂，同时对管线内壁定期进行清理，避免菌落长期附着于管体内壁。此外，建议添加多级气液分离装置，严格控制气相中的含水量。
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  X80钢在干湿交替与水饱和哈密土壤环境下的腐蚀行为

  胥聪敏, 王文渊, 宋鹏迪, 高豪然, 陈月清

  表面技术. 2020, 49(8): 231-240. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.027

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  目的 揭示X80钢在干湿交替与水饱和哈密土壤环境下的腐蚀行为与规律。方法 采用失重实验和电化学测试分析腐蚀速率与阴阳极电化学过程的变化规律，利用金相分析观察母材和焊缝的组织特征，通过SEM、EDS、XRD等微观分析手段观察腐蚀产物形貌、元素含量与物相组成，从而研究干湿交替与水饱和土壤环境对X80钢腐蚀行为的影响。结果 X80钢在干湿交替环境下的腐蚀速率是水饱和下的2~3倍，其在干湿交替与水饱和哈密土壤环境下的腐蚀产物物相均由Fe3O4、FeOOH、FeS所构成。X80钢在干湿交替环境下，表面的腐蚀产物膜出现大量凹坑与裂隙，使O2在试样表面分布不均，形成氧浓差电池，并且该凹坑与裂隙有利于腐蚀性离子进入，加剧局部腐蚀。在同一环境下，由于焊接接头各区域组织差异引起的微电偶腐蚀，X80钢焊缝的腐蚀速率明显高于母材。结论 干湿交替环境与土壤中大量存在的Cl-显著加速了X80钢母材及焊缝的局部腐蚀，且X80焊缝耐蚀性明显低于母材，其腐蚀机理均为氧浓差电池和局部腐蚀自催化效应共同作用，腐蚀形态也由以全面腐蚀为主（水饱和环境）转变为以点蚀+溃疡状腐蚀为主（干湿交替环境）。
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  氟化石墨烯对环氧树脂涂层耐蚀性能的影响

  窦宝捷, 付英奎, 高秀磊, 张颖君, 林修洲, 王兆华, 马兵, 方治文

  表面技术. 2020, 49(8): 241-248. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.028

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  目的 探究氟化石墨烯（FG）添加对环氧树脂（EP）涂层耐蚀性能的影响。方法 通过SEM、XRD、FT-IR、AFM、粒径分布对FG的微观组织结构进行表征，利用沉降实验研究FG在EP中的分散稳定性，结合涂层断面形貌研究FG在涂层中的分布情况。采用电化学阻抗谱研究EP涂层和FG改性EP涂层（FG/EP涂层）在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为。结果 FG尺寸约为1 μm，厚度为5 nm，呈典型的片层状结构。FG在EP中具有较好的分散稳定性，FG添加使EP涂层的接触角由95.3°提高至110.9°，提高了涂层的疏水性，降低了腐蚀介质与涂层表面的接触面积。在浸泡初期，EP涂层和FG/EP涂层的低频阻抗模值（|Z|0.01 Hz）均在1011 Ω?cm2左右。随浸泡时间的延长，EP涂层的|Z|0.01 Hz快速下降至109 Ω?cm2，而FG/EP涂层在3000 h浸泡过程中始终维持在1011 Ω?cm2以上。涂层电阻（Rc）也表现出相似的变化规律。FG添加提高了EP涂层的屏蔽性能，改善了涂层的长期防护性能。结论 FG添加至EP中，可在涂层内部形成“迷宫效应”，提高涂层的屏蔽性能，增加腐蚀介质的扩散路径，延缓腐蚀介质的渗透过程，显著改善涂层对基体的长期防护作用。
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  抽水蓄能机组过流表面超疏水涂层的制备及其阻垢防腐性能研究

  于辉, 聂赛, 张玉全, 秦程, 郑源, 韩钊

  表面技术. 2020, 49(8): 249-256. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.029

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  目的 提升过流表面的阻垢、防腐性能。方法 通过电感耦合等离子光谱仪和离子色谱对江西某抽水蓄能电站过流表面垢质组成进行表征，分析垢质形成的主要因素。采用Q235低碳钢片模拟抽水蓄能机组过流表面，并通过在过流表面构筑超疏水表面涂层，来提升其阻垢和防腐性能。采用商品化的Zonyl? TM作为疏水改性剂，通过乳液聚合法制备改性SiO2微球-含氟聚合物混合涂膜液。通过喷涂法在Q235低碳钢片上制备超疏水表面。通过挂片试验考察超疏涂层的阻垢、防腐性能。结果 Q235低碳钢片超疏水涂层表面水滴接触角达到了151.8°，表面能降低至5.1 mN/m，水滴滚动角为7.8°，表现出良好的超疏水性。在挂片试验中，未涂覆超疏水涂层的钢片表面存在严重腐蚀，而涂覆超疏水涂层的钢片表面未见腐蚀现象。涂覆超疏水涂层后，钢片表面的结垢总增重从涂覆前的45 g/m2降低至5 g/m2，降低了88.9%。结论 通过喷涂法在模拟过流表面经过一次涂覆成功制备了超疏水涂层，有效避免了表面的腐蚀，并显著减缓了表面的结垢。该方法在过流表面的阻垢、防腐方面展现出了良好的应用前景。
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  含Cr重轨钢珠光体组织对抗大气腐蚀的影响

  焦海东, 彭军, 刘丽霞, 郑丽丽, 吴世杰, 王晓丽

  表面技术. 2020, 49(8): 257-267. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.030

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  目的 通过向重轨钢中添加Cr来改变重轨钢组织，研究其组织对抗大气腐蚀的影响。方法 用中频感应炉冶炼实验用U71Mn，轧制后空冷。用SEM测量了实验钢的珠光体片层距，在(1.0±0.05)×10-2 mol/L的NaHSO3溶液中，模拟了工业大气环境下实验钢的腐蚀，利用失重率、SEM、XRD和电化学方法研究了珠光体组织对抗大气腐蚀的影响。结果 随着腐蚀时间的增加，试样的平均腐蚀速率呈先增大后减小最后趋于稳定的变化趋势，在120 h时腐蚀速度最快，在240 h时试样表面形成具有一定保护作用的锈层，使其腐蚀速度最慢，360 h后耐蚀性趋于平缓。重轨钢U71Mn珠光体组织的片间距分别为0.2910、0.2500、0.2238 μm时，实验钢的腐蚀失重逐渐增大，且平均腐蚀失重率分别为1.572、1.387、1.190 g/(m2?h)，其锈层中α/γ*的比值依次增大，分别为0.717、0.868、0.997；极化阻抗依次增大，分别为3.715、8.604、13.739 Ω?cm2；而锈层等效电容依次减小，分别为8.434′10-6、0.411′10-6、0.081′10-6 F/cm2。结论 珠光体片间距越小，腐蚀失重率越小，锈层α/γ*的比值和极化阻抗越大，腐蚀速度越慢，锈层孔洞和厚度明显变小，缝隙越细，锈层与基体的结合能力越好，其抗大气腐蚀性能越好。
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  TiAlN/CrN多层膜的组织结构及耐蚀性机理

  王丽君, 文广, 李明昆, 王梦超, 陈辉

  表面技术. 2020, 49(8): 268-274. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.031

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  目的 研究TiAlN/CrN多层膜及TiAlN、CrN单一膜层的微观组织和电化学性能区别，分析不同结构薄膜材料的耐腐蚀性影响因素。基于电化学参数、组织结构和腐蚀形貌特征，为开发新型腐蚀性薄膜提供理论依据。方法 采用多弧离子镀方法，在316不锈钢基底上先沉积150 nm Cr薄膜作为过渡层，然后交替沉积CrN薄膜和TiAlN薄膜，制备单层厚度为10 nm的TiAlN/CrN多层膜。作为对比，制备单一TiAlN、CrN薄膜。通过SEM、XRD表征薄膜断面形貌、组织结构，并分析耐蚀机理，结合极化曲线和阻抗谱对三种涂层进行电化学性能分析，最后对涂层进行浸泡腐蚀试验。结果 TiAlN/CrN纳米多层膜为面心立方结构，呈现共格外延生长，且呈(200)择优取向。纳米多层膜的动电位极化曲线测量结果与不锈钢基体和单层薄膜相比，其腐蚀电位正移为-0.36 V，腐蚀电流密度降低为0.501 μA/cm2，极化电阻为120 kΩ?cm2。阻抗谱试验结果表明，相比较于单层膜和基体，TiAlN/CrN多层膜的CPE值最低，为29.83×10-6 Ω-1?cm-2?sn，n值为0.922，电阻为1.50×106 Ω?cm2。腐蚀形貌分析可得出，多层薄膜腐蚀后表面形貌与沉积态涂层形貌最为接近，认为其具有较高的耐腐蚀性。结论 纳米层状结构改变了单一薄膜的原始生长模式，抑制了粗大柱状晶的生长，减小了薄膜的固有缺陷、晶粒尺寸，对薄膜的耐蚀性有正面积极的作用。
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  PANI/EP复合涂层对不锈钢在硫酸溶液中的保护作用

  唐园, 曾皓, 黎红英, 唐鋆磊, 王莹莹, 林冰, 李湉

  表面技术. 2020, 49(8): 275-282. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.032

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  目的 开发一种能够在热硫酸介质中长期保护316L不锈钢的新型复合涂层。方法 使用化学氧化法制备一次掺杂聚苯胺（PANI），通过脱掺杂-二次掺杂制备十二烷基苯磺酸（DBSA）掺杂的二次掺杂聚苯胺，并添加环氧树脂（EP）作为成膜剂制备PANI/EP复合涂层。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱（EDS）等方法，对材料的官能团、结构和形貌进行表征，用电化学测试法和划痕浸泡实验测试PANI/EP复合涂层的耐蚀性能，并对复合涂层的保护机理进行探讨。结果 在50、60 ℃的1 mol/L硫酸溶液中，PANI/EP复合涂层试样的自腐蚀电位相对不锈钢显著提高，其中50 ℃时提高了560 mV，60 ℃时提高了450 mV，均达到不锈钢的钝化电位，阳极极化曲线电流密度下降了两个数量级。电化学交流阻抗测试表明，涂覆涂层后，试样的阻抗模值明显增大。划痕浸泡试验表明，在50 ℃的1 mol/L硫酸溶液中浸泡一周后，PANI/EP复合涂层试样没有发生脱落，且划痕处几乎没有腐蚀，主要原因是涂层促使不锈钢表面生成了稳定的钝化膜。结论 在中温硫酸溶液中，PANI/EP复合涂层对不锈钢同时提供物理屏蔽作用和阳极保护作用，有良好的防腐蚀保护效果。
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  聚苯胺/不锈钢双极板在H2SO4中腐蚀性能的变化规律

  杨佳宇, 周婉秋, 刘晓安, 姜文印, 辛士刚, 康艳红

  表面技术. 2020, 49(8): 283-291. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.033

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  目的 提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）双极板的耐蚀性。方法 采用循环伏安法，在316L不锈钢（SS）表面电合成导电聚苯胺（PANI）膜，制备PANI/316L SS复合双极板。用红外光谱确定PANI官能团结构，用扫描电镜观察表面形貌，用X射线光电子能谱研究PANI膜成分和键合状态。用0.2 mol/L H2SO4模拟PEMFC腐蚀环境，采用极化曲线研究PANI/316L SS耐腐蚀性能，采用开路电位（OCP）和电化学阻抗谱（EIS），研究PANI/316L SS在长期浸泡过程中的腐蚀行为的变化规律。结果 PANI膜具有中间氧化态结构，呈现纤维堆积形貌。XPS结果表明，PANI膜中含有C、N、S和O等元素，聚合过程中“对阴离子”SO42-通过“掺杂”进入PANI分子链。涂覆PANI薄膜的316L SS腐蚀电位提高了0.17 V，长期浸泡过程中，OCP介于0.19~0.32 V之间，说明PANI/316L SS的腐蚀倾向降低。浸泡初期，OCP增大对应于膜/基界面处钝化膜的形成；浸泡中期，OCP下降/上升与钝化膜的溶解/修复有关；浸泡后期，OCP持续下降源于钝化膜的溶解。EIS的Nyquist图由高频端容抗弧和低频端扩散尾构成。结论 随着浸泡时间延长，PANI膜被氧化，导致“对阴离子”SO42-从PANI中发生“脱掺杂”，使膜电阻增加，容抗弧半径增大。浸泡82天，PANI/316L SS体系仍具有良好的耐腐蚀性能。
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  乙醇胺改性聚环氧琥珀酸衍生物的合成及其阻垢缓蚀性能

  柳鑫华, 贾静娴, 张红霞, 王鹏飞, 王磊, 吴卫华

  表面技术. 2020, 49(8): 292-308. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.034

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  目的 为了改变绿色阻垢剂聚环氧琥珀酸（PESA）单一性的功能结构，合成乙醇胺改性的多功能聚环氧琥珀酸衍生物（MEA-PESA），以提高PESA阻垢缓蚀性能，并证明MEA-PESA阻垢缓蚀机理。方法 顺酐通过环化反应得到环氧琥珀酸（ESA），再通过聚合反应得到PESA，通过PESA与乙醇胺（MEA）氨解缩合，反应得到MEA-PESA，通过红外光谱（FTIR）、核磁氢谱（HNMR）表征了PESA和MEA-PESA的结构。利用电化学极化曲线研究了MEA-PESA的缓蚀机理。结果 MEA-PESA合成的最佳条件：聚环氧琥珀酸与乙醇胺的质量比为10∶7，改性温度为80 ℃，改性时间为2 h，搅拌速率为1500 r/min。当MEA-PESA的质量浓度为16 mg/L，阻碳酸钙可达95%，阻磷酸钙可达97%；MEA-PESA的质量分数为150 mg/L时，缓蚀率可达73%，比等浓度PESA提高了12%。利用扫描电镜和红外光谱对钙垢的晶型进行了考察，谱图峰值发生移动，出现不稳定结构的峰，稳定结构的峰减小，电镜图中的晶型结构由紧密变得疏松。MEA-PESA为抑制阳极反应为主的混合型缓蚀剂，腐蚀电流减小，腐蚀电位增大。结论 在相同的阻垢、缓蚀实验条件下，MEA-PESA阻碳酸钙、磷酸钙和缓蚀性能都优于PESA，极大地拓宽了PESA的应用范围。
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  醇醚基双咪唑啉缓蚀剂的性能及机理研究

  李丛妮, 李俊莉, 李霁阳, 黄瑾, 张颖

  表面技术. 2020, 49(8): 302-308. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.035

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  目的 模拟CO2强采工艺，研究醇醚基双咪唑啉缓蚀剂DIM-OE的缓蚀性能及机理，解决CO2对整个注采及地面集输系统的低碳钢设备的腐蚀问题。方法 采用傅里叶红外光谱仪对醇醚基双咪唑啉进行了分子结构表征，采用动态挂片法评价了DIM-OE在不同CO2分压、不同温度、不同质量浓度下对N80的缓蚀性能，采用动电位极化曲线研究了DIM-OE的电化学机理，采用扫描电镜和EDS分析了N80腐蚀后的表面形貌和元素含量。结果 随CO2分压的增加，N80的腐蚀速率显著增大。N80的腐蚀速率随腐蚀介质温度的升高先是增大，后又明显下降。随着DIM-OE质量浓度的增加，腐蚀速率逐渐减小，缓蚀率逐渐增大，最终均趋于稳定，腐蚀速率最小为0.063 mm/a，缓蚀率均达到90%以上。DIM-OE为抑制阳极为主的混合型缓蚀剂，其分子在N80表面的吸附为单分子层吸附，是物理吸附和化学吸附的共同作用。未加DIM-OE的N80表面腐蚀产物中的C、O元素质量分数较高，Fe元素的质量分数较低，腐蚀严重；加有200 mg/L DIM-OE的N80表面腐蚀产物中的C、O元素质量分数较低，Fe元素的质量分数较高，腐蚀较轻。结论 在CO2强采工艺条件下，DIM-OE缓蚀剂分子在N80表面可形成稳定的吸附层，有效地抑制CO2对N80钢片的腐蚀，具有较好的缓蚀作用。
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  高强双相钢表面选择性氧化行为对磷化性能的影响

  郝玉林, 蔡宁, 姚士聪, 龙袁, 黎敏

  表面技术. 2020, 49(8): 309-315. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.036

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  目的 确定高强双相钢表面Si、Mn元素选择性氧化行为对磷化性能的影响，以改善高强双相钢的磷化性能。方法 在具备不同表面选择性氧化行为的试样表面制备磷化膜。采用X射线光电子能谱仪（XPS）、辉光光谱仪（GDS）、透射电镜（TEM）等手段，分析高强双相钢表面Si、Mn元素的选择性氧化行为，通过扫描电镜观察磷化膜的结晶状态，并采用电化学技术分析钢板在磷化液中的反应过程。结果 当高强钢表面Si含量较少时，表面氧化物主要以弥散分布的小颗粒状MnAl2O4形态存在，能够加快在磷化液中酸蚀反应速度，磷化晶粒均匀、致密，尺寸小于4 mm，覆盖率为100%。当高强钢表面Si含量较高时，形成的Mn2SiO4容易在晶界聚集，颗粒尺寸较大，减慢了酸蚀反应速度，磷化晶粒尺寸大于8 mm，均匀致密性差。而提高材料表面Mn元素的富集程度，可以减轻Mn2SiO4聚集的现象，提高酸蚀反应速度，磷化晶粒均匀、致密，尺寸小于4 mm，覆盖率100%。结论 减轻双相高强钢表面Si元素的富集程度，而提升Mn元素的富集程度，可以加快钢板在磷化液中的酸蚀反应，进而改善磷化性能。
膜层材料与技术
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  连续光纤激光对铁基材料推力分析

  杨高林

  表面技术. 2020, 49(8): 316-323. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.037

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  目的 通过悬臂梁振动测量连续光纤激光作用铁基材料产生的推力。方法 利用1500 W振镜式光纤激光器，以一定的激光工艺参数沿宽度方向单道扫描靶材，采用动态分析三维显微系统记录薄带的振动情况，通过对连续波激光推力作用下悬臂梁振动过程的理论分析，建立了铁基材料受到的推力物理模型，并通过实验验证理论公式的准确性，最后研究了推力与激光参数、靶材等之间关系。结果 在不同悬臂梁长度系统下，当激光功率为900 W、扫描速度为3 m/s时，测得钢片受到的平均推力为2.43 mN，该物理模型的结果具有较好的重复性。推力由靶材特性和激光工艺参数共同决定，在靶材不被击穿的情况下，激光功率从300 W增大到1500 W时，钢片受到的推力从0.41 mN增加到12.32 mN。扫描速度从4 m/s下降到1 m/s时，钢片受到的推力为8.69~15.67 mN。粒径小的粉末更容易被气化，产生较大的推力。粉末颗粒由于推力获得的加速度高出重力加速度数倍，大直径的粉末颗粒运动受激光推力的影响更小。结论 通过悬臂梁振动测量得到的推力具有较高的准确性，合理规划激光工艺参数和粉末粒径可以减小推力的影响。这为激光熔覆过程中粉末受到激光推力作用的测量和应用方面提供了一定理论依据。
表面失效及防护
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  超音速激光沉积Ti-6Al-4V合金结合界面特征数值模拟及试验验证

  汪伟林, 吴丽娟, 李波, Volodymyr Kovalenko, 张群莉, 姚建华

  表面技术. 2020, 49(8): 324-332. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.038

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  目的 探究超音速激光沉积（SLD）过程中激光辐照温度和颗粒撞击速度对Ti-6Al-4V合金结合界面特征的影响规律，并通过试验对数值模拟结果进行验证。方法 基于Johnson-cook材料模型，利用ABAQUS 2017软件并采用欧拉-拉格朗日耦合CEL（Coupled Euler-Lagrange）计算模型和Lagrange计算模型，进行Ti-6Al-4V单颗粒和多颗粒的撞击行为数值模拟，并结合超音速激光沉积试验验证模拟结果。采用扫描电镜（SEM）和光镜（OM）对涂层的界面结合特征进行观察和分析。结果 单颗粒撞击温度场模拟结果表明，当激光辐照温度为1073 K时，随着撞击速度的增加，颗粒界面结合温度不断升高。当撞击速度为800 m/s和900 m/s时，颗粒与基体局部最高温度分别为1876.7 K和1874.8 K，界面发生微熔。800 m/s时，颗粒压缩率为34.3%，扁平率为1.27，有效塑性应变为2.6，基体的凹坑深度为7.88 μm，该参数下的超音速激光沉积涂层界面结合良好。多颗粒撞击温度场模拟结果表明，当撞击速度为800 m/s时，随着激光辐照温度的升高，孔隙逐渐减少。激光辐照温度为1073 K时，颗粒撞击界面的温度高达3463.7 K，但颗粒内部的温度还未达到熔点并保留在1073~1676.8 K。随着激光功率的升高，钛合金涂层的孔隙率降低为0.67%（SLD 700W），约为同条件下CS涂层孔隙率（8.31%）的1/12。结论 激光辐照的热能使颗粒与基体以及颗粒间界面处的温度达到了材料熔点，实现颗粒表面微熔形成冶金结合。冷喷涂Ti-6Al-4V涂层中，颗粒与基体以及颗粒间均存在明显的孔隙，超音速激光沉积Ti-6Al-4V涂层颗粒与基体以及颗粒间的界面结合良好，试验结果与数值模拟结果大致吻合。
表面质量控制及检测
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  主轴式滚磨光整加工弹塑性接触力修正计算

  王娜, 杨胜强, 赵婷婷, 曹波, 赵恺

  表面技术. 2020, 49(8): 333-341. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.039

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  目的 基于对主轴式滚磨光整加工弹塑性接触力修正系数研究的思路，探究主轴式滚磨光整加工过程中工件及滚抛磨块之间的碰撞接触力与碰撞接触速度之间的定量关系。方法 采用EDEM系统中的Hertz-Mindlin接触模型进行模拟仿真，首先以Hertz接触理论以及牛顿第二定律为基础，推导弹性正面碰撞接触力与碰撞接触速度之间的关系表达式，然后在Thornton弹塑性假设的基础上建立滚抛磨块与工件之间弹塑性接触力与碰撞接触速度之间的关系表达式，并将不同转速下工件与滚抛磨块之间的弹塑性正面碰撞接触力计算结果与实验测试结果进行对比分析，最后通过量化结构变位系数进一步修正弹塑性接触力计算公式。结果 基于Hertz接触理论、牛顿第二定律以及Thornton接触力学模型，推导了出速度修正系数表达式，且速度修正系数在0.32~0.58之间。同时考虑结构变位修正系数，基于Matlab，经过试算求得结构的变位修正系数在0.50~2.41之间，修正后的弹塑性接触力计算结果与实验测试结果的相对误差在0.122%~8.901%之间。结论 滚抛磨块与工件之间的弹塑性接触力计算公式，理论依据充分，参数明确，可以为滚磨光整加工实际工艺制定提供可信的计算方法。
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  喷丸过程中喷嘴移速对颗粒分布的影响

  吴文海, 蓝天, 张霆, 周小飞

  表面技术. 2020, 49(8): 342-349. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.08.040

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  目的 探究喷丸过程中颗粒在靶材上的分布特性及喷嘴移动速度带来的影响。方法 利用FLUENT对定点喷丸过程进行CFD仿真，获得定点喷打时颗粒在靶材上的位置，然后再使用MATLAB对定点喷打的颗粒结果进行叠加处理，以此模拟连续喷丸过程。首先进行平面喷打模拟，分析喷嘴速度对颗粒分布的影响。通过添加颗粒查询方法可对旋转喷丸过程进行模拟，以方型柱体为例进行转动喷打，并优化转动速度。结果 喷嘴匀速平移时，在喷嘴路径方向上的颗粒分布密度恒定，该密度值与移动速度呈反比；变速平移时，在喷嘴路径方向上的颗粒分布密度与喷嘴扫掠截面和喷嘴移动速度相关，且喷嘴扫掠截面越小，颗粒分布密度与运动速度越接近反比，并利用数学模型验证了方法的可靠性；旋转喷打时，针对方型柱体靶材，匀速转动喷打的颗粒分布密度呈起伏变化，通过优化转动速度得到大幅改善，可节约24.2%的喷丸时间与颗粒使用量。结论 采用FLUENT与MATLAB结合的方式，可对连续喷丸过程中靶材上的颗粒分布进行合理描述。匀速平移喷打时，颗粒分布密度与移速呈反比；变速平移喷打时，颗粒分布密度与移速呈负相关，靠近反比关系；变速转动喷打时，合理的变速转动喷打较匀速转动喷打拥有更好的颗粒分布均匀度，可大幅缩减颗粒使用量，并提高喷丸效率与喷丸质量。