2021年, 第50卷, 第5期　
刊出日期：2021-05-20

  

• 全选
  |

特邀综述
• Select
  多功能超疏水表面的制造和应用研究现状

  闫德峰, 刘子艾, 潘维浩, 赵丹阳, 宋金龙

  表面技术. 2021, 50(5): 1-19. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  荷叶表面是自然界中典型的超疏水表面，具有“出淤泥而不染”的特性，近年来，荷叶表面的超疏水现象引起了科研人员的广泛关注。普通表面经构建微纳米级粗糙结构和低表面能修饰后，可获得超疏水表面。将水滴置于超疏水表面上，水滴与超疏水表面间存在一层空气垫，空气垫可有效减小水滴与表面的接触面积，使水滴无法浸入表面微观结构中，而被“支撑”在超疏水表面上，因此超疏水表面对水表现出优异的排斥性。这种特殊性能使超疏水表面在诸多领域都有极高的应用前景和市场价值。本文对超疏水基础原理进行了梳理，并对近期超疏水领域的研究成果进行了综述。首先介绍了超疏水表面的经典润湿理论，包括Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。然后归纳了诸多超疏水表面的制备方法及优缺点，包括激光刻蚀法、化学沉积法、化学刻蚀法、电化学沉积法、电化学刻蚀法、热氧化法、喷涂法等。在分析不同制造方法的基础上，进一步讨论了超疏水表面在自清洁、防雾、抗结冰、耐腐蚀、液体无损转移、油水分离、摩擦发电、芯片实验室、液滴传感器等领域的应用。最后，指出超疏水表面从实验室研究走向生产应用过程中所面临的问题，并对超疏水表面的未来发展进行展望。
• Select
  电弧/溅射复合沉积技术的发展及其在刀具涂层中的应用

  张权, 耿东森, 许雨翔, 王启民, 李柏荣

  表面技术. 2021, 50(5): 20-35, 101. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过电弧/溅射复合技术沉积刀具涂层，不仅可以规避单一沉积技术的固有缺陷，拓宽材料的选择范围，且其纳米多层结构能够有效结合不同组元的特性，协同提升涂层性能，有望为难加工材料的切削提供高性能涂层解决方案。首先对电弧/溅射复合技术的发展历史进行了回顾，概述了早期“Arc Bond Sputtering”技术凭借多功能阴极弧源实现同一靶材在电弧与溅射两种沉积模式的自动切换，有效结合不同沉积技术的优势。在此基础上，重点综述了近年国内外研究机构及企业应用端关于复合沉积技术在刀具涂层领域的研究进展，包括利用电弧/溅射复合沉积制备高硬度纳米复合结构涂层;通过磁控溅射拓宽靶材成分的选择范围，电弧层与溅射层交替沉积制备具有摩擦自适应性的纳米多层刀具涂层;设计从底层电弧支持层向顶层非晶功能层过渡的涂层结构，采用高功率脉冲磁控溅射沉积非晶层(例如SiBCN与TiB2)，打断电弧层柱状晶的连续生长，涂层表现出致密的结构与优异的高温性能。此外，还总结了笔者对电弧/溅射复合沉积AlTiN以及AlTiN/AlCrN涂层的性能研究。最后，对国内复合沉积刀具涂层的应用前景以及尚待解决的科学问题进行了总结与展望。
• Select
  石墨烯基纸的制备、性能及其应用

  王鹏宇, 薛子怡, 于显利, 王天皓, 杨开宇, 王欣

  表面技术. 2021, 50(5): 36-50. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  石墨烯基纸是以石墨烯及衍生物(氧化石墨烯、还原氧化石墨烯)纳米片为主体，组装成的一种新型、轻质柔韧、具有绿色环保特点的类纸/膜材料。近几年研究表明，石墨烯基纸有望成为一种结构-功能一体化材料，具有高强、柔韧、优异的电学、磁学和生物学性能，在能源环保、通信、生物医药等领域受到广泛关注。从石墨烯基纸应用角度出发，如何协调材料的成分和微观结构等因素，最大化地发挥其结构和功能特性，是该领域的关键问题。从石墨烯基纸的制备、性能及应用3方面进行概述，指出其主流的制备方法有真空抽滤，蒸发溶剂等，并对其力学和电学性质的主要增强方法进行总结，例如完善内部结构、借助偶联剂或与其他物质复合等。进而综述了石墨烯基纸作为电磁屏蔽与吸波膜、抗微生物活性膜和哺乳细胞培养及组织工程支架材料的应用研究现状，目前主要工作集中在复合磁性金属、合金等材料，提高石墨烯基纸的电磁参数和阻抗匹配性以及复合无机抗菌纳米颗粒，从而避免细菌的抗菌性，提高材料的杀菌作用，以及在保持材料较高强度的同时，增强其阻抗匹配性、抗菌作用及生物相容性，拓宽其应用领域。最后，在阐述石墨烯基纸在制备方面存在的主要问题的基础上，展望了未来的发展方向，如开发无毒无害且高效的乳化剂和还原剂，制备高通量、低成本、大尺寸、绿色且强韧的石墨烯基纸。
• Select
  电机轴承防护措施及Al2O3陶瓷绝缘涂层研究现状

  卜珍宇, 赵晓琴, 郭向东, 杨明奇, 薛芸, 魏晓东, 安宇龙, 周惠娣

  表面技术. 2021, 50(5): 51-59. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.004

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  讨论了避免电机轴承电蚀失效的主要防护措施，包括安装接地碳刷疏导轴电流、使用绝缘轴承截断轴电流这两类方式，并对其优缺点分别进行了阐述。针对绝缘轴承，着重分析了Al2O3陶瓷涂层的热喷涂工艺(粉末粒径、喷涂参数等)、涂层结构(表面形貌与微观组织)以及涂层性能(力学性能、摩擦性能、绝缘性能)三者间的关系，介绍了通过掺杂其他金属阳离子氧化物或纳米结构粉末对涂层性能进行改性的方法。在此基础上，对绝缘轴承Al2O3陶瓷涂层制备技术存在的难点进行了分析，总结了存在的主要问题。最后对绝缘轴承Al2O3陶瓷涂层制备技术的发展趋势进行了展望。
激光表面改性技术
• Select
  激光熔覆Mo2NiB2-Cr7C3复合陶瓷熔覆层组织结构与性能研究

  倪晓杰, 张博文, 赵忠贤, 王生泽, 顾昊文, 胡肇炜, 李文戈

  表面技术. 2021, 50(5): 60-69. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 采用激光熔覆法在45#钢表面制备耐磨耐蚀的Mo2NiB2-Cr7C3复合陶瓷熔覆层, 并研究制备工艺对组织结构与性能的影响。方法 采用3 mm/s与4 mm/s的激光扫描速率及添加Cr7C3颗粒的工艺，激光熔覆制备Mo2NiB2-Cr7C3熔覆层。利用扫描电镜、X射线能谱仪、X 射线衍射仪对熔覆层的组织结构、元素分布与物相组成进行分析。利用维氏显微硬度计、摩擦磨损仪与电化学工作站对熔覆层的硬度、摩擦性能与腐蚀性能进行分析。结果 Mo2NiB2-Cr7C3复合陶瓷熔覆层与45#钢基材间存在熔合过渡区，形成良好的冶金结合。熔覆层物相主要由 Mo2NiB2、Cr7C3、{FeNi}合金相组成，其中 Mo2NiB2相与Cr7C3相在熔覆层中间位置处聚集，3 mm/s扫描速率增加了{FeNi}相的含量。熔覆层的显微硬度由表及里先增后减，最高值可达1300HV0.1以上，可提高45#钢的硬度(220HV0.1)6倍。相较于45#钢，熔覆层具有更低的摩擦因数、磨损量与更优的耐腐蚀性能，其中4 mm/s制备的Mo2NiB2-Cr7C3硬度最高，耐磨性能最优(平均摩擦因数为0.66，磨痕深度为8.6 μm)，耐腐蚀性能最好(腐蚀电流比45#钢低1个数量级)。结论 较高的扫描速率(4 mm/s)与Cr7C3颗粒的添加可有效提高Mo2NiB2-Cr7C3熔覆层的机械与耐腐蚀性能，可用于45#钢的表面改性。
• Select
  激光频率对激光干式清洗机理及表面性能的影响

  万壮, 杨学锋, 夏国峰, 李丹, 刘文波, 成健, 王守仁

  表面技术. 2021, 50(5): 70-77. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探究不同频率下激光干式清洗的清洗效果、清洗机理及清洗后材料的表面性能。方法 通过理论计算，得出较优频率，并采用固体光纤激光器，控制清洗频率单因素参数，以Q235低碳结构钢表面氧化层为例进行清洗实验。结果 在350 kHz清洗后，样品的表面效果最佳;频率为250 kHz时，样品的表面粗糙度达到最低值，为2.572 μm，基体轻微损伤;频率为150 kHz时，样品摩擦系数达到最大值，为0.3905，基体损伤最大。Q235表面氧化层激光干式清洗机理为烧蚀及溅射，随频率的增加，烧蚀作用逐渐下降，溅射作用逐渐增强。当频率为550 kHz时，烧蚀作用最低，占比为68%;频率为150 kHz时，基体损伤，样品表面发生二次氧化，受损严重，表面粗糙度值最大。在250~550 kHz，随频率的增大，样品的表面粗糙度呈上升趋势。激光干式清洗后，样品表面的摩擦系数总体呈下降趋势，且在频率为150 kHz时，激光能量密度最大，激光强化作用最明显。随频率的增加，样品清洗表面残余应力下降。在激光频率为350 kHz清洗后，样品表面的电化学腐蚀性能最好。结论 在激光干式清洗时，频率作为一个重要参数，对清洗效果、清洗机理及表面性能有显著影响。
• Select
  矿用链轮激光增材再制造修复

  郭辰光, 何顺之, 岳海涛, 翟建华

  表面技术. 2021, 50(5): 78-86. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.007

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 借助激光增材再制造技术，对矿用链轮磨损域修复工艺进行研究，以提升磨损链轮的力学性能，降低维修成本。方法 分别使用扫描仪及Imageware软件对链轮毛坯点云数据进行获取和处理，通过磨损域反求重构方法对磨损链窝进行几何建模，对得到的模型进行分层、路径规划及轨迹代码处理。通过工艺性试验对熔覆试件进行组织形貌、硬度与抗拉强度分析，在优选的激光加工工艺参数下，开展链轮的激光增材再制造修复。结果 在经重构的磨损链窝几何模型中，选取14个坐标数据与初始点云数据作定位比较，最大与最小偏差分别为0.26 mm和–0.05 mm，匹配性较好。在工艺性试验中，熔覆试件的性能分析结果表明，试件的整体表面形貌良好，熔覆区域组织均匀致密，熔合区与基体冶金结合性良好，熔覆层硬度明显高于基材硬度，熔覆高度和宽度分别在8000、23 000 μm左右，与预计结构尺寸保持一致。再制造链轮修复域硬度值达到50~56HRC，修复域无裂纹、气孔缺陷，熔覆层与基体呈现出良好的冶金结合性能。结论 重构的链窝磨损区域几何模型满足再制造加工精度要求，利用激光增材再制造修复技术能够实现再制造熔覆层与基体形成良好的冶金结合，并对表面起到强化改性的作用。经再制造修复的磨损链轮满足井下工况性能要求，具有较强的工程应用价值。
• Select
  激光熔覆CoCrFeNiSix高熵合金涂层的组织及性能

  郝文俊, 孙荣禄, 牛伟, 谭金花, 李小龙

  表面技术. 2021, 50(5): 87-94. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究Si含量对CoCrFeNi高熵合金激光熔覆涂层的组织及性能的影响。方法 利用激光熔覆技术在45^#钢基材上制备CoCrFeNiSix(x=0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0)高熵合金涂层，通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试样机，对单道和多道熔覆层的宏观形貌、微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能进行观察和测试。结果 高熵合金涂层与基体形成良好的冶金结合，添加适量的Si可以提高熔覆层的表面成形性，随着Si的添加，合金的稀释率先增后减，且润湿角逐渐减小。涂层的微观组织随Si含量的升高由等轴晶变为树枝晶，后又变为等轴晶，晶粒结构尺寸减小，涂层致密度提高。涂层由fcc结构变为bcc结构。涂层的显微硬度随Si含量的增加而增加，在x=2.0时，硬度达到600HV0.5左右，约为基体3倍。磨损方式由粘着磨损变为磨粒磨损，当Si含量最高时，磨损量达到最少，摩擦因数也最低，约为0.49。结论 在CoCrFeNi基高熵合金中添加Si可以降低合金的熔点，提高润湿能力;Si还可以增加涂层的形核率，起到细化晶粒的作用;Si作为添加元素还提高了涂层硬度，改善了涂层的耐磨减摩作用。
表面功能化
• Select
  电沉积增材制造微镍柱的工艺研究

  刘赛赛, 贾卫平, 吴蒙华, 钱宁开, 佐姗姗

  表面技术. 2021, 50(5): 95-101. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探究电沉积工艺参数对无掩模定域性增材制造微镍柱的微观形貌、直径和沉积速率的影响。方法 采用尖锥形铂丝作为阳极、铜板作为阴极，电镀液从阳极和导流腔之间的微缝隙以射流方式流到阴极表面，电化学沉积增材制造微镍柱。采用体视显微镜和扫描电子显微镜对镍柱微观结构进行检测。通过单因素试验研究极间电压和初始极间距对微镍柱微观形貌、沉积速率和直径的影响规律。结果 初始极间距为10 μm、电压为3.8~ 4.4 V时，可以制备出直径均匀、圆柱度较高的微镍柱;电压增至4.7 V时，微镍柱形状不规则，常伴有分叉现象或呈瘤状沉积。极间电压从3.8 V增加到4.7 V时，微镍柱体积沉积速率由539 μm³/s增长至4159 μm³/s，直径由55 μm增长至102 μm。此外，当极间电压为4.1 V、初始极间距为20~40 μm时，随着初始极间距的增大，微镍柱顶端从圆柱形逐渐转向锥形沉积。结论 极间电压对微镍柱微观形貌、沉积速率和直径的影响明显，初始极间距主要影响微镍柱顶端的沉积生长形状。
• Select
  PDMS薄膜与CR39光学树脂不可逆封接方法研究

  张敏, 李松晶, 王续明, 李孝平

  表面技术. 2021, 50(5): 102-109, 167. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 为了提高PDMS薄膜与CR39光学树脂表面间的不可逆封接性能，拓展光学材料在微流控领域的应用空间。方法 研究了PDMS薄膜和CR39光学树脂两种待封接表面氧化改性和化学接枝等多种表面改性处理的原理及方法，试验测试了不同改性处理后待封接材料红外光谱及其表面接触角α的变化，进而反映了材料表面润湿特性的变化，搭建了微流控芯片封接强度测试试验平台，测试了不同试验条件下封接后微流控光学芯片样本的封接强度。结果 表面氧化和化学接枝不同改性处理后，PDMS薄膜和CR39光学树脂表面的接触角α均明显减小。采用氧等离子+HEMA化学接枝组合改性处理后，两个待封接表面的接触角α分别可以长期稳定在50°和60°左右，保持良好的润湿特性。采用氧等离子清洗+APTES化学接枝组合改性处理并完成封接后，两个封接面间会形成致密的Si—O—Si聚合层，芯片封接强度最高，可达975 kPa。结论 不同表面改性处理方法能够不同程度降低PDMS薄膜和CR39光学树脂待封接表面的接触角α，改善润湿特性，氧等离子+APTES化学接枝组合改性处理为上述两个待封接表面间的最优不可逆封接方法，能够大大增加封接面间的封接强度，有效提高微流控光学芯片的可靠性。
• Select
  电化学蚀刻-掺杂316L不锈钢制备PEMFC双极板

  崔红兵, 田世艳, 张茂彩, 王誉, 杨金梦, 辛博

  表面技术. 2021, 50(5): 110-118, 167. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究在0.5 mol/L KNO3和0.1 mol/L HNO3混合溶液中，电极电位对316L不锈钢(316LSS)表层微观形貌、化学组成、耐腐蚀性能和界面接触电阻的影响，以解决316LSS双极板在质子交换膜燃料电池中服役时腐蚀和表面接触电阻较大的问题。方法 借助于电化学交流阻抗、循环伏安、计时电流和动电位极化测试，对316LSS表面发生的电化学反应及改性后性能进行研究。利用电化学工作站、扫描电镜及X射线光电子能谱分析仪，对316LSS的耐腐蚀性能、微观形貌及化合价进行表征，并测量界面接触电阻和反应后溶液中铁铬金属离子浓度进行测量。结果 在0.5 mol/L KNO3+0.1 mol/L HNO3的混合溶液中，316LSS表面发生的反应为不可逆过程，当改性电位为–0.5 V(vs. SCE)时，交流阻抗低频区出现了代表物质吸附的感抗弧，电位负移到–0.6 V(vs. SCE)和–0.7 V(vs. SCE)时，表面发生点腐蚀和晶界腐蚀，膜层的完整性被破坏。最佳电位–0.5 V(vs. SCE)改性后316LSS表面出现凸起结构，表层元素分析发现关键合金元素铬主要以氧化铬和氮化铬形式存在，–0.5 V(vs. SCE)对应的氮化铬占比达54.8%。在140 N/cm²的压力下界面接触电阻与施加电位呈现抛物线关系，最小电阻值为8.7 mΩ.cm²(–0.5 V(vs. SCE))。改性后的316LSS耐腐蚀性能显著提升，最佳样品的腐蚀电流密度和腐蚀电位分别为0.065 μA/cm²和136.738 mV，在模拟燃料电池中运行650 h时，腐蚀电流密度为3.4 μA/cm²。结论 电化学改性316LSS的物理化学性能与施加电位大小密切相关。由于316LSS表层钝化膜在电化学反应过程中发生选择性溶解以及原位氮掺杂，促使钝化膜厚度减薄，掺杂氮元素稳定了膜层结构和提高了导电性能，消除了钝化膜对双极板性能的不利影响。最佳改性电位下316LSS表面发生选择性蚀刻形成致密的凸起状氮掺杂膜层，改善了316L不锈钢双极板综合性能。
• Select
  利用置换化学镀制备微米尺度覆银铜粉

  孙志, 于晓辉, 庄再裕, 赵健伟

  表面技术. 2021, 50(5): 119-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.012

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 开发新型的置换化学镀方法，制备微米尺寸的覆银铜粉，进一步开展覆银铜粉在导电胶中的应用研究。方法 通过改变置换反应的时间，分别得到10~60 ℃内银的覆载量的变化曲线，通过拟合表面 反应动力学方程，得到该反应在不同温度下的速率常数。对所获得的材料开展XRD、SEM等的表征，并 利用该材料开展了导电胶的应用研究。结果 通过拟合Arrhenius方程，确定了该置换反应的活化能为 4.1×10⁴ J/mol。利用形貌表征和20%的HNO3溶液浸泡处理，结果证实，经过3 h的置换反应，铜粉可以完全被银层覆盖。通过热重分析可知，覆银层可以显著提高材料的抗氧化性，且随着置换反应温度的提高，抗氧化性也进一步增强。将40 ℃条件下制备的覆银铜粉与环氧树脂制成55%的导电胶，测试了样品的热稳定性，结果表明，经过40 h的烘烤，电阻稳定在0.8 Ω以内，随后电阻有小幅上升，但在65 h以后，电阻稳定在2 Ω以内，不再发生变化。结论 利用置换化学镀获得的覆银铜粉具有良好的导电性和抗氧化能力。该方法简单可靠，具有较高的产业化前景，有利于对大规模工业化生产的指导。
• Select
  镍离子掺杂TiO2涂层的制备及亲水性研究

  刘羽熙, 张鸣, 顾瑜, 陈萍, 孙晨凯, 李文荟

  表面技术. 2021, 50(5): 127-132. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究不同含量的镍离子掺杂对TiO2纳米涂层亲水性能的影响。方法 采用溶胶-凝胶法制备不同含量Ni²⁺掺杂TiO2纳米复合溶胶，通过浸渍提拉法在载玻片上成膜，经过热处理后，得到不同含量Ni²⁺掺杂TiO2复合涂层。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和表面接触角仪，对掺杂不同浓度Ni²⁺后TiO2的晶型、涂层微观形貌、光吸收性能、结构组成和涂层亲水性等进行表征分析，从而确定最佳Ni²⁺浓度的复合涂层材料配方。结果 制备的TiO2主要由锐钛矿相和少量金红石相组成，Ni掺杂抑制了锐钛矿相向金红石相的转变。随着Ni含量的增加，TiO2晶粒尺寸逐渐降低。适量掺杂Ni²⁺制备的TiO2纳米涂层表面形貌光滑，粒子分布致密均匀。掺杂使吸收波长阈值向长波方向偏移，禁带宽度减小，在一定程度上提高了TiO2涂层的亲水性。当Ni²⁺掺杂质量分数为1.5%时，TiO2涂层亲水性最佳。结论 采用溶胶-凝胶法实现了镍离子掺杂TiO2的改性，掺杂Ni²⁺后，Ni²⁺/TiO2复合涂层的亲水性能明显提高。
摩擦磨损与润滑
• Select
  ZrN改性层对TA18钛合金摩擦磨损性能的影响

  许肖, 梁文萍, 缪强, 刘阳阳, 易锦伟, 史伟伟, 左士伟

  表面技术. 2021, 50(5): 133-140. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.014

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 提高钛合金的耐磨性能，拓宽其应用范围。方法 采用双辉等离子渗金属技术在TA18 (Ti-3Al-2.5V)钛合金表面制备ZrN改性层。采用GIXRD、SEM、EDS等分析改性层的相结构、微观形貌以及成分分布。采用粗糙度测试仪和纳米压痕仪测定改性层的表面粗糙度、纳米硬度和弹性模量。采用球-盘磨损试验机探究TA18基体和ZrN改性层在不同载荷下的摩擦学性能。结果 改性层表面组织致密均匀，呈现出“岛状”特点，无明显孔洞、裂纹等缺陷，粗糙度略微增加，物相组成为ZrN、ZrO2、TiN0.3三相共存，具有明显的ZrN(111)择优取向。改性层总厚度约为10 μm，包含3 μm的ZrN层、4 μm的Zr沉积层以及3 μm的Zr扩散层。纳米硬度和弹性模量分别为21.03 GPa和258 GPa，相比于基体，分别提高了4.34倍和0.87倍。结论 TA18基体在3种不同的载荷下磨损严重，磨痕表面存在大量的犁沟，并伴有明显的粘着特征，其磨损机理为典型的磨粒磨损和粘着磨损。ZrN改性层在低载荷下(330 g)发生轻微的磨粒磨损，中载(530 g)及高载(730 g)下磨痕区域出现了明显O元素聚集现象和少量的粘着特征，其磨损机理主要为氧化磨损和粘着磨损，不同载荷下ZrN改性层磨损区域均无明显剥落。
• Select
  织构型水润滑推力轴承软弹流润滑分析及多目标协同优化

  王玉君, 李强, 张硕, 许伟伟, 唐心昊, 王振波

  表面技术. 2021, 50(5): 141-151. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.015

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 提高以水作为润滑介质的织构型非金属推力轴承的润滑性能，为水润滑推力轴承的优化设计提供参考。方法 基于计算流体力学方法建立织构型水润滑推力轴承的流体动压润滑模型，采用双向流固耦合方法计算润滑流场与材料变形之间的相互作用。随后，以承载力最高和摩擦力最低为目标，采用响应曲面与非支配排序遗传算法相结合的多目标协同优化方法，对4种非金属材料的织构型推力轴承进行优化。结果 随着轴承材料弹性模量的降低，轴承内最高压力值逐渐降低，最大变形逐渐增加，且最优织构覆盖率值逐渐减小。当织构覆盖率为20%时，轴承材料对最优织构深度值无明显影响;当织构覆盖率增至40%及以上时，随着轴承材料弹性模量的降低，最优织构深度值逐渐增加。在同一轴承材料下，最优织构参数之间相互影响，随着织构覆盖率的增加，最优织构深度值逐渐增大。对于碳化硅陶瓷和尼龙等弹性模量较大的轴承材料，优化后，轴承内流体最高压力明显提升;对于超高分子量聚乙烯和赛龙等弹性模量较小的轴承材料，优化后，高压区面积明显增大。结论 轴承材料对轴承润滑性能及最优织构参数均有明显影响，且最优织构参数间相互影响。经过对织构型水润滑推力轴承的多目标协同优化，轴承润滑性能明显改善。
• Select
  软/硬质摩擦偶件材料对Ni3Al基涂层宽温域内摩擦学行为的影响

  范祥娟, 李文生, 崔帅, 李建军

  表面技术. 2021, 50(5): 152-159, 191. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.016

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 合理选用摩擦偶件材料，以减缓Ni3Al基涂层宽温域内的摩擦磨损。方法 分别以WC-Co和316L为摩擦偶件，研究25~800 ℃内其对Ni3Al基涂层润滑和磨损机理的影响。采用高温硬度仪测试摩擦偶件在不同温度时的硬度，采用附带能谱仪的扫描电子显微镜观察磨损表面、磨斑和磨屑的形貌并测试成分，采用拉曼散射仪测试磨损表面和磨斑的成分。结果 在25~800 ℃，随温度的升高，两种摩擦副的摩擦系数具有一致的变化规律。与WC-Co对摩时，涂层在各温度下均具有低磨损率，且随温度升高，磨损率呈下降趋势。在25~200 ℃，与316L对摩时，涂层主要表现为粘着磨损和磨粒磨损，而与WC-Co对摩时，涂层在高接触应力下发生塑性变形，抑制Ag润滑相析出和涂层剥落，使其较前者具有高摩擦系数和低磨损率。在400 ℃，与WC-Co对摩时，高接触应力下产生的摩擦热促使涂层发生轻微的氧化，形成NiO和NiCr2O4，使其减摩性能优于Ni3Al/316L摩擦副。在600~800 ℃，与316L对摩时，涂层由严重的粘着磨损转变为氧化磨损;而与WC-Co对摩时，涂层由氧化磨损和剥层磨损转变为氧化磨损。此外，800 ℃时，Ni3Al/316L摩擦副的摩擦磨损发生在光滑润滑膜与粗糙转移膜之间，而Ni3Al/WC-Co摩擦副发生在光滑的润滑膜与转移膜之间。结论 在25~800 ℃，涂层与316L和WC-Co对摩时均具有良好的减摩性能，且与WC-Co对摩时具有更优的耐磨性能。
• Select
  清水与非牛顿胍胶溶液中磨料射流冲蚀行为对比

  王治国, 屈航, 窦益华, 王文娟, 曹锴

  表面技术. 2021, 50(5): 160-167. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.017

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 分析磨料射流在清水和非牛顿胍胶溶液中颗粒运动特性的差异，揭示非牛顿流体中磨料射流颗粒在近壁面的冲蚀行为，为在非牛顿流体中建立磨料射流冲蚀模型提供依据。方法 运用计算流体动力学(CFD)的方法，研究射流过程中清水和胍胶溶液的流场特性，分析流场对高速淹没射流过程中磨料颗粒运动特性的影响，包括撞击壁面的数目、速度和角度的区别。结合喷射式冲蚀实验，将实验结果与不同冲蚀模型预测的结果进行对比，优选出最佳预测模型。结果 胍胶溶液的近壁面(150 μm)湍流动能高于清水，流速小于清水。在近壁面处的高剪切速率区，由于胍胶溶液的剪切稀释性，导致近壁面黏度下降到3.54 mPa.s，而在远离射流冲击中心的区域，最大黏度值可达25.4 mPa.s。在射流冲击中心区域，与清水相比，胍胶溶液中颗粒撞击靶材壁面的数目更少，撞击速度与撞击角度更小。将DNV、Oka和E/CRC Zhang模型的冲蚀预测结果与颗粒在胍胶溶液中的冲蚀实验结果进行了比较，发现DNV模型对冲蚀的预测不足，Oka和E/CRC Zhang模型预测值超过了实验值，而E/CRC Zhang模型的预测结果与实验值最为接近。结论 流体的剪切稀释非牛顿流变性会对射流过程中颗粒的运动产生影响，从而使材料表面出现不同的冲蚀形貌。通过对比不同冲蚀模型的预测值，发现在所涉及的实验工况以及所选择的冲蚀模型范围内，E/CRC Zhang模型是目前研究非牛顿胍胶溶液中固体颗粒冲蚀的首选模型。
• Select
  氧气流量对电弧离子镀制备氧化铬薄膜结构及摩擦学性能的影响

  廖孟德, 许文举, 吉利, 刘晓红, 孙初锋, 李红轩

  表面技术. 2021, 50(5): 168-176. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.018

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究氧气流量对多弧离子镀制备的氧化铬薄膜结构、力学性能以及摩擦学性能的影响。方法 采用多弧离子镀技术在不同氧气流量下(70、90、110、130、150 mL/min)在Inconel718高温合金表面制备了氧化铬薄膜。利用扫描电子显微镜、冷场发射扫描电镜分别分析薄膜的表面形貌与断面形貌。利用X射线衍射仪和Raman光谱仪对薄膜的物相组成及晶体结构进行分析;利用划痕仪、纳米压痕仪评价薄膜的力学性能。利用高温球盘摩擦磨损试验机测试薄膜的摩擦学性能，并利用光学显微镜及三维表面轮廓仪观察磨痕的形貌并测量摩擦后的磨损体积。结果 随着氧气流量的增加，薄膜的沉积速率先增大后减小，表面逐渐变得致密光滑，除110 mL/min氧气流量下的截面形貌是无序紧密堆积的纳米级晶体颗粒外，其他流量下制备的薄膜截面形貌均为柱状晶。薄膜的主要物相组成由Cr2O2.4逐渐转变为Cr2O3，且薄膜的晶化程度增加。薄膜与基底的粘结强度逐渐降低，薄膜的硬度和弹性模量先升高后降低。在110 mL/min氧气流量下沉积的氧化铬薄膜表现出较好的宽温域摩擦学性能，在室温下(25 ℃)的摩擦因数较高，约为0.49，高温下(400、600、800 ℃)的摩擦因数为0.27~0.30。其他氧气流量下制备的氧化铬薄膜的常温摩擦学性能均较差。结论 氧气流量对沉积的薄膜的表面形貌、断面形貌、物相组成以及力学性能有很大的影响。110 mL/min氧气流量下制备的氧化铬薄膜不仅具有较好的力学性能，而且表现出了较为优异的宽温域摩擦学性能。
• Select
  快速多重旋转碾压诱导Ti-6Al-4V表面纳米晶及性能研究

  杨晓洁, 常雪婷, 范润华

  表面技术. 2021, 50(5): 177-183. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.019

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 使Ti-6Al-4V能更好地应用于海洋领域。方法 采用快速多重旋转碾压技术(FMRR)对Ti-6Al-4V表面进行冷变形处理，研究其力学性能。然后，对其进行低温等离子渗氮，渗氮温度为550 ℃，保温时间4 h。利用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和电子显微硬度计等测试设备，对FMRR处理后的Ti-6Al-4V表层组织结构和性能以及等离子渗氮处理后表层组织结构进行表征。结果 经15、30、45 min的FMRR处理后，Ti-6Al-4V表层晶粒细化并获得了纳米结构，对应的平均晶粒尺寸为65~90、45~70和20~40 nm。此时，晶界明显增多，局部存在孪晶、小角度晶界和高密度位错等结构缺陷，电子衍射环连续。同时，Ti-6Al-4V表层结构未出现新相，晶粒细化导致衍射峰略有变宽，也提高了Ti-6Al-4V表面的显微硬度，显微硬度为325~453HV，比处理前提高了约41%。FMRR预处理的试样经过低温等离子渗氮后，基体表面的渗氮层主要包括白色化合物层和过渡层两个区域。结论 FMRR处理为后续低温渗氮提供了能量条件和结构条件，提高了渗氮的速度，最终的渗氮层厚度约为100 μm。
• Select
  不同镀铬工艺及镀铜预处理对30CrMnSiA高强钢疲劳性能的影响

  胡忠卿, 王帅星, 柳鑫, 杨由凯, 杜楠

  表面技术. 2021, 50(5): 184-191. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.020

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 尝试采用新型微裂纹铬工艺或者引入缓冲层来实现镀铬层抗疲劳性能的改善。方法 分别采用标准硬铬、自研微裂纹铬工艺对30CrMnSiA高强钢进行处理，通过旋转弯曲疲劳试验评价了两种镀铬工艺对其疲劳性能的影响。同时，对比了镀铜预处理的作用，利用FESEM分析了断口形貌。结果 相比于硬铬镀层，自研微裂纹铬镀层表面微裂纹浅而细、数目更多，密度高达1020 条/cm，且裂纹未贯穿镀层，呈层状分布。在850 MPa应力下，30 μm厚的硬铬镀层会使30CrMnSiA钢的中值疲劳寿命下降48%左右，疲劳断口呈多源区特征。而相同厚度的自研微裂纹铬镀层仅使基体的疲劳寿命下降了23%，疲劳试验后镀层上未发现明显裂纹、裂纹呈多向性扩展。结论 自研微裂纹铬工艺处理的30CrMnSiA钢，其抗疲劳性能明显好于硬铬处理试样。若在基体/镀铬层之间引入镀铜过渡层，可有效地减少直达金属基体的裂纹数目，30CrMnSiA钢的疲劳性能得到明显改善，中值疲劳寿命几乎接近于基体。
• Select
  晶面及液体环境对氧化镓研磨过程摩擦学特性的影响研究

  冯伟, 周海, 黄传锦, 徐晓明, 徐彤彤, 夏斯伟, 赵雪雅, 卢文壮

  表面技术. 2021, 50(5): 192-197. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.021

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探讨具有各向异性的氧化镓晶片不同晶面的研磨加工差异。方法 通过化学气相沉积法制备了高质量的自支撑金刚石厚膜，采用扫描电镜及拉曼光谱对其进行表征，将其作为摩擦副材料，在三种不同液体环境下研磨β-Ga2O3晶片的(100)晶面及(010)晶面，比较摩擦学特性的差别。借助三维扫描系统、扫描电镜及EDS能谱，观察与分析了加工后的氧化镓及自支撑金刚石厚膜的表面形貌、成分及磨损机理。 结果 (100)晶面及(010)晶面在去离子水环境中的摩擦系数最大，而当液体环境为乙二醇及三乙醇胺溶液时，研磨过程中形成了很薄的化学反应膜，减少了犁沟效应，摩擦系数较小。且在液体环境为三乙醇胺时，加工后氧化镓晶片的(100)晶面及(010)晶面的粗糙度最小。研磨加工后，(010)晶面比(100)晶面的表面粗糙度(Ra)小。结论 (010)晶面与(100)晶面在不同液体环境下研磨加工存在一定的差异性，(010)晶面比(100)晶面更易获得较好的表面质量。加工过程中，磨损机理为先产生二体磨损，一段时间后再形成三体磨粒磨损。
• Select
  磁控溅射NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构与性能研究

  卢金德, 韦春贝, 林松盛, 张佳平, 李浩宇, 李助军, 刘怡飞, 代明江, 李风, 刘敏

  表面技术. 2021, 50(5): 198-207. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.022

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 通过离子源复合磁控溅射技术，制备宽温域耐磨减摩性能良好的NiCrAlY/MoS2复合薄膜。方法 采用离子源复合磁控溅射技术制备了NiCrAlY/MoS2复合薄膜，研究不同MoS2掺杂量对薄膜结构、力学性能和不同温度氧化热处理后摩擦学性能的影响。采用能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对薄膜元素含量、组织结构和相结构进行分析。通过显微硬度计、洛氏硬度计、球-盘式摩擦磨损试验机、3D轮廓仪及高温氧化试验，对复合薄膜硬度、膜/基结合力、摩擦磨损性能和抗氧化性能进行分析。结果 NiCrAlY及NiCrAlY/MoS2复合薄膜以柱状晶结构生长，物相结构主要由Ni3Al、Ni-Cr和MoS2组成。随着MoS2含量的增加，薄膜柱状晶尺寸增加，致密度下降，薄膜硬度从503HV逐渐降到336HV。复合膜具有良好的膜/基结合力，结合力达到HF1级水平。掺杂MoS2可以明显提高复合薄膜的摩擦学性能，当MoS2掺杂量达到48.1%~69.8%时，NiCrAlY/MoS2复合薄膜在室温下具有良好的耐磨减摩性能，其摩擦因数降低至0.038~0.09，磨损率比NiCrAlY薄膜降低1个数量级以上，达到2.14×10^–6 mm³/(N.m)。对NiCrAlY和NiCrAlY-48.1%MoS2复合薄膜进行400 ℃和500 ℃高温氧化试验，复合薄膜氧化形成NiO、Al2O3、MoO3相，经过氧化后复合薄膜仍具有良好的耐磨性能，400 ℃氧化后复合薄膜磨损率降至1.41×10^–6 mm³/(N.m)。结论 MoS2掺杂量对 NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构和性能有重要影响，当MoS2原子数分数为48.1%时，复合薄膜在常温以及高温氧化后均具有良好的耐磨减摩性能。
• Select
  复合表面处理改善304不锈钢的微观结构和耐磨性

  沈倩倩, 向莉, 张瑜, 李雪莎, 聂朝胤

  表面技术. 2021, 50(5): 208-215. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.023

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 提高奥氏体不锈钢的耐磨性。方法 采用电镀法在304奥氏体不锈钢表面进行镍涂层预处理，然后在450 ℃及以下，于流动的高纯度NH3中进行气体渗氮，获得复合表面处理试样。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和显微硬度仪，研究了渗氮层的组织、相组成和显微硬度。使用球盘式摩擦磨损试验机，选用硬度相差很大的两种材料GCr15和Si3N4作为摩擦副，对其耐磨性进行了探讨。结果 在400 ℃时，复合表面处理试样的基底表面生成约6.34 μm厚的连续渗氮层，而单一渗氮试样表面没有渗氮层形成，而且450 ℃复合表面处理试样的渗氮层厚度为24.26 μm，约是单一渗氮处理试样的7.85倍。400 ℃复合表面处理试样的渗氮层主要由γN-Fe组成。450 ℃复合表面处理试样的渗氮层主要由γN-Fe和少量铬的氮化物组成。400 ℃和450 ℃复合表面处理试样的最大硬度分别为780HV0.05和1450HV0.05，分别是原材料的3.3和6.2倍。与原材料相比，以GCr15作摩擦副时，400 ℃和450 ℃复合表面处理试样的磨损量分别下降了约75.7%和89.4%;以Si3N4作摩擦副时，400 ℃和450 ℃复合表面处理试样的磨损量分别下降了约82.5%和88%。结论 镍涂层预处理有利于提高气体渗氮效率。复合表面处理明显提高了材料的渗氮层厚度、硬度及耐磨性。
• Select
  纳米压痕诱导单晶铜弹塑性变形分析与破坏机理研究

  翁盛槟, 陈晶晶, 周建强, 林晓亮

  表面技术. 2021, 50(5): 216-223, 252. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.024

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 从微观角度实现对微机电系统中微器件局部接触区域弹塑性演化过程和原子迁移演变规律的探寻。方法 运用经典分子动力学法，基于EAM和Morse混合势函数，对硬质金刚石探头与软质金属铜基底展开纳米压痕接触特性研究。结果 纳米压痕中位错环构型生成与演变有规可循，位错环在受载荷影响时，有着4个演变阶段，即位错环萌芽期→生长期→繁衍期→维持期。当载荷达到一定程度时，压痕中铜基质内密排六方结构的HCP容易与附近类似结构发生关联耦合效应，产生刃型位错和形成螺旋式位错结构，随后以脱落方式构成棱柱形位错结构，并向基底底部发射。另外，整个纳米压痕中，铜基质亚表面损伤最为严重，探头与基底接触区域两侧的位错环迁移处应力较集中。结论 纳米接触中铜基质内位错环出现与演变过程，是衡量局部接触塑性变形强弱程度的重要依据和非接触区域损伤程度的内在表现。此次研究结果对细观尺度接触变形行为有着深层次认识，也对纳尺度设计出优异摩擦学性能的微结构有着重要借鉴作用。
腐蚀与防护
• Select
  Sb和Sn微合金化对低合金钢在模拟污染海洋大气中腐蚀行为的影响

  杨颖, 杨小佳, 贾静焕, 程学群, 肖葵, 李晓刚

  表面技术. 2021, 50(5): 224-237. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.025

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的:探究Sn与Sb在模拟污染海洋大气环境中对低合金钢耐蚀性的影响，为我国高性能低合金钢的设计、发展与投入使用积累腐蚀数据。方法 通过微合金设计和真空冶炼制备了Sn和Sb微合金化的低合金钢，并利用周浸加速实验研究了低合金钢在模拟污染海洋大气环境中的腐蚀行为。结果 5种低合金钢都是贝氏体相，Sn与Sb以固溶态的形式分布在低合金钢中。添加Sn和Sb可以减缓低合金钢在模拟污染海洋大气中的腐蚀速率，含Sn钢在腐蚀前期的蚀坑较大，扩展较快，后期发展速度变缓。添加Sn可以使锈层中生成稳定的SnO2，促进锈层中γ-FeOOH转化为α-FeOOH，提升锈层致密性。含Sb钢的蚀坑发展速度始终慢于未添加Sn和Sb的低合金钢，Sb可以使锈层中生成稳定的产物Sb2O3，促进锈层中γ-FeOOH转化为Fe3O4，提升锈层稳定性。结论 添加Sn与Sb对低合金钢的微观组织结构没有影响。添加Sn与Sb可以通过改善锈层相组成的方式，提升锈层的稳定性与致密性，防止腐蚀性离子进入钢基体表面，进而提升低合金钢在模拟污染海洋大气环境中的耐蚀性。
• Select
  强化研磨对轴承套圈表面耐蚀性的影响

  萧金瑞, 梁忠伟, 黄建枫, 高伟林, 刘晓初, 陈宥丞

  表面技术. 2021, 50(5): 238-244, 294. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.026

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探明强化研磨加工对轴承套圈表面耐蚀性的影响规律。方法 采用单一变量法改变强化研磨加工中的喷射压力，制备不同加工工艺的试样。通过电化学腐蚀实验，测试各试样在常温NaCl溶液环境下的耐蚀性，并记录相关数据。采用光学金相显微镜、维氏硬度计、X射线衍射仪分别检测试样的显微组织、显微硬度、晶粒尺寸及位错密度，并进一步分析金相组织、显微硬度与轴承套圈耐蚀性的关系。结果 在其他加工参数保持不变的前提下，强化研磨试样腐蚀速率分别为13.40、10.83、7.50 mm/a，明显低于未加工试样(18.24 mm/a)。同时，试样表层组织均匀性、强化层厚度、位错密度及显微硬度均随喷射压力的增加而增加，晶粒尺寸则随之减小。喷射压力由0.50 MPa增加至0.70 MPa时，腐蚀速率下降50%，强化层厚度则由42 μm增加至78 μm，晶粒尺寸由6.72 μm近似线性减小至3.04 μm，位错密度由14.49×10¹⁴ m^–2近似线性增加至71.09×10¹⁴ m^–2。而截面显微硬度随深度的变化曲线则呈交错状态。在距加工表面30 μm和90~ 110 μm处，0.60 MPa加工所得试样显微硬度最高，且最大硬化层厚度达110 μm。结论 强化研磨加工技术可使轴承套圈获得组织均匀、硬度高、位错密度大、晶粒尺寸小的致密强化表层，进而增强其表面耐蚀性。
• Select
  基于LASSO-WOA-LSSVM的海洋管线外腐蚀速率预测

  骆正山, 秦越, 张新生, 毕傲睿

  表面技术. 2021, 50(5): 245-252. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.027

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 构建海洋管线外腐蚀速率预测模型，提高海底油气管线外腐蚀速率预测的准确性。方法 建立基于套索(LASSO)回归和鲸鱼优化算法(WOA)的最小二乘支持向量机(LSSVM)腐蚀速率预测模型，采用LASSO回归方法对指标进行筛选，提取海洋管线腐蚀的主要影响因素。应用最小二乘支持向量机算法建立海洋管线外腐蚀速率预测模型，并使用鲸鱼优化算法对模型参数进行优化，避免了参数取值对模型回归性能的影响。以海洋挂片实验为例，通过MATLAB进行模拟仿真，分析验证模型预测结果，并将预测结果与其他模型进行对比分析。结果 LASSO回归算法筛选得到影响腐蚀速率的主要因素为:温度、溶解氧含量、pH值。采用WOA-LSSVM模型所预测的结果与实际值较为吻合，其平均相对误差为2.23%，均方根误差(RMSE)为0.3248，决定系数R²达到0.9708，均优于其他两种模型。结论 基于LASSO回归和鲸鱼优化算法的最小二乘支持向量机预测模型具有更优的泛化能力和预测精度，为海底管道腐蚀研究工作提供了新思路，也为海洋油气输送系统的结构安全与风险防范提供了参考。
• Select
  陕北油田集输管线腐蚀原因分析及腐蚀防护技术研究

  沈哲, 康留香, 李丛妮

  表面技术. 2021, 50(5): 253-260. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.028

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 通过分析陕北延长油田某联合站集输系统管线的腐蚀行为，找出该区块集输系统的腐蚀原因，进而提出控制腐蚀的有效方法。方法 基于灰关联分析理论，分析了集输系统采出液腐蚀的主要影响因素及其对管线设备腐蚀的影响程度。应用EDX能谱仪和DXS-500全自动三维成像显微镜，对集输管线内腐蚀产物和Q235钢进行表征。采用正交试验方法，合成适用于该集输管线的缓蚀剂，通过极化曲线和缓蚀性能评价对缓蚀剂进行定性和定量分析。结果 管线腐蚀的主要影响因素为pH值、S^2?、SRB、CO2、Cl^?等，能谱分析得出腐蚀产物主要组成有Fe、O、C、S元素。采用投加50 mg/L氧化性高效脱硫杀菌剂和50 mg/L缓蚀剂的措施后，挂片表面光滑且呈红色和黄色，坑的数量大幅度减少，坑的深度大幅度减小，最大腐蚀深度由80.937 μm减少到16.25 μm，腐蚀速率降低到0.0324 mm/a，缓蚀率达到90%以上。结论 Cl^?破坏金属表面钝化膜、CO2和H2S协同作用共同影响着金属的腐蚀速率。采用氧化性高效脱硫杀菌剂配合所合成的缓蚀剂来控制腐蚀完全可行，可有效解决集输管线的腐蚀问题。
• Select
  水热反应温度对LA103Z镁锂合金表面MAO/LDH复合膜层微观组织及耐蚀性的影响

  张菊梅, 段鑫, 王凯, 张阳, 蔡辉

  表面技术. 2021, 50(5): 261-268, 280. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.029

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究层状双金属氢氧化物(LDH)形成的水热反应机理，以及水热反应温度对LA103Z镁锂合金表面MAO/LDH复合膜层微观组织及耐蚀性的影响。方法 保持水热反应时间为18 h，改变水热反应温度，在微弧氧化陶瓷层(MAO)表面制备LDH膜层。将制得的Mg-Al LDH/MAO复合膜层置于3.5%NaCl溶液中，进行浸泡和析氢实验，使用XRD、SEM、EDS等测试手段对腐蚀前后的膜层进行表征。结果 不同水热反应温度下，均能在MAO陶瓷层表面形成细小针状结构，经XRD分析得到了LDH的特征衍射峰。在80、90、100 ℃条件下制备的LDH膜层，表面均匀，截面结构致密，而在120 ℃条件下制备的LDH膜层，表面针状组织尺寸更为粗大，分布更为密集，但截面蓬松。析氢实验中，在不同水热反应温度下，膜层析氢曲线的斜率由小到大依次为:80 ℃≈90 ℃<100 ℃<120 ℃<LA103Z基体。其中，80、90、100 ℃条件下制备的LDH膜层在浸泡8 d后，析氢量不足50 mL，远低于120 ℃条件下制备的膜层(析氢量为150 mL)。结论 水热反应过程中，首先在MAO陶瓷层表面形成Mg(OH)2，随后溶液中的Al³⁺取代部分Mg(OH)2中的Mg²⁺，形成LDH，最终生长成LDH膜层。在一定温度范围内，随制备温度的降低，Mg-Al LDH/MAO复合膜层的耐蚀性能逐渐增强，这与其表面及截面的微观结构密切相关。
• Select
  切削液中类产碱假单胞菌对铝合金腐蚀行为的影响

  李庆宏, 陈景浩, 申媛媛, 郭章伟, 董耀华, 张丽, 董丽华

  表面技术. 2021, 50(5): 269-280. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.030

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 从切削废液中分离出类产碱假单胞菌(Pseudomonas pseudoalcaligenes)菌株，研究该菌株对切削液的劣化，以及5754铝合金在含该菌株的切削液中的微生物腐蚀(MIC)行为。方法 采用平板划线法，从切削废液中分离提纯出单一菌株，并通过16S rDNA进行菌株测序。将类产碱假单胞菌接种至切削液中，并将5754铝合金金浸泡于其中。通过定期检测细菌在切削液中的生长状况、切削液的pH值、乳液液滴粒径、溶解氧、总有机碳(TOC)、无机碳(IC)以及总氮(TN)含量变化，分析微生物对切削液的劣化行为。通过表征铝合金在含菌切削液中的微观腐蚀形貌与生物附着情况，并结合电化学手段，分析5754铝合金在含菌切削液中的电化学腐蚀行为。结果 类产碱假单胞菌在切削液中具有良好的生长状况，微生物浓度维持在10⁷ CFU/mL以上。切削液发生了严重的生物降解，在实验周期内，pH值由9.25降至7.39，乳液液滴粒径分布曲线从单峰分布(1.07 μm)变为双峰分布(1.12、8.93 μm)，染色后的液滴有明显增大，并观测到了液滴间的聚结。切削液中TOC的质量浓度由15.42 g/L下降至9.69 g/L，IC由189.03 mg/L上升至485.50 mg/L，TN由564.77 mg/L下降为142.16 mg/L。5754铝合金在含菌切削液中浸泡10 d时，表面出现了生物膜;浸泡15 d后，金属基体在生物膜下发生了严重的点蚀现象。极化曲线结果显示，腐蚀电位(Ecorr)发生了明显的负移，铝合金的腐蚀电流密度(Jcorr)由0.274 μA/cm²上升至0.477 μA/cm²。在15 d时，铝合金的腐蚀电流密度要比在无菌切削液中高出4.9倍。铝合金的击穿电位也不断负移，使得铝合金极易发生点蚀。EIS结果显示，随着浸泡时间的增加，5754铝合金的阻抗弧半径不断变小，铝合金的耐腐蚀性不断变差。结论 类产碱假单胞菌将切削液中缓冲剂、乳化剂等含氮有机物优先降解为可溶性无机盐，使切削液pH降低，乳化剂保护效果下降，溶液导电性增加，使劣化后的切削液更具腐蚀性。类产碱假单胞菌在5754铝合金表面形成生物膜，不断消耗金属表面的氧气，使铝合金无法维持钝化膜的完整性，金属基体在生物膜下不断发生腐蚀，耐腐蚀性能下降，并形成严重的点蚀。
• Select
  PCB酸性蚀刻液中不同缓蚀剂对铜蚀刻的影响及模拟计算研究

  向枫, 吴道新, 匡尹杰, 肖忠良, 蒋峥瑾, 聂国勇

  表面技术. 2021, 50(5): 281-288. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.031

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究苯并三氮唑(BTA)、苯并咪唑(BZI)和2-巯基苯并噻唑(2-MBT)3种缓蚀剂对酸性蚀刻液中铜的蚀刻速率和蚀刻因子的影响及作用机理。方法 采用静态挂片失重法计算蚀刻速率和缓蚀效率，利用金相显微镜测试蚀刻因子。通过塔菲尔极化曲线，研究缓蚀剂分子对铜腐蚀的影响。运用密度泛函理论，计算BTA、BZI、2-MBT 的全局和局部反应活性。使用Forcite模块中的COMPASS力场进行分子动力学计算，研究缓蚀剂分子在Cu层表面吸附过程中的能量变化。结果 缓蚀剂的加入，降低了铜的腐蚀速度，减缓了蚀刻速率，增大了蚀刻因子。实验结果显示，2-MBT存在时，缓蚀效率最大，铜的腐蚀速度最小，蚀刻因子最佳。全局反应活性分析表明，3种缓蚀剂分子对铜的缓蚀效率关系为2-MBT＞BZI＞BTA;局部反应活性分析表明，2-MBT的活性主要集中在2个S原子上，S(9)可以接受电子，形成反馈键，S(10)能够提供电子，形成配位键。分子动力学计算结果表明，BTA、BZI、2-MBT均能自发吸附在铜层表面，且在Cu(111)面的吸附能分别为–2927.04、–3033.94、–3097.58 kJ/mol，表明3种缓蚀剂分子均易吸附在铜层表面，进而在一定程度上抑制铜的腐蚀。结论 在酸性蚀刻液中加入缓蚀剂，能有效提高蚀刻因子。当缓蚀剂分子中的活性原子同时包含亲核中心和亲电中心时，效果更好。
• Select
  磨损对U71Mn材料表面高温氧化行为的影响

  席艳君, 李宪哲, 董澍, 吴永乐

  表面技术. 2021, 50(5): 289-294. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.032

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究U71Mn钢轨材料磨损后的高温氧化行为，探讨高温和磨损对钢轨表面损伤的影响机制。方法 用磨损试验机对材料进行磨损试验，将磨损不同程度的材料在加热炉中进行氧化实验，用带能谱的扫描电镜对材料界面进行表征，用XRD对氧化物相进行分析，研究磨损对U71Mn钢轨材料表面高温氧化性能的影响。结果 磨损量随载荷增加而变大。在800、900 ℃保温5 h后，未磨损材料比磨损材料质量增加明显。这是因为磨损材料表面产生划痕裂纹，空气中的氧在裂纹尖端快速吸附，扩散到裂纹尖端的基体中，生成氧化物，降低了裂纹前沿原子键结合能，造成材料表面大面积脱落。在900 ℃，未磨损U71Mn材料高温加热后，表面氧化膜主要为Fe2O3，500 N磨损材料高温氧化膜主要成分为FeO和Fe3O4相，1000 N磨损材料氧化膜主要成分为Fe2O3和Fe3O4相。结论 未磨损U71Mn钢轨材料的耐高温氧化性能明显优于磨损材料。磨损会加速材料高温损伤，且具有一定的方向性。轮轨摩擦划痕严重影响高温氧化膜的相结构和附着力，从而影响钢轨的使用寿命。
• Select
  氧乙炔火焰喷焊镍基复合涂层的显微组织和腐蚀性能研究

  陈艺文, 柏洪武, 巩秀芳, 王伟

  表面技术. 2021, 50(5): 295-302. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.033

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究Ni60和Ni60WC喷焊涂层的显微组织、防腐和耐磨性能及其腐蚀机理，为恶劣工况下服役的零件选择合适的喷焊涂层提供参考。方法 采用氧乙炔火焰喷焊工艺在16Mn钢基体上制备Ni60和Ni60WC涂层，用X射线衍射仪、金相显微镜和扫描电子显微镜分析了喷焊涂层的相结构和显微组织，并采用电化学工作站、盐雾腐蚀试验机、磨粒磨损试验机测试了两种喷焊涂层的防腐和耐磨性能。结果 喷焊层与基体间都存在冶金结合层和热影响区，Ni60涂层的显微组织为NiCr固溶体基体上弥散分布着大量细小粒状和杆状碳化物和硼化物。Ni60WC喷焊涂层组织中，除了具有与Ni60涂层类似的基体相和细颗粒硬质相外，还较均匀地分布着不同尺寸的WC颗粒。Ni60和Ni60WC涂层的磨损率分别为16Mn钢的8.3%和2.3%，自腐蚀电流密度分别为16Mn钢的1.0%和7.6%。另外，基体相和硬质相之间的电偶腐蚀是两种镍基喷焊涂层的主要腐蚀机理。结论 这两种镍基喷焊涂层均能显著提高16Mn钢的抗磨和防腐性能，其中，Ni60喷焊涂层耐腐蚀性更好，Ni60WC喷焊涂层耐磨损性能更好。
• Select
  GO/Si3N4改性环氧树脂涂层防腐透波性能研究

  王贤明, 李文, 李航, 陈守刚, 刘盈, 肖锋

  表面技术. 2021, 50(5): 303-314. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.034

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 设计并制备集透波、耐蚀一体化天线罩防护涂层。方法 利用KH550与KH560硅烷偶联剂分别对GO与Si3N4进行改性，分别得到改性的f-GO与f-Si3N4，然后将两者进行复合，制得了不同配比的f-GO/f-Si3N4纳米复合材料，将所得纳米复合物填料对环氧树脂涂层进行改性。通过扫描电子显微镜解析改性填料在涂层中的分布状态，利用电化学交流阻抗、极化曲线、吸水试验等方法，分别评价改性涂层的吸水率、耐蚀性，利用介电常数与介电损耗正切值，评价涂层透波性能。结果 借助两种硅烷改性，实现了f-GO与f-Si3N4的化学键合复合。随着f-GO在复合填料中比例的增加，复合填料在环氧树脂涂层中的分散性先升高后下降。涂层极化曲线表明，GS-15改性的环氧树脂涂层具有最小的腐蚀电流密度(1.62×10^–11 A/cm²)和最高的腐蚀电位(–0.462 V)。涂层电化学阻抗测试表明，当涂层浸泡至3000 h后，GS-15涂层的|Z|0.01 Hz值为9.2×10¹⁰ Ω?cm²，比GS-0涂层的低频阻抗模量高约2个数量级。涂层吸水率测试表明，GS-15改性环氧树脂涂层具有最小的吸水率。涂层介电性能测试表明，GS-15改性环氧树脂涂层的介电稳定性更高，同时具有最低的介电常数和介电损耗。结论 在环氧树脂中当复合填料的添加量为5%时，f-Si3N4与f-GO配比为7∶3时，复合材料在环氧树脂涂层中的分散性最佳，涂层具有最好的耐腐蚀和透波性能。
• Select
  搅拌摩擦加工制备Al6061/SiC复合材料的耐蚀性研究

  张翠翠, 吴化, 于晓丰

  表面技术. 2021, 50(5): 315-320. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.035

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 利用搅拌摩擦加工技术制备纳米SiC铝基复合材料，研究经过纳米粒子的添加和FSP作用后，其耐腐蚀性能的变化及原因。方法 室温条件下，在3.5%NaCl溶液中，通过电化学阻抗谱和动电位极化曲线对试样的耐腐蚀性能进行检测分析。利用电子背散射衍射技术和透射电镜对3种试样的显微组织进行表征，研究耐腐蚀性能的变化机理。结果 经搅拌摩擦加工后，样品的阻抗值明显提高，动电位极化曲线测试结果显示，母材、FSP试样和复合材料试样的自腐蚀电位分别为–1.517、–1.338、–1.339 V，而腐蚀电流密度分别为0.48、0.11、0.12 mA/cm²。FSP加工试样的晶粒由平均晶粒尺寸为8.7 μm左右的等轴晶粒构成，并且大部分析出相因高温作用发生溶解，而纳米SiC粒子的加入，使晶粒尺寸进一步降低至4.1 μm左右。结论 所制备Al6061/SiC复合材料的耐腐蚀性能相较于母材明显改善，但弱于FSP试样。SiC和基体之间电位差的存在构成腐蚀微电池，降低材料的耐腐蚀性能，而晶界数量的增加造成点阵空位等缺陷增加，导致电荷转移的阻力增加，耐腐蚀性能得到改善。
• Select
  钢结构桥梁的失效高强螺栓腐蚀产物特性研究

  文娟, 吴其荣, 张卢喻, 张胜, 肖杨军

  表面技术. 2021, 50(5): 321-328, 347. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.036

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究在重庆湿润气候环境腐蚀条件下，朝天门大桥断裂高强螺栓的腐蚀特性及其影响因素。方法 根据朝天门大桥2013—2018年发现的81颗脱落断裂的高强螺栓在桥梁不同位置、时间发生脱落断裂的时空及类型分布统计分析结果，选取具有代表性的6个样品。同时，开展模拟重庆市湿润气候环境下高强螺栓的腐蚀试验，采用Q8直读光谱仪、扫描电镜、EDS、XRD等，对失效高强螺栓及模拟腐蚀环境下的高强螺栓表面腐蚀产物的化学组成、微观形貌进行分析，探讨高强螺栓失效与环境腐蚀之间的关系。结果 断裂失效螺栓断口表面、全新螺栓表面及芯部的化学成分分析结果表明，断裂失效螺栓和全新螺栓芯部的元素均为Fe、C、Mn、Si，元素分布均匀，而失效高强螺栓断口表面及模拟腐蚀环境下的高强螺栓表面腐蚀产物的元素种类较多，主要为铁和氧元素。失效高强螺栓及模拟腐蚀环境下的高强螺栓的表面腐蚀产物EDS能谱分析结果表明，腐蚀产物中有S、Cl、Al、Si、K等元素的存在，XRD物相分析结果显示，存在大量的Fe、Mn、Si等元素的氧化物及硫化铁。结论 高强螺栓的断裂失效与大气腐蚀(酸雨)、工业尘埃、道路扬尘等环境污染有关。
精密与超精密加工
• Select
  基于综合评价的SiCp/Al磨削表面质量试验

  赵旭, 巩亚东, 张伟健, 韩冰

  表面技术. 2021, 50(5): 329-339. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.037

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 针对高体积分数SiCp/Al加工表面缺陷复杂多样，提出其表面质量综合评价方法，研究磨削参数对SiCp/Al磨削表面质量的耦合影响规律，优化加工工艺。方法 基于SiCp/Al磨削加工表面缺陷，提出粗糙度综合指标SR为主、表面形貌为辅的表面质量综合评价方法，采用全因子试验方法分析低、高进给速度工况下主轴转速和磨削深度对表面质量的影响规律。借助Abaqus软件揭示SiCp/Al磨削表面形成机理，解释试验结果。结果 小切深(ap为5 mm和20 mm)时，粗糙度综合指标SR随着主轴转速ns的增加而先递减再增大;大切深(ap为40 mm和80 mm)时，SR随着ns的递增而递减或近似递减。低主轴转速(ns为2000 r/min和4000 r/min)时，SR 随着磨削深度ap的增加(ap由5 mm递增到80 mm)而先增大再减小而后又增加;高主轴转速(ns为6000 r/min和8000 r/min)时，SR随着ap的增加而先增加再低进给量时减小或高进给量时增加。获得最佳磨削表面质量的最优磨削参数是:进给速度vf=50 mm/min，磨削深度ap=5 mm，主轴转速ns=6000 r/min。兼顾磨削效率和表面质量的最优磨削参数是:vf=50 mm/min，ap=80 mm，ns= 8000 r/min。结论 表面质量综合评价方法的可靠性较高，主轴转速和磨削深度对表面质量的影响具有耦合性，减小磨削深度、采用适当主轴转速有助于改善表面质量。
• Select
  基于层叠式夹持超薄蓝宝石晶片双平面加工实验研究

  陈芝向, 袁巨龙, 杭伟, 王勤峰, 许良, 吕冰海

  表面技术. 2021, 50(5): 340-347. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.038

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 针对超薄蓝宝石晶片的双平面加工，研究基盘表面高度差对工件平面度的影响，确定双平面加工超薄蓝宝石晶片的有效性。方法 通过多种方式得到具有不同表面高度差(高度差分别为5.3、9.8、19.9、29.7 μm)的基盘，利用层叠式夹持方法对超薄蓝宝石晶片进行夹持(厚度0.17 mm)并进行双平面加工，获得不同高度差下的工件平面度。分别采用层叠式夹持方法及石蜡粘接的方法对超薄蓝宝石晶片进行双平面加工，通过对比实验验证层叠式夹持方法的有效性。结果 在4种不同表面高度差下加工的超薄蓝宝石晶片，其平面度随着高度差的增大而增大，但其增大的趋势远小于基盘平面度变化的趋势。层叠式夹持方式及石蜡粘接方式均可实现超薄蓝宝石的双平面加工，两者相差较小，层叠式夹持方式最终可获得表面粗糙度Ra=1.4 nm、平面度PV=0.968 μm的光滑表面。结论 基盘表面高度差应不低于超薄蓝宝石晶片的目标平面度，层叠式夹持方式在加工效果上与石蜡粘接方式相当，但单位时间内的加工效率高于石蜡粘接方式，具有较好的工程应用前景。
• Select
  CrAlN纳米梯度涂层的组织结构与性能研究

  梁杨梦甜, 范其香, 王欣, 王铁钢, 刘艳梅, 曹凤婷

  表面技术. 2021, 50(5): 348-355. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.039

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究Al靶功率对CrAlN纳米梯度涂层组织结构和力学性能的影响。方法 采用磁控溅射与电弧离子镀复合技术，通过保持Cr靶电流不变、Al靶功率线性增加(0.6~2.2、0.6~2.4、0.6~2.6 kW)的方法，制备了三种不同表面Al含量的CrAlN纳米梯度涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、纳米压痕仪、划痕仪和高温马弗炉，表征CrAlN纳米梯度涂层的组织结构、成分、力学性能和抗高温氧化性能。结果 当Al靶线性末端功率小于2.4 kW时，涂层的主要相结构为fcc-(Cr,Al)N，择优取向为(111)晶面，而Al靶线性末端功率增大为2.6 kW时，涂层中出现hcp-AlN相。随着Al靶线性末端功率的增加，涂层的硬度和结合力先减小、后增大。Al靶线性末端功率为2.4 kW条件下制备的CrAlN涂层在800 ℃氧化1 h后，晶粒发生轻微粗化，表面发生微小的氧化，并出现了裂纹，但涂层主要相结构依然为fcc-(Cr,Al)N。结论 当Al靶线性末端功率为2.4 kW时，CrAlN纳米梯度涂层具有最高的硬度(31.3 GPa)和最好的膜基结合力(88 N)，表现出较好的抗高温氧化性能。
• Select
  微织构刀具超声铣削航空铝合金的研究

  唐军, 陈小静, 赵波

  表面技术. 2021, 50(5): 356-363. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.040

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 为了提高7075航空铝合金的使用性能，将微织构刀具和纵扭复合超声铣削复合，形成一种微织构刀具超声复合铣削工艺。方法 通过微织构刀具铣削和微织构纵扭复合超声铣削两种加工方法，对7075-T6航空铝合金进行切削试验，分析主轴转速、每齿进给量以及铣削深度对工件表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表面织构形貌的影响。结果 在切削参数相同的情况下，微织构纵扭复合超声铣削工艺所获工件表面粗糙度数值相较于微织构刀具铣削工艺加工工件降低了4.7%~13.2%，显微硬度增加了1.13%~2.35%，工件表面残余应力变为压应力，最大数值稳定在–10.84 MPa，加工工件表面形成了较为统一、规整的“鱼鳞网纹”织构形貌。其中，加工工件表面粗糙度数值与主轴转速成负相关关系，而与铣削深度、每齿进给量成正相关。加工工件表面显微硬度和残余应力则是随着主轴转速和每齿进给量的增大而增大，而铣削深度对加工工件的显微硬度和残余应力的影响不显著。结论 相比微织构刀具铣削，微织构纵扭复合超声铣削能有效地改善加工工件表面的完整性。
• Select
  基于ALD低温制备的纳米涂层刀具性能研究

  王睿, 唐思文, 刘德顺, 刘骞, 卞凯, 李佩真

  表面技术. 2021, 50(5): 364-371. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.041

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探索基于原子层沉积法(Atomic Layer Deposition, ALD)的纳米涂层低温制备技术，并重点研究涂层沉积过程及纳米氧化铝涂层对刀具力学性能的影响。方法 利用原子层沉积法，在200 ℃的环境下制备不同涂层厚度的纳米Al2O3涂层刀具，对涂层的微观组织、厚度、硬度、断裂韧性、断口形貌、弯曲强度、结合力及摩擦系数进行检测。结果 ALD沉积技术能将纳米涂层均匀沉积在YT5刀具表面，且涂层光滑，无滴状气泡，涂层厚度可以精确控制在纳米级。ALD涂层与基体结合力的大小与涂层厚度相关，随着涂层厚度增大，结合力呈先增后降的趋势，测得50、100、200 nm等3种纳米涂层结合力大小分别为11.07、12.74、7.86 N。纳米涂层能够提高刀具的硬度，显著降低刀具表面的摩擦系数，测得刀具摩擦系数分别为0.56、0.43、0.67，最高降低摩擦系数达40%以上。此外在200 ℃的沉积温度下，没有产生金属相变，因而对刀具基体没有影响，刀具的断裂韧性和弯曲强度没有降低。结论 基于ALD的纳米涂层低温沉积技术所制备的纳米涂层刀具，具有良好的力学性能及涂层-基体界面结合力，能显著提高刀具性能，改善切削加工条件。
• Select
  车削去除钛合金棒材表面氧化皮工艺参数试验研究

  史丽晨, 贾永康, 张军锋

  表面技术. 2021, 50(5): 372-379. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.05.042

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 通过车削去除表面氧化皮，分析车削工艺参数对表面粗糙度的影响规律，确定可行工艺参数组合，使车削去除钛合金棒材表面氧化皮的同时，获得较低的表面粗糙度。方法 基于响应曲面法中心复合设计，采用YG8硬质合金车刀，对表面带有氧化皮的TC4钛合金棒材进行车削试验，建立表面粗糙度预测模型，并进行显著性分析，验证模型的准确性。分析车削工艺参数(包括主轴转速n、进给速度v及切削深度ap)对表面粗糙度的影响规律。对比在处理氧化皮厚度不同的TC4钛合金棒材时，工艺参数对表面粗糙度的影响。结果 表面粗糙度预测模型的误差在1.66%~3.33%，模型准确度较高。主轴转速n、进给速度v及切削深度ap的显著度均小于0.05。在工艺参数交互作用中，v-ap对表面粗糙度的显著度P<0.0004。通过分析车削工艺参数对表面粗糙度的影响规律，确定了可行车削工艺参数域和可行车削工艺参数组合。结论 建立的表面粗糙度预测模型准确度较高，可作为表面粗糙度的预测模型。去除表面氧化皮的车削工艺参数对工艺指标表面粗糙度的影响次序为ap>v>n，在工艺参数交互作用中，v-ap的交互作用对表面粗糙度影响更大。车削工艺参数对表面粗糙度的影响趋势不受表面氧化皮厚度的影响。无心车床在可行车削工艺参数组合的工作条件下，通过车削方式可在完全去除钛合金棒材表面氧化皮的同时，获得较低的表面粗糙度。