2022年, 第51卷, 第10期　
刊出日期：2022-10-20

  

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专题——面向航空航天部件服役安全的表面处理技术
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  喷丸强化DD6单晶合金低周疲劳寿命预测

  李明睿, 王荣桥, 田腾跃, 毛建兴, 胡殿印

  表面技术. 2022, 51(10): 1-9. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.001

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  目的 实现喷丸强化后DD6单晶合金低周疲劳寿命的准确预测。方法 开展了喷丸强化后DD6圆棒件低周疲劳试验，分析了喷丸强化对单晶合金疲劳寿命的影响机理。在此基础上，建立了各向异性材料喷丸强化工艺有限元模型，获取了喷丸强化所致残余应力分布与粗糙度。基于连续介质损伤力学，考虑残余应力与粗糙度对低周疲劳寿命的影响，建立了喷丸强化DD6单晶合金低周疲劳寿命预测模型。结果 喷丸强化后不同载荷下DD6单晶合金的低周疲劳寿命均得到提高，最大可提高108%;高温环境下残余应力松弛导致强化效果与试验温度成反比。喷丸强化工艺有限元模拟得到残余应力分布在试件表面深约130 μm的区域，表层残余应力为–380.16 MPa，应力集中系数为1.193，残余应力影响下的八面体Schmid应力幅值降低了10%左右。DD6低周疲劳试验结果在预测结果的2倍分散带以内。结论 喷丸强化可以有效提高DD6低周疲劳寿命，对低周疲劳寿命的影响机制为残余应力的引入与粗糙度的改变。所建立的喷丸强化单晶合金DD6低周疲劳寿命预测模型具有较好的准确性。
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  渗碳与激光相变强化复合处理16Cr3NiWMoVNbE 钢的组织演化

  操应刚, 王帅棋, 聂翔宇, 何蓓, 刘栋

  表面技术. 2022, 51(10): 10-19, 29. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.002

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  目的 增大16Cr3NiWMoVNbE钢经渗碳强化后的强化层深度，细化晶粒尺寸，提高表面力学性能，并减小工件热变形，缩短工艺周期。方法 将渗碳与激光相变强化相结合，利用“短时”渗碳提高表面含碳量，再通过激光快速局部加热，为碳原子扩散提供理想通道，改善强化层深度。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜，分别评价材料的金相组织、高倍显微组织，并通过显微硬度计、纳米力学探针对激光相变强化处理后的硬化层截面硬度、纳米硬度、弹性模量进行测试，揭示渗碳和激光相变复合强化16Cr3NiWMoVNbE钢的组织演化和强韧化机理。结果 随着激光能量输入量的增加，复合强化层的深度提高了约50%，显微硬度最大值为792HV，显微硬度提高了约30%，弹性模量、显微硬度呈先增加后降低的趋势，强化层显微组织板条逐渐减少，且尺寸不断粗化，残余奥氏体由薄膜状转变为块状，数量逐渐增加，碳化物聚集球化且数量减少。结论 16Cr3NiWMoVNbE钢经渗碳和激光相变复合强化后，得到了塑韧性优异的复合强化层，为航空发动机关键传动部件表面强化提供了新思路和理论支撑。
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  超声对激光熔覆成形中熔池润湿行为的影响研究

  姚喆赫, 沈奇艳, 葛宏江, 王振, 董刚, 叶钟, 李琳, 姚建华

  表面技术. 2022, 51(10): 20-29. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.003

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  目的 对比有无超声作用下熔体润湿行为，阐明超声对于熔体润湿行为的影响及作用机制，为超声辅助激光熔覆高质量成形提供参考。方法 基于高速相机拍摄研究了超声对于液滴润湿性的作用效果，进而研究了超声辅助激光熔覆过程中熔池的润湿行为，使用Canny算法提取熔池轮廓，采用体视显微镜和共聚焦显微镜观察试样宏观形貌，采用光学显微镜观察分析微观组织。结果 将超声振动施加于金属液滴，其在基板表面润湿性增强，金属液滴与基板接触面积增大39.3%。在熔覆过程中引入超声振动，熔池面积显著增大。随着超声功率比的增强，熔覆层的熔高降低，熔深减小，熔宽逐渐增大，熔覆层逐渐由弧形轮廓变为扁平。当超声功率比为80%时，熔覆层高度为无超声下的75.2%，熔覆层和基体之间的润湿性显著改善。在微观形貌上，超声能够改变晶粒生长方向，抑制枝晶外延生长。结论 超声振动作用于激光熔覆过程中，促进了熔体的润湿作用且加大了熔池流动性。熔体润湿行为的改变导致扁平熔覆层形状的形成，熔覆过程中熔池面积增大，熔池流动性增强，导致晶粒生长方向与枝晶长度的改变。
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  激光冲击强化对TC4 钛合金缺口叶片疲劳强度的影响

  田增, 何卫峰, 周留成, 王亚洲, 罗思海, 姜楠, 张梁舒怡

  表面技术. 2022, 51(10): 30-37. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.004

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  目的 提高航空发动机叶片抗外物损伤的性能。方法 采用薄壁件激光冲击强化工艺，对某型发动机TC4钛合金叶片包含一阶弯曲振动节线区域的表面进行处理，随后在叶片前缘一阶弯曲振动节线位置设计不同应力集中系数的缺口。参考有限元仿真软件分析结果和相关标准要求，预制应力集中系数Kt为3.2的缺口。通过力值校核和有限元仿真之间的多次迭代，明确应力测试位置与缺口危险点应力之间的关系。通过振动疲劳试验对激光冲击强化效果进行评价。通过扫描电子显微镜观察疲劳断口的形貌，采用残余应力仪对梯度残余应力进行测试，并提取相应位置的半峰全宽值，对激光冲击强化提升缺口叶片疲劳强度的原因进行分析。结果 经激光冲击强化处理后的钛合金缺口叶片在107次循环下的疲劳强度提升了63.2%；残余压应力层深度可达1.5 mm，且表层位错密度提升了67.5%；经激光冲击强化处理后钛合金缺口叶片裂纹萌生于近表面。结论 激光冲击强化引入的表层梯度残余压应力和位错增殖是缺口叶片疲劳强度提升的主要原因。
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  GH4169 高温合金激光冲击强化层微观结构和微动疲劳行为研究

  俞延庆, 周留成, 宫健恩, 方修洋, 周杰, 蔡振兵

  表面技术. 2022, 51(10): 38-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.005

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  目的 提高GH4169镍基高温合金的微动疲劳寿命。方法 利用激光冲击强化（LSP）技术对GH4169高温合金榫试样进行表面强化处理并研究其微动疲劳性能。借助激光共聚焦显微镜（LCSM）、X射线衍射仪（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度计、X射线应力分析仪、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及高频疲劳试验机，对激光冲击强化前后的GH4169高温合金的微观组织、硬度、残余应力、微动疲劳寿命、断口形貌和裂纹扩展情况进行分析。结果 激光冲击强化后表面硬度提高了17.3%，硬化层深度约为0.63 mm，表面残余压应力为331.5 MPa。经激光冲击强化后变形层中晶粒未发生明显细化，表明激光诱导冲击波主要引起GH4169高温合金中位错的形成而不是位错的运动。在20 kN峰值载荷下，尽管强化后的断裂机制没有发生明显的变化，但是强化后榫试样的微动疲劳寿命比未处理的试样提高了827%，裂纹从多疲劳源转变为单疲劳源，裂纹萌生位置从表面转移到距表面234 μm的次表面，激光冲击强化显著提升了GH4169的萌生抗力和扩展速率，扩展区域的疲劳条带间距从未处理的0.50 μm增加到了强化后的1.01 μm，这可能与残余应力的突变与松弛有关。结论 在激光冲击强化后获得硬化层和残余应力场共同影响下，GH4169高温合金榫试样的微动疲劳寿命得到了显著提升。
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  不同热处理TiN/Ti多层涂层冲蚀损伤特征与机理

  杨竹芳, 何光宇, 罗思海

  表面技术. 2022, 51(10): 49-57. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.006

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  目的 通过研究分析不同热处理TiN/Ti多层涂层在冲蚀作用下的损伤特征，揭示不同热处理TiN/Ti多层涂层冲蚀损伤的机理。方法 采用磁过滤阴极真空弧沉积技术在TC4钛合金表面制备 TiN/Ti多层涂层，利用热处理炉对试样进行不同的热处理(300 ℃/40 min，空冷;400 ℃/40 min，空冷;300 ℃/40 min，空冷+300 ℃/40 min, 空冷)，采用划痕仪、显微硬度计、扫描电镜、能谱仪等设备对热处理试样涂层的结合力、显微硬度、涂层损伤形貌特征、元素分布等进行表征，并在冲蚀试验平台上通过砂尘冲蚀性能试验(速度130 m/s，角度45°)进行验证。结果 TiN/Ti多层涂层在低温(≤400 ℃)下经短时间热处理后，涂层的物相未发生变化，仍以 TiN(111)、TiN(200)、TiN(220)和TiN(311)为主，涂层结构完整，最外层的TiN涂层没有发生氧化现象，涂层结合力基本未发生改变，显微硬度略有下降，由2 764.1HV分别降至2 748.9HV、2 493.2HV、2 255.2HV。TiN/Ti多层涂层的抗冲蚀性能变化不大，冲蚀速率由0.117 mg/min分别变为0.100、0.156、0.120 mg/min。结论 低温(≤400 ℃)短时热处理对TiN/Ti多层涂层冲蚀性能的影响不大，冲蚀损伤机理为环形裂纹引起分层剥落的脆性剥落。
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  激光冲击近β型钛合金的室温拉伸和高周疲劳性能及其断裂机理

  史蒲英, 刘向宏, 王涛, 王凯旋, 李瑶, 张丰收, 何卫锋, 李应红

  表面技术. 2022, 51(10): 58-65, 166. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.007

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  目的 提高近β钛合金的强度和高周疲劳性能。方法 对两相区固溶时效热处理后的TB6和Ti55531钛合金锻态材料表面进行了激光冲击强化（LSP），并对强化前后的试样进行室温拉伸和高周疲劳试验。采用扫描电镜（SEM）对拉伸和高周疲劳断口进行了观察和分析。结果 与未LSP的样品相比，LSP后TB6和Ti55531钛合金的抗拉强度（Rm）分别提高了25 MPa和25 MPa，提高比例分别为2.26%和2.02%；屈服强度（Rp0.2）分别降低了48 MPa和30 MPa，降低比例分别为4.58%和2.54%；断面收缩率（A）、延伸率（Z）和弹性模量略有提升。在低应力水平下，LSP后Ti55531合金的疲劳寿命高于TB6合金，而在高应力水平下，TB6合金具有略高于Ti55531合金的疲劳寿命。结论 经过和未经LSP的TB6和Ti55531钛合金的拉伸断裂模式均为微孔聚集型韧性断裂与沿晶脆性断裂混合的断裂模式，表面激光冲击不改变其拉伸断裂模式，近β钛合金在不同应力状态的疲劳寿命差异与材料显微组织差异导致的疲劳裂纹萌生和扩展速率不同有关。
研究综述
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  生物可降解锌合金用于骨植入物的研究进展

  孟晓丽, 吕萍, 崔旭东, 何学斌, 马胜强, 邢建东

  表面技术. 2022, 51(10): 66-75. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.008

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  生物可降解锌合金是新型的具有发展前景的人体骨植入物材料。讨论了生物可降解锌合金在力学性能、腐蚀降解行为和生物相容性等方面作为骨植入物材料的开发潜力和应用前景。重点综述了近年来不同合金元素的选择和添加量对生物可降解锌合金的强韧化影响、生物可降解性及生物相容性评价。同时，讨论了塑性变形过程对生物可降解锌合金力学性能的影响。另外，还介绍了生物可降解锌合金的体内外降解行为、生物腐蚀机理、生物相容性及其要求。明确了各种增强手段对生物可降解锌合金的影响，并分析讨论了各种手段的可取与不足之处。针对当前制备技术存在的问题，结合已有研究成果，指明生物锌合金未来的发展方向。生物锌合金的强化方法，如合金化、改变添加量、变形加工操作、表面改性处理等，可以有效提高纯锌的综合性能。锌合金的降解速率适中，不产生氢气袋，降解产物能起到保护层的作用，有助于提高细胞黏附性，增强抗菌能力。锌合金的生物相容性与锌离子的释放量密切相关。制备ZnP涂层的表面改性技术能够有效降低锌离子释放量，进而改善生物相容性。目前，生物可降解锌合金在生物体植入物中已经取得部分进展，但是，其力学性能和生物相容性仍是较长一段时间内努力的方向，开发新的增强手段及体内动态模拟试验和性能评估方法也都是未来的重要发展趋势。
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  掺氢天然气环境下管道钢氢脆行为研究进展

  张家轩, 王财林, 刘翠伟, 胡其会, 张睿, 徐修赛, 鞠世雄, 李玉星

  表面技术. 2022, 51(10): 76-88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.009

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  为推动我国掺氢天然气管道的发展，综述了目前含氢气环境下管道钢氢脆的研究成果，总结了温度、压力、掺氢比等运行条件对钢材氢脆的影响，分析了钢材强度、微观组织、氢陷阱等材料性质与管道钢氢脆行为之间的联系，归纳了预防和抑制管道钢氢脆行为的方法。笔者认为，当前亟待解决的科学技术问题包括进一步探究掺氢天然气管道环境下不同运行条件对管道钢氢脆行为的影响规律;确定掺氢天然气管道的安全运行温度、压力、掺氢比等关键参数;建立不同服役条件下掺氢天然气管道输送的安全评价方法，完善掺氢天然气管道与现役管道相容性评价体系;形成掺氢天然气管道的设计规范和相关标准;开展气体抑制剂和阻氢涂层等抗氢脆方法的评价。
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  几何特征及工况条件对表面织构摩擦特性影响研究

  王泽霄, 陈文刚, 张禄中, 郝星星, 尹红泽, 郭文轩, 井培尧, 张桔帮

  表面技术. 2022, 51(10): 89-100. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.010

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  表面织构技术是一种加工方便且不破坏材料本质的表面改性方法，在材料表面加工出具有一定形状和规则的微观结构以改善材料的表面摩擦性能。但不同工况条件下影响摩擦性能的可变因素太多，以至于无法得到各设计参数的最优通用方案。从提出附加流体动压效应到表面织构形貌、尺寸、深度、面积占有率、坑底形状、取向和分布形式等方面，回顾了国内外表面织构减摩作用的研究发展历程。概述了凹陷织构中连续织构和离散织构的表面形貌对材料表面摩擦特性的影响，并在离散织构中重点分析了三角形、矩形、菱形、六边形、椭圆形、圆柱形、球形、水滴形、圆环形、雪花形和葫芦形等织构形貌对材料表面摩擦特性的影响;论述了各几何参数中织构直径和面积占有率对摩擦因数的影响比织构深度大;阐述了不同分布形式的表面织构对摩擦特性的影响;在干摩擦、边界润滑、流体润滑和混合润滑等4种状态下，总结了不同工况条件下表面织构的减摩机理，并对表面织构存在的问题提出建议，以期为表面织构的研究者提供参考。
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  光/电催化剂的表面调控在苯甲醇绿色氧化中的应用

  陈伽瑶, 熊昆, 陈佳, 张海东, 龚海峰, 高媛

  表面技术. 2022, 51(10): 101-112. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.011

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  综述了近年来国内外关于高效光/电催化剂在水分解制氢耦合苯甲醇绿色氧化中的相关研究进展，重点阐述了构筑不同形貌、表面缺陷工程和掺杂改性的催化剂对促进苯甲醇氧化的作用机制，并对催化剂的合成方法、光/电化学性能、反应机制进行了详细概括。在光催化领域，介绍了抑制催化剂表面光生电子和空穴的复合、调控活化活性位点等方法。在电催化领域，介绍了催化剂活性位的筛选、导电性和本征活性提升的有效策略以及将电催化与膜分离相结合的一体化技术，并构建了双功能催化剂，实现高效、低能耗产生H2的同时，能选择性地将BA氧化。最后提出了该领域未来需要面对的挑战和机遇，从不同的角度和方面综合分析，为进一步提升水分解制氢耦合绿色合成高附加值有机化学品的光/电催化剂提供理论指导。
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  超疏水表面材料在生物医学检测领域研究进展

  林彦萍, 王庆成, 吕恕位, 杨晓东

  表面技术. 2022, 51(10): 113-127. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.012

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  近年来，超疏水表面材料在自清洁、防潮、油水分离、防污、防腐等领域有着广泛的研究与应用;同时，利用超疏水表面材料来研究生物系统成为了生物医学领域的研究热点，大大促进了生物医学检测先进技术的发展。综述介绍了超疏水表面材料在生物医学检测领域的应用研究进展，重点对痕量分子的浓缩和检测，分离生物混合物，精确定位纳米级别分子的位置，药物的控制释放，与多种光谱方法结合的检测方法，精确控制纳米液滴阵列，预防细菌黏附和生物膜形成以及抗血小板黏附、抗凝血等方面具有代表性的应用研究进行了简要概述，并分析了各自优缺点以及目前存在的问题;归纳总结了现有超疏水表面材料在生物医学检测领域研究存在的不足，超疏水表面材料在生物医学检测领域的研究还处于发展阶段，其中一些理论还存在着相互冲突的观点。最后，对今后的研究工作进行了展望，以期为超疏水表面材料在生物医学检测领域的研究与发展提供理论参考。
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  钛合金空蚀损伤及防护的研究进展

  雷晨庆, 袁烁, 林乃明, 吴玉程, 伏利, 马冠水

  表面技术. 2022, 51(10): 128-142. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.013

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  钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好等优势，被广泛应用于诸多工程领域。由于钛合金存在表面硬度低、耐磨性差等缺点，导致其在过流部件中容易发生空蚀损伤，会降低钛合金构件的使用寿命，因此针对钛合金空蚀损伤行为及其防护措施的研究显得极为重要。概述了空蚀现象的作用机理和理论模型，详细介绍了材料自身的力学性能、表面状态、介质类型和溶液温度等对钛合金空蚀行为的影响，着重讨论了针对钛合金空蚀损伤的多种应对措施，如热处理、激光纹理加工、激光气体氮化、化学热处理、离子注入、添加缓蚀剂等技术，总结了相应方法提高钛合金抗空蚀性能的具体原因。其中，热处理技术通过改变钛合金自身的显微组织来提高其抗空蚀性能;激光气体氮化工艺可在钛合金表面形成硬质TiN相，以抵御空泡溃灭时的冲击;化学热处理技术在钛合金表面生成了致密的陶瓷层+固溶扩散层，缓解了空泡的溃灭能，延长了空蚀的孕育期;离子注入技术依靠注入离子在钛合金材料表面产生固溶强化、位错增值强化等效果，降低其空蚀损伤。最后对钛合金空蚀及防护研究的发展方向提出了展望。
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  单相、双相及多相离子掺杂的羟基磷灰石研究进展

  刘莹, 杨瑞, 刘井来, 刘佳欣, 张靖羚

  表面技术. 2022, 51(10): 143-154. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.014

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  羟基磷灰石是天然骨组织成分中的重要组成部分，一直是生物医学领域关注和研究的重点。天然骨成分中的磷灰石，是一种结合着多种离子的羟基磷灰石，维持着生命系统的正常生长与发育。本研究阐述了羟基磷灰石的晶体结构；概述了研究者针对羟基磷灰石性能探究，其中包括生物相容性、生物活性、适宜的机械强度、优异的成骨性能和耐腐蚀性能。同时归纳了离子掺杂羟基磷灰石取代位点。在此基础上，重点阐述了近五年来单相、双相以及多相掺杂羟基磷灰石材料的研究，其中包括单相、双相以及多相离子掺杂对羟基磷灰石在结构性能、机械强度、抗菌性、降解性和成骨性等性能的影响，同时简单总结了离子掺杂对机械强度的影响规律。近年来虽然羟基磷灰石生物陶瓷材料在临床上作为植入物涂层、缓释药物的载体、骨移植物代替材料等被应用，但在临床方面广泛运用还面临着许多问题与挑战，所以本文同时展望了离子掺杂羟基磷灰石未来的的发展方向，有望在临床应用及发展方面有一定的指导意义。
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  电力设施生物污损腐蚀与热喷涂表面防护研究进展

  宁淼福, 孙阔腾, 蔡玮辰, 黄松强, 何学敏, 陈何成, 刘奕, 周平, 吴双杰

  表面技术. 2022, 51(10): 155-166. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.015

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  海洋生物容易附着和生长于沿海电力设施装备表面，其代谢过程及产物能够引起表面金属材料的腐蚀加速、电力设施的老化破损，进而造成巨大的危害和经济损失，因此降低和抑制电力设施表面生物污损的涂层防污技术有着重要的研究与应用价值。基于热喷涂的防污涂层制备技术是防生物污损腐蚀的重要方法之一，是未来将研究工作应用于实际的重要方向。截至目前，有关电力设施装备生物腐蚀现状和热喷涂表面防护的研究进展尚未见报道，这里将对电力设施装备生物污损腐蚀现状、应用案例及热喷涂防污措施研究进展进行归纳整理，并进行系统性综述。首先介绍了不同深度近海区域电力装备生物污损和腐蚀的现状、特点，引用了近年来典型电力设备涂装防污损的技术方案和应用案例，然后依据不同的技术特点和发展趋向，对近10年来热喷涂制备的复合防污涂层研究进展进行了综述，分析其在沿海电力设施防护方面的应用前景，以期为未来电力设施防污损等研究工作起到一定指引作用。
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  水性集装箱涂料应用现状及研究进展

  李雪琴

  表面技术. 2022, 51(10): 167-175. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.016

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  总结了水性集装箱涂料在国内外的应用现状和最新研究进展，指出随着人们环保意识的不断增强，国际社会对集装箱用涂料在环保方面提出了更高要求，集装箱涂料水性化成为一种必然，且实践证明集装箱涂料水性化是可行的。水性集装箱涂料具有环保、安全的优点，今后必然在集装箱涂料应用领域中产生变革性的影响。对不同体系集装箱涂料的膜厚规范，以及溶剂型涂料体系与水性集装箱涂料体系的综合性能进行了对比，综述了三涂层体系和二涂层体系为现有水性集装箱涂料的2种主流配套体系，并对2种体系的基本组成及各涂层的功能进行分析，讨论了不同集装箱涂层体系的优缺点，指出国内水性集装箱用涂料的技术瓶颈，列举了近年来在水性集装箱涂料方面的主要研究方向及最新研究成果，最后结合目前国内水性集装箱涂料应用的发展水平，提出在水性集装箱涂料的制备过程中，可在涂料用树脂或者基料的合成、改性方面进行更深入的研究和探索，努力提高涂料的综合力学性能，从而实现水性集装箱涂料行业的可持续发展。
摩擦磨损与润滑
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  改进的粗糙表面线性变换重构方法

  夏富佳, 唐进元, 杨铎

  表面技术. 2022, 51(10): 176-184. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.017

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  目的 设计一种改进方法，解决线性变换法无法实现任意偏斜度Ssk和峭度Sku组合的粗糙表面重构，以及无法保证表面高度极值特征参数(包括最大高度Sz、最大峰高Sp和最大谷深Sv)精度的问题。方法 通过求解表面高度概率密度函数，代替线性变换法的Johnson转换，构造符合指定高度分布的非高斯序列，并利用时频迭代法保证重构表面高度参数的精度，在此基础上，设置特定的Ssk和Sku理论值，以证明所提改进方法的优越性，并将重构喷丸表面和磨削喷丸表面与相应实测表面进行对比，验证改进方法的合理性。结果 改进方法对任意Ssk和Sku组合的粗糙表面均能准确重构，且可以保证表面高度极值特征参数的精度，最大误差不超过5%。此外，基于时频迭代法，改进方法有效避免了线性变换法中线性变换带来的原理性误差，重构表面的精度高且鲁棒性好，利用改进方法重构的喷丸表面和磨削喷丸表面，其高度分布、自相关函数均与实测表面吻合良好，相关粗糙度参数的最大误差低于5%。结论 对于任意高度分布和自相关函数的粗糙表面，文中提出的改进方法均可实现高效、精准的重构，且表面Sq、Ssk和Sku值能得到精确保证，表面高度极值特征参数也可得到良好表征。此外，采用改进方法重构的喷丸和磨削喷丸表面，其高度分布也更加符合实际。
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  不同载荷对HVOF 喷涂AlCoCrFeNi 高熵合金涂层摩擦学性能的影响

  周永宽, 康嘉杰, 岳文, 付志强, 朱丽娜, 张晓惠

  表面技术. 2022, 51(10): 185-191, 327. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.018

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  目的 提高深地钻探钻具关键零部件的抗磨性能。方法 采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层。采用X射线衍射仪对高熵合金粉末和涂层的相组成进行研究，采用扫描电子显微镜对高熵合金粉末及涂层的微观结构进行分析，使用维氏显微硬度计测得涂层的显微硬度，采用摩擦磨损试验机对涂层在不同载荷下的磨损行为进行研究。采用SEM和EDS对磨痕表面进行分析，采用XPS技术分析磨痕元素成分，利用三维白光干涉形貌仪测量涂层的磨损体积和表面粗糙度。结果 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层结构致密，相结构为BCC相，显微硬度达(536±34)HV0.2，约为35CrMo钢基体[(278±20)HV0.2]的2倍。随着载荷的增加，涂层的摩擦系数减小、磨损率增大。相同载荷下(6 N)，涂层的磨损率约为基体的41%。HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层的磨损失效机制为，低载荷下(2 N)主要为氧化磨损伴随着轻微的磨粒磨损;高载荷下(4、6 N)受到反复剪切应力出现疲劳磨损。结论 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层具有良好的抗磨性能，可以有效减轻磨损，有望应用于深地钻探钻具关键零部件的表面防护。
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  含氢碳薄膜500 ℃退火前后摩擦学行为研究

  黄民备, 赖振国, 张斌, 龙美彪, 高凯雄, 张俊彦

  表面技术. 2022, 51(10): 192-199. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.019

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  目的 为含氢碳薄膜在甲醇发动机中应用提供新思路。方法 首先利用BiP–PECVD方法在Si基底上制备了含氢碳薄膜，并在500 ℃于Ar气氛中进行1 h退火处理。通过纳米硬度、X射线光电子能谱、傅里叶转变红外光谱、激光共聚焦拉曼光谱、场发射扫描电镜、CSM摩擦试验机等，分别评价未退火和500 ℃退火含氢碳薄膜的结构、力学性能、表面形貌及在干燥空气和甲醇环境中的摩擦学性能。通过对比，研究甲醇的引入对500 ℃退火含氢碳薄膜摩擦学行为造成的影响。结果 500 ℃退火会改变含氢碳薄膜中碳的杂化方式由sp³–C向sp²–C转变，促使薄膜石墨化，C==C/C—C的值明显增大(从0.67到0.99)，硬度降低(从26.5 GPa到22.0 GPa)，弹性模量几乎不变，H/E减小，耐磨性变差。在干燥空气中，与未退火碳薄膜相比，500 ℃退火含氢碳薄膜的摩擦因数降低(从0.031到0.024)，磨损率增加了1.27倍，而相应摩擦对偶球的磨损降低(从4.22×10^–6 mm³到3.99 ×10^–6 mm³)。而在甲醇环境下，500 ℃退火含氢碳薄膜的摩擦因数增高(从0.052到0.062)，磨损率增加了15.11倍，相应摩擦对偶球的磨损也增高(从6.16×10^–6 mm³到13.9×10^–6 mm³)。但是，未退火含氢碳薄膜在甲醇环境中的磨损率是干燥环境中的1/2.84，表现出降低趋势;500 ℃退火的含氢碳薄膜在甲醇环境中的磨损率是干燥环境中的4.14倍。结论 含氢碳薄膜经过500 ℃退火会造成薄膜内部碳原子杂化方式转变，薄膜石墨化，这对干燥环境中薄膜的摩擦学性能有所提高，但并不利于其甲醇环境中的摩擦。
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  临界退火对渗碳钢微观组织和耐磨性的影响

  向永华, 石磊, 李健, 胡玉婷, 崔秀芳, 金国

  表面技术. 2022, 51(10): 200-208, 259. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.020

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  目的 研究临界退火后处理对真空渗碳层微观组织、硬度和耐磨性能的影响。方法 采用临界退火后处理来保证17CrNiMo6渗碳钢表面耐磨性的同时，合理调控表面硬度。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和激光共聚焦显微镜进行改性层微观组织结构的观察，利用维氏硬度计和高温摩擦磨损试验机等检测仪器进行改性层硬度与摩擦学性能的研究，对临界退火后处理改性层微观组织演变、元素分布、硬度以及室温环境下摩擦学行为进行详细分析。结果 随着临界退火次数的增加，表面马氏体含量减少，残余奥氏体增加，而心部的回火马氏体基本不变，EDS面扫图谱显示元素分布较为均匀。与之对应的表面硬度呈下降趋势，心部硬度基本不变。在多次临界退火处理中，耐磨性依次为1次循环>2次循环>3次循环。其中，相比于3次循环处理，1次循环处理后的摩擦因数降低了42.8%，在改性层之间的磨损率分别为2.07×10^?13 m³/(N.m)(930 ℃渗碳处理试样)，0.71×10^?13 m³/(N.m)(1次循环处理试样)，5.23×10^?13 m³/(N.m)(2次循环处理试样)和4.21×10^?13 m³/(N.m)(3次循环处理试样)，改性层在室温环境中的磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损还伴随少量的黏着磨损。结论 在17CrNiMo6渗碳钢进行临界退火处理后，获得了兼具高硬度、高耐磨性的临界退火后处理改性渗碳层，在一定程度上，合理的调控临界退火次数将改善渗碳改性层的耐磨性。
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  SiC 颗粒对汽油机活塞顶面镀层应力影响的有限元分析

  孙伟, 张淑婷, 杜开平, 欧阳佩旋, 杨谨赫

  表面技术. 2022, 51(10): 209-217. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.021

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  目的 研究汽车发动机活塞顶面Ni基复合镀层中SiC颗粒的含量和粒径对活塞?镀层界面热应力的影响规律。方法 利用ABAQUS软件和Python语言建立顶面带有SiC颗粒增强Ni基复合电镀涂层活塞的二维有限元模型，结合热传递和热弹性相关理论及活塞的实际服役工况，确定活塞的换热边界条件及其顶面所受的载荷，采用顺序热力耦合的有限元分析方法，系统地研究热?机载荷共同作用下SiC颗粒含量和粒径对涂层?活塞界面应力的影响规律。结果 有限元仿真结果表明，当活塞顶面承受高温、高压时，SiC颗粒的含量是显著影响涂层?基体界面等效应力的因素之一，当SiC颗粒的体积分数为1%~15%时，涂层?活塞界面峰值等效应力随着颗粒含量的增加而增大，从437.08 MPa增大到472.98 MPa;SiC颗粒的粒径是影响涂层?基体界面耦合热应力的次要因素，当SiC颗粒的粒径为0.3~1 μm时，涂层?活塞界面峰值等效应力基本保持不变，约为437 MPa。结论 综合考虑活塞顶面复合电镀涂层的性能需求，以及镀层?活塞界面应力与结合性能的关系，结合实际复合电镀工艺，确定Ni?SiC复合镀层中SiC颗粒的体积分数以10%左右为宜，SiC颗粒的粒径以0.4~0.8 μm为宜。
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  固液两相流管道冲蚀试验分析及防护方案

  白莉, 商鹏程, 刘强, 董祥伟

  表面技术. 2022, 51(10): 218-225, 292. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.022

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  目的 分析液相流动、颗粒、管道结构参数对固液两相流弯管冲蚀的影响，设计一种弯管防蚀减磨防护方案。方法 通过循环管路试验分析流速、颗粒粒径和颗粒形状对弯管冲蚀率的影响，并通过数值模拟探讨渐扩式防护方案对固液两相流在弯管段流场分布的影响。结果 采用失重法分析试验结果，在含砂(质量分数2.5%，砂粒直径20~40目)的X80钢管结构下，冲蚀后贴片的质量损失率达到6.85%。经分析，试验贴片表面的主要损伤特征为弯头外拱壁的冲蚀率高于内拱壁，两侧壁面的质量损失率介于内外壁之间。采用数值模拟渐扩管(3∶4、3∶5、1∶2)对冲蚀的影响，在高流速(2.5 m/s)时，扩径比为1∶2渐扩管的冲蚀率下降了约30%，效果最为明显;在流体流速低于0.5 m/s时，粒径为200 μm的颗粒沉积增大了弯管外壁的局部磨损。尖角颗粒和球形颗粒对壁面的冲蚀效果不同，模拟的壁面冲击力有明显区别。结论 弯管段是典型的三维螺旋流动，在弯管段外拱壁的壁面附近为流动的高压低速区，内拱壁面附近流动为低压高速区。在冲蚀–腐蚀交互的过程中，管道外拱壁的局部损伤主要是因多次受到固体颗粒的冲击而积累的冲刷和磨损作用，内拱壁的损伤机理以腐蚀增重作用更为显著，而固体颗粒受到流体沿管壁方向轴对称的二次流剪切作用，对管道两侧壁面的损伤主要贡献了犁削和磨蚀作用，颗粒形状也影响了壁面损伤机制。防护方案是弯管段采用渐扩段圆管。数值试验表明，在颗粒粒径和流速一定时，采用特定比例的渐扩弯管段降低了流体通过弯管时的流速和湍流强度，能够达到减小冲蚀率的效果。
腐蚀与防护
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  7050铝合金局部腐蚀与电化学性能的关联性研究

  邹安, 邓运来, 叶凌英, 郭晓斌

  表面技术. 2022, 51(10): 226-234. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.023

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  目的 探明7050铝合金的点腐蚀机理。方法 利用ZEISSM10A扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对在NaCl溶液中腐蚀不同时间的7050铝合金试样表面的Al7Cu2Fe相进行原位分析，并结合对应的电化学阻抗谱，研究Al7Cu2Fe相成分、尺寸的差异性对7050铝合金腐蚀性能的影响。结果 原位腐蚀结果表明，AlxCuyFe相的点蚀特征取决于相的尺寸和成分，AlxCuyFe相中Fe含量的变化率呈先增大后减小的趋势。其中Fe含量变化程度最大的是平均直径约1.7 μm的Al7Cu2Fe相，在经过1.5 h腐蚀后，其变化率达到了58.62%;其次是平均直径约2.4 μm的Al7Cu2Fe相，在经过1 h腐蚀后，其变化率为52.13%;而2.5 μm以上的Al7Cu2Fe相在点蚀过程中Fe含量的变化率大都在10%以下。电化学阻抗谱结果表明，T6态7050铝合金在150 g/L NaCl溶液中经过2 h腐蚀后阻抗最强，其Rp值为229.3 Ω，Rb值为2 801 Ω。结论 在150 g/L NaCl溶液中T6态7050铝合金表面点蚀主要发生在0.5~1.5 h以内，腐蚀2 h时合金已不受Al7Cu2Fe相引起的表面点蚀的影响。当浸泡时间达到2 h后，Al7Cu2Fe相尺寸、Fe含量都略有减小，相比未腐蚀状态Al7Cu2Fe相的总体面积减少了4.72%，Fe含量减少了7.59%。对Rb值影响较大的是平均直径为1.5~2.5 μm的Al7Cu2Fe相。
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  阴极保护试片在土壤环境中的腐蚀失效分析

  郭勇, 王珏, 丁继峰, 杨海洋, 张波, 杨朝晖, 李向阳

  表面技术. 2022, 51(10): 235-242. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.024

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  目的 针对埋地管道阴极保护测试用试片的失效问题进行原因分析，阐明了管道阴极保护测试用试片的失效现象及原因，为准确检测试片的阴极保护电位提供指导。方法 以野外埋地管道相连接的试片为研究对象，采用数据记录仪采集试片的阴极保护参数，利用采集失效试片的通断电电位、交直流电流密度，干扰电压及试片表面腐蚀产物等来综合分析试片失效原因。结果 试片表面宏观分析发现，试片表面腐蚀产物聚集，腐蚀产物和土壤夹杂在一起，形成坚硬的硬块，除去表面腐蚀产物后，试片表面有大小不均的腐蚀坑，最大坑深1 mm。试片表面腐蚀产物的元素面分析结果表明，锈层中的主要元素以Fe和O以元素为主，腐蚀产物以铁的氧化物为主，并夹杂有土壤杂质及钙镁难容盐等。试片历史数据显示，阴极保护电位满足规范要求，但交流电流密度较大，最大交流电流密度208.3 A/m²，最大交流干扰电压7.52 V。结合试片表面形貌，试片发生了交流腐蚀。结论 阴极保护测试用试片的失效与交流腐蚀有关，试片在交流杂散电流和阴极保护电流的作用下，表面腐蚀产物聚集，难容盐与铁的氧化物形成厚厚的隔离层，隔离了试片与土壤介质，造成阴极保护电流流入困难，无法准确测量阴极保护电位。
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  金刚石薄膜在第一壁材料表面的应力研究

  耿传文, 赵鹏, 张晓东, 曾梅花, Miroljub Vilotijevic

  表面技术. 2022, 51(10): 243-249. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.025

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  目的 提出在第一壁材料(钨穿管部件)表面沉积金刚石薄膜，并系统研究金刚石薄膜厚度对应力的影响。方法 采用数值模拟和实验表征方法。利用ANSYS workbench模拟软件，在建立钨穿管部件表面金刚石薄膜有限元模型及模型方程的基础上，对影响金刚石薄膜热残余应力的厚度因素进行探讨;采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)，在钨穿管部件表面沉积不同厚度的金刚石薄膜，并利用拉曼光谱法和洛氏硬度计压痕法对薄膜的应力进行表征。结果 模拟显示，随着金刚石薄膜厚度增加，薄膜最大主应力值和最大剪应力值均呈现出先减少后增加趋势，在薄膜厚度为75~100 μm时处于最低，小于金刚石薄膜通常的断裂强度(700 MPa)，同时最大应力落差区域出现在薄膜边缘处。通过实验表征得到金刚石薄膜表面呈现出拉应力，在薄膜厚度为(103.56±0.5)μm时，金刚石薄膜中间区域应力值最低，与VDI3198标准对比，压痕坑达到HF1和HF2效果。结论 钨穿管部件表面金刚石薄膜厚度为(103.56±0.5)μm时，不容易出现裂纹和与基底的剥离现象，具有较好的附着性。
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  2-巯基苯并咪唑与L-半胱氨酸在HCl 中对Q235 钢的协同缓蚀效应

  刘倩, 刘金彦, 王佳, 种瑶

  表面技术. 2022, 51(10): 250-259, 208. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.026

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  目的 探究2-巯基苯并咪唑（MBI）、L-半胱氨酸（L-cysteine）以及两者的混合体系在1 mol/L HCl溶液中对Q235钢的缓蚀性能。方法 通过静态失重法、电化学阻抗谱以及极化曲线研究MBI与L-cysteine的最佳复配条件，并借助原子力显微镜（AFM）以及X射线光电子能谱仪（XPS）分析探究MBI、L-cysteine单独以及复配后在碳钢表面的作用机理。结果 当在HCl溶液中加入5×10?3 mol/L的MBI时，缓蚀效率达到88.01%，而相同浓度下，L-cysteine的缓蚀效率仅达60.19%，缓蚀作用有限。当MBI和L-cysteine复配时，二者的混合体系在HCl介质中具有很好的缓蚀效果，特别是当浓度为1×10?3 mol/L、复配比为9∶1时，缓蚀效果达到最佳，协同效应也最明显。电化学法所得结果和失重法保持一致，且进一步表明MBI和L-cysteine的混合体系同时抑制腐蚀反应的阴、阳极过程，其中抑制阴极的效果最显著。AFM形貌图以及XPS谱图分别表明浸泡在含有MBI-L-cysteine（浓度为1×10?3 mol/L，复配比为9∶1）溶液中的Q235钢表面更加平整，MBI-L-cysteine在Q235钢上通过吸附形成的保护膜可以显著增强Q235钢的耐酸性。结论 MBI与L-cysteine（浓度为1×10?3 mol/L，复配比为9∶1）在1 mol/L HCl溶液中对Q235钢有显著的协同缓蚀性能，但协同效应会随着L-cysteine的增多而逐渐消失。
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  高强铝合金循环盐雾加速腐蚀行为与机理研究

  赵朋飞, 文磊, 郭文营, 吴俊升

  表面技术. 2022, 51(10): 260-268. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.027

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  目的 研究2A12铝合金在室内模拟及强化腐蚀环境下的腐蚀行为与机理，建立快速评价铝合金腐蚀寿命的加速试验方法。方法 利用设计的室内加速腐蚀环境试验谱，通过实施模拟海洋大气环境效应的循环盐雾加速腐蚀试验，采用外观检查、SEM、XRD及电化学测试等手段，表征了暴露不同周期样品的腐蚀失重、腐蚀形貌、腐蚀产物成分、极化曲线及阻抗谱等腐蚀性能，分析和归纳了铝合金的加速腐蚀行为与机理。结果 随着腐蚀暴露时间的延长，2A12样品腐蚀失重动力学符合幂函数规律且关系式为D=1.662t^1.061，腐蚀速率呈现短暂降低后迅速增加再逐步下降的变化趋势;腐蚀形貌从腐蚀产物均匀分布到逐渐变得集中和突出表面，后期局部出现脱落，腐蚀产物成分均以Al2O3为主，与腐蚀机理分析的化学反应过程基本一致。极化曲线Tafel拟合结果表明，腐蚀电位整体呈现稳定并缓慢减小的变化趋势(?0.509~ ?0.392 V)，腐蚀电流密度呈现先波动增加后减小的变化趋势(0.271~0.882 A/cm²);阻抗谱均在高频区表现为1个容抗弧，且容抗弧半径呈现“减小—增大—减小至稳定”的变化趋势;阻抗谱等效电路拟合结果表明，腐蚀产物膜电阻Rf呈现“增大—减小—增大—减小”的变化趋势，极化电阻Rp整体呈现先减小后增大的变化趋势。结论 循环盐雾环境对高强铝合金腐蚀的加速效果显著，从腐蚀动力学、腐蚀产物形貌及成分、电化学特性等角度，能够比较全面地表征铝合金的加速腐蚀行为与机理，为进一步研究加速腐蚀试验的模拟性和相关性提供条件。
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  层流冷却浊环水中Cl?质量浓度对SPHC 钢板的腐蚀行为

  薛佳威, 张博睿, 吴永鹏, 陈雨来, 余伟

  表面技术. 2022, 51(10): 269-275. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.028

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  目的 为了明确层流冷却浊环水中Cl?质量浓度对SPHC钢板腐蚀的影响，提高SPHC钢板在潮湿环境下存放发生腐蚀后的表面质量。方法 通过全浸腐蚀试验进行模拟。已有研究表明层流冷却浊环水中Cl?的质量浓度与钢板表面Cl?的残留量呈线性正比关系，因此设置不同Cl?质量浓度对SPHC钢板的腐蚀行为进行研究。通过数码相机、扫描电镜和激光共聚焦显微镜分析宏观腐蚀形貌和腐蚀坑形貌，采用失重法测量不同Cl?质量浓度下的均匀腐蚀速率，电化学测试分析不同Cl?质量浓度下覆盖腐蚀产物膜试样的电化学特征。结果 Cl?质量浓度为60、300、1 000 mg/L时，均匀腐蚀速率都呈现先增大后减小的趋势，这是点蚀的形成扩展和腐蚀产物的缓蚀作用所致。Cl?质量浓度升高，穿过基体表面的离子增多，缩短了点蚀形成和扩展的时间，均匀腐蚀速率增大。Cl?质量浓度的升高使得基体表面钝化膜被加速破坏，腐蚀电流密度增大，形成的锈层极易被溶解，阻抗值上下波动，这种情况下形成的锈层对基体不具有保护作用。结论 降低层流冷却浊环水中Cl?的质量浓度是提高潮湿环境下腐蚀后SPHC钢板表面质量的有效途径。
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  杂质铜离子对电镀镍层组织形貌及耐蚀性的影响

  夏日辉, 王春霞, 田礼熙

  表面技术. 2022, 51(10): 276-283, 343. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.029

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  目的 研究电镀镍液中存在的铜离子杂质对电镀镍层微观组织和耐蚀性能的影响。方法 以五水合硫酸铜的形式向电镀镍液中加入不同质量浓度(5、10、30 mg/L)的铜离子杂质，并以初始配制的电镀镍液(0 mg/L Cu²⁺)为空白组对照。选用低电流密度(0.5 A/dm²)在Q235钢上电镀镍层，并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学分析技术对电镀镍层的表面微观形貌、晶体织构、表面各元素化学态信息及耐蚀性能进行表征和分析。结果 随着电镀镍液中铜离子浓度的增加，镍层的颜色逐渐变灰，外观质量降低。当电镀镍液中铜离子的含量在工业容忍度范围内时(≤10 mg/L)，镍层的颜色较为光亮，晶粒尺寸较小且均匀。当铜离子的浓度大于工业容忍度时(>10 mg/L)，晶粒开始变得粗大，且尺寸不均匀。镍晶的生长方式并未改变，仍以螺旋位错的方式进行生长。镀液中存在的铜离子改变了镍晶体的结构，主峰的衍射角度向大角度发生偏移，半峰宽逐渐变大，晶面间距减小，同时影响了镍晶体的择优生长取向，晶粒逐渐由(111)和(200)面转为(111)和(220)面生长。XPS测试结果显示，铜离子浓度的增加导致镍的析出效率降低，铜离子在镍层中析出，并以单质铜和氧化铜的形式存在于镍层中。电化学测试结果表明，电镀镍液中存在的铜离子降低了镍层的耐蚀性能。当铜离子的质量浓度从0 mg/L增加至30 mg/L时，镍层在质量分数为3.5%的NaC1溶液中的开路电位(OCP)逐渐降低，自腐蚀电位由?0.487 mV降至?0.547 mV，自腐蚀电流密度由7.898 9 μA/cm²增加至17.316 μA/cm²。电化学阻抗模值和相位角变小，电荷转移电阻(Rct)由1 798 Ω.cm²减小至851 Ω.cm²。结论 在瓦特液中，微量铜离子杂质会导致镍结晶粗大，镀层外观灰暗。镍层中的杂质铜原子会引起一定程度的晶格畸变，使晶格常数变小，晶粒生长择优取向发生改变。随着铜离子杂质浓度的增加，电镀镍层在质量分数3.5%的NaCl溶液中的自腐蚀电流密度增大，阻抗值相应地降低，抗腐蚀性能下降。
精密与超精密加工
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  碘化铯晶体的力学性能和超精密车削研究

  孙旭峰, 姚鹏, 王庆伟, 包晓宇, 黄传真

  表面技术. 2022, 51(10): 284-292. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.030

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  目的 研究碘化铯(CsI)晶体(110)晶面的力学性能和以及车削参数对超精密车削表面粗糙度的影响。 方法 分别采用纳米压痕和霍普金森压杆(SHPB)试验，获得并分析CsI晶体(110)晶面在准静态下和高应变率下的力学性能。采用单点金刚石车削(SPDT)的方法在不同的方向和车削参数对晶体进行超精密加工，并使用白光干涉仪、测力仪和红外热像仪分别测量超精密车削过程中已加工表面的粗糙度Ra、切削力和切削温度。结果 CsI晶体在压痕过程中主要发生塑性变形，且无明显的脆性裂纹，其(110)晶面的维氏硬度约为100 MPa。当应变率从6 000 s^–1提高8 000 s^–1时，晶体的屈服强度提高了7 MPa。在试验中，沿着270°方向车削，可以获得Ra为20 nm以下的表面粗糙度。沿着该方向使用10°前角的金刚石车刀、转速为 2 000 r/min、进给速度为4 μm/r、切削深度为2 μm时，可以获得最好的表面质量，平均表面粗糙度Ra为8.53 nm，最大表面粗糙度Ra为11.02 nm。结论 CsI晶体具有较强的塑性，且硬度低，高应变率下，材料的强度和硬度明显提高。通过提高转速即切削速度，增大超精密车削过程中的材料应变率，改善了软塑性材料的可加工性，使CsI晶体的表面粗糙度降低了80%。结合优选的车削方向、刀具前角、进给速度和切削深度等其他车削参数，获得了Ra在10 nm以下的光滑表面。
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  SiCp/Al 复合材料高速切削去除机理及表面质量研究

  房玉鑫, 王优强, 张平, 王雪兆

  表面技术. 2022, 51(10): 293-300. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.031

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  目的 探究高速加工下SiCp/2024Al复合材料切屑形成机理及加工表面质量情况，为改善该材料加工性能提供理论依据。方法 设计高速正交铣削实验，对SiCp/2024Al复合材料进行不同切削速度下的高速加工，并通过对切屑形态、切削力、切削能耗、加工表面形貌及加工硬化情况进行分析，探明高速加工下材料去除机理及加工表面质量变化。结果 在较低速度下复合材料的切屑形成过程为第一变形区的剪切变形和SiC颗粒破碎，切屑形态为锯齿状；切削速度在300~800 m/min时，随着速度的提高复合材料切屑连续性下降，切削速度在1 000 m/min时，复合材料韧脆性能发生转变，切屑呈现崩碎状；切削力在切削速度300~1 000 m/min时，随速度提高明显减小，主切削力由300 m/min时的320 N左右下降至1 000 m/min时的180 N左右，切削能耗显著降低；失效的SiC颗粒破坏加工表面质量，而高速加工对表面质量有一定改善，切削速度由300 m/min 提高到1 000 m/min时，表面粗糙度由0.68 μm下降至0.47 μm，加工硬化深度也随切削速度提高而减小。结论 在一定条件下，高速加工有助于改善SiCp/2024Al复合材料的加工性能，其动态力学性能将发生变化，切削力和切削能耗下降，加工表面变形程度降低、质量提高。
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  T2纯铜高速铣削刀具磨损对表面形貌的影响

  刘屹, 林有希, 俞建超

  表面技术. 2022, 51(10): 301-309, 369. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.032

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  目的 满足T2纯铜与日俱增的加工需求，改善T2纯铜的加工质量，探究不同铣削速度下刀具损伤和已加工表面形貌之间的内在联系。方法 根据单因素试验结果，研究铣削速度对于刀具磨损的影响。在磨损刀具铣削力模型和已加工表面应力模型的基础上，从铣削力、刀具损伤形式以及磨损机理出发，分析刀具磨损对于已加工表面质量的影响，解析表面缺陷产生的原因，并通过光学和电子显微镜对磨损后的刀具表面形貌及已加工表面缺陷进行分类表征。结果 当铣削速度较低时，刀具严重的崩刃现象引起了系统铣削力急剧增加，这极大的破坏了铣削系统的稳定性和已加工表面的应力状态，并导致表面粗糙度增大，形成颤振波纹、表面撕裂等加工缺陷。而当铣削速度较高时，由于刀具的损伤较轻，铣削系统相对稳定，已加工表面仍然保持较好的加工质量,特别是铣削速度为600 m/min时，表面粗糙度Sa和Sq的值达到了1.80 μm和2.25 μm，在刀具磨损后仍然分别保持在2.20 μm和3.10 μm左右。结论 在T2纯铜的铣削加工中，提高铣削速度对延长刀具寿命，改善已加工表面质量有积极作用。
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  钴铬钼合金磁流变抛光工艺研究

  孙宝玉, 于丙金, 谭鸿强, 袁德禄, 谷岩

  表面技术. 2022, 51(10): 310-320. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.033

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  目的 去除难加工材料钴铬钼合金车削后形成的规则性螺旋刀痕并获得超光滑表面。方法 采用磁流变抛光方法，对车削后的钴铬钼合金表面进行抛光加工。研究了磁体排布方式、加工间隙、抛光装置、转速和磨料粒径等工艺参数对钴铬钼合金表面形貌和表面粗糙度的影响规律，寻找获得超光滑表面的工艺参数组合，并对抛光后的钴铬钼合金表面使用表面轮廓仪进行测量。结果 钴铬钼合金表面形貌受各方面因素的综合影响，双磁体异向排布的磁通密度向工件集中，使得磁性羰基铁颗粒与金刚石磨料在抛光过程中结合力更强，增大了有效工作区域;表面粗糙度随着加工间隙的增加(从1 mm增大到4 mm)先减小后增大，在2 mm时得到优化的加工效果;表面粗糙度随着抛光装置转速的增加(从400 r.min^–1增大到1 000 r.min^–1)先减小后增大，在600 r.min^–1时得到优化的加工效果;相比于0.5、1.5、2.5 μm粒径的金刚石磨料，使用2 μm的金刚石磨料进行抛光时表面粗糙度最小。当使用双磁体异向排布，在工作间隙为2 mm、抛光装置转速为600 r.min^–1、金刚石磨料粒径为2 μm的工艺参数组合下对钴铬钼合金采用磁流变抛光加工120 min时，其表面粗糙度从初始的640 nm 降低至5 nm。结论 应用磁流变抛光方法抛光钴铬钼合金可以得到超光滑表面。
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  激光选区熔化钛合金超声辅助铣削性能研究

  苏永生, 李亮, 钟相强

  表面技术. 2022, 51(10): 321-327. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.034

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  目的 针对激光选区熔化钛合金开展超声振动辅助铣削性能和作用机理研究，提高增材制造钛合金表面加工质量、加工精度及加工效率，推动增材制造钛合金构件在高端装备业领域的广泛应用。方法 在传统铣削和超声振动辅助铣削下，采用聚晶金刚石刀具开展激光选区熔化钛合金铣削试验研究，分析不同条件下的表面硬度、切削力、表面形貌、表面粗糙度和切屑黏结的差异性。结果 激光选区熔化钛合金硬度单次测量及其平均值均高于传统钛合金。常规干铣削激光选区熔化钛合金时，切削力随着转速的增大而呈现下降趋势，随着进给速度和切削深度的增加表现出逐渐增大的趋势。在传统铣削下，传统钛合金表面形貌存在明显的刀具划痕，而超声振动铣削时，激光选区熔化钛合金表面形貌总体表现出更加的光滑和平整。激光选区熔化钛合金在常规铣削和超声辅助铣削过程中，刀具前后刀面都出现了严重的钛合金切屑黏结现象。结论 激光选区熔化钛合金常规干铣削时，增大转速或降低进给速度和切削深度能够降低切削力。在相同切削参数下，激光选区熔化钛合金超声铣削质量优于传统钛合金常规铣削表面质量。激光选区熔化钛合金表面质量改善的作用机理主要归因于激光选区熔化钛合金的金相组织特性及超声振动时断续切削特性的综合效应。相对于传统铣削方式，超声振动辅助铣削对改善激光选区熔化钛合金加工过程中的刀具抗黏结性效果有限。
表面功能化
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  280 简易快速的表面超疏水涂层制备及其性能

  夏天, 何秀权, 章桥新, 余金桂, 车勇, 刘蓉

  表面技术. 2022, 51(10): 328-335. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.035

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  目的 低成本简易快速地制备出耐腐蚀超疏水涂层，并研究表面喷砂对超疏水涂层的影响。方法 利用喷砂和抛光这2种表面处理方式和喷涂工艺在5050铝合金板基体表面构建出具有多级结构的超疏水表面。通过润湿性、电化学腐蚀、耐磨性、浸泡耐久性和自清洁测试等试验，分别评价制备样品表面的润湿性、耐海水腐蚀、耐磨性、耐长时间浸泡性能和自清洁性能，并通过扫描电子显微镜和能谱仪对表面形貌和元素成分进行分析。结果 制备的样品表面具有优异的超疏水性能。在30次喷涂次数下，喷砂基底的涂层表面的水滴静态接触角为(153.9±1)°，动态滚动角为(2.99±0.5)°。电化学腐蚀测试结果表明，喷涂氟硅树脂/SiO2涂层可以有效增强铝合金表面的耐腐蚀性能。试验中，样品在25次砂纸摩擦后，抛光基底的涂层表面的接触角为(97±1)°，喷砂基底的涂层表面的接触角为(102.4±1)°。样品在NaCl溶液浸泡10 d后，抛光基底的涂层表面的接触角为(69.4±1)°，喷砂基底的涂层表面的接触角为(113.7±1)°。结论 所制备的喷砂和抛光基体在经过不同次数的喷涂氟硅树脂/SiO2复合涂料后具备超疏水性能，且喷砂基底的涂层表面具有更低的滚动角。涂层修饰的表面在NaCl溶液中的耐腐蚀性能随着喷涂次数的提升而增强。在相同的喷涂条件下，喷砂处理基体能提高超疏水表面的耐腐蚀性、耐磨性和耐久性。
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  基于含氟改性笼状倍半硅氧烷一步法制备透明超疏水涂层

  徐亚洲, 何瑾馨, 朱卫彪, 董霞, 赵强强

  表面技术. 2022, 51(10): 336-343. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.036

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  目的 为了研究出一种在光滑镜面基材上大面积制备透明耐用的超疏水涂层，需要克服当前超疏水涂层存在的理化稳定性差、光学透明度不高以及制备繁琐、难以大面积实施等问题。方法 通过向聚氨酯丙烯酸酯疏水性光固化树脂体系中引入含氟低表面能改性的笼状倍半硅氧烷（POSS），结合喷涂法和相分离法在聚碳酸酯（PC）表面制备了一种超疏水光固化涂层。探究了低表面能改性POSS的掺杂量和乙醇添加量对构筑超疏水涂层的影响。结果 当POSS-SH-DFMA7的掺杂量为树脂含量的40%、乙醇的添加量为溶剂THF的25%时，涂层表现出优异的超疏水特性，静态水接触角和滑动角分别可达到156.92°和3.24°；良好的光学透明性，光线透过率为85.63%；可靠的机械稳定性，承受6 h的水滴冲击后依然保持超疏水特性；稳定的耐候和耐化学性，经历户外环境和不同pH值化学试剂的侵蚀后仍可保持涂层原有的润湿性能。结论 在光固化树脂体系中引入一定量的含氟单体改性POSS结合乙醇的作用可以一步法制备出透明、理化性能稳定的超疏水涂层。
热喷涂与冷喷涂技术
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  冷喷涂辅助原位合成CuNiCoFeCrAl2.3 高熵合金涂层组织与性能研究

  冯力, 马凯, 杨伟杰, 王宁, 袁昱东, 李文生

  表面技术. 2022, 51(10): 344-352. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.037

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  目的 为了提升普通金属材料的表面耐腐蚀和耐磨性能，提出了一种在普通金属材料表面制备性能良好的CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的技术工艺。方法 利用冷喷涂技术在45#钢基体上制备混合金属涂层，再经过感应重熔技术将混合金属涂层原位合成为CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层。通过采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）、显微硬度计、磨料磨损试验机等，对涂层的相组成、显微组织、硬度、耐磨性进行分析。结果 原位合成CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层组织致密，元素均匀分布，合金涂层由简单的BCC相构成，涂层的微观组织呈现出典型的枝晶结构。内枝晶区主要富含Co、Cr、Fe和Ni，枝晶间区则富含Cu和Al。CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的显微硬度是45#钢基体的3倍，在干摩擦条件下，CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层在摩擦过程中以磨粒磨损为主，涂层在干滑动条件下的磨损率比45#钢基体的磨损率低59%，摩擦因数为0.38，约为45#钢基体的56%，CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层的磨损率为2.95×10?5 mm3/(N·m)。结论 使用冷喷涂辅助原位合成CuNiCoFeCrAl2.3高熵合金涂层具有很高的硬度和良好的耐磨性能。
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  等离子喷涂用纳米结构Gd2Zr2O7 喂料的制备与性能

  宫雪, 刘海洋, 刘赛月, 张晓东, 王铀

  表面技术. 2022, 51(10): 353-360. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.038

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  目的 稀土锆酸盐具有低热导率、优异的抗烧结性能和相稳定性，是下一代热障涂层和环境障涂层的理想材料。通过纳米粉体再造粒技术制备出等离子喷涂用高性能纳米结构球形喂料Gd2Zr2O7，以满足下一代热障涂层和环境障涂层的需求。方法 以Gd2O3与ZrO2粉体为原材料，采用纳米粉体再造粒技术制备出可等离子喷涂用的纳米结构Gd2Zr2O7喂料。利用SEM、XRD研究了固相烧结温度和时间对Gd2Zr2O7含量和晶粒尺寸的影响，分析了纳米结构Gd2Zr2O7喂料在不同纳米粉体再造粒阶段的微观形貌和相组成。同时，测定了纳米结构Gd2Zr2O7喂料的流动性、松装密度和振实密度。结果 纳米粉体再造粒技术可以制备出等离子喷涂用纳米结构Gd2Zr2O7喂料，喂料内部结构致密，球形度好，粒径为10~50 μm。在纳米粉体再造粒过程中，晶粒尺寸会随着烧结温度的升高而增大。在1 300 ℃烧结2 h生成的Gd2Zr2O7含量高，且晶粒尺寸小，为最优固相烧结工艺。等离子球化处理能有效地改善喂料的流动性。等离子球化处理后的喂料松装密度为2.09 g/cm3，振实密度为3.26 g/cm3，流动性为22.3 s/(50 g)。结论 采用纳米粉体再造粒技术成功制备出纳米结构Gd2Zr2O7粉体喂料。该喂料颗粒内部结构致密，外部表面光滑，球形度好，适合等离子喷涂，有望成为下一代热障涂层和环境障涂层。
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  冷喷涂IN718涂层组织及性能研究

  王皓杰, 武三栓, 张科杰, 孙文, 黄仁忠, 余敏, 谢迎春

  表面技术. 2022, 51(10): 361-369. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.039

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  目的 针对Ti6Al4V耐磨性能较差的问题，利用高压冷喷涂技术在Ti6Al4V基体表面以不同的工艺参数制备了IN718涂层，为在Ti6Al4V基体表面制备高性能IN718涂层提供基础理论依据。方法 采用光学显微镜和扫描电子显微镜对涂层组织、断口形貌进行观察分析，以便更好地了解不同的工艺参数和工作气体类型(He/N2)对IN718涂层组织形貌、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果 以N2为推进气体制备的IN718涂层，其结合强度为115 MPa，硬度为557HV0.3，孔隙率约为0.24%，涂层磨损率为5.34×10^–4 mm³/(N.m);以He为推进气体制备的IN718涂层，其结合强度可高达256 MPa，是以N2为推进气体制备涂层的2倍多，硬度为602HV0.3，明显高于以N2为推进气体制备的涂层，涂层孔隙率和缺陷明显减少，孔隙率测试结果约为0.1%，涂层更加耐磨，磨损率为3.51×10^–4 mm³/(N.m)。结论 相较于以N2为推进气体制备的IN718涂层，以He为工作气体制备的IN718涂层的组织更致密、涂层孔隙率更小，硬度和结合强度更高，耐磨性能更好，所以采用He可以制备出性能更加优异的IN718涂层。
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  大气等离子喷涂YSZ 涂层中CMAS 渗透行为分析

  丁坤英, 李志远, 王璐璐, 董仲伸

  表面技术. 2022, 51(10): 370-379. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.040

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  目的 建立大气等离子制备的热障涂层的结构特征与高温环境中CMAS渗透速率之间的定量关系，分析微裂纹、孔洞等缺陷对渗透行为的影响。方法 利用大气等离子喷涂方法制备ZrO2-8％Y2O3（YSZ）涂层。用摩尔比为45SiO2︰33CaO︰13AlO1.5︰9MgO的CMAS涂覆涂层表面，在1 200 ℃条件下进行CMAS渗透试验。通过SEM、EDS、XRD对涂层微观结构和物相进行测试，并通过图像分析处理软件计算涂层的孔隙率，分析孔径的分布规律。测量CMAS渗透速率，分析涂层结构对渗透速率的影响，改进CMAS理论渗透速率计算方法。结果 熔融态的CMAS能够快速渗透涂层，使得涂层的孔隙率由12.8%降至4%。YSZ涂层中直径大于3 μm的孔隙不易被填充。把有效孔隙率引入到CMAS渗透速率的计算中，可以将计算结果与实测结果之间的偏差降至5%以内。CMAS渗透后30 min内，YSZ未发生明显的相变，40 min后发现涂层出现腐蚀现象。结论 大气等离子喷涂YSZ涂层中微裂纹的直径尺寸影响CMAS渗透速率，而曲折程度对渗透速率的影响较小。直径较小的裂纹能够加速渗透，直径较大的孔洞可以阻碍CMAS的渗透。由于大气等离子喷涂YSZ中存在大量直径较小的微裂纹，使得高温环境中CMAS能够在较短时间内渗透YSZ涂层，使涂层出现致密化。