2022年, 第51卷, 第4期　
刊出日期：2022-04-20

  

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研究综述
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  海水电池用镁合金阳极的研究进展

  谷亚啸, 江静华, 谢秋媛, 马爱斌, 高正

  表面技术. 2022, 51(4): 1-13. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.001

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  海水电池用镁合金阳极因其较负的电极电位、低的质量密度、大的电化学当量而受到人们的广泛关注。概述了近年来有关海水电池用镁合金的研究进展。首先，介绍了常见镁合金海水电池的分类(镁/金属氯化物电池、镁/海水溶解氧电池、镁/过氧化氢半燃料电池)，详细说明了几种电池的工作条件与应用领域。其次，归纳了镁合金海水电池存在的问题，包括不可避免的自腐蚀(如电偶腐蚀、点腐蚀等)以及负差数效应，这些副反应会产生大量的氢气并导致镁阳极利用率的下降。除此之外，腐蚀反应生成的腐蚀产物会覆盖电极表面，减少电极的活性区域，使得阳极的工作电位很难达到技术要求。针对上述存在的问题重点探讨了近年来的改进措施，具体有合金化、热处理、塑性变形。目前，应用广泛的合金系主要有Mg-Hg-Ga系、Mg-Al-Pb系、Mg-Al-Zn系等，在此基础上再进行挤压、轧制等塑性变形，并结合退火、均匀化等热处理方式，从而制备出高性能的镁阳极材料。最后，展望了未来海水镁合金阳极的发展方向。
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  固体氧化物燃料电池金属连接体防护涂层研究进展

  江舟, 文魁, 刘太楷, 董勇, 邓畅光, 刘敏

  表面技术. 2022, 51(4): 14-23, 103. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.002

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  铁素体不锈钢因具有良好的耐腐蚀性、高电导率、高热导率等诸多优异性能，是常用的中低温固体氧化物燃料电池(SOFC)用连接体材料，但是含Cr不锈钢在600~800 ℃的SOFC工作温度下存在高温氧化带来的界面电阻增大、Cr元素毒化阴极等问题。从连接体材料、防护涂层种类及其制备方法出发，简述了金属连接体材料的选择和Cr毒化阴极机理，重点阐述了活性元素氧化物涂层、稀土钙钛矿涂层以及尖晶石涂层对连接体的保护作用和近些年新的研究进展，并归纳了SOFC金属连接体表面涂层常用的制备方法和特点。介绍了稀土元素氧化物涂层对合金氧化膜的影响机制和应用局限性。总结了La1–xSrxCrO3、La1–xSrxCoO3、La1–xSrxMnO3等常用钙钛矿涂层的优势和不足，并分析了掺杂对钙钛矿涂层性能的影响。重点综述了过渡金属元素掺杂、稀土元素掺杂对Mn-Co、Cu-Mn尖晶石涂层电导率、热膨胀系数匹配性、涂层结合情况等的影响，元素掺杂在一定程度上可以改善涂层的电导率和提高阻Cr效果，但是仍需要进一步研究掺杂量、长期稳定性等问题。最后，对金属连接体防护涂层存在的问题和今后研究工作的重点作出了展望。
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  钨及其合金超精密抛光研究进展

  许良, 王林, 陈泓谕, 杭伟, 吕冰海, 袁巨龙

  表面技术. 2022, 51(4): 24-36. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.003

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  钨及其合金是当今高新技术产业重要的基础材料。近年来，科技的发展对材料表面质量提出了更高的要求，因此在特定条件下有必要对钨及其合金进行超精密抛光。聚焦高效、高质量、低损伤抛光，结合国内外相关研究，对适用于钨及其合金的超精密抛光方法如化学机械抛光(CMP)、电化学抛光(ECP)、磁流变抛光(MRF)、电流变抛光(ERP)、力流变抛光(FRP)进行了综述，阐述了各种抛光方法的加工原理、特点及其材料去除机理。从加工效率、加工精度、加工成本、环保等方面进行比较，概述了各种抛光方法的优势及其局限性。考虑到钨及其合金不同的应用需求，适用的抛光方法不尽相同。CMP、ECP主要用于钨及其合金的高效抛光，但存在抛光液污染的问题。MRF、FRP则可实现复杂曲面的超精密抛光，是较有前景的抛光新方法。最后从丰富理论体系、优化抛光工艺、注重经济环保3个方面对钨及其合金超精密抛光的发展趋势进行了展望。
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  切削法制备超细晶材料研究进展与展望

  焦锋, 孙海猛, 牛赢, 李成龙, 王壮飞

  表面技术. 2022, 51(4): 37-49, 65. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.004

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  综述了切削法制备超细晶材料时加工参数和工艺条件对晶粒细化的影响，分析了切削法制备超细晶材料的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性等，探讨了超声振动复合切削法制备超细晶材料的可能性。在超声振动加工中，材料受低应力高速、高频撞击的影响，会发生严重的塑性变形，表面大尺寸的晶粒得到细化，同时超声振动还可以在材料表面形成表面微结构，进一步改善材料性能。因而提出将切削法和超声振动相复合，高效制备具有功能微结构的超细晶材料，为微型零件超细晶材料制备提供新的工艺选择以及理论和技术支撑。
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  薄膜/涂层材料界面结合强度评价方法研究进展

  潘晓龙, 胡小刚, 赵婧, 邱龙时

  表面技术. 2022, 51(4): 50-65. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.005

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  薄膜/涂层与基体间的结合强度作为评价膜层质量的关键指标之一，是保证膜层满足力学、电学、光学以及磁学等使用性能的根本前提。薄膜/涂层材料界面结合性能的表征是表面科学与工程领域的重要组成部分，亦是研判和预防界面失效的基本依据。近年来，新材料、新装备、新技术和新工艺的不断涌现，加剧了界面微观结构的复杂性和结果的不可预测性，同时对膜/基界面结合强度的评价也提出了更高的要求。目前，用于膜/基界面结合强度的评价方法种类繁多，测试原理各异，适用范围不同，且尚无一种方法适用于所有的材料体系。准确评价膜/基界面结合强度对界面性能的控制、改善，以及对膜层的服役行为和寿命的预估具有重要指导意义。首先，简要介绍了界面结合强度的物理含义，明晰了“本征结合强度”与“实际结合强度”间的差异，并从断裂力学的角度描述了界面结合强度的表征模型。然后，将当前常用的评价方法按照加载方式划分为静态加载方法(包括拉伸法、剥离法、划痕法、压入法、鼓泡法、弯曲法等)和动态加载方法(往复划痕法、冲击法、循环压入法、接触疲劳法等)，并进行了分类评述。系统梳理了各种评价方法的基本原理、技术特点、力学模型，概括了不同评价方法的优势及不足。此外，归纳了适用的涂层材料体系和涂层厚度范围，综述了薄膜/涂层材料界面结合强度评价方法的研究现状。在静态评价方法中，划痕法和表面压入法因具有测试简单、耗时少、试样无需特殊处理，且有专业商用化设备可供使用等优点，是目前最为常用的膜基结合强度测试方法。相较于静态方法，采用动态方法来评价界面结合强度更加贴近服役工况，可为薄膜/涂层材料失效提供更为准确的预判。在动态评价方法中，滚动接触疲劳法和循环压入法具有对界面因素敏感、可定量化和可动态化监测等优点，在膜基结合强度评价上展示出良好的应用前景。最后，展望了界面结合强度评价方法未来的发展方向，未来应当开发更加高效、准确的评价方法，构建统一的评价标准和表征参量，建立完整的界面安全和失效评价体系，以期为膜/基界面结合强度的合理及准确评价提供参考，拓展薄膜/涂层材料在新领域和新方向上的应用广度和深度。
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  镁合金微弧氧化复合膜研究进展

  唐洋洋, 李林波, 王超, 杨潘, 杨柳, 王丹

  表面技术. 2022, 51(4): 66-76, 91. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.006

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  微弧氧化(MAO)表面处理技术常用于改善镁合金的特定性能，但MAO膜容易产生微孔和微裂纹从而降低镁合金的耐蚀性。为了提高镁合金微弧氧化膜的使用寿命，主要综述了国内外MAO工艺过程调节措施和MAO膜后处理技术的最新研究进展，重点介绍了近年来国内外镁合金MAO复合膜的研究热点。着重介绍了通过工艺过程调节提高镁合金MAO膜长期保护性能的几项措施:通过电参数和电源类型调节协同电解液成分调整提高MAO膜耐蚀性;通过加入电解液添加剂提高MAO电解液稳定性和电导率;利用具有自封孔作用的添加剂可以参与成膜的特点提高MAO膜致密性;通过复合工艺在MAO膜传统封孔后进一步封闭孔隙。此外，详细介绍了包括疏水涂层、化学镀、类金刚石涂层、生物膜涂层等复合膜工艺的研究进展，强调了复合膜不仅耐蚀性高而且具有功能化应用前景:超疏水复合膜对镁基底具有主动的腐蚀保护作用，超疏水膜协同MAO膜可以提高表面的疏水性;镀镍层致密无微孔且与MAO膜交错咬合能够改善镁MAO膜的导电性和耐蚀性;MAO涂层代替金属缓冲层能够提高类金刚石涂层和基体界面结合强度;生物复合涂层不仅耐蚀性高还具有促进细胞增殖和分化生物活性的作用。最后，基于镁合金MAO工艺研究现状，对MAO复合膜未来发展趋势进行了展望。
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  双相不锈钢及其焊接接头腐蚀研究进展

  艾建阳, 胡裕龙, 王皓, 刘信

  表面技术. 2022, 51(4): 77-91. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.007

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  双相不锈钢耐点蚀、耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀性能优良，是优良的海洋用金属材料，但其焊接接头常成为薄弱区而发生腐蚀问题。从材料因素综述了双相不锈钢腐蚀研究的进展。首先，总结了合金元素和热处理对双相不锈钢耐腐蚀性能的影响。合金元素分配及其引起的二次相析出及产生的元素贫化区、铁素体/奥氏体相比例的变化决定双相不锈钢的耐腐蚀性能，固溶处理可消除二次相及其周围的贫Cr区、改善铁素体/奥氏体相比例而提高钢的耐腐蚀性能。其次，分析了双相不锈钢焊接接头的腐蚀特点，综述分析了焊接方法、热输入、保护气体、焊后热处理对焊接接头耐蚀性的影响。钨极氩弧焊(TIG)焊接接头的耐局部腐蚀性能良好，采用合适热输入的多道焊，并控制好层间温度，可提高焊接接头的耐腐蚀性能。固溶处理虽可提高接头的耐腐蚀性能，但目前难以应用于管路等工程构件的焊接接头。最后，简要探讨了目前不锈钢腐蚀研究存在的问题和下一步的研究方向。
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  空间冷焊效应的研究进展

  苍悦天, 张凯锋, 周晖, 万志华, 郝宏, 胡汉军

  表面技术. 2022, 51(4): 92-103. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.008

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  综述了自20世纪60年代以来国内外航天机构对空间冷焊效应的研究成果。首先，从晶体结构与能量角度阐述了空间冷焊效应的机理，并讨论了表面氧化物、非化学计量化合物和晶体缺陷在冷焊效应中的作用。接着针对冷焊效应的主要影响因素，分别从接触类型、基体材料特性、接触面积与应力等方面进行了深入的分析，具体包括静载、冲击和微动3种接触类型下冷焊效应的差异，不同材料对偶间粘着力大小的对比以及接触面积和应力对冷焊效应的影响。随后介绍了国内外冷焊效应研究设备概况。在此基础上，归纳了3种空间活动机构常用基体材料(Fe、Al和Ti基金属材料)的冷焊防护措施，具体包括镀MoS2、TiC和DLC等涂层以及硬质阳极氧化、等离子体电解氧化等处理方法。最后，针对我国目前空间冷焊效应的研究现状，提出了研究重点与发展建议。
摩擦磨损与润滑
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  NiCoCrAlYTa/WC-Co复合涂层的制备及摩擦学性能研究

  邓雯, 郝恩康, 安宇龙, 刘光, 唐霖

  表面技术. 2022, 51(4): 104-111. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.009

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  目的 为了改善MCrAlY涂层的耐磨损性能，通过在NiCoCrAlYTa粉末中添加不同比例的硬质相WC-Co粉末(质量分数为25%、50%、75%)，将2种粉末充分地机械混合、振荡均匀后，采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术，制备不同配比的NiCoCrAlYTa/WC-Co复合涂层。方法 利用 SEM、XRD、EDS等分析了复合涂层的微观形貌、物相组成和元素分布规律等;研究该复合涂层的力学性能、摩擦学性能以及摩擦磨损机理等。结果 采用HVOF技术制备的NiCoCrAlYTa/WC-Co复合涂层结构致密，各元素及物相分布均匀;硬质相WC-Co的添加提高了涂层的显微硬度，同时也可显著改善复合涂层的耐磨损性能;复合涂层的摩擦因数随着WC-Co含量的增加逐渐增大，而磨损率逐渐减小。当WC-Co的添加量为75%时，复合涂层的摩擦因数最大，约为0.84;磨损率最小，约为9.28×10^-6 mm³/(N.m)。结论 在金属基涂层中引入硬质相WC-Co可有效提高涂层的硬度，并且提升该涂层的耐磨损性能，为金属基涂层发挥优异的摩擦学性能提供理论基础。
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  等离子喷涂NiAl-V2O5/CuO复合涂层的宽温域摩擦学行为

  苟海龙, 贾均红, 陈体军, 杨杰, 何乃如, 陈威

  表面技术. 2022, 51(4): 112-120. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.010

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  目的 以具有较好低温润滑性能的V2O5和CuO为复合润滑相，设计并制备在宽温域下具有良好摩擦学性能的NiAl基高温润滑耐磨涂层。方法 采用大气等离子喷涂技术(APS)制备了不同配比的NiAl-V2O5/ CuO复合涂层，并探究其在宽温域内(RT~800 ℃)的摩擦学性能。利用SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射仪)和Raman(激光拉曼散射仪)等，分析了涂层在宽温域下的摩擦表面结构和物相变化及磨损机理。结果 复合涂层为典型的等离子喷涂层状结构，氧化物分布较为均匀，随氧化物含量的增加，涂层孔隙率上升。复合涂层在宽温域内有良好的润滑性能，室温和高温(800 ℃)下NiAl-10% V2O5/CuO涂层的摩擦因数分别低至0.39和0.21。磨损率随复合氧化物含量的增加而增大，但在室温和高温段均较低，其中10% V2O5/CuO添加的复合涂层在室温和高温下的磨损率分别为4.3×10^?5 mm³/(N?m)和5.1×10^?5 mm³/(N?m)。高温摩擦促使三元氧化物Ni3V2O8、Cu3V2O8和CuV2O6的生成，这些新生相与CuO、V2O5、NiO等在磨损表面形成润滑层。结论 V2O5/CuO的复配明显改善了涂层在室温和高温段的摩擦学性能，但随着氧化物含量的增加，涂层力学性能下降，磨损率随之增大。高温下涂层润滑性能的明显提升归因于磨损表面形成的三元氧化物高温润滑膜。
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  42CrMo4钢硼氮离子复合渗与离子渗氮对比研究

  麻恒, 赵晓兵, 魏坤霞, 罗琪, 刘细良, 胡静

  表面技术. 2022, 51(4): 121-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.011

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  目的 为了进一步提高42CrMo4钢离子渗氮层的硬度，研发硼氮离子复合渗创新技术，并与离子渗氮层特性进行对比研究。方法 在520 ℃、6 h的相同工艺条件下，对42CrMo4钢分别进行硼氮离子复合渗和离子渗氮处理。利用光学显微镜、XRD、显微硬度计、摩擦磨损测试机和电化学工作站对截面显微组织、物相、截面硬度、耐磨性和耐蚀性进行测试和分析。结果 硼氮离子复合渗可显著提高渗氮效率，在520 ℃、6 h工艺条件下，化合物层厚度由18.78 μm增加到29.44 μm，有效硬化层厚度由265 μm增加到355 μm。同时，硼氮离子复合渗后在渗层形成了硼铁化合物FeB和Fe2B，显著提高了渗层的硬度和耐磨性;表面硬度由750HV0.05提高至1 002HV0.05，耐磨性和耐蚀性明显提高，磨损率由3.06 mg/cm²下降到1.02 mg/cm²;自腐蚀电位由–648.89 mV提高至–494.32 mV。结论 与离子渗氮相比，硼氮离子复合渗具有显著优势，不仅可以提高离子渗效率，还可显著提升渗层性能，包括渗层硬度、耐磨性和耐蚀性。
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  涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型

  郝贠洪, 张飞龙, 宣姣羽, 刘艳晨

  表面技术. 2022, 51(4): 127-138, 156. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.012

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  目的 建立涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型，重构冲蚀损伤表面形貌，为涂层风沙冲蚀损伤表面形貌研究提供基础。方法 进行了聚氨酯防腐面漆涂层风沙冲蚀损伤试验，建立了多粒径粒子冲击模型，利用赫兹接触理论求解冲击损伤面积及其分布概率，分析表面损伤的演化规律得到损伤面积增长迭代关系式，结合分形分布理论求解损伤表面分形维数，分析不同参数对理论模型的影响。利用理论模型重构损伤表面形貌、预测表面分形维数并与试验结果进行对比分析。结果 冲蚀试验中，随冲蚀时间、角度的增加，随机均匀分布的损伤区域逐渐叠加联通，分形维数也随之增大;表面分形维数存在最大值，斜角度下单粒子冲击损伤区域为彗星形。理论模型中，主导粒子粒径越大，分形维数初期增长速度越慢;冲击损伤面积越大，分形维数初期增长速度越快;损伤尺度系数越大，分形维数最大值越大;冲蚀前损伤面积越大，初始分形维数越大。对比理论模型与试验结果，重构损伤表面形貌损伤演化规律与试验结果相似，表面形貌余弦相似性及分形维数相关性系数均大于0.9。结论 通过分析固体粒子冲蚀现象特点和试验结果，发现风沙冲蚀是非线性的反馈的动力学系统，涂层冲蚀表面形貌具有迭代的损伤演化过程。基于此建立涂层风沙冲蚀损伤表面分形维数预测模型，可利用风沙流参数有效预测不同冲蚀时间下损伤表面分形维数、重构损伤表面形貌。理论模型预测结果与试验结果具有较高的相似性，可以为涂层风沙冲蚀损伤表面形貌研究提供基础。
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  多弧离子镀制备TiAlCN和TiAlN涂层的结构和摩擦磨损性能

  段佳妮, 李文正, 赵春蕾, 赵远, 董敏鹏, 袁志威, 李金龙

  表面技术. 2022, 51(4): 139-148. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.013

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  目的 对比研究TiAlCN和TiAlN涂层的结构、塑韧性、结合力和摩擦磨损性能。方法 采用多弧离子镀技术制备了TiAlCN和TiAlN涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究了涂层的微观形貌、元素和物相组成。通过纳米压痕、纳米划痕、划痕测试仪和摩擦磨损实验研究了涂层的硬度、塑韧性、结合力和摩擦学性能。结果 TiAlCN和TiAlN涂层表面均匀致密，有明显的柱状晶结构特征。TiAlN涂层的硬度(29.4±2.2) GPa大于TiAlCN涂层的硬度(22.5±1.1) GPa。TiAlCN涂层的H/E、H³/E^*2、塑韧性和结合强度优于TiAlN涂层。大气环境摩擦时TiAlN和TiAlCN涂层的摩擦因数分别为0.80和0.38，TiAlCN涂层的摩擦因数远低于TiAlN。TiAlN和TiAlCN的磨损率分别为1.4×10^?5 mm³/(N.m)和9.1×10^?6 mm³/(N.m)，TiAlCN涂层具有更低的磨损率。结论 碳元素的掺入可以明显改善TiAlCN涂层的塑韧性和摩擦磨损性能，这主要归因于TiAlCN涂层优异的抗变形能力和无定形碳的润滑作用。
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  航空渐开线花键微动磨损的仿真模拟研究

  于司泰, 兰惠清, 蔡建斌, 蔡智杰

  表面技术. 2022, 51(4): 149-156. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.014

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  目的 针对航空渐开线花键微动磨损严重的工程问题，研究多种因素对花键副受力与微动磨损的影响及键齿间的差异。方法 建立以微动磨损机理为基础的渐开线花键副微动模型，通过对比工程检测数据验证了花键副微动模型的合理性，并采用不同的加载方式研究分析各载荷对直升机减速器花键副的影响，并对比分析微动幅值、动载系数以及不对中量对花键传动应力分布与微动磨损的影响。结果 转速载荷的效应均方值远大于转矩载荷的效应均方值。微动幅值为20~80 μm，动载系数为1.0~1.5，轴向不对中量为?0.05~ 0.05 mm，键齿接触应力与磨损量随各因素的增大而增加。键齿啮合区近齿根处的接触压力与微动磨损量均最大。不同向的轴向不对中对齿间差异的影响不同，键齿6~9与键齿15~18受轴向不对中的影响最明显。结论 花键传动中，相较于传动扭矩，传动转速对应力的影响更显著。键齿啮合区近齿根处应力集中较为明显，微动磨损严重。随微动幅值、动载系数与不对中量的增加，微动磨损显著增大，花键副的对中特性能够减小不对中量的影响。键齿的不同啮合区域与键齿间均存在受力与磨损程度上的差异。
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  恒定流速下三角型沟槽隔水管减阻性能的仿真分析

  何霞, 杨成宇, 王国荣, 钟林, 蒋雯婧

  表面技术. 2022, 51(4): 157-166. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.015

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  目的 为了提高隔水管的使用寿命和保障深水钻井的安全性，在只考虑同一流速下的海流力、不同沟槽的布置对隔水管受力影响的工况下，利用织构减阻的原理，将三角型沟槽织构引入隔水管表面来起到降低隔水管绕流阻力的作用。方法 采用大涡数值模拟，建立三角沟槽织构隔水管力学模型，在恒定流速下开展三角型沟槽深度和宽度几何参数对隔水管升阻力系数、速度场分布、压力系数分布、涡量分布影响规律的仿真分析，并与光滑隔水管的速度场分布、压力系数分布、速度矢量场分布进行对比。结果 在南海恒定平均流速0.3 m/s的模拟工况下，当三角型沟槽织构沟槽个数为32时，沟槽织构隔水管的升阻力系数均小于光滑隔水管，起到了减阻抑升的作用，且在深度为0.14 mm、宽度为1.96 mm的条件下，隔水管的阻力系数降低了65.02%，升力系数均方根降低了78.3%，减阻效果最佳。结论 建立了一套恒定流速下三角型沟槽隔水管绕流减阻优化设计与评价的新方法，为利用三角型沟槽织构改善隔水管的疲劳失效、提升其使用寿命提供了理论参考。
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  超高速激光熔覆Stellite 6涂层的抗汽蚀及冲蚀性能

  张林, 刘刚, 曾东, 李勇, 刘福广, 张璐, 谢长宁

  表面技术. 2022, 51(4): 167-175. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.016

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  目的 提高水利机械常用ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢的抗汽蚀、冲蚀性能。方法 采用超高速激光熔覆技术在ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢基体上制备Stellite 6涂层。用X射线衍射仪(XRD)分析涂层物相。用扫描电子显微镜(SEM)及能谱(EDS)研究涂层组织结构特征。用HV-1000型显微硬度计测试了涂层的硬度分布。用超声振动汽蚀试验设备研究了涂层抗汽蚀性能。用喷射型冲蚀磨损试验机研究了涂层的抗冲蚀性能。通过SEM分析试样表面的汽蚀、冲蚀形貌。结果 STELLITE 6涂层厚度约为400 μm，主要由FCC结构的γ-Co枝晶固溶体与Cr23C6共晶碳化物组成。涂层致密程度较高，涂层中Co、Cr的质量分数分别为55.6%、27.6%，完美地继承了粉末的原始成分。Stellite 6涂层的显微硬度为570HV0.1，与不锈钢基体相比提升了2.3倍，热影响区深度仅为70 μm。随着超声振动汽蚀试验周期的延长，涂层与不锈钢失重线性增加，冲蚀24 h后涂层的损失量为1.1 mg，不锈钢的损失量为8.0 mg。经过180 s的小角度(30°)冲蚀试验后，Stellite 6涂层的损失量为9.1 mg，不锈钢的损失量为13.5 mg。结论 超高速激光熔覆Stellite 6涂层很好地保留了熔覆层粉末的原始成分，涂层组织结构致密、稀释率低、热影响区窄，高硬涂层显著提高了水利机械常用ZG06Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢的抗汽蚀及冲蚀性能。
腐蚀与防护
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  630 ℃煤电锅炉用S31035管材的高温腐蚀性能

  刘宇钢, 刘银河, 莫春鸿, 潘绍成, 冉燊铭, 张民强

  表面技术. 2022, 51(4): 176-182. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.017

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  目的 研究630 ℃煤电锅炉高温级换热部件候选管材S31035耐高温硫腐蚀性能。方法 涂覆高碱、低碱两类煤灰的S31035试样被置于充满模拟烟气(700 ℃、SO2体积分数为0.3%)的试验装置中进行反应。试验期间，对样品进行多次称量，进而绘出腐蚀动力学曲线。观察试样宏观特征，且采用X-射线衍射设备、电子显微镜和能谱分析设备等，对腐蚀生成物的表面/截面微观形貌及成分进行分析。结果 试样在低碱煤灰中腐蚀，表面生成了相对致密的(FeCr)2O3氧化膜，腐蚀生成物层很薄，腐蚀轻微。而对应高碱煤灰，腐蚀生成物分层生长且严重剥离，腐蚀2 000 h失重27 mg/cm²，且在腐蚀层中出现了Cr和S富集，发生了较严重的高温硫腐蚀。煤灰的碱金属含量是影响S31035耐高温硫腐蚀性能的关键因素。在相同的高硫环境中，涂覆低碱煤灰时，试样的耐高温腐蚀性能良好;涂覆高碱煤灰时，试样的耐高温腐蚀性能较差。结论 S31035可应用于630 ℃煤电锅炉高温级换热部件，当燃用高硫煤时，可通过加强清除部件表面煤灰来抑制高温腐蚀。
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  热带海洋大气环境下不锈钢的腐蚀寿命评估

  尹程辉, 潘吉林, 陈俊航, 白子恒, 李曌亮, 余伟, 冯利军, 肖葵

  表面技术. 2022, 51(4): 183-193, 246. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.018

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  目的 给出一种模拟万宁海洋大气环境的室内加速环境谱并对典型不锈钢材料进行寿命预测。方法 采用失重法对4种不锈钢的耐蚀性进行宏观分析。采用X射线光电子能谱分析仪(XPS)对4种不锈钢的腐蚀产物类型进行分析。采用扫描电子显微镜(SEM)对4种不锈钢的腐蚀产物进行微观分析。采用腐蚀电化学法对4种不锈钢进行宏观电化学分析。采用灰色关联度分析法研究室内加速环境谱与万宁海洋大气环境下户外暴露试验的相关性。结果 4种不锈钢的腐蚀失重速率都随着试验时间的增加而降低，其中430不锈钢腐蚀速率的减小程度最明显。4种不锈钢均在室内加速腐蚀试验中表现出较好的耐蚀性，耐蚀性由好到差依次为2205、316L、304、430不锈钢。XPS结果显示，304不锈钢与316L不锈钢的腐蚀产物主要为Fe2O3和Fe3O4;2205不锈钢的腐蚀产物主要包括Fe2O3以及FeOOH或FeCr2O4;430不锈钢的腐蚀产物属于典型不锈钢的腐蚀产物，主要由Fe2O3、Fe3O4和FeOOH组成。电化学分析表明，304、316L、2205不锈钢的容抗弧半径均在试验前期增大后期减小，430不锈钢的容抗弧半径随试验周期的增长不断减小。4种不锈钢的腐蚀电流密度和点蚀电位的变化趋势相同，腐蚀电流密度均为前期减小后期增大，点蚀电位不断升高，3周期后达到峰值随后降低。灰色关联度方法分析表明，室内加速试验环境谱与万宁户外暴露试验符合腐蚀动力学一致原则，并建立了腐蚀预测模型，各种不锈钢的预测模型为T304=1 030.499t^{0.761 524}、T316L=1 323.981t^0.712401、T2205=3 451.543t^{0.858 627}、T430=2 813.697t^{0.632 819}。结论 该种模拟万宁海洋大气环境的室内加速谱能够有效地模拟万宁海洋大气环境，并有效推断和评估典型不锈钢材料在海洋大气环境下的腐蚀行为和寿命。
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  等离子体密度调控CrN薄膜结构改性Ti6Al4V双极板

  杜峰, 周艳文, 王英涵, 方方, 张开策, 粟志伟, 徐帅, 王鼎

  表面技术. 2022, 51(4): 194-201, 210. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.019

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  目的 满足质子交换膜燃料电池双极板的使用要求。方法 采用热丝增强等离子体磁控溅射技术，通过改变热丝放电电流调控溅射等离子体密度，在Ti6Al4V(TC4)合金表面制备了氮化铬(CrN)薄膜。结果 随着热丝放电电流从0 A增加至32 A，真空腔内等离子体密度增强，?50 V偏压下基体偏流密度从0.07 mA/cm²增至0.7 mA/cm²。CrN薄膜择优取向从低应变能的(111)转变成表面能更低的(200)择优取向。薄膜表面形貌由较疏松的四棱锥型转变成致密球形;无热丝时，CrN薄膜显示有铬的(110)衍射峰且铬原子数分数为52.16%，为富金属薄膜。热丝放电电流为16 A和32 A时，CrN薄膜中的铬原子数分数分别降至50.79%和49.82%，且无Cr的衍射峰，即逐渐转变为贫铬。采用热丝辅助磁控溅射，将使氮气离化率增大，活性增强，引起薄膜贫铬。模拟双极板工作环境下，与TC4腐蚀电流密度1.5×10^?8 A/cm²相比，CrN薄膜的腐蚀电流密度由无热丝的3×10^?5 A/cm²降至使用热丝的9×10^?9 A/cm²。对电化学阻抗谱拟合等效电路表明，无热丝放电电流条件下制备的CrN薄膜等效电路中出现了基体与涂层间的电阻，说明疏松涂层为腐蚀液提供了通道，在基体和涂层间形成了腐蚀。16 A和32 A热丝放电电流条件下制备的CrN薄膜与表面无涂层的钛合金等效电路相同，说明致密涂层能有效阻碍腐蚀介质的渗入，具有最佳腐蚀抗性。无热丝放电电流时接触电阻为7.95 mΩ.cm²，热丝放电电流16 A时接触电阻增至15.65 mΩ.cm²，32 A时接触电阻大幅增加。结论 在质子交换膜燃料电池双极板备选材料钛合金表面制备致密CrN薄膜，增强了基体的耐蚀性，但贫铬组分导致薄膜电阻增大。在钛合金电极板表面制备致密且略富金属或化学剂量比相当的CrN薄膜，将满足其作为燃料电池双极板的使用条件。
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  基于多种失效模式及其随机相关性的地下管道腐蚀可靠性分析

  王晓敏, 骆正山, 高懿琼, 孔玉磊

  表面技术. 2022, 51(4): 202-210. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.020

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  目的 考虑不同时间点载荷效应过程的相关性以及不同失效模式之间的相关性，提出了一种确定受腐蚀影响的具有多种失效模式的地下钢管系统失效概率的方法。方法 失效钢管受腐蚀的形态包括断裂、强度破坏、挠度和屈曲，它们都是随机过程，并相互关联。采用高斯过程的第一通道概率理论对其进行量化，蒙特卡罗模拟在每个时间点计算均值函数μL(t)和标准差σL(t)负载效应的过程，相关矩阵包含不同失效模式之间的相关系数作为时间的函数，计算了各失效模式的失效概率，然后通过考虑不同失效模式之间的相关性确定了系统的失效概率。通过一个案例研究来验证该方法的可靠性，并通过敏感性分析，研究关键变量对腐蚀钢管失效概率的影响。结果 不同失效模式之间的相关性以及失效事件在时间维度上的相关性，对单一模式的失效概率以及系统失效概率的量化评价具有较大的影响，在诸多影响因子中，腐蚀模型中的乘数常数k、指数常数n和管厚d对失效概率的影响最大。随管道使用年限的增加，n与d有增大的趋势，n值的上限在不同的失效模式下均可达到0.8以上，d则可增至–0.2以上;同时，k逐年减小，其最低值可降至0.2左右。结论 考虑时变因素的可靠性算法是腐蚀影响下的埋地钢管失效评估的有效工具，对腐蚀作用下的埋地钢管进行失效预测，确定时间维度上管道相关位置载荷作用过程的自相关系数和不同失效模式之间的相关性，能够提高管道失效概率预测的准确性。
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  pH响应的TiO2基纳米容器的制备及缓蚀性能

  武亚琪, 邢锦娟, 陈曹玥, 刘琳

  表面技术. 2022, 51(4): 211-218, 235. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.021

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  目的 提高环氧树脂涂层对钢片的耐腐蚀性。方法 采用水热法和NaF刻蚀法合成了中空TiO2纳米颗粒，以此为材料基底，在TiO2内部封装了苯并三氮唑(BTA)缓蚀剂，并以正硅酸乙酯(TEOS)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为硅源，在封装BTA缓蚀剂的TiO2外表面包覆了硅膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱仪(EDS)、X射线粉末衍射仪(XRD)、热重分析仪(TGA)及紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)等，对纳米容器(TiO2@BTA@SiO2)的微观形貌、物相和结构进行了表征，并通过UV-Vis测试了纳米容器在不同pH值(2、4、7)下BTA的释放行为。采用极化曲线测定了钢片在不含和含有修饰TiO2的0.3% NaCl溶液中不同pH值下的抗腐蚀行为。结果 pH=2时纳米容器中封装的BTA释放率最大，超过90%的BTA在24 h内释放出来，腐蚀抑制率为80.7%。经交流阻抗(EIS)测试表明，在浸泡周期(1~7 d)内epoxy@修饰TiO2涂层的阻抗变化值基本维持在1个数量级以内，并且阻抗性能整体高于空白涂层。结论 TiO2@BTA@SiO2纳米颗粒的掺杂提高了环氧树脂涂层的耐腐蚀性能，延长了涂层的使用时间。
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  纯铜表面等离子渗钽层的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能

  吕绪明, 何荧, 江涛, 杨凯, 党博, 张平则

  表面技术. 2022, 51(4): 219-226. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.022

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  目的 提高纯铜表面等离子渗钽层的耐磨性能和耐腐蚀性能。方法 采用双辉等离子表面合金化技术在纯铜表面制备渗钽层。通过扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析渗钽层的微观形貌、元素分布和物相结构。利用纳米压入和表面划痕试验测量渗钽层的硬度和与基体的结合强度。通过摩擦磨损和电化学试验评价渗钽层的耐磨性能和耐腐蚀性能。结果 使用双层辉光等离子表面合金化技术可以在纯铜表面制备出组织致密均匀、内部无孔隙的渗钽层，与基体结合良好，膜层厚度约为12 μm且与基体存在3 μm厚的互扩散过渡层。渗层物相主要为α-Ta，与基体的结合力为25.8 N，渗Ta处理后，试样表面纳米硬度从1.5 GPa提高到7.0 GPa。与纯铜基体相比，渗钽层的摩擦因数从1.15降低到0.82，比磨损率由基体的46.97×10^?5 mm³/(N.m)降至渗钽层的22.91×10^?5 mm³/(N.m)，耐磨性得到提高。纯铜基体主要表现出黏着磨损现象，而渗钽层则表现出轻微的磨粒磨损。渗钽试样在3.5% NaCl溶液中的自腐蚀电位和极化电阻均显著提高，自腐蚀电流密度下降，耐腐蚀性能优异，渗钽层对基体起到很好的腐蚀保护作用。结论 通过双层辉光等离子表面合金化技术在纯铜表面制备得到致密均匀的渗钽层，可有效地提高纯铜的耐磨性能和耐腐蚀性能。
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  一种低吸水率聚硫橡胶改性环氧树脂重防腐基体的制备

  潘巍, 李瑜, 辛颉, 孙昭宜, 王国荣, 王清鑫

  表面技术. 2022, 51(4): 227-235. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.023

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  目的 为提高防腐涂层基体的力学性能，研制了一种适用于防腐基体的组合胺固化剂，同时为降低基体吸水率以满足重防腐的要求，改进了聚硫橡胶对环氧树脂的改性方法。方法 对不同固化产物进行力学性能测试以遴选力学性能最佳的组合胺固化剂。分别对采用常规改性方法和改进后的改性方法制备的基体进行动态热机械分析(DMA)、凝胶渗透色谱(GPC)分析，并分别利用金相显微镜和扫描电镜(SEM)观察其表面形貌和截面形貌，同时利用电化学阻抗谱(EIS)技术探究改进后的改性方法和常规改性方法对聚硫改性环氧涂层基体防腐性能的影响。结果 采用聚醚胺D230/氨乙基哌嗪AEP组合胺固化剂的固化产物的拉伸强度可达到19.47 MPa，剪切、正拉黏结强度分别可达到18.02、22.09 MPa，与钢材的黏结强度随D230含量的递增而增加，当固化剂中D230的质量分数为84%时，黏结强度最大。改进后的改性方法制备的基体饱和吸水率仅为1.7%。50 μm厚的涂层在3.5% NaCl溶液中浸泡7 d，|Z|0.1 Hz值依然接近10⁸ Ω/cm²，防腐性能优异。结论 采用D230/ AEP组合胺固化剂的固化产物的力学性能最佳，且D230/AEP组合胺固化剂在固化过程中对固化产物微观结构的影响较小，固化产物的拉伸强度等力学性能受固化剂含量的影响较小。与常规方法相比，改进后的改性方法制备的基体的耐水性、力学性能和防腐性能均有较大幅度提高。最终制备出的聚合物基体具有较低的吸水率、良好的力学性能和优异的防腐性能，可适用于重防腐领域。
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  含镀层合金钢循环盐雾加速腐蚀行为与机理研究

  赵朋飞, 郭文营, 陶阳, 文磊, 吴俊升, 魏小琴

  表面技术. 2022, 51(4): 236-246. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.024

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  目的 研究含镀层合金钢在室内模拟及强化腐蚀环境下的腐蚀行为与机理，建立快速评价含镀层钢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，分析和归纳了含镀层合金钢的加速腐蚀行为和电化学机理。结果 随着腐蚀暴露时间的延长，含镀层合金钢样品的腐蚀失重动力学符合幂函数规律，腐蚀速率呈现先减小后增大再减小的变化趋势。表面形貌从镀层腐蚀产物逐渐过渡为基体金属锈层，成分从羟基氯化锌、羟基氧化锌逐渐过渡为羟基氧化铁为主。极化曲线拟合的腐蚀电流密度呈现围绕中枢值上下波动的变化趋势，腐蚀电位则呈现波动上升趋势。电化学阻抗谱的容抗弧从1个变化为2个，后期容抗弧中低频区出现的直线显示出Warburg阻抗的典型特征。结论 循环盐雾环境对含镀层合金钢腐蚀的加速效果显著，从腐蚀动力学、腐蚀产物形貌及成分、电化学机理等角度，能够比较全面地表征含镀层合金钢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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  表面梯度纳米晶结构对06Cr19Ni10钢抗空蚀性能的影响

  付天琳, 安楠楠, 王康, 张乾, 陈飞帆, 许志华

  表面技术. 2022, 51(4): 247-254, 262. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.025

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  目的 对06Cr19Ni10钢进行表面剧烈塑性变形处理，利用获得的表面梯度纳米晶结构提高其抗空蚀性能。方法 采用高能喷丸法，在0.3~0.6 MPa范围内调节喷丸压力，获得不同组织结构的梯度纳米晶结构。使用光学显微镜、透射电镜、X射线衍射仪和显微硬度计对梯度纳米晶结构进行形貌、物相分析及截面硬度分析，使用电化学工作站和自制的空蚀检测仪对梯度纳米晶结构进行抗腐蚀性能及抗空蚀性能检测。结果 截面金相表明，通过调节喷丸压力，可以在06Cr19Ni10钢表面形成一层厚度为50~100 μm的梯度纳米晶结构。XRD结果显示，喷丸处理可以使(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶向的衍射峰明显宽化。通过Voigt函数法计算可知，梯度纳米晶结构的顶层晶粒尺寸为32~87 nm，表面硬度由180HV0.05提高至360~525HV0.05。此外，喷丸处理可以提高06Cr19Ni10钢的自腐蚀电位至?0.385 V(vs. SCE)，降低其自腐蚀电流密度至3.512 μA/cm²，明显延长其空蚀孕育期，最大抗空蚀系数约为未处理试样的12.92倍。结论 梯度纳米晶结构可以全面提高06Cr19Ni10钢的表面特性，显著提高其抗空蚀性能。
精密与超精密加工
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  扭力轴花键冷打表面完整性研究

  刘心藜, 栾晓圣, 王芳, 王会龙, 梁志强, 王雪莲, 张晶晶

  表面技术. 2022, 51(4): 255-262. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.026

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  目的 针对扭力轴花键冷打表面完整性规律不明的问题，研究冷打成形后花键表面的几何、力学和组织状态演变，为扭力轴花键抗疲劳制造工艺提供参考。方法 将扭力轴花键冷打成形，检测、表征冷打成形后花键的表面形貌及表面粗糙度、残余应力、表层硬化和表层微观组织状态，基于高应变率下的真实应力应变曲线，对表层等效塑性应变进行分析。结果 花键冷打起始与结束区域的表面存在“加工纹理不连续”、“起裂”缺陷。齿根表面形成残余压应力，达到–928.5 MPa。表层加工硬化效果明显，硬化层深度达1 mm，显微硬度和等效塑性应变沿层深呈梯度分布，显微硬度提升24.2%，等效塑性应变达到175%。表层组织发生严重塑性变形，呈“纤维状”，深度达500 μm。结论 扭力轴花键冷打表面质量不均匀，两端为薄弱区域，对齿根进行表面滚压处理是后续必不可少的工序。冷打成形引入的残余压应力、加工硬化和连续性的微观组织变形层对于表面完整性具有积极意义，其受后续工序的影响及演变需要进一步研究。
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  7075-T651铝合金铣削参数与刀具几何参数的多目标同步优化方法

  陈良骥, 魏子森

  表面技术. 2022, 51(4): 263-274, 384. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.027

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  目的 降低铣削力和铣削热，以减小7075-T651铝合金工件的加工变形，并提高金属去除率。方法 提出一种面向2类参数(铣削参数和刀具几何参数:转速、进给量、径向切深、轴向切深、前角、后角)旨在实现多个目标(铣削力、铣削温度和金属去除率)同步优化的方法。基于偏最小二乘法回归模型和7075- T651铝合金工件铣削有限元仿真模型，建立关于2类参数的铣削力、铣削温度及金属去除率的函数关系，并采用8种典型多目标优化算法进行求解。结果 通过Pareto前沿曲面的可视化和HV性能指标，筛选出适合解决本文问题的优化求解算法，获得的部分铣削参数，转速为5 966.30 r/min，进给量为0.08 mm/z，径向切深为4.53 mm，轴向切深为4.99 mm。刀具几何参数分别为前角17.95°、后角2.00°，此时对应的铣削力为232.12 N、铣削温度为22.56 ℃、金属去除率为33.08 mm³/min。结论 上述优化结果可实现较低铣削力和铣削温度以及较高金属去除率等综合控制目标，对7075-T651铝合金工件铣削加工时降低工件变形量和提高加工效率等方面具有实际应用价值。
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  基于改进神经网络算法的螺杆砂带磨削表面粗糙度预测研究

  董浩生, 杨赫然, 孙兴伟, 董祉序, 刘寅

  表面技术. 2022, 51(4): 275-283. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.028

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  目的 探究工艺参数对螺杆转子砂带磨削表面质量的影响规律。方法 采用工件轴向进给速度为100~300 mm/min、砂带线速度为4.4~13.1 m/s、砂带张紧压力为0.2~0.3 MPa、磨削压力为0.4~0.5 MPa、砂带粒度为120~800目的工艺参数进行螺杆转子砂带磨削正交实验，基于改进的神经网络算法，建立螺杆转子砂带磨削后的表面粗糙度值预测模型，对磨削后的工件表面质量进行预测及分析。在此基础上采用预测模型针对各工艺参数对磨削质量的影响规律进行预测分析。结果 利用多因素磨削实验获得预测样本及对比样本，对比结果表明，预测模型的平均训练精度约为93.38%，预测精度为92.46%。螺杆转子砂带磨削表面粗糙度值的单因素预测结果表明，工件表面粗糙度值随着接触轮正压力及磨削装置轴向进给速度的增加而升高，随着砂带线速度及砂带粒度的增加而降低。结论 提出的算法可为选择螺杆转子砂带磨削的工艺参数提供理论依据。适当提高砂带线速度及砂带粒度、降低接触轮气缸压力及磨削装置轴向进给速度可获得较高的表面质量。
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  熔石英表面离子束抛光去除函数稳定性研究

  吴鹏飞, 王春阳, 李晓静, 赵仕燕, 王大森, 聂凤明

  表面技术. 2022, 51(4): 284-291. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.029

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  目的 检验熔石英光学元件表面离子束抛光过程中去除函数的稳定性。方法 对离子束进行法拉第扫描来获取束流密度信息，构建离子束抛光去除函数模型。分析离子束流密度信息与去除函数模型，并通过实验研究束流密度信息与去除函数之间的关系，获得基于法拉第扫描结果计算去除函数的方法。利用该方法求取离子束抛光过程中的去除函数特征量，分析去除函数特征量随时间的波动情况以此来判断去除函数的稳定性，并对熔石英元件表面进行离子束抛光实验。结果 在1 keV离子束能量下对离子源进行长时间的运行实验，利用上述方法计算实验过程中的去除函数。通过计算得到离子束抛光过程中去除函数的峰值去除率(Pmax)、体积去除率(V)和半高全宽(FWHM)在8 h内的变化率都小于3%。利用离子束抛光实验对Φ100 mm的熔石英光学元件进行抛光，抛光后面形PV值由0.78λ下降到0.16λ，RMS值由72.39 nm下降到16.64 nm。结论 通过法拉第扫描实现了对去除函数长时间的监测，去除函数特征量在长时间测试实验中有着很好的稳定性，并对熔石英元件表面进行离子束加工，加工后元件表面参数满足光学超精密加工的要求。
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  抛光涂层麻花钻加工奥氏体不锈钢的切削性能研究

  罗胜, 袁彪, 卞玲玲, 曾滔, 汤爱民, 杨志平, 裴斐

  表面技术. 2022, 51(4): 292-298, 307. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.030

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  目的 提升普通涂层麻花钻加工奥氏体不锈钢的效率。方法 采用刀具基体及涂层前沿抛光处理技术，按照涂层前抛光及涂层前、后均抛光的不同工艺路线分别制备硬质合金麻花钻，选取制作的2种抛光涂层麻花钻与未经过抛光工艺处理的涂层麻花钻开展钻削奥氏体不锈钢试验，综合分析涂层前、后抛光处理工艺对涂层硬质合金麻花钻耐用度、磨损形貌及磨损机理的影响趋势。结果 涂层硬质合金麻花钻初始表面经抛光工艺处理后，槽前刀面粗糙度均值由10.77 μm降低为5.09 μm，降幅达52.7%，涂层表面质量获得显著提升。当切削工况一致时，涂层前、后均抛光麻花钻及涂层前抛光麻花钻的耐用度比未抛光涂层麻花钻分别提升了150%、106.1%;涂层前、后均抛光麻花钻的耐用度比涂层前抛光麻花钻提升了21.3%。未抛光涂层麻花钻的失效原因为月牙洼磨损、刀尖崩缺及切屑黏结;涂层前抛光麻花钻的失效原因为月牙洼、周刃磨粒磨损及涂层脱落;涂层前、后均抛光麻花钻的失效原因为周刃微崩、涂层脱落及切屑黏结，损伤程度最轻微。结论 普通涂层麻花钻基体及涂层表面抛光处理技术对降低其加工奥氏体不锈钢的损伤程度、延长切削寿命具有十分显著的优势，可大幅度提高刀具的综合性能。
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  多通管接头磨粒流光整均匀性研究

  王景坡, 宋超, 凌洋, 杭伟

  表面技术. 2022, 51(4): 299-307. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.031

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  目的 提升航空油路中多通管接头内壁磨粒流光整加工效果。方法 以三通、四通金属管接头为研究对象，针对零件的材料特性、结构特性设计相关实验，研究多通管接头管道内表面磨粒流光整工艺中加工时间及加工流道对管道内壁粗糙度、材料去除量、表面质量一致性的影响。结果 加工开始时管道表面糙度Ra下降缓慢，在60 s后粗糙度开始加速下降，当加工240 s后零件管道表面粗糙度值下降至150 nm附近，此后不再下降。在加工过程中，具有弹性的磨料先快速去除管道的锈蚀层和毛刺，随后去除材料本身，其作用为精修整管壁表面。零件材料去除速率呈现先快后慢的变化趋势，不同硬度的材料去除速率有明显差异，三通管材料去除率为0.829 2 g/h，四通管材料去除率为0.601 2 g/h。实验通过改变加工流道提升了支路管道加工压力，解决了支路小管径和管道转角加工不均匀的问题。单出口流道加工方式相比多出口流道，其加工后的管接头内壁整体表面质量一致性较好，2种零件在检测的10个样点的粗糙度Ra维持在20 nm附近，偏差下降了50%以上，在相同加工时间内，零件材料去除效率提升了30%以上。结论 通过实验研究确定了三通、四通典型多通金属管接头磨粒流光整工艺的加工时间、加工流道的工艺参数，提升了加工表面质量和加工效率，对多通金属管接头磨粒流光整工艺具有重要参考及指导意义。
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  慢刀伺服车削刀具补偿算法优化

  郭航言, 康敏, 周玮

  表面技术. 2022, 51(4): 308-316, 384. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.032

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  目的 优化刀具补偿算法，从而提高复杂曲面慢刀伺服车削加工的表面质量。方法 针对法向补偿算法容易导致X轴动态性能降低以及Z向补偿算法存在较大插值误差等问题，提出了一种基于坐标变换的几何补偿算法。通过坐标变换提高求解精度并简化算法，利用几何变换关系将X轴的补偿分量集中于Z轴，保证X轴的动态性能，并降低插值误差。以环曲面为例，对刀具补偿算法进行仿真分析和试验验证。结果 仿真结果显示，在法向补偿算法下X轴速度波动较大，而在本文提出的算法下X轴可以保持匀速运动;在刀具补偿环节，与本文提出的算法相比，Z向补偿算法产生的插值误差较大，最大插值误差达到了0.015 mm以上。试验结果显示，在法向补偿算法下环曲面的表面粗糙度值最大(Ra=0.112 μm)，且远大于Z向补偿算法和本文提出的算法;而在 向补偿算法和本文提出的算法下，环曲面的表面粗糙度值相差不大(分别是Ra=0.066 μm和Ra=0.062 μm)。在法向补偿算法、Z向补偿算法和本文提出的算法下得到的PV值分别为16.9、13.8、8.8 μm。结论 在保证X轴动态性能的前提下，刀具补偿算法对表面粗糙度影响不大。与法向补偿算法和Z向补偿算法相比，本文提出的算法将环曲面面型精度分别提高了92.0%和56.8%，说明本文提出的刀具补偿算法可以提高表面加工质量。
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  蒙脱土增强聚乙烯醇复合膜的摩擦起电性

  王楠楠, 冯雁歌, 张立强, 冯敏, 王道爱

  表面技术. 2022, 51(4): 317-324, 374. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.033

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  目的 通过片层蒙脱土(MMT)插层聚乙烯醇(PVA)来增强PVA复合膜的摩擦起电性能和电荷保持能力，进而增强PVA基摩擦纳米发电机(TENG)的电输出性能。方法 在3 000 r/min的高速机械搅拌下将蒙脱土进行剥离，然后与PVA粉末混合，在80 ℃、机械搅拌下溶解并流延成膜。以空白PVA膜为对照，测试MMT@PVA复合膜的介电常数和静止状态下的摩擦电荷耗散曲线，以表征掺杂蒙脱土的PVA复合膜的介电性和储电性。以PVA-PTFE基TENG为对照，测试MMT@PVA-PTFE基TENG的电输出性能，以表征MMT的掺杂对PVA复合膜摩擦起电性能的影响。结果 MMT的掺杂对PVA膜的介电性、摩擦起电性和电荷耗散性都有显著的影响。当的掺杂1%(相对于PVA的质量)的MMT后，PVA复合膜的介电常数增加了35%，电荷耗散率降低了46%，PVA基TENG的电输出增加了373%。MMT@PVA基TENG可以点亮868个LED灯，且具有稳定的电输出。结论 MMT的掺杂可以显著提升PVA膜的摩擦起电性和储电性，并且有助于提升PVA基TENG的电输出，这对于拓宽PVA基TENG在能量收集、可穿戴电子器件和生物传感领域具有现实意义。
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  环氧基复合吸波涂层的制备与性能研究

  王顺顺, 张喆, 王霏, 张际亮, 颜丙功, 顾永华, 江开勇

  表面技术. 2022, 51(4): 325-334. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.034

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  目的 制备综合吸波性能良好的复合吸波涂层。方法 选择炭黑和羰基铁粉进行机械混合，作为吸波剂加入到环氧树脂中进行吸波材料制备，利用扫描电子显微镜对炭黑和羰基铁粉分别进行微观形貌的观察。利用矢量网络分析仪在2~18 GHz内测试其电磁性能，研究炭黑和羰基铁粉含量及涂层厚度对吸波性能的影响规律。结果 通过观察微观形貌发现，炭黑颗粒较小，出现团聚和粘附性现象，羰基铁粉颗粒呈球状，表面光滑，分散性好。复合后的材料混合较均匀，羰基铁粉分散在基体中，与炭黑团配合能够提高材料的吸波性能。纯炭黑的吸波频带较窄，纯羰基铁粉的频带主要集中在中高频段，而复合后的吸波频段较宽，有着良好的吸波性能。炭黑质量分数为4%，羰基铁粉质量分数为250%，厚度为2 mm时，吸波涂层在9~18 GHz的微波吸收率超过90%，且反射损耗峰值达到近–45 dB。结论 炭黑和羰基铁粉复合后，吸波材料的吸波频带更宽，效果更好，解决了单一吸波剂涂层存在的吸波频带窄和集中于高频段的问题。通过调节涂层厚度，可以使材料在相对应的波段获得更好的吸波性能，从而得到更广泛的应用。
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  多波段大口径全介质高反膜的设计与制备

  师云云, 徐均琪, 刘政, 张凯锋, 苏俊宏, 袁松松, 刘祺

  表面技术. 2022, 51(4): 335-341. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.035

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  目的 研究多波段全介质高反射薄膜的光谱性能、应力特性以及膜层的抗激光损伤性能，获取应力状态良好的大口径薄膜样片。方法 选用TiO2、SiO2高低折射率材料，设计并制备500~650 nm、780~830 nm、1 050~1 080 nm 3波段兼容的介质高反膜。研究单层膜工艺参数，监控波长为560 nm，基于电场强度分布，膜系结构优化为G/(HL)⁸H(2L)⁴ (1.4H1.4L)⁸H2L(1.9H1.9L)⁸1.9 H/A。在不同膜堆之间添加低折射率层来抑制虚设问题，平滑反射光谱，通过离子束辅助电子束蒸发技术在?220 mm的大口径基底上成功制备出性能良好的宽波段大尺寸多层高反射薄膜。结果 其反射光谱在可见光500~650 nm波段范围内，平均反射率为99.5%，峰值反射率为99.9%，最低反射率为95.1%;在780~830 nm波段内，峰值反射率为99.9%，平均反射率为99.8%，最低反射率为99.6%;在1 050~1 080 nm波段内，其平均反射率能够达到99.8%，峰值反射率达到99.9%，最低反射率达到99.7%。大口径薄膜样片不同位置的反射光谱一致性较高。膜层的抗激光损伤阈值为7.1 J/cm²，残余应力为–293.59 MPa。结论 大口径薄膜样片膜厚均匀性良好，成膜致密，无起皱、龟裂、脱落等现象出现，膜层牢固性较高，具备优良的激光防护性能。
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  光学望远镜镜片旋转镀膜修正挡板的仿真设计

  孙伟超, 许竞, 林星魁, 艾力.伊沙木丁

  表面技术. 2022, 51(4): 342-347. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.036

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  目的 提高新疆天文台南山观测基地ZZS1800-1/G真空镀膜机的膜厚均匀性指标。方法 通过建立旋转行星夹具系统的膜厚分布模型，利用高精度数值计算，基于ZZS1800-1/G真空镀膜机，研究镀膜机结构参数与镜面几何结构对膜厚均匀性的影响，分析蒸发源位置、望远镜镜片参数与修正挡板形状的关系，并进行修正挡板的仿真设计与验证。结果 在旋转行星夹具系统中，蒸发源与原点的距离对半径较大的镜面膜厚均匀性的影响最为明显。该距离600 mm以内，在镜面半径小于100 mm时，膜厚均匀性均低于1.7%;镜面半径为600 mm时，膜厚均匀性最佳，为23%。加入修正挡板后，膜厚均匀性理论计算值为0.035%。在镀半径为600 mm的镜片时，为保证均匀性小于1%，修正挡板的加工形变量要控制在2.2%以内。结论 加入修正挡板可有效提高ZZS1800-1/G真空镀膜机的膜厚均匀性，本文建立的仿真模型可为ZZS1800-1/G真空镀膜机在实际镀膜工作时修正挡板的设计提供理论参考依据。
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  高氯酸掺杂聚苯胺复合阴极的制备及性能研究

  周富威, 佘家璇, 罗伍庆, 赵云鹏, 夏恩杰, 方文强, 邓姝皓

  表面技术. 2022, 51(4): 348-355, 384. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.037

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  目的 为提高聚苯胺海水电池正极的导电性和放电性能，研究各种制备工艺条件对电极性能的影响。方法 采用电化学的方法，以石墨纸为载体，在高氯酸体系中制备聚苯胺(PANI)/二氧化锰(MnO2)/氧化石墨烯(GO)复合电极，研究复合电极制备的最优条件。采用X射线衍射仪、红外光谱仪和扫描电镜表征复合电极，采用交流阻抗法、循环伏安法和极化曲线研究电极的电化学性能。结果 石墨纸在室温下经30 mA/cm²的电流密度氧化60 min后，在磺基水杨酸(SSA)质量浓度为15 g/L，硫酸锰浓度为0.2 mol/L的苯胺-高氯酸溶液里以电流密度18 mA/cm²聚合20 min，可制备出较优的PMGO复合电极，它与镁合金组成海水电池，以200 mA/g恒流放电至1 V，其比能量可达600 W.h/kg。PMGO复合电极的表面微观形貌是由纳米线组成的三维立体网状结构，聚苯胺与二氧化锰成功复合到氧化石墨烯表面。结论 高氯酸体系掺杂的聚苯胺导电性增强，氧化使石墨纸表面形成大量的氧化石墨烯，为苯胺聚合、复合提供大量活性点，复合后电极比表面积增大，与电解液充分接触，使电极活性物质利用率提高，并降低了电极的极化，电化学性能也远优于AgCl电极。
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  基于液状PDMS的共价键合型动态双疏表面及其自清洁功能

  黄颖芬

  表面技术. 2022, 51(4): 356-364. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.038

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  目的 通过简便的方法在惰性基底上构建具有稳定动态双疏性能和自清洁功能的表面。方法 利用非化学计量比的硅橡胶前体表面具有的硅氢键和单乙烯基封端聚二甲基硅氧烷之间的氢化硅烷化反应，在惰性不锈钢基底上制得透明、平滑、无氟、稳定的基于液状PDMS的共价键合型动态双疏表面CBDOS(Covalently-Bonded Dynamically-Omniphobic Surface)。通过ATR-FTIR和XPS表征表面的化学组成，通过AFM和FE-SEM分析表面形貌，通过液滴形状分析仪测定表面的接触角CA值、滑动角SA值和接触角滞后CAH值。结果 分析证实液状PDMS已被成功键合在CBDOS表面，且表面具有纳米级粗糙度，均方根粗糙度Rq仅为0.964 nm。同时，表面具有卓越的动态双疏性能和良好的储存稳定性，水的SA值为2.20°、CAH值为1.75°，正十六烷的SA值为7.33°、CAH值为7.34°。这使CBDOS对极性或非极性、相溶或不相溶、水溶性或油溶性的污染物都展现出良好的自清洁功能。结论 CBDOS极端均匀平滑的表面形貌及其上单端共价键合的液状PDMS所具有的高度移动性和柔韧性，使其获得卓越的动态双疏性能和自清洁功能。本方法简便，条件温和，对环境无污染，并可拓展应用于各类基底。同时，由于液状PDMS是共价键合在材料表面，可有效增强动态双疏表面的稳定性。
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  低温恒电流氮化提高316L不锈钢导电及耐腐蚀性能

  崔红兵, 田世艳, 张茂彩, 王誉, 辛博

  表面技术. 2022, 51(4): 365-374. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.039

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  目的 解决恒电位电化学氮化时高的过电位引起的析氢反应对316LSS综合性能的恶化，提出采用恒电流技术对其进行电化学氮化改性，并确定最佳的试验参数。方法 借助于循环伏安、计时电位，交流阻抗和动电位极化等电化学方法，扫描电镜及X射线光电子能谱分析，研究还原电流密度对316LSS表面形貌、耐腐蚀性能、疏水性能和接触电阻等的影响。结果 还原电流密度为5 mA/cm²时，反应后表面形成的氮掺杂凸起结构呈现明显的疏水性能，最大疏水角为103.7°。140 N/cm²的压紧力下，界面接触电阻为8.9 mΩ.cm²，在0.5 mol/L H2SO4+5 mg/L F^–的测试电解质中，腐蚀电流密度为0.025 μA/cm²。同一极板在阴、阳极总共长达13 h的耐久性测试中，腐蚀电流密度均小于1 μA/cm²，且腐蚀后表面只出现了少量的腐蚀坑。结论 316LSS在0.5 mol/L KNO3+0.1 mol/L HNO3的混合溶液中，经恒电流氮化改性后，综合性能明显提高。恒电流电化学改性过程中，316LSS钝化膜中氧化铁膜层的选择性溶解和氧化铬被氮掺杂，两者共同作用提高了316LSS的稳定性和电导率。证明了恒电流电化学氮化改性316LSS双极板可以达到比恒电位更好的效果，这为低成本、长寿命的金属双极板开发提供了新的可选方案。
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  基体偏压对PEMFC不锈钢双极板Cr-N改性涂层性能的影响

  黄天纵, 吴勇, 陈辉, 陶冠羽, 花仕洋, 夏思瑶, 夏春怀

  表面技术. 2022, 51(4): 375-384. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.040

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  目的 提高SS316L双极板的耐腐蚀性与导电性。方法 使用脉冲直流磁控溅射技术，改变基体负偏压，于SS316L双极板上制备了Cr-N薄膜。通过扫描电子显微镜、XRD衍射仪、电子探针分析仪对薄膜的成分和结构进行了检测分析。通过接触电阻测试、电化学腐蚀测试和接触角测试表征了薄膜的导电性、耐腐蚀性和疏水性。结果 薄膜的结构主要由Cr和Cr2N组成，各组试样的成分相近。随着沉积过程中基体负偏压的增大，薄膜结构更加致密。镀膜试样的耐腐蚀性均好于基材SS316L，基体负偏压为400 V时，测得试样的腐蚀电流密度最低，为3.49×10^?7 A/cm²。镀膜试样的导电性均好于基材SS316L，基体为负偏压200 V时，双极板的导电性最好，表面接触电阻为8.02 mΩ.cm²。基体负偏压继续增大，双极板的接触电阻会有所下降。结论 随着沉积偏压的增加，薄膜中的N含量略有增加。薄膜沉积对SS316L双极板的导电性、耐腐蚀性和疏水性有明显的提高，较于基材自腐蚀电位提升了411 mV，腐蚀电流密度下降了2个数量级。沉积时较高的基体负偏压对于双极板的导电性和耐腐蚀性提升更显著。但过高的基体负偏压导致薄膜的晶粒细小，致密性好，对薄膜的导电性会有所影响。