2020年, 第49卷, 第9期　
刊出日期：2020-09-20

  

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专题——减摩抗磨添加剂与表面的相互作用
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  油溶性有机减摩抗磨添加剂的研究进展

  于强亮, 蔡美荣, 周峰, 刘维民

  表面技术. 2020, 49(9): 1-18. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.001

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  随着科学技术的不断进步，摩擦学研究发展迅速，一些新型的润滑领域相继出现，伴随而生一些新型润滑技术和材料，使得机械运行稳定性和寿命逐渐增加。机械运转关键润滑部件（如轴承、齿轮、涡轮等）的稳定性对设备的长效和可靠运行起到了决定性作用，其中，满足润滑部件长效运行的关键技术在于润滑油的品质和优良的润滑稳定性。全配方润滑油中基础油的质量是根本，润滑添加剂对润滑油综合性能具有重要影响，而减摩抗磨添加剂是润滑油中最重要的添加剂。综述了近10年润滑油常用的有机减摩抗磨添加剂的研究进展，根据减摩抗磨添加剂的类别，详细综述了磷系减摩抗磨添加剂、硫系减摩抗磨添加剂、硼系减摩抗磨添加剂、含氮杂环化合物及其衍生物减摩抗磨添加剂、离子液体减摩抗磨添加剂，并对其发展状况和减摩抗磨机理进行了探究。最后对上述几类减摩抗磨添加剂存在的问题进行了简要分析，并对其未来发展趋势进行了展望，对减摩抗磨添加剂的发展方向和面临的问题提出了几点建议和意见。
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  润滑油纳米添加剂的研究进展

  岳鹏, 张玉娟, 张平余, 张治军, 张晟卯

  表面技术. 2020, 49(9): 19-34. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.002

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  随着纳米技术与润滑剂研发领域的结合，将纳米材料作为润滑油添加剂，有效提升其摩擦学性能，已为业界所认可。在机械工业现代化高速发展的背景下，近年来，润滑油纳米添加剂开发领域的研究进展备受关注。其中，关于纳米添加剂的制备工艺、材料组成以及性能和应用等研究进展迅速，大量相关成果不断被报道。以近年来应用于润滑油开发领域的纳米添加剂研究成果为基础，从降粘性能探索、多功能化研究、与商用润滑油复配、匹配特殊材料摩擦副和适应极端苛刻环境等5个方面，对纳米添加剂的制备、性能和作用机理的研究进展进行了全面细致地梳理。评述了纳米添加剂所具备的突出功能和应用前景，并从生产制备、性能优化和机理研究三个方面指出了在纳米添加剂相关研发领域未来可能出现的新热点。在生产制备方面，规模化、工业化将被努力推动；在性能优化方面，实现多功能化纳米粒子、复配增益商用润滑油、匹配特殊材料摩擦副、适应极端苛刻摩擦条件等，都有广阔的探索空间；在机理研究方面，纳米添加剂的降粘机理、无溶剂离子型纳米流体的流动与摩擦学特性机理，也将成为科研人员未来关注的重点。
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  非硫磷有机钼的摩擦学性能研究

  戴媛静, 李小磊, 凌燕丽, 邹阳, 张继平, 张晨辉

  表面技术. 2020, 49(9): 35-44. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.003

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  目的 研究非硫磷有机钼的摩擦学性能，以满足发动机润滑油低黏度化发展的需求。方法 实验室合成了一种新型不含硫磷元素的油溶性有机钼添加剂（SPFMo），并将其按照不同质量分数添加到0W20润滑油中，利用四球摩擦磨损试验机，详细分析了不同SPFMo添加量、温度、载荷和速度对SPFMo在0W20中摩擦学性能的影响，并采用3D激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对磨痕形貌和成分进行分析。 结果 SPFMo具有优异的减摩抗磨性能，可以使0W20的摩擦系数和磨斑直径均减小，摩擦过程中Mo元素会发生富集，生成包含MoS2、MoO3等物质的摩擦化学反应膜，从而实现减摩、抗磨和自修复。确定了SPFMo在0W20中可以发挥良好摩擦学性能的添加量和使用温度区间分别为0.25%~0.5%和100~130 ℃，120 ℃时，0.5%SPFMo能够使0W20润滑油的COF降低27.5%，磨斑直径降低7.8%。0W20+0.5%SPFMo润滑油的COF，随着温度的升高先减小后增大，随着转速的增大而减小，随着载荷的增大而增大；0W20+0.5%SPFMo润滑油的磨斑直径，随着温度的升高先减小后增大，随着转速和载荷的增大而增大。结论 SPFMo的添加可有效提高润滑油的摩擦学性能，研究结果可为新型发动机低黏油润滑添加剂的设计和选择提供参考。
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  含磷极压抗磨剂抗微点蚀性能评价和机理分析

  张继平, 王鹏, 郝利峰, 戴媛静, 李小磊

  表面技术. 2020, 49(9): 45-52. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.004

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  目的 评价三种含磷极压抗磨剂的抗微点性能并分析其作用机理。方法 使用MPR模拟微点蚀试验机考察三种含磷极压抗磨剂（磷型P-1、硫磷型P-2、分散型P-3）的抗微点蚀性能。使用四球试验机、铜片腐蚀试验仪、烘箱、油膜厚度测试仪等，评价添加剂的摩擦、抗腐蚀、抗氧化性能及油膜形成能力，分析添加剂抗微点蚀性能与上述性能之间的关系。借助SEM测试分析不同添加剂的抗微点蚀机理。结果 添加P-3的润滑油GO-3的综合性能最好，GO-3具有良好的抗微点蚀性能，9 h MPR试验的辊子轨道宽度变化率为35.87%。GO-3具有良好的极压抗磨减摩性能，四球机试验测得其最大无卡咬负荷为1441.6 N，磨斑直径为0.38 mm，在试验载荷大于294 N时，其摩擦系数最低。GO-3的抗腐蚀性能良好，铜片腐蚀试验级别为1b。GO-3的氧化腐蚀性低，烘箱氧化试验中钢片评分为1分，且无油泥产生。GO-3的油膜形成能力强，60~120 ℃时弹性流体润滑油膜的厚度为371.2~153.6 nm。结论 分散型磷氮极压抗磨剂P-3化学活性适中，可以避免在摩擦表面发生严重腐蚀或剧烈摩擦化学反应，具有良好的承载、减摩、抗磨和抗微点蚀性能。
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  钛合金切削用磷酸酯类添加剂润滑特性及有机碱复配研究

  杨晔, 司丽娜, 王岩, 张晨辉

  表面技术. 2020, 49(9): 53-60. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.005

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  目的 提高水基润滑液对钛合金的润滑抗磨性能。方法 针对钛合金/硬质合金摩擦副，使用SRV往复式球盘摩擦磨损实验机，测试了常用的三种切削液及四种水溶性磷酸酯溶液的摩擦磨损效果。通过三维白光干涉形貌仪与扫描电子显微镜对磨损表面形貌及磨痕内外能谱进行检测，分析磨损机理及润滑性能，探究对钛合金具有高效润滑作用的水溶性添加剂，并通过有机碱调节溶液的pH，复配适用于钛合金的润滑体系。结果 对铝合金具有很好润滑作用的切削油对钛合金润滑效果很差，而所选水基润滑液效果较好。研究发现，四种水溶性磷酸酯溶液在质量分数为2%时即可对钛合金产生较好的润滑效果，其中，脂肪醇醚磷酸酯（MOA-3P）润滑效果最突出，摩擦系数最低（0.15），且稳定、粘着磨损最少。通过二甘醇胺及三乙醇胺调节磷酸酯溶液pH至碱性，除支链烷基化磷酸酯（CP-NF-3）溶液外，其他溶液的摩擦系数均有所变大，且波动性增强，而CP-NF-3磷酸酯碱性溶液润滑时，摩擦系数变化很小，稳定在0.2左右。结论 水溶性磷酸酯与适当的有机碱复配的润滑液，可实现对钛合金的良好润滑，用于钛合金水基切削液体系的研发。
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  二维纳米片状MoS2的制备及其作为润滑添加剂的减摩抗磨性能

  胡贇, 廖智忠, 易美荣

  表面技术. 2020, 49(9): 61-71. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.006

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  目的 探究具有超薄结构的二维纳米片状MoS2的制备方法及其在发动机润滑油中的减摩抗磨性能。方法 以七钼酸铵和硫脲为反应前驱物，油胺为反应溶剂，采用原位表面法制备出表面修饰有油胺分子的二维纳米片状MoS2。利用透射电镜（TEM）、红外光谱分析仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）表征纳米片状MoS2的形貌特征、表面状态及化学组成。采用球盘式摩擦磨损试验机对其作为润滑添加剂在发动机润滑油中的摩擦学性能进行考察，并通过三维共聚焦表面形貌仪、扫描电镜和X射线光电子能谱仪对磨痕进行分析。结果 所制备的具有超薄结构的二维纳米片状MoS2在发动机润滑油中具有良好的减摩和抗磨性能，当其添加量为3%时，摩擦系数降低27.1%，磨斑直径降低17.17%。在150 ℃高温下，使用纯发动机润滑油进行润滑时，摩擦初始阶段的摩擦系数高达0.5，出现润滑失效现象。然而，使用添加有3%二维纳米片状MoS2的润滑油进行润滑，150 ℃高温下的摩擦系数在整个实验过程中都比较平稳，磨损体积和最大磨痕深度为纯发动机润滑油润滑时的23.44%和28.53%。结论 在摩擦过程中，两摩擦表面处于边界润滑状态，所制备的二维纳米片状MoS2随润滑油进入摩擦接触区，发挥良好的润滑效果。特别是在高温下，当发动机润滑油润滑失效时，二维纳米片状MoS2在摩擦表面生成富含MoS2的摩擦化学反应膜填充修复磨损表面，起到润滑作用。
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  低黏度0W-16汽油机油减摩性能研究

  郝丽春, 杨鹤, 张威力, 卢文彤, 刘顺涛, 张建荣

  表面技术. 2020, 49(9): 72-80. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.007

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  目的 研究低黏度0W-16机油的减摩性能。方法 选取3种减摩剂MoDTC、GMO和油酸酰胺，分别按一定比例加入到0W-16基础油中，获得单剂油样，并选取2种0W-16全配方机油（A-1油和A-2油），利用SRV-IV试验机测试润滑油样的减摩性能和极压性能，利用傅立叶红外光谱仪和油料元素光谱分析仪分析机油油样结构，并利用3D光学表面轮廓仪表征缸套块磨痕形貌。结果 对于单剂油样，0W-16基础油分别加入MoDTC、GMO和油酸酰胺后，平均摩擦系数由0.198分别减小到0.088~0.116、0.167~0.178和0.179~0.194，缸套块磨痕平均深度由3.59 mm分别减小到0.44~0.52 mm、2.11~2.24 mm和3.19~3.44 mm。对于0W-16全配方机油，在摩擦润滑试验低温区，A-1油比A-2油摩擦系数低，随着温度升高，A-1油和A-2油的摩擦系数进一步减小；摩擦润滑试验后，A-1油和A-2油的缸套块磨痕平均深度分别为0.13 mm和0.18 mm。在极压试验中，A-1油和A-2油的极压值分别为1500 N和900 N。结论 在0W-16基础油中分别加入3种减摩剂后，MoDTC的减摩和抗磨作用最好，油酸酰胺的减摩和抗磨作用最差。对于0W-16全配方机油，在摩擦润滑试验低温区，A-1油中的无灰减摩剂和MoDTC产生协同作用，表现出更低的摩擦系数；随着温度升高，A-1油和A-2油中的ZDDP与MoDTC产生协同作用，进一步降低摩擦系数。在极压试验中，A-1油中的ZDDP与其他添加剂产生协同作用，表现出更大的极压值。添加剂之间的协同作用对油品节能性能产生重要影响。
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  自动传动液中含磷摩擦改进剂与含钙清净剂影响抗颤性的协同效应

  狄泽超, 姜禹, 张孟佳, 马永宏, 张雪涛

  表面技术. 2020, 49(9): 81-90. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.008

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  目的 揭示摩擦改进剂和清净剂因协同作业生成摩擦反应成膜的抗颤性机理。方法 采用盘-盘型摩擦试验机对分别含有不同磷分子结构的摩擦改进剂的三种ATF进行了模拟试验，检测了它们在钢摩擦盘表面形成的摩擦反应膜的摩擦学特性。ATF-A、B、C的抗颤性保持时间分别为24、72、144 h。使用扫描电镜（SEM）、能谱（EDX）、俄歇电子能谱（SAM）、二次离子质谱（SIMS）等分析手段，来判断摩擦反应膜的化学组成、分布密度和厚度。结果 三种含不同磷分子结构的摩擦改进剂，均在摩擦过程中与ATF中清净剂里的Ca元素发生了摩擦化学反应，形成了Ca-P型摩擦反应膜。ATF-A、B、C摩擦反应膜的厚度分别为400、900、1120 nm。结合SEM图像、SAM中P元素深度分布积分值、SIMS检测的P元素的面分布数值可知，三种摩擦膜的致密度与其抗颤耐久性呈现正相关性。结论 虽然三种ATF油形成的摩擦反应膜的P/Ca原子比、分布态、致密度和厚度各不相同，但实验证明三种Ca-P膜均有助于保持离合器的抗颤性。反应活性大的P摩擦改进剂能够在摩擦面上形成较厚且致密、覆盖率高的摩擦反应膜，抗颤性保持的时间更长久。
专题——热喷涂技术研究及应用
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  低压冷喷涂Al(Y)-Al2O3-MoS2涂层的工艺优化及其耐磨损性能研究

  白杨, 王振华, 李相波, 李焰

  表面技术. 2020, 49(9): 91-100. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.009

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  目的 为了获得优异耐磨损性能的冷喷涂铝基复合涂层。方法 采用低压冷喷涂技术在Q235碳钢上制备了新型耐磨蚀Al(Y)-Al2O3-MoS2复合涂层，利用三元二次正交试验方法结合曲面响应分析方法，对影响涂层耐磨损性能的制备条件进行了研究。通过二次回归建立了相应的数学模型，并对涂层的耐磨损性能与喷涂温度、送粉速率、Al-Y合金粉与MoS2粉末的质量比等3种因素的关系进行了探讨，分析了它们对涂层耐磨性能的影响，确定了涂层的最佳制备条件。结果 3种因素对涂层耐磨损性能的影响显著性依次为：Al-Y合金粉与MoS2粉末的质量比>喷涂温度>送粉速率。耐磨涂层的最佳制备条件：喷涂温度范围为350~400 ℃，送粉速率为38.20~46.44 g/min，Al-Y合金粉与MoS2粉末的质量比为2~2.5。结论 最佳制备条件下的Al(Y)-Al2O3-MoS2涂层具有良好的耐磨损性能，能够保证海洋油气装备的长效安全和服役可靠性，涂层的磨损机制主要是MoS2的润滑作用以及与对偶件的氧化粘着磨损和磨粒磨损。
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  氧化锆基双陶瓷层热障涂层表层材料研究进展

  吴硕, 赵远涛, 李文戈, 赵忠贤, 刘未来, 吴艳鹏

  表面技术. 2020, 49(9): 101-108. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.010

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  双陶瓷层热障涂层是热障涂层技术的发展方向之一。等离子喷涂和电子束-物理气相沉积技术是目前最常用的双层涂层制备技术，但存在的固有缺点影响涂层性能的发挥。可实现非视线沉积的等离子-物理气相沉积技术效率高，能对涂层微观结构进行精准调控，发展潜力巨大。稀土氧化物掺杂ZrO2、A2B2O7型烧绿石和萤石结构化合物、钇铝石榴石、独居石结构的稀土磷酸盐、氧化铝等材料被作为表层陶瓷，分别与传统的6%~8%Y2O3部分稳定的ZrO2（(6~8)YSZ）层组合构成双陶瓷层，可有效降低涂层的热导率，极大地改善抗熔盐热腐蚀性能，提高耐热温度等。如YSZ/CeO2和TiO2共稳定的ZrO2双层涂层可大幅提高隔热性能，La2(Zr0.7Ce0.3)2O7能有效提高整个涂层的使用寿命，钇铝石榴石能阻隔氧渗入YSZ层并防止粘结层金属的氧化，GdPO4能与Na2SO4+V2O5熔盐反应形成稠密反应层并抑制熔盐的进一步渗入，纳米Al2O3可形成致密结构，并提高涂层的抗热腐蚀能力和抗高温氧化能力。但是，绝大部分材料的热膨胀系数较低、断裂韧性较差，限制了涂层整体性能的发挥。结合纳米技术和等离子-物理气相沉积等新的制备技术，改性修饰稀土锆酸盐等表层材料的热物理性能，引入稀土钽酸盐等热导率低、韧性强、阻氧性好的材料，被认为能提高双层涂层的隔热性能和使用寿命。
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  纳米晶NiCrC涂层长时加热的显微组织和硬度变化

  陶凯, 韩璐, 李峰辉, 周香林, 张济山

  表面技术. 2020, 49(9): 109-117. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.011

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  目的 探讨纳米晶NiCrC涂层长时高温条件下的显微组织和硬度演变规律。方法 采用超音速火焰（HVAF）喷涂低温球磨纳米晶合金粉末（液氮介质）制备了纳米晶NiCrC涂层，在650 ℃空气环境中对涂层进行总时长200 h的等温热处理。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、维氏显微硬度计等方法，对涂层样品的显微组织、物相构成、晶粒尺寸和显微硬度进行了测试分析，同时对原料粉末也进行了相同条件下的对比分析。结果 NiCrC涂层显微组织的主要特征为：纳米晶金属相基体中弥散分布着细小的碳化物颗粒。在保温过程中，纳米晶涂层发生了再结晶和晶粒长大，并伴随有合金基体的脱溶及碳化物的析出、相变和后续生长等现象。该涂层显示出优良的高温热稳定性，在650 ℃保温50 h后，晶粒平均尺寸由初始态的41 nm增长至相对稳定值约100 nm。保温后涂层的硬度总体有所提升，由初始的697HV300（15 s）先升高至最大值801HV300（15 s），而后降至相对稳定值729HV300（15 s）左右。纳米晶粉末的组织和硬度变化特点与涂层相似。结论 在650 ℃保温过程中，纳米晶NiCrC涂层中的合金相脱溶和晶粒长大导致涂层金属相基体的软化，但细小碳化物颗粒的析出强化以及由相变（Cr7C3→Cr23C6）引起的体积分数增加，不但补偿了基体的软化，而且使涂层的整体硬度有所提高。
研究综述
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  选区激光熔化金属表面成形质量控制的研究进展

  李淮阳, 黎振华, 杨睿, 滕宝仁, 申继标

  表面技术. 2020, 49(9): 118-124. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.012

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  选区激光熔化是目前应用广泛的金属增材制造方法，能够实现复杂精密金属件的成形。但是，由于技术原理的限制，选区激光熔化金属表面与切削加工表面相比，成形质量仍然存在较大差距，影响了这一方法的进一步应用。如何提高表面成形质量，是目前选区激光熔化金属成形领域重要的研究方向。介绍了选区激光熔化成形原理，分析了影响选区激光熔化金属表面成形质量的因素，总结了目前选区激光熔化金属表面成形质量的控制方法及相关研究进展。指出合理地布置成形件位置、避免将成形质量要求高的轮廓面设置为第三类表面、优化扫描工艺参数，是控制和提高选区激光熔化金属表面成形质量的主要途径。
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  固体氧化物燃料电池铈基电解质的研究进展

  赵雪雪, 门引妮, 邢亚哲

  表面技术. 2020, 49(9): 125-132. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.013

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  开发在中、低温下具有高电导率的电解质材料是未来发展低成本固体氧化物燃料电池（SOFC）的重要方向。掺杂氧化铈（DCO）在500~700 ℃时，具有良好的导电性能，其离子电导率远远高于同温度下氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）电解质材料，因此其成为中温SOFC电解质材料应用与研究的重点。但DCO在还原气氛下Ce4+部分还原为Ce3+，会引起电子电导增加、制造成本提高、开路电压降低等问题。针对这些问题，大量研究通过稀土或碱金属掺杂、电解质复合进行了探索，发现掺杂和多相电解质复合有助于提高DCO的离子电导率和稳定性。在概述锆基固体电解质、Bi2O3基电解质、LaGaO3基氧化物、CeO2基氧化物等SOFC电解质的基础上，重点综述了单掺杂、双掺杂和多掺杂的氧化铈电解质，同时综述了掺杂氧化铈-碳酸盐复合电解质和两种电解质复合的电解质材料的研究进展。另外，介绍了流延、丝网印刷、浆料涂覆、电泳沉积、喷雾热解、溅射、大气等离子喷涂、激光脉冲沉积等制膜方法，在铈基电解质膜制备方面的应用。最后，对铈基电解质的发展前景和方向进行了展望。
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  喷丸奥氏体耐热钢抗蒸汽氧化性的研究与使用现状

  张骏, 蔡文河, 杜双明, 董树青, 谌康, 郑准备

  表面技术. 2020, 49(9): 133-140. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.014

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  奥氏体钢内壁喷丸处理作为一种新的提高材料抗蒸汽氧化性的技术，在超超临界火电机组受热面管的使用越来越广泛和成熟。概述了传统奥氏体钢在蒸汽氧化过程中氧化皮的形成结构，材料临界Cr含量 对富Cr层形成的影响，以及氧化皮结构与临界Cr含量 的关系。奥氏体钢内壁喷丸处理提高抗蒸汽氧化性的机理为：喷丸在管子内表面形成一层微米级厚度的喷丸层，喷丸层中晶粒碎化、晶格畸变、位错增多，在蒸汽氧化过程中，为基体内的Cr原子向表面扩散提供短路通道，使喷丸层表面Cr浓度提高，以形成富Cr层，减小氧化速率，提高抗蒸汽氧化性。归纳得出国内外关于喷丸奥氏体钢与传统钢管在600~750 ℃温度范围内，抗蒸汽氧化性的顺序依次为：600~700 ℃温度下，喷丸SUPER304(S30432)>喷丸TP347H≈喷丸TP321H≈TP310HCbN(HR3C)>SUPER304≈TP347HFG>TP304≈TP347H>TP321H；700~750 ℃下，TP310HCbN(HR3C)>喷丸TP347H>喷丸TP321H。同时归纳了喷丸工艺中，各因素对喷丸效果的影响，喷丸层质量的金相和硬度评价方法，以及目前喷丸奥氏体钢的实际应用现状。最后分析了喷丸奥氏体钢关于加工、焊接以及使用寿命等仍需研究解决的问题，展望了喷丸工艺向马氏体钢的推广使用。
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  化学气相沉积钨涂层的研究现状与进展

  张福林, 王旋, 宋凯强, 李忠盛, 丛大龙, 何庆兵

  表面技术. 2020, 49(9): 141-148. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.015

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  化学气相沉积钨涂层具有工艺简单、技术成熟度高、涂层综合质量优异等特点，广泛应用于国防、航天、核工业等领域。首先介绍了化学气相沉积钨涂层的原理和特点，重点讨论了化学气相沉积钨涂层的工艺及应用研究现状，包括化学气相沉积钨涂层微观组织控制工艺及在耐辐射、耐磨耐蚀和高温防护领域的应用，同时对新型化学气相沉积钨涂层技术的发展进行了展望。一是改善现有工艺存在的反应气源与反应产物毒性大等问题，满足绿色环保的发展要求；二是改善现有工艺存在的沉积温度高、沉积速率偏低等问题，实现在不同衬底表面的高效、高质量沉积；三是改善现有化学气相沉积钨涂层结构与功能单一等问题，满足构件对钨涂层高性能和多功能的需求。
表面功能化
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  聚多巴胺改性碳纳米管增强羧基丁腈橡胶动态力学性能的研究

  陈多礼, 樊小强, 张林, 李文, 朱旻昊

  表面技术. 2020, 49(9): 149-156. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.016

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  目的 探究改性多壁碳纳米管（MWCNTs）在羧基丁腈橡胶（XNBR）中的分散性、增强橡胶基体动态力学性能及其作用机理。方法 采用多巴胺自聚合兼物理修饰的技术对MWCNTs进行表面改性处理，以增加其表面极性基团，提高其与XNBR基体的兼容性，并制备了聚多巴胺改性碳纳米管（MWCNTs-P）。采用红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分析了改性多壁碳纳米管的表面化学状态，使用透射电子显微镜（TEM）探索了改性碳纳米管的结构演变。使用动态力学分析仪（DMA）研究了改性碳纳米管填料网络对XNBR基体的增强效果，结合复合材料断面的扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM），探索了MWCNTs-P填料增强XNBR动态力学性能的作用机理。结果 调控多巴胺反应浓度实现了MWCNTs-P填料表面物理包覆层厚度从2 nm增加到4 nm。动态力学性能测试表明，MWCNTs-P填料提高了复合材料老化前后的动态力学性能。SEM测试发现，MWCNTs-1.0P-2.0wt%复合材料在老化试验后断面存在的孔洞最浅。TEM测试发现，MWCNTs-1.0P填料在XNBR基体中有更好的分散性。结论 聚多巴胺改性多壁碳纳米提高了其在羧基丁腈橡胶基体中的分散性，从而增强了复合材料老化前后的动态力学性能。
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  3D打印制备各向异性超疏水功能表面的定向输送性能

  唐昆, 李典雨, 陈紫琳, 杜家兵, 张明军, 毛聪, 张健, 胡永乐

  表面技术. 2020, 49(9): 157-166. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.017

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  目的 在光敏树脂基底上制备各向异性超疏水功能表面，实现液滴的定向输送。方法 采用光固化逐层成形3D打印法，在样品基底上制备具有不同形状和结构尺寸的超疏水结构阵列。通过扫描电子显微镜（SEM）、EDS能谱分析，对样品的表面形貌与化学成分变化进行表征。采用接触角检测系统、高速摄像机，通过液滴弹跳、各向异性润湿性与定向输送实验，分析与评价不同阵列表面的超疏水性能、各向异性润湿程度以及定向输送行为。结果 液滴弹跳实验结果表明，液滴可在正方体及交错长方体阵列表面形成饼状弹跳，且后者超疏水性能最佳。各向异性润湿性实验结果表明，在圆柱体阵列中，各向异性润湿性程度随相邻圆柱体高度差Δh的增大而趋于显著，且Δh=1 mm时，各向异性润湿性最为显著；在长方体阵列中，长方体宽度w1及相邻长方体间距sp1对各向异性润湿性程度均有一定影响，w1=0.3 mm、sp1=1 mm时，各向异性润湿性最为显著。定向输送实验结果表明，Δh=1 mm的圆柱体阵列及w2=0.7 mm、sp2=0.7 mm的长方体阵列的定向输送性能最佳，液滴可按照设计的路线精准流动。结论 3D打印所制备的光敏树脂基功能表面的超疏水性能、各向异性润湿程度以及定向输送行为由其表面形貌和结构尺寸所决定，所制备的样品可实现液滴的精准定向输送。
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  水蒸气处理对钛合金表面羟基磷灰石涂层结构的影响

  杨学兵, 张林伟

  表面技术. 2020, 49(9): 167-174. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.018

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  目的 制备结晶度较高且裂纹较少的羟基磷灰石涂层。方法 采用等离子喷涂法，在不同功率下，于钛合金表面制备羟基磷灰石涂层。通过水蒸气处理法，在不同温度下处理羟基磷灰石涂层。使用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分析羟基磷灰石的表面形貌和晶体结构。结果 当等离子喷涂功率从20 kW增大到29 kW时，羟基磷灰石涂层的沉积效率先增大后稳定，涂层结晶度先增大后减小，涂层中氧化钙的含量先增大后稳定。当喷涂功率为23 kW时，羟基磷灰石涂层结晶度较高。水蒸气处理能明显去除涂层中的α-磷酸三钙、β-磷酸三钙和氧化钙，当水蒸气处理温度从140 ℃增大到200 ℃时，羟基磷灰石涂层晶粒由棒状向颗粒状转变，涂层结晶度不断增大，涂层中磷酸四钙的含量先减小后增大，较高的温度会造成涂层表面微裂纹的产生。在模拟体液中浸泡后，经过水蒸气处理的涂层表面会诱导生成较纯的羟基磷灰石。180 ℃水蒸气处理后的涂层表面会沉积一层均匀的羟基磷灰石，生物活性较高。结论 羟基磷灰石涂层的结晶度随等离子喷涂功率的增大，先增大后减小，随水蒸气处理温度的上升而增大。在合适条件下制得的羟基磷灰石涂层具有较高的生物活性。
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  电沉积Ni-Fe-P非晶合金析氢阴极材料及其去合金化处理

  司迎迎, 任亚东, 赵永强, 闫叶祥, 谢广文, 王桂雪, 刘欣

  表面技术. 2020, 49(9): 175-181. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.019

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  目的 提高Fe电极的催化析氢性能。方法 较低温度条件下，在Fe基体表面电沉积一层非晶态Ni-Fe-P镀层，探究沉积电流密度、去合金时间等参数对Ni-Fe-P/Fe电极在碱性电解质中的电催化析氢反应的影响。通过扫描电镜、能谱、X射线衍射对镀层的形貌、元素分布、物相进行分析。在碱性溶液中，利用电化学工作站对电极进行一系列性能测试。结果 在沉积温度为10 ℃的条件下，于Fe电极表面成功制备出了致密且元素分布均匀的Ni-Fe-P非晶合金镀层。获得的Ni-Fe-P/Fe电极电催化性能均优于Fe电极，其中电流密度30 mA/cm2条件下制备的Ni-Fe-P/Fe电极在析氢电流密度为10 mA/cm2时的过电位为174.2 mV，比Fe电极低约466.2 mV。在相同条件下制备的Ni-Fe-P/Fe电极，经240 s去合金化处理，电极过电位仅为121.6 mV，比Fe电极低约518.8 mV。结论 电沉积的Ni-Fe-P非晶合金镀层可以显著提高Fe电极的析氢性能。随着沉积电流密度的增加，Ni-Fe-P/Fe电极的析氢过电位减小，双电层电容和电化学工作表面积增大。对镀层进行适当的去合金化处理，形成的三维多孔结构可以减小电极的电荷转移电阻，有效降低电极的析氢过电位。
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  柠檬酸钠对Ni-Sn-Mo合金电沉积机理及析氢行为的影响

  张丽楠, 温林洁, 周宗熠, 崔鹏飞, 李运刚, 杨海丽

  表面技术. 2020, 49(9): 182-190. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.020

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  目的 在酸性柠檬酸钠体系中，研究了柠檬酸钠对Ni-Sn-Mo合金电沉积机理的影响，明确最大电极反应速率和析氢性能最好的合金镀层对应的柠檬酸钠浓度。方法 采用循环伏安法、电化学阻抗谱、计时电流法和阴极极化曲线，对不同柠檬酸钠浓度下Ni-Sn-Mo合金电沉积行为及析氢性能进行研究，采用扫描电镜对Ni-Sn-Mo合金的表面形貌进行表征，并用能谱仪检测合金的成分。结果 由循环伏安曲线得出Ni-Sn-Mo合金的电沉积是一个不可逆过程，当柠檬酸钠浓度为0.2 mol/L时，合金共沉积还原峰的电位最正（-0.96 V(vs. Ag/Ag+)）。由电化学阻抗谱可知，当柠檬酸钠浓度为0.1 mol/L时，在低频端出现扩散特征；当柠檬酸钠浓度为0.2~0.4 mol/L时，反应不受扩散影响；当柠檬酸钠浓度为0.2 mol/L时，极化电阻（Rp）达到最小值（11 718.1 Ω?cm2），电极反应最容易发生。由计时电流曲线可知，随着柠檬酸钠浓度的增大，Ni-Sn-Mo合金晶核形成始终遵循连续成核规律。由SEM和EDS分析表明，随着柠檬酸钠浓度增大，Ni-Sn-Mo合金的晶粒尺寸先减小后增大；随着合金中Sn含量增加，合金的晶粒由胞状转变为不规则形状。由阴极极化曲线和电化学阻抗谱可知，当柠檬酸钠浓度为0.1 mol/L时，析氢电位（-1.05 V）最正，电荷转移电阻（4.906 Ω?cm2）最小，析氢性能最好，从能量因素和几何因素上都改善了合金的析氢性能。结论 当柠檬酸钠浓度为0.2 mol/L时，还原峰电位最正，电极反应最容易发生。在Ni-Mo合金镀层中添加Sn，增加了镀层的比表面积，并且提高了电子传输速率，有利于析氢性能的提高。
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  准分子激光辐照对激光选区熔化成形Ti6Al4V合金表面浸润性的影响

  徐仰立, 李婷婷, 曹玄扬, 谭援强

  表面技术. 2020, 49(9): 191-197. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.021

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  目的 提高激光选区熔化成形（Selective Laser Melting, SLM）Ti6Al4V合金的表面亲水性。方法 通过调控248 nm KrF准分子激光功率密度和脉冲数，对SLM成形Ti6Al4V合金进行表面改性。利用扫描电子显微镜和激光扫描共聚焦显微镜对激光辐照前后的表面形貌和粗糙度进行表征，利用EDS能谱分析仪和X射线衍射仪对激光辐照后试样的表面成分进行分析，利用接触角测量仪来表征试样表面的浸润性。结果 在50个激光脉冲数下，通过控制准分子激光功率密度为0~531 mJ/cm2，使SLM成形Ti6Al4V表面接触角由(116±4)°减小至(7.5±0.4)°。通过表面形貌观察，激光辐照后的Ti6Al4V表面变得更加平滑，表面粗化现象得到改善。激光辐照后的Ti6Al4V表面粗糙度由(40.3±3.7) μm减小至(8.3±1.7) μm，试样表面与氧气发生反应，导致氧元素质量分数增加至33.54%，且有TiO产生。通过Cassie-Baxter 模型和试样三维表面形貌分析，激光辐照后的Ti6Al4V表面更加光滑，使固-液-气复合界面上固体所占的百分比增加，导致试样变得更加亲水。通过时效性测试，发现试样的表面接触角在48 h内具有稳定性。结论 通过改变准分子激光的功率密度，可以快速高效地降低SLM成形Ti6Al4V合金的表面粗糙度，改善并调控Ti6Al4V的表面亲水性。
表面摩擦磨损与润滑
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  一种改性全氟聚醚衍生物在全氟聚醚基础油中的摩擦学性能研究

  张建强, 高一鸣, 姜滢, 梁成峰, 张航文, 李久盛

  表面技术. 2020, 49(9): 198-205. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.022

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  目的 通过对全氟聚醚衍生物的改性研究，开发出在全氟聚醚（PFPE）基础油中性能优越的摩擦改进剂。方法 对全氟聚醚醇合成改性，得到一种新型全氟聚醚衍生物——五氟苯甲酸全氟聚醚酯。利用红外光谱仪和核磁共振氟谱对其结构进行表征，并考察了与PFPE的相容性。利用四球摩擦试验机考察其作为PFPE基础油添加剂的摩擦学性能。利用XPS和EDS能谱、三维轮廓仪和SEM分析表面组成和形貌，并由此推测润滑机理。结果 所设计合成的新型全氟聚醚衍生物具有良好的热稳定性，在150 ℃时才开始分解。与基础油相比，此添加剂的加入能够减小25%左右的摩擦系数和30%左右的磨斑直径，并比其他添加剂表现出更优异的摩擦学性能。当添加量为2%（质量分数）时，摩擦系数降为0.073，磨斑直径为0.303 mm。改性全氟聚醚衍生物能够促使碳氟键断裂，形成更多的自由氟原子与金属表面发生摩擦化学反应，其中酯基团所连的五氟苯会吸附在金属表面，两者共同作用于金属表面，使之形成润滑膜，从而起到减摩抗磨的作用。结论 改性全氟聚醚衍生物是一种适用于PFPE基础油，且性能优异的新型添加剂。
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  超声振幅对激光熔覆WC/IN718复合涂层组织及性能的影响

  聂学武, 周建忠, 徐家乐, 黄舒, 孟宪凯, 黄蕾, 霍坤

  表面技术. 2020, 49(9): 206-214. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.023

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  目的 研究超声振幅对激光熔覆WC陶瓷颗粒在熔池凝固过程中流动特性的影响，在IN718镍基高温合金表面制备出硬度高和高温耐磨性良好的WC/IN718金属基陶瓷涂层。方法 采用VHX-1000型超景深显微镜，观察不同超声振幅作用下WC陶瓷颗粒在复合涂层横截面的分布规律；借助于光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等设备，表征不同超声振幅下复合涂层显微组织与物相组成；采用显微硬度仪和旋转式高温摩擦磨损试验机，研究不同超声振幅下复合涂层的显微硬度和高温耐磨性能。结果 当超声振幅为22 μm时，复合涂层平均显微硬度最大（562HV0.2），相对未施加超声的复合涂层提高了49.9%，抗高温摩擦系数（0.4）相对未施加超声的复合涂层（0.6）降低了67.0%。复合涂层的磨损机制为氧化磨损和轻微的磨粒磨损。结论 由于超声场对激光熔覆过程的声流强化效应和空化效应的影响，促使WC陶瓷颗粒在熔池中逐渐上浮，消除了熔池底部WC颗粒的沉积效应。超声场的热效应使WC颗粒在熔池中的溶解率有所增加，复合涂层的稀释率也相应得到提高。施加超声场的复合涂层的平均显微硬度和高温耐磨性得到明显提升。
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  不同弧电流对AlCrBN涂层结构和性能的影响

  王建明, 蔡飞, 张林, 张世宏

  表面技术. 2020, 49(9): 215-224. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.024

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  目的 提高涂层刀具在高速工况下的切削寿命。方法 利用电弧离子镀技术在高速钢试样块和刀具表面制备不同弧电流（60、80、100 A）的AlCrBN涂层。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、轮廓仪、洛氏压痕仪、划痕仪、显微硬度计、球盘摩擦磨损试验仪和切削试验对涂层的微观结构和性能进行研究分析。结果 AlCrBN涂层的物相成分为固溶的fcc-(Cr,Al)N相以及少量的CrB2和fcc-BN相。随着AlCrB靶弧电流由60 A增至100 A，表面粗糙度Sq值由197 nm增至208 nm，Sa值由107 nm增至113 nm；显微硬度由3574HK0.05先增至3890HK0.05，再降至3209HK0.05；结合强度Lc2由57 N增至63 N，再降至55 N，均呈现先增后减的趋势。不同弧电流制备的AlCrBN涂层的磨损率依次为0.69×10-15、0.38×10-15、0.84× 10-15 m3/(N?m)，涂层的磨损机理均为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。切削结果显示，AlCrBN涂层刀具在切削速度VC为60 m/min和191 m/min条件下的切削寿命均高于AlCrN涂层刀具，且80 A条件下制备的AlCrBN涂层刀具切削寿命均最长，分别为9 m和6 m。切削速度60 m/min条件下的磨损机理：初期为磨粒磨损，中期为磨粒磨损和粘着磨损，后期为粘着磨损。切削速度191 m/min条件下的磨损机理：初期和中期为磨粒磨损和粘着磨损，后期为粘着磨损。结论 AlCrBN涂层刀具与AlCrN涂层刀具相比，切削性能更加优越，并且80 A条件下制备的AlCrBN涂层的综合性能最优。
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  低碳钢电弧熔覆增材层摩擦磨损及抗腐蚀性能

  薛冰, 雷卫宁, 刘骁, 陈世鑫

  表面技术. 2020, 49(9): 225-232. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.025

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  目的 针对低碳钢零件的破损失效采用TIG焊电弧熔覆增材制造工艺，研究低碳钢电弧熔覆修复使其达到再制造零件性能要求的可行性，为实现TIG焊修复应用提供保证。方法 通过TIG焊熔覆在低碳钢坡口处，对熔覆接头的显微组织进行分析，并测试修复后的增材层表面硬度性能。使用Nanovea Tribometer摩擦磨损仪和NanoveaPS50表面轮廓仪，对基体和增材层进行摩擦性能测试，并表征摩擦磨损后的表面形貌，探究磨损机理。采用电化学工作站对基体和增材层的腐蚀性能进行分析。结果 修复后的增材层显微硬度（220.17HV）高于基体且其摩擦性能和腐蚀性能优于基体，随着磨损载荷的增加，增材层的摩擦系数逐渐降低，磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。增材层表面组织均匀细小，在NaCl溶液中点蚀坑小且分散，增材层的腐蚀电流密度（1.8349×10-6 A/cm2）小于基体的腐蚀电流密度（6.5251×10-5 A/cm2），增材层表面的抗腐蚀能力明显提高。结论 电弧熔覆低碳钢可满足低碳钢零部件现场电弧快速修复对再制造性能的要求，实现了低碳钢破损零部件的表面修复与强化。
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  激光熔覆Inconel718合金裂纹分析及裂纹控制研究

  鲁耀钟, 雷卫宁, 任维彬, 陈世鑫

  表面技术. 2020, 49(9): 233-243. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.026

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  目的 针对K418合金表面激光熔覆裂纹萌生、元素偏析等难题，探究裂纹萌生与元素偏析之间的关系，利用后处理工艺进行裂纹的修复及偏析现象的控制。方法 在K418合金表面激光熔覆了Inconel718合金，以基体及熔覆材料的热物性参数和界面元素匹配性为出发点，对熔覆中裂纹的敏感性进行了分析。结果 合金元素的偏析造成了裂纹的萌生与扩展。基体热影响区裂纹的形成与热影响区内析出的块状碳氮化物有关，熔覆层裂纹与枝晶间析出的不规则链状Laves相有关。采用激光重熔工艺对熔覆层进行了后处理，试验结果表明，重熔后的组织致密，晶粒细小均匀，无裂纹及粘粉等明显缺陷。激光重熔减少了基体热影响区及熔覆层中因元素偏析产生的碳氮化物及Laves相的尺寸及数量，重熔后覆层的摩擦因数为0.55，比重熔前下降了49.5%，具有良好的减摩特性；磨损率为3.15×10-4 mm3/(N?mm)，比重熔前下降了37.5%，耐磨性能得到提升。结论 激光重熔技术可以愈合K418激光熔覆Inconel718合金的裂纹，并显著降低涂层的元素偏析程度。
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  偶件表面粗糙度对回转支承隔离体使用性能的影响

  黄传辉, 刘磊, 张宁

  表面技术. 2020, 49(9): 244-251. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.027

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  目的 掌握偶件表面粗糙度对回转支承隔离体使用性能的影响规律。方法 利用M-2000实验机考察了在2号锂基润滑脂和20#机油润滑条件下，轴承GCr15滚动体表面粗糙度对PA1010、HPb59-1等隔离体使用性能的影响，分析了载荷、速度以及偶件表面粗糙度对摩擦系数、磨损量的影响规律，并观察了磨损表面的微观形貌，探讨了PA1010、HPb59-1等隔离体的损伤机制。结果 随GCr15钢环表面粗糙度增加，摩擦系数、磨损量均呈上升趋势，PA1010摩擦学性能受偶件表面粗糙度的影响程度显著高于HPb59-1。表面粗糙度值相同时，随实验载荷增加，摩擦系数略有降低，但变化不大，磨损量随实验载荷的增加而增长较快。200、400、600 N三种载荷下，PA1010磨损量的平均比值为1∶1.64∶2.44，HPb59-1磨损量的平均比值为1∶2.92∶3.74。20#机油润滑时的摩擦系数低于2号锂基润滑脂润滑，对PA1010而言，平均降低了52.7%左右，对HPb59-1，平均降低了41.8%左右。结论 GCr15偶件表面粗糙度增加引起摩擦系数、磨损量上升，且对PA1010影响更大。润滑剂对磨损量的影响和GCr15钢环表面粗糙度密切相关，表面粗糙度值小时，影响甚微；随着表面粗糙度值增大，润滑剂所产生的影响越来越明显。PA1010、HPb59-1磨损表面均呈现出磨料磨损特征。研究结果为回转支承的设计提供了实验和理论参考依据。
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  固/液界面润湿性对线接触油膜润滑的影响

  金微, 李书义, 荆兆刚, 郭峰

  表面技术. 2020, 49(9): 252-257. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.028

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  目的 优化表征固/液界面的表征参数。方法 应用AF和FAS修饰柱面滑块以获得不同润湿性的表面，并测量PEG200、150N和PAO6三种润滑油在AF、FAS和SiO2表面上的接触角、接触角滞后以及三种表面的表面自由能。通过对线接触润滑油膜厚的测量，评价固/液界面润湿性与油膜厚度的关联性。结果 润滑油为PEG200或150N时，在SiO2/SiO2接触副产生的油膜厚度高于SiO2/FAS接触副，而且接触角越小，油膜厚度越大；接触角滞后越大，油膜厚度越大。PEG200、150N和PAO6润滑油分别在SiO2/SiO2和SiO2/AF同一接触副时，呈现出几乎相同的油膜厚度。此时，接触角滞后与油膜厚度的关联性优于接触角。此外，润滑油在AF表面测得的接触角最大且接触角滞后最小，但产生的油膜厚度最大，该现象可以归因于油膜承载力/厚度与界面强度的非单调性。结论 在线接触流体动压润滑条件下，固/液界面的润湿性能够影响油膜厚度。界面表征参数接触角和接触角滞后，与油膜厚度的关联性都存在一定的局限性，但相对而言，接触角滞后的范围更大。AF界面特性与油膜厚度的关系，证明了疏油表面可以具有较好的成膜能力。
表面失效及防护
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  脉冲电源占空比对电弧离子镀AlCrN涂层结构和性能的影响

  赵鑫, 刘琰, 杨豆, 李敬雨, 杨兵

  表面技术. 2020, 49(9): 258-265. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.029

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  目的 研究阴极电弧离子镀脉冲电源占空比对AlCrN涂层结构和性能的影响，优化工艺参数，以提高涂层的性能。方法 采用脉冲电弧离子镀制备不同占空比AlCrN涂层，利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）、纳米压痕仪和Chi650e电化学工作站，表征涂层的结构、力学性能和耐蚀性能。结果 随着占空比的增加，涂层表面颗粒面积分数和粗糙度先逐渐增加，当占空比大于20%后，颗粒面积分数趋于平稳，同时涂层的厚度从4.06 μm逐渐增加到7.56 μm。当占空比低于20%时，涂层中存在较多的孔隙；当占空比大于20%后，涂层中的孔隙较少，涂层结构较为致密。XRD结果表明，AlCrN涂层为立方结构，晶粒尺寸在14.9~18 nm之间。涂层硬度和结合力均随占空比先增加后减小，占空比为25%时，硬度可达35.19 GPa，结合力为81.7 N。占空比为25%时，涂层的自腐蚀电位较高，自腐蚀电流密度最小，表明该涂层的耐蚀性较强。结论 适当地提高脉冲电源占空比可降低涂层中孔隙的含量，提高涂层的硬度和膜基结合力，同时提高涂层的抗腐蚀性。
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  基于ABAUQS-Matlab对42CrMo钢表面感应淬火奥氏体化参数的研究

  钟汉烈, 汪舟, 甘进, 王晓丽, 杨莹, 闫占乱, 韦婷婷

  表面技术. 2020, 49(9): 266-273. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.030

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  目的 确定42CrMo钢感应淬火过程的奥氏体相变动力学参数，并验证其可靠性。方法 根据不同加热速率下42CrMo钢奥氏体膨胀曲线，基于经典JMAK（Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov）模型和Kissinger方法，确定了42CrMo钢奥氏体化相变动力学的参数。建立ABAQUS局部移动式感应淬火模型，选取淬火区域加热过程中点的温度变化曲线作为验证奥氏体化模型的对象。基于Scheil法则和JMAK相变动力学模型，采用文中求解得到的奥氏体化参数，采用Matlab对42CrMo连续转变过程离散为每个时间间隔的等温相变并求解，并对照相关学者采用的扩展解析动力学模型和JAMK模型，加以验证。结果 根据上述方法，得到的42CrMo奥氏体相变动力学参数为：激活能Q为2.04×106 J/mol，指前因子lnk0的值取230.78，Avrami指数n取0.427。将淬火加热过程离散为数量很大的均匀时间间隔，并以求解的动力学模型在每个间隔内进行对应温度条件下奥氏体体积分数的求解并顺次叠加，以模拟得到的奥氏体转变时间和转变温度等作为依据，该模型有良好的表现性。结论 对42CrMo非等温且加热速度不恒定的连续奥氏体转变过程，JAMK模型拟合表现良好，采用文中求解的参数组对表面感应淬火的奥氏体转变历程进行仿真预测是可行的。
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  基于DSMC-CFD方法的气固两相流冲蚀预测研究

  孙晓阳, 曹学文, 谢振强, 付晨阳

  表面技术. 2020, 49(9): 274-280. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.031

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  目的 研究气固两相流中固体颗粒间碰撞对冲蚀的影响。方法 使用Eulerian-Lagrangian方法，将气相作为连续相，通过Navier-Stokes方程求解，颗粒平移运动由离散相模型（DPM）求解。颗粒间碰撞运动采用直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法进行模拟，用少量采样颗粒代替真实颗粒计算颗粒间碰撞，碰撞的发生条件通过修正的Nanbu方法判定，碰撞过程遵循颗粒间碰撞动力学模型，采用Grant-Tabakoff随机颗粒-壁面碰撞反弹模型，计算颗粒与壁面的碰撞运动。将颗粒运动信息导入5种不同的冲蚀模型，并将计算与未计算颗粒间碰撞的冲蚀预测模拟结果与实验数据进行对比。结果 颗粒间碰撞位置主要分布在90°弯头外拱侧的颗粒高浓度区，随着颗粒质量流量的增大，颗粒碰撞次数增加，且直管段中碰撞次数占比增大。随着入口速度的增大，颗粒碰撞次数减少。使用DSMC-CFD方法计算的最大冲蚀位置沿弯管外拱轴线向高角度方向偏移，且数值比忽略颗粒间碰撞的CFD方法约低5%~15%，总冲蚀率则两者区别不大。结论 引入DSMC方法计算颗粒间的碰撞，可以节省大量算力。弯管处发生颗粒间碰撞，DSMC-CFD冲蚀预测方法更符合实际，使用DSMC-CFD方法的Oka模型与实验测得值最贴近。
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  X80管线钢在硫酸盐还原菌作用下的腐蚀行为

  万红霞, 李婷婷, 宋东东, 陈长风

  表面技术. 2020, 49(9): 281-290. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.032

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  目的 通过实验模拟硫酸盐还原菌（SRB）对X80钢的腐蚀，探究硫酸盐还原菌的腐蚀过程。方法 通过细菌培养实验，计数得到固着SRB和浮游SRB的生长曲线以及溶液中pH值的变化曲线。通过腐蚀电化学测试，研究了SRB对X80腐蚀的影响。通过浸泡实验，获得SRB对腐蚀速率的影响。采用扫描电镜和激光共聚焦显微镜对SRB腐蚀后的表面形貌和最大点蚀深度进行了分析，利用EDS和XPS对腐蚀产物的成分进行了分析。结果 在接种SRB的溶液中，X80钢表面固着的SRB比浮游的SRB多；随着培养时间增长，溶液pH增大。接种SRB环境中，X80钢阻抗和线性极化电阻均小于无菌环境中的值，有菌环境中腐蚀电流密度大于无菌环境中的值。随着浸泡时间增长，最大点蚀坑深度变深。通过EDS能谱分析发现，在含有SRB的环境中，S元素和O元素的含量较无菌环境中高，XPS结果表明，SRB环境中腐蚀产物多为Fe的硫化物。结论 固着SRB使试样表面的铁溶解为铁离子，铁离子与溶液中的硫酸根离子在SRB生命活动的作用下生成铁的硫化物，从而促进了X80钢的腐蚀。
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  C/SiC复合材料与抗氧化陶瓷涂层的优化匹配

  杨彦龙, 张凯峰, 曹生珠, 汤富领, 薛红涛

  表面技术. 2020, 49(9): 291-297. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.033

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  目的 快速筛选与C/SiC复合材料界面热应力最低匹配的抗氧化涂层材料。方法 在原用于单层陶瓷材料热冲击计算模型的基础上改造建立了一个简易但能合理解释热冲击下抗氧化涂层失效的解析模型。采用有限元模型对解析模型得到的界面热应力加以验证，二者结果基本一致。结果 当裂纹长度小于30 μm时，裂纹对涂层-基体界面热应力的影响几乎可以忽略，然而，当涂层表面预制长度大于30 μm的微裂纹或增加涂层中的微裂纹密度均能够有效降低涂层-基体界面的热应力，提高涂层在服役条件下的断裂临界温差，改善涂层材料的抗热震性，提高涂层的使用寿命。利用该解析模型计算出各温度下涂层-基体体系具体的断裂临界温差，并预测涂层-基体体系最危险的工作温度区间。结论 解析模型可以用来方便地计算涂层材料的热应力和断裂临界温差，从而筛选出热应力最小匹配的涂层材料。C/SiC复合材料的抗氧化涂层中预制长度大于30 mm的微裂纹，可有效提高涂层抗热震性能。
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  碳钢表面导电PEDOT涂层的电化学制备及防腐性能

  高博文, 王美涵, 闫茂成, 雷浩

  表面技术. 2020, 49(9): 298-305. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.034

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  目的 在Q235钢基底上电沉积致密导电聚合物PEDOT涂层，利用PEDOT的良好导电性，避免电荷集中，提高Q235钢的防腐性能。方法 在十二烷基硫酸钠（SDS）和高氯酸锂（LiClO4）溶液中，通过电化学恒电流方法在Q235碳钢基底上电聚合EDOT。采用循环极化、开路电位监测（OCP）、电化学阻抗谱（EIS）及扫描振动电极（SVET）等手段，研究导电PEDOT涂层与碳钢基底的电化学交互作用及其对基底腐蚀行为的影响规律。结果 在电流密度为5 mA/cm2的条件下，沉积的PEDOT涂层最完整、致密，具有球状团聚表面形貌。PEDOT/Q235电极在3.5%NaCl溶液中浸泡40 h后电偶电流密度为-15 μA/cm2，电偶电压为-715 mV。多次循环极化曲线基本重合，体现出良好的电化学稳定性。开路电位和EIS结果表明，PEDOT涂层4 d后钝化了基底，对基底产生保护。SVET结果证明，PEDOT涂层能够形成电子离域，避免电荷集中，涂层划痕区的电流密度从628 μA/cm2降低到23.8 μA/cm2。结论 PEDOT涂层可以减轻Q235基底在NaCl溶液中的腐蚀，其减缓腐蚀的能力归因于其结构致密、钝化基底及减少表面电荷集中。
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  电弧离子镀偏压对TiAlSiN涂层结构及性能的影响

  宋智辉, 代明江, 李洪, 洪悦, 林松盛, 石倩, 苏一凡

  表面技术. 2020, 49(9): 306-314. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.035

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  目的 探究脉冲偏压对TiAlSiN涂层结构及力学性能、耐磨性能、抗氧化性能的影响规律及机制。方法 采用阴极电弧离子镀膜技术，调控偏压参数并在M2高速钢上沉积TiAlSiN涂层，利用SEM、XRD、3D轮廓仪、金相显微镜、划痕仪、摩擦磨损试验仪等仪器及高温氧化试验，对涂层结构及性能进行分析表征。结果 偏压为50 V时，涂层主要为AlN相；偏压高于75 V时，涂层以固溶的(Ti,Al)N相为主，TiAlSiN涂层存在较强的(200)面择优取向。偏压由50 V增大至150 V时，涂层的致密性增加，表面粗糙度先降低后上升，涂层结合力先增大后降低。TiAlSiN涂层的磨损方式主要是磨粒磨损，受物相结构、涂层致密性的影响，偏压为100~150 V时，涂层的耐磨性能优异。涂层1000 ℃氧化4 h后，表面氧化程度不同，主要受物相结构、致密性、表面孔隙的多重影响，hcp-AlN相比(Ti,Al)N相更易氧化；偏压增大使得涂层沉积更为致密，氧化层深度变浅；涂层孔隙增加，表面形成的Al2O3团簇增多。结论 偏压100 V下TiAlSiN涂层的综合性能最优，涂层结合力为46.7 V，硬度为3276HV0.025，表面粗糙度最低，耐磨性能较好且高温下抗氧化性能最强。
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  激光熔覆WC/Ni粉末对冷作模具刃口修复的实验研究

  孙文强, 张德强, 贾云杰, 陈翔, 李伦翔

  表面技术. 2020, 49(9): 315-323. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.036

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  目的 为实现冷冲模具凸模刃口的修复，研究了基体表面的倾斜角度对激光熔覆制备熔覆层质量的影响，寻找能够用于修复冲头刃口的最佳工艺方法，通过冲裁加工的数值模拟分析与实际冲裁，验证激光熔覆技术修复冷冲模具刃口的可行性。方法 在不同倾斜角度的Cr12MoV基材表面上，分别采用垂直于地面和垂直于基体表面两种熔覆方法制备WC/Ni熔覆层，通过熔覆层的截面形貌、结合质量变化以及硬度的分析，选取最佳的修复工艺。利用X 射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS），对比分析了基材表面倾斜角度变化对熔覆层截面组织形貌与物相组成的影响。根据熔覆层的平均硬度检测值以及被加工板料实测数据建立有限元仿真模型，利用磨损累计法对其求解，得出符合预期的使用寿命后，将修复冲头参与实际冲裁加工，验证激光修复冷冲模具的可行性以及有限元仿真模型的可靠性。结果 选择激光功率为1.2 kW，扫描速度为2 mm/s，送粉电压为8 V，离焦量（基体与熔覆头的直线距离）为12 mm，当基体的被熔覆表面相对于地面的倾斜角度不超过50°且与激光束形成的夹角不超过35°时，制备出的熔覆层质量较高。基体表面倾斜时，熔覆层的峰值点始终位于熔覆层中心区域，熔池最大深度值会向靠近激光头的一侧移动。采用垂直于地面和垂直于基体表面两种熔覆方式，在不同倾角的基材表面上制备得到熔覆层，其均由γ-Ni（Fe）、Fe6W6C、Fe2B、WC、W2C、Cr7C3、W2B等硬质相和复杂的间隙化合物组成，基材表面倾斜角度的变化只对熔覆层组织结构的细化程度以及各元素的质量分数产生影响。结论 使用激光熔覆技术搭配合适的修复工艺，不仅可以有效地修复磨损失效后的冷冲模具，还能起到局部改性的作用，熔覆过程中生成的碳化物等硬质相对修复区域硬度的提高起到了主要作用。修复后的冲头的平均使用寿命为5283次/支，与有限元寿命预测的仿真结果5600次/支基本吻合，进一步验证了有限元仿真模型的准确性。
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  固溶渗氮对Cr18Mn21Mo2.5钢组织及性能的影响

  丁国刚, 隋小波, 刘可心, 陈咨伟, 黄岩, 金松哲

  表面技术. 2020, 49(9): 324-331. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.037

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  目的 提高Cr18Mn21Mo2.5钢的耐蚀性和耐磨性。方法 使用中频感应炉炼制9种正交设计固溶渗氮用钢，通过正交试验的极差分析得出渗氮效率最高的实验用钢（Cr18Mn21Mo2.5钢），采用高纯氮气在常压下对其进行固溶渗氮处理，同时对渗层的耐蚀性和耐磨性进行测试及机理分析。利用光学显微镜和XRD研究了Cr18Mn21Mo2.5钢及其渗氮层的显微组织及相组成，采用显微硬度测试仪对固溶渗氮后Cr18Mn21Mo2.5钢的硬度分布进行表征，采用电化学工作站及高速载流试验机进行耐蚀性及耐磨性研究。结果 在优化成分后炼制的Cr18Mn21Mo2.5钢具有良好的强度及韧性，对其在1200 ℃下固溶渗氮24 h可以制备出厚度高达1.4 mm的单一奥氏体渗层。渗氮后腐蚀电位提高，腐蚀电流降低。相比于未渗氮试样，渗氮（1200 ℃，24 h）后试样的阻抗弧半径由2500 Ω增大到8000 Ω，摩擦系数由0.33降低到0.28，磨损量从15.5 mg降低到8.7 mg。渗氮后Cr18Mn21Mo2.5钢的耐蚀性及耐磨性明显提高。结论 固溶渗氮后，N固溶到奥氏体晶格间隙中，固溶态的N促进钝化膜再构，同时N的固溶强化使材料表面硬度提高，渗氮层N含量的提高和渗层厚度的增加均有利于提高耐蚀性和耐磨性。
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  钢板连续移动感应淬火温度场数值模拟及实验研究

  陈庆安, 王艳辉, 张建宇, 马鹏辉, 李河宗

  表面技术. 2020, 49(9): 332-338. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.038

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  目的 通过数值模拟，研究电源频率、电流密度、钢板移动速度对感应淬火过程中钢板温度场的影响规律，为实际应用中的参数选取提供参考。方法 利用ANSYS APDL语言建立钢板连续移动感应淬火过程的有限元计算模型，对不同工艺参数下的钢板温度场进行数值模拟。以优化后的工艺参数对20 mm厚的40Cr钢板进行感应淬火实验，利用热电偶对钢板关键点温度进行测量，通过金相显微镜和显微硬度计对淬火后的钢板进行微观组织和硬度分析。结果 钢板关键点温度计算结果与测量结果的最大误差率约为4%，表明该模型具有较高的计算精度。不同工艺参数下钢板温度场的分析结果表明：电源频率越高，电流密度越大，则加热速度越快，且随着电源频率的升高，高温区深度先增大后减小；而电流密度越大，钢板移动速度越慢，则高温区深度越大。钢板淬火后，其厚度方向上的微观组织基本上分为三个区：相变硬化区、热影响过渡区和未相变区。相变硬化区组织为细小的针状马氏体，最高硬度达700HV，淬硬层深度约6 mm；热影响过渡区中马氏体逐渐减少；未相变区仍保持原始珠光体和铁素体组织。结论 模拟计算结果与实验结果基本吻合，可用来指导实际应用中的参数选取。
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  湿固化型石墨烯改性重防腐涂料的性能研究

  孙阔腾, 蔡玮辰, 周经中, 钟万才, 韦扬志, 赵忠贤, 赵远涛, 李文戈

  表面技术. 2020, 49(9): 339-347. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.039

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  目的 为延长如输电塔架等金属构件的服役期限，制备一种湿固化型石墨烯改性重防腐涂料，并测试表征和分析漆膜的防腐性能和作用机制。方法 以湿气固化型聚氨酯树脂为主要成膜物，铝鳞片代替传统锌粉为主要防腐填料，石墨烯为改性剂搭配形成复合导电填料体系，借助定位排列剂等助剂制备了湿固化型石墨烯改性重防腐涂料。通过沉降测试、结合强度测试、水接触角测试、电化学测试、扫描电镜（SEM）分析、耐中性盐雾实验等手段，对涂层的常规理化性能、防腐蚀性能及微观形貌进行了表征分析，并探讨了石墨烯-铝鳞片复合填料防护体系的防腐蚀作用机理。结果 定位剂有助于提高涂料的分散性和稳定性，经过石墨烯改性后，重防腐涂层的结合强度、耐盐水性、耐候性等常规理化性能明显提升，固含超过70%，达到高固含的环保要求；水接触角增至115°，涂层疏水性有效改善；中性耐盐雾试验进行1000 h时涂层划痕处有明显的腐蚀迹象，但表面未发生起泡、剥落等缺陷，单边扩蚀小于2 mm，石墨烯质量分数为0.8%的涂层性能达到最佳，耐盐雾时间达5000 h以上，此时涂层湿结合强度仍达到8.3 MPa，电化学腐蚀速率仅为0.011 673 mm/a，耐腐蚀性能优异。结论 石墨烯-铝鳞片复合防护体系的力学性能、机械封闭和阴极保护功能优异，属于一种底面合一的涂料，适用于湿热工业-海洋大气环境的腐蚀防护工作。
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  2A12铝合金不同阳极氧化膜在NaCl溶液中的电化学演变

  陈跃良, 张杨广, 卞贵学, 张勇, 张柱柱

  表面技术. 2020, 49(9): 348-356. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.040

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  目的 评价2A12铝合金不同阳极氧化膜在氯离子作用下的腐蚀电化学演变行为。方法 以2A12铝合金为基材，分别制备重铬酸盐封闭硫酸阳极氧化（DS-SAA）膜、热水封闭硫酸阳极氧化（HWS-SAA）膜和稀铬酸封闭铬酸阳极氧化（DCS-CAA）膜，采用动电位极化、电化学交流阻抗表征及拟合，并结合体视显微镜等方法，分析不同氧化膜试件的电化学参数在质量分数为3.5%的NaCl溶液中随浸泡时间的变化，对膜层演变规律及机理进行讨论。结果 硫酸阳极氧化和铬酸阳极氧化膜的厚度分别约为8 μm和3 μm，后者表面缺陷更少。在NaCl溶液中浸泡1 h后，DS-SAA、HWS-SAA 和DCS-CAA试件的自腐蚀电流密度分别为9.1、0.86、12.9 nA/cm2，经168 h浸泡后，分别增大为15.5、35.3、2628 nA/cm2，DS-SAA试件的自腐蚀电位升高了205 mV，DCS-CAA试件的自腐蚀电位从-604 mV降低到-930 mV。随着浸泡时间的延长，DS-SAA试件的Rb和Rp值始终分别高于107 Ω?cm2和105 Ω?cm2。浸泡24 h后，HWS-SAA和DCS-CAA试件的阻抗谱中开始出现韦伯阻抗，Rb和Rp值迅速下降。结论 三种氧化膜在浸泡初期的耐蚀性能相当，随着时间的延长，重铬酸盐封闭硫酸阳极氧化膜具有较高的耐蚀性和耐久性，其余两种氧化膜的耐蚀性能则快速下降，168 h后多孔层几乎完全失效。氧化膜耐蚀性能的差异与膜厚和封闭机理有关。
表面质量控制及检测
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  波前传感器电铸镍层应力实时检测精度评估

  罗坤杰, 蒋炳炎, 强军, 董彦灼, 柴思佳

  表面技术. 2020, 49(9): 357-363. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.041

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  目的 搭建电铸应力实时检测平台，评估其测量精度，并探明电化学沉积过程中镍层平均内应力的变化规律。方法 采用横向剪切波前传感器搭建电铸应力实时检测平台，通过测量在铸层应力作用下电铸基底弯曲的曲率半径，利用Stoney公式计算铸层平均应力。采用参考球面反射镜评估横向剪切波前传感器曲率半径的测量精度，并在0.5 A/dm2电流密度下进行电铸应力实时检测实验，对铸层平均应力测量极限进行评估，同时对检测误差进行分析。结果 横向波前传感器曲率半径测量精度为99.22%，在0.5 A/dm2电流密度下，所搭建的铸层应力实时检测平台可测量的最小厚度为5.1 μm，由曲率测量波动带来的应力检测误差为1.3 MPa。实验测得铸层平均应力随铸层厚度的增加而变大，当铸层厚度达到30 μm左右，铸层平均应力趋于稳定，应力大小为79.7 MPa。同时发现，当铸层厚度小于30 μm时，沿电铸基底长度方向的铸层平均应力明显大于宽度方向铸层平均应力，随铸层厚度的增加，两个方向的应力大小趋于等值。结论 采用横向剪切波前传感器搭建的电铸应力检测平台，能有效对铸层应力进行高精度的实时测量，为精密电铸过程中应力变化规律的研究提供了检测技术基础。
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  基于研磨氧化锆陶瓷的金刚石/铁磁性磨粒制备研究

  吕旖旎, 陈燕, 赵杨, 巫昌海, 康璐

  表面技术. 2020, 49(9): 364-369. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.042

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  目的 为解决氧化锆陶瓷研磨困难这一问题，制备一种新型磁性磨粒。方法 采用粘接法制备金刚石/铁磁性磨粒，探究制备工艺中不同成分配比对其研磨性能的影响。通过扫描电子显微镜对磁性磨粒进行表面形貌分析，结合氧化锆陶瓷板件的研磨试验，采用表面粗糙度测量仪与3D超景深显微镜对研磨前后的工件表面质量作对比分析，以此来评价磁性磨粒的研磨性能，最终确定较优的磁性磨粒制备工艺参数。结果 压制力为0.3 MPa，混料与粘合剂质量比为10∶1，粘合剂中6101环氧树脂、有机硅树脂与651固化剂质量比为4∶1∶5时，磁性磨粒的切削刃数、粘合剂自身的粘接强度及耐热性都达到最佳。使用此磁性磨粒研磨40 min后，氧化锆陶瓷板件的表面粗糙度（Ra）由原始的1.493 μm降至0.116 μm，有效去除了原始表面缺陷和加工纹理，改善了表面质量。结论 在粘合剂中加入有机硅树脂可解决研磨相在铁基体上把持力不足的问题，采用此粘接法所制备的金刚石/铁磁性磨粒能够顺利完成对超硬氧化锆陶瓷材料的加工，金刚石/铁磁性磨粒可以作为性能优良的磨削介质参与研磨，并能够满足磁粒研磨光整加工的要求。
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  基于GRA-RSM的微铣削表面质量多目标参数优化

  李文琴, 于占江, 许金凯, 江海宇, 于化东

  表面技术. 2020, 49(9): 370-377. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.043

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  目的 建立表面粗糙度和残余应力的灰色关联度预测模型，确定微铣削工艺参数优化方案，在降低表面粗糙度的基础上，最大化减小残余应力。方法 首先，采用BBD试验方法设计三因素三水平微铣削试验，测量工件表面的表面粗糙度和残余应力；其次，基于灰色关联分析（Grey Correlation Analysis，GRA）方法，以表面粗糙度和残余应力的信噪比为性能指标，将多目标转化为单一目标进行优化；再次，在主成分分析的基础上，建立灰色关联分析与工艺参数之间的二阶回归预测模型；最后，利用响应面法（Response Surface Method，RSM）获得了最优参数组合。结果 构建的灰色关联度预测模型的平均误差为6.9%，优化结果提高了3.91%。实验结果表明，最优工艺参数组合为：主轴转速20 000 r/min，轴向切深60 μm，进给速度285.8 mm/min。结论 灰色关联度预测模型的拟合度良好，可靠性和准确性较高。基于GRA-RSM优化方法获得的工艺参数组合可以实现同时使表面粗糙度和残余压应力达到理想效果的最优解。
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  选区激光熔化成形Inconel 718合金孔隙缺陷的研究

  王志强, 王学德, 谢瑞鹍, 周鑫, 张佩宇, 李秋良

  表面技术. 2020, 49(9): 378-385. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.09.044

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  目的 研究选区激光熔化成形Inconel 718合金的孔隙缺陷，对缺陷进行科学分类并探究其形成机制，建立熔池溅射特征与缺陷形貌的对应关系，优化工艺参数，抑制缺陷产生。方法 采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDX）分别对Inconel 718粉末的显微组织和化学成分进行观测，使用数字视频显微镜分析成形件内部缺陷，利用高速摄像机拍摄金属液滴的动态飞溅过程，并定量分析溅射特征参数。结果 随着激光功率的增大，能量密度升高，总的溅射数量增大，孔隙数量增多；当扫描速度增大时，能量密度降低，总的溅射面积减小，孔隙尺寸变小。当缺陷的圆度Circ≥0.731或纵横比AR≤1.368时，缺陷形貌由不规则向规则演变。当能量密度E=95.24 J/mm3时，相对致密度达到99.94%。经测量，所有样品的孔隙率和孔隙尺寸的平均值分别为2.249%和2.774 μm2。结论 孔隙缺陷可分为不规则的匙孔缺陷和规则的气孔缺陷两类，存在发生演变的圆度/纵横比门槛值。熔池震荡引起溅射特征变化，对应产生不同形貌特征的缺陷。减小激光功率和增大扫描速度可降低能量密度，使熔池震荡程度减弱，从而抑制缺陷产生，提高成形件的相对致密度。