2022年, 第51卷, 第7期　
刊出日期：2022-07-20

  

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研究综述
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  环形激光熔覆技术研究现状及展望

  陈珂玮, 陈永雄, 孔令超, 曹嘉兆, 刘增华, 梁秀兵

  表面技术. 2022, 51(7): 1-10, 41. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.001

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  环形激光熔覆技术是一项利用中空环形的聚焦高能激光束和光内输送的熔覆材料同轴耦合作用于基体表面的典型材料沉积加工技术。与传统激光熔覆技术相比，它在激光能量利用率、熔覆材料沉积率、光料耦合精度、熔覆过程稳定性和熔覆层结合质量等方面均有大幅度提升，因此备受关注。介绍了基于传统激光熔覆技术发展而来的各类典型加工头的工作特点，在此基础上概述了环形激光熔覆技术的原理和技术优势，进一步分析了环形激光熔覆加工头内部的光路结构对环形激光熔覆技术的影响。重点综述了典型的环形激光熔覆加工头内部的光路结构与聚焦光斑形态之间的关系，基于不同的光路设计原理，对目前具有代表性的加工头进行了分析和归纳，对各类加工头的工作特点进行了论述和总结。除此之外，还分析了焦斑形态变化和能量分布对光料耦合过程的影响，总结了基于环形焦斑辐照下的熔覆材料在不同状态(固相和液相)的典型沉积应用。最后对环形激光熔覆技术未来在激光金属沉积领域的潜在应用及发展趋势做出展望。
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  纳米TiO2改性环氧树脂的制备技术与性能研究进展

  万涛, 王博, 韩庆, 刘奎仁, 王玉江, 魏世丞

  表面技术. 2022, 51(7): 11-26, 62. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.002

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  环氧树脂是性能优异的热固性材料，因具备良好的耐腐蚀性、热稳定性及力学性能，被广泛应用于航空航天、石油化工、舰船、海洋等领域。环氧树脂的高交联结构使其韧性及脆性较差，应用受限，高性能环氧树脂的制备已成为研究热点。概述了纳米TiO2改性环氧树脂制备技术，主要包括机械搅拌法、超声法、机械搅拌和超声结合法、珠磨法和化学物理结合法等。同时归纳了各制备技术的原理及各制备技术对纳米TiO2在环氧树脂中分散性的影响和存在的不足。重点综述了纳米TiO2改善环氧树脂的相关性能，主要包括力学性能、耐腐蚀性能、防污损性能及耐候性能等。TiO2可与环氧树脂发生接枝反应，改善环氧树脂的结构，提高复合材料的力学性能;此外，TiO2的填入可有效提高复合材料的致密度，减小孔隙率，降低表面能，提高其耐腐蚀性能;TiO2/EP复合材料利用TiO2的光催化性能及吸收紫外光性能，大大改善了环氧树脂的防污损性能及耐候性能。最后对TiO2/EP复合材料的下一步研究进行了展望。
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  化学机械抛光垫的研究进展

  曹威, 邓朝晖, 李重阳, 葛吉民

  表面技术. 2022, 51(7): 27-41. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.003

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  化学机械抛光(CMP)作为一种超精密加工技术，在集成电路制造、计算机硬盘、微机电系统、光学元件加工等领域得到了广泛的应用。抛光垫设计制备、抛光垫磨损、抛光垫修整均会对化学机械抛光产生影响。首先从抛光垫基体、抛光垫表面纹理、抛光垫结构等3个方面对抛光垫设计制备相关研究进行了综述，重点介绍了不同基体材质抛光垫的抛光性能，指出了各材质抛光垫的优缺点。其次，介绍了抛光和修整过程中的抛光垫磨损，对比了各研究者建立的抛光垫磨损模型，概述了抛光垫磨损监测技术的研究现状，并指出目前抛光垫磨损状态的监测手段较为单一，采用融合多传感器信号对抛光垫磨损状态进行监测，可以提高其监测精度。为了进一步探究抛光垫修整对抛光性能的影响，归纳了修整器的结构参数，以及修整参数对修整效果的影响，介绍了几种新型修整器结构，并综述了抛光垫自修整技术的研究进展。最后，总结了目前关于研究抛光垫设计制备、抛光垫磨损、抛光垫修整等方面存在的问题，并对其发展前景进行了展望。
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  热障涂层先进陶瓷材料研究进展

  刘嘉航, 吕哲, 周艳文, 黄士罡, 陈浩, 徐能

  表面技术. 2022, 51(7): 42-52. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.004

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  随着航空航天技术的不断发展，恶劣的工作环境对镍基高温合金的使用性能提出了更高的要求，热障涂层是一种应用于涡轮发动机热端部件的表面技术，通过沉积在镍基高温合金表面以降低基底表面温度。概述了传统氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层的性能优势，包括优异的隔热性能、较高的热膨胀系数与断裂韧性。同时归纳了氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层在高温环境下存在的问题，包括氧化锆相变与涂层烧结造成的过早失效。在此基础上，重点综述了近年来热障涂层先进陶瓷材料的研究进展，包括稀土陶瓷材料与自愈合材料，其中稀土陶瓷材料包括稀土掺杂氧化锆、成分掺杂与结构设计的稀土锆酸盐、稀土磷酸盐、3种不同结构的稀土钽酸盐、高熵稀土陶瓷材料以及稀土铌酸盐等，自愈合材料包括二硅化钼与碳化钛。针对各种热障涂层陶瓷材料，分别从热震寿命、热膨胀系数、热导率、耐腐蚀性、断裂韧性等方面进行了归纳，并总结了各材料现阶段发展的不足之处。最后展望了热障涂层材料的发展方向。
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  医用材料聚醚醚酮等离子喷涂表面改性研究进展

  胡峰帆, 范秀娟, 彭峰, 邓春明, 刘敏, 曾德长, 宁成云

  表面技术. 2022, 51(7): 53-62. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.005

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  聚醚醚酮材料(PEEK)具有良好的生物相容性、化学稳定性、X射线可穿透性及优异的力学性能，广泛用于创伤、脊柱和关节等生物医疗领域。然而，PEEK属于生物惰性材料，其骨整合性不足，这在一定程度上限制了该材料在骨修复与替换等领域的发展和应用。等离子喷涂技术由于工艺简单、经济，喷涂涂层的黏结强度高等特点，是解决聚醚醚酮材料骨整合能力不足的重要表面涂层改性技术。首先，简述了等离子喷涂工艺的涂层沉积机理，并分别对等离子喷涂钛以及羟基磷灰石两种常用涂层进行了介绍;其次，从不同喷涂工艺以及喷涂参数对涂层的影响出发，详细介绍了近几年对PEEK基等离子喷涂涂层的结合强度等机械性能的最新研究进展，并对等离子喷涂过程对PEEK基体的机械强度、疲劳强度、热性能和化学降解等初始性能影响进行了总结与评价，详细介绍了PEEK基等离子喷涂涂层体内外生物性能的最新研究进展;最后，展望了等离子喷涂改性PEEK基材料的临床应用前景，以期为未来设计新型PEEK基生物材料提供理论指导。
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  H2对等离子喷涂–物理气相沉积射流及涂层结构性能影响研究进展

  徐静, 毛杰, 梁兴华, 邓子谦, 邓春明, 邓畅光, 刘敏

  表面技术. 2022, 51(7): 63-76. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.006

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  首先介绍了目前现有的等离子射流检测方法，着重综述了PS-PVD等离子射流非接触式检测手段—光谱诊断(OES)技术及其计算方法，以及通过此手段检测H2对射流特性的影响。其次，从H2对涂层物相、组织结构相和热导率的影响出发，介绍了现阶段国内外H2工艺参数对于涂层微观形貌结构影响的研究现状。基于此，通过涂层抗粒子冲蚀能力和抗钙镁铝硅酸盐(CMAS)腐蚀能力对涂层的力学性能和热防护性能差异进行了总结与评价。最后展望了今后PS-PVD制备热障涂层技术兼顾力学性能与热防护性能的发展可能性。
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  氮化铝表面激光金属化研究进展

  成健, 杨震, 廖建飞, 孔维畅, 刘顿

  表面技术. 2022, 51(7): 77-86, 149. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.007

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  综述了激光金属化的国内外发展现状，对激光金属化氮化铝表面的原理以及影响金属化效果的主要因素进行了介绍。激光金属化利用氮化铝在激光的高温下热分解产生金属铝层实现表面金属化，铝层厚度和导电性是衡量金属化效果的主要指标。影响金属化效果的因素主要有激光器的波长、激光工艺参数(能量密度、脉宽和光斑搭接率)、光斑能量分布和气体氛围，分析了各个因素的作用机理。最后针对激光金属化过程中存在的金属化导电层厚度不均匀、电阻偏大等缺陷，总结了关于激光金属化的几点优化措施。
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  核电耐事故锆包壳表面涂层研究进展

  杨红艳, 陈寰, 张瑞谦, 韦天国, 邱绍宇, 彭小明

  表面技术. 2022, 51(7): 87-97. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.008

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  锆合金表面涂层作为一种短期内最易于实现商业化工程应用的耐事故包壳材料，已成为国际上新型核电燃料元件研发的热点。综述了近年锆包壳表面涂层研究已取得的重要研究成果。阐述了锆合金表面涂层材料的发展，包括MAX相、Cr系、陶瓷和FeCrAl合金等，重点分析了金属Cr因易于获得高质量涂层，且具有优异的耐腐蚀、耐高温氧化等性能，成为耐事故锆包壳表面涂层的首选材料。讨论了锆合金表面Cr涂层沉积技术的发展，包括物理气相沉积法、冷喷涂、激光熔覆和等离子喷涂等，着重分析了不同的科研机构均形成了各自的涂层锆管研发路线。评价了锆包壳表面Cr涂层的关键应用性能，重点分析了高温氧化–脆化、腐蚀、环压、磨损以及高温爆破等条件下的表面涂层效应。水蒸气环境中表面Cr涂层可有效阻止氧元素向锆基体的扩散，高温氧化–淬火后锆基体内残留了大量β–Zr相，涂层锆管仍具有一定的残余塑性;小变形工况下表面Cr涂层与锆基体间具有良好的膜基协同变形能力;Cr涂层对锆管基体具有一定的表面强化效应，一定程度上可改善涂层锆管的高温爆破性能;堆内辐照后Cr–Zr界面成分、微结构稳定性良好，21%环向肿胀后表面Cr涂层依然未剥落。最后，总结与展望了锆包壳表面Cr涂层的科研成果与研究方向。
摩擦磨损与润滑
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  非晶含氢碳薄膜本征结构对退火行为的影响

  贾倩, 张斌, 赖振国, 张俊彦

  表面技术. 2022, 51(7): 98-106. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.009

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  目的 为在高温工况下服役的含氢碳(a–C:H)薄膜的制备提供新思路。方法 首先利用DP–PECVD和BiP–PECVD两种方法分别在Si基底上制备了两种本征结构不同的a–C:H薄膜，分别在350、450、550、650 ℃下进行退火处理。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、场发射扫描电镜及CSM摩擦试验机等，分别评价了未退火和不同退火温度下两种不同结构a–C:H薄膜的结构、表面形貌、力学及摩擦学等性能。研究了不同本征结构a–C:H薄膜对退火行为的影响。结果 DP–PECVD方法在制备a–C:H薄膜(A薄膜)的过程中具有更高的沉积速率，是BiP–PECVD法(B薄膜)的1.52倍。随着退火温度的增加，两种方法制备的a–C:H薄膜均发生H脱附，但是A薄膜的脱H转变点为450 ℃，B薄膜的脱H转变点为350 ℃。DP–PECVD法制备的a–C:H薄膜在H脱附过程中更容易形成sp³–C，而BiP–PECVD法制备的a–C:H薄膜在此过程中形成sp³–C和sp²–C杂化键的概率基本相同。BiP–PECVD法制备的a–C:H薄膜在退火过程中更容易失去H，且在450 ℃以上出现大面积剥离，摩擦失效。而DP–PECVD法制备的碳薄膜则表现出更好的热和摩擦学稳定性，在350~650 ℃均可保持薄膜的完整性，并且在350~ 550 ℃退火后保持低至约0.06的摩擦因数。结论 DP–PECVD方法制备的a–C:H薄膜具有更好的热稳定性、力学稳定性及摩擦学稳定性。
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  有机钼对低黏度润滑油摩擦学性能的影响

  邹洋, 张紫铜, 李小磊, 戴媛静

  表面技术. 2022, 51(7): 107-116. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.010

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  目的 制备一种非活性油溶性有机钼添加剂(SPFMo)以为满足汽油发动机润滑油低黏度化发展的需求。方法 将SPFMo添加到0W–20润滑油中，利用SRV摩擦磨损试验机详细分析了在不同温度、载荷条件下，自研减摩剂SPFMo、商用减摩剂Molyvan855和商用抗磨剂MOM201在0W–20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摩擦副表面进行分析。结果 SPFMo具有良好的减摩抗磨性能，并有效降低润滑油0W–20的摩擦因数及磨损率。摩擦过程中钼元素会发生富集，并发生摩擦化学反应生成包含硫–钼–氧的复合减摩片层，实现减摩抗磨功能。SPFMo添加到0W–20中可以发挥良好摩擦学性能的使用温度区间和载荷区间分别为80~180 ℃和150~250 N(1 559~1 848 MPa)。0W–20+1% SPFMo与润滑油0W–20相比，在130 ℃、200 N下，摩擦因数降低13.28%，磨损率降低37.91%;在130 ℃、250 N下，摩擦因数降低18.05%，磨损率降低57.68%。0W–20+1% SPFMo润滑油的摩擦因数随温度的升高先减小后增大，随载荷的增大而减小;磨损率随温度的升高先减小后增大，随载荷的增大而减小。结论 低黏度润滑油中添加SPFMo可有效增强其摩擦学性能。
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  氧化石墨烯和二烷基二硫代磷酸锌添加剂对基础油PAO10摩擦学性能的影响

  孙文东, 刘晓玲, 张翔, 郭峰

  表面技术. 2022, 51(7): 117-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.011

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  目的 探究氧化石墨烯(GO)和二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)添加剂的摩擦学性能以及协同作用机理。方法 选用GO和ZDDP作添加剂，利用纳米粒度分析仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和原子力显微镜(AFM)分别对GO的粒径、表面官能团和层数进行表征。在四球摩擦试验机上对GO的摩擦磨损性能进行初步研究，并考察了ZDDP添加剂以及ZDDP和GO混合添加剂对基础油摩擦磨损性能的影响。利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪对钢球磨斑直径、磨斑形貌和磨斑表面的元素进行分析。利用球–盘点接触光干涉油膜厚度测量试验台，研究了GO和ZDDP在乏油条件下对基础油成膜特性的影响。结果 GO表现出了良好的减摩抗磨性能，在0.03%时减摩抗磨效果最佳，与基础油相比，摩擦因数降低了31.9%，磨斑直径减小了约20.1%;当ZDDP质量分数为2.5%时，油样的摩擦因数约为0.067，磨斑直径约为407 μm，与PAO10纯基础油相比，分别降低了约18.5%和41.86%;当ZDDP和GO的质量分数分别为2.5%和0.01%时，油样的减摩性能得到了有效提高，摩擦因数约为0.056，与仅添加ZDDP的油样相比，摩擦因数降低了约16.7%;当卷吸速度为90 mm/s和180 mm/s时，单独添加ZDDP或添加ZDDP和GO均可有效减缓接触区内的乏油状态，提高基础油的中心膜厚。结论 GO添加剂具有优异的减摩抗磨性能。GO和ZDDP作为复配添加剂有效地减缓了摩擦对偶间的摩擦磨损，表现出了较好的协同作用。在乏油条件下，在PAO10基础油中添加GO、ZDDP以及ZDDP和GO复配添加剂时，均可不同程度地减缓接触区内的乏油状况。
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  TC4合金在不同表面强化状态下的微动磨损性能研究

  刘柏, 王宁, 朱金龙, 郝世奇, 张显程

  表面技术. 2022, 51(7): 127-140. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.012

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  目的 研究喷丸(SP)及表面超声滚压(USRP)强化后摩擦系数、残余应力场及塑性应变场对TC4合金微动磨损性能的影响。方法 分别对TC4合金表面进行SP及USRP强化处理，通过试验测得强化前后的表面粗糙度、残余应力以及显微硬度。基于改进的Archard磨损方程，在ABAQUS有限元软件中建立微动磨损的二维柱面/平面接触模型，借助ABAQUS中的子程序SIGINI和HARDINI分别将残余应力场、塑性应变场引入到表征微动磨损的UMESHMOTION子程序中，从而探究表面强化后摩擦系数、残余应力场以及塑性应变场对平面微动磨损性能的影响。结果 原试样经SP强化后，表面粗糙度增加，而经USRP强化后，表面粗糙度得以改善。经SP和USRP强化后，试样的显微硬度分别为原试样的1.28倍和1.23倍。TC4合金经USRP处理后，最大残余应力为–550 MPa，而SP处理后为–380 MPa。引入残余应力场后，试样的磨损深度明显减少，相比原试样，USRP、SP试样的磨损深度分别降低15%、10%。引入塑性应变场后，TC4合金的磨损深度降低了约6%。结论 相同载荷条件下，摩擦系数越大，磨损越严重。磨损轮廓会随着摩擦系数的增大而逐渐往外侧偏移，接触中心区域的磨损深度也随着摩擦系数的增大而越来越深。塑性形变行为会随着摩擦系数的增加而变得明显，且最终会使得塑性变形的区域变得越来越大。引入残余应力场和塑性应变场后，磨损量均会减小，残余应力的影响更为显著。通过微动疲劳试验发现，加入微动磨损作用后，试样寿命显著降低，USRP试样的抗磨损性能最显著。
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  保温时间对Ti/TiN/TiCN涂层结构、残余应力及耐磨性的影响

  李海涛, 程东海, 师超, 张体明, 陈宜

  表面技术. 2022, 51(7): 141-149. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.013

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  目的 改善镁合金表面硬度和耐磨性能。方法 采用磁控溅射法在AZ31表面制备复合Ti/TiN/TiCN涂层，在不同保温时间下对沉积后的复合涂层进行退火处理。借助X射线荧光光谱(XRF)测试复合涂层表面平均元素含量，采用X射线小角掠入射(GIXRD)技术研究涂层物相组成和残余应力，利用扫描电镜(SEM)观察涂层表面形貌和磨痕形貌，借助销盘式摩擦磨损试验机和纳米压痕仪评估涂层的耐磨性能。结果 退火涂层的晶粒尺寸增加，内部缺陷减少，涂层更致密，残余应力显著下降。退火前后涂层的物相均为FCC的TiCN，不同保温时间下的涂层具有不同的择优生长取向。随着保温时间的延长，涂层表面Ti、C含量先增后减，N元素含量先减后增，涂层表面硬度下降，摩擦因数增大，耐磨性能下降。沉积涂层的韧性较好，摩擦因数波动较大，磨损机制以刮擦磨损为主。退火30 min后，涂层的磨损率最低，磨损机制以磨粒磨损和黏着磨损为主。退火90 min后，涂层的磨痕最宽，韧性最差，磨损率最高，磨损机制以磨粒磨损和氧化磨损为主。结论 退火有助于降低残余应力，但退火时间不宜过长，时间超过30 min，涂层的耐磨性能下降。
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  基于槽区表面纹理化改性的液膜密封性能提升方法

  胡琼, 卢迪, 肖洋, 王晓雷, 王衍, 张庆硕, 朱先磊

  表面技术. 2022, 51(7): 150-160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.014

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  目的 对传统液膜密封槽区的表面进行微观有序纹理化改性，以期调节微尺度流动，提高密封综合性能。方法 根据流动因子ξ判断密封端面间流体流动状态，采用有限体积法数值模拟密封稳态性能，对比现有文献验证算法的正确性;对比研究不同几何、工况参数下，有、无表面微纹理设计的密封开启力和泵送率的变化规律，研究槽区纹理对密封性能的影响机理。结果 采用槽区纹理化改性在提高密封间隙流体静压的同时，还可实现方向性导流，增强流体动压;在纹理方向与流场方向高度一致时(在所研究工况下，α为10o~15o)，可表现出良好的导流效果;通过增加纹理密度(用纹理数量表示，n)或增大纹理宽间比(Bm/Cm)，适当调小纹理间距Cm，可使导流效应增强;通过微纹理设计不会改变槽型参数的优化结果，存在较宽的纹理结构参数区间，使有纹理的密封性能较无微纹理的更优;有纹理密封在高速、大槽深时的维稳和抑漏效果更好。结论 在液膜密封槽区表面合理设计有序微纹理，可在槽型结构已较优的基础上，进一步提升液膜开启力、降低泄漏率。依据分析结果，提出“在流场与流体型槽方向高度匹配的前提下，设计超滑水槽区表面能够大幅提升液膜密封开启性能和泵送能力”的设想。
腐蚀与防护
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  Cl–浓度对阳极氧化5A06铝合金/1Cr18Ni9Ti不锈钢偶接件腐蚀行为的影响

  梁明辉, 吴向清, 谢发勤, 李正, 何鹏, 贺栋栋, 王少青

  表面技术. 2022, 51(7): 161-168. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.015

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  目的 研究阳极氧化铝合金/1Cr18Ni9Ti不锈钢偶接的电偶腐蚀机理及Cl^–浓度对其腐蚀行为的影响规律，为铝合金在不同服役环境中的腐蚀与防护提供依据。方法 通过电偶腐蚀实验，在不同Cl^–浓度下偶接阳极氧化5A06铝合金和1Cr18Ni9Ti不锈钢，根据腐蚀电流的变化规律分析、表面腐蚀形貌与成分的表征、并结合电化学测试，分析了Cl^–浓度对阳极氧化5A06铝合金的电偶腐蚀行为的影响。结果 随着腐蚀时间的延长，电偶电流呈现锯齿状波动，总体表现为由高到低逐渐趋于稳定。电偶电流随着Cl^–质量分数的变化表现为3.5%>5%>2%>6.5%>8%>0.5%，且当Cl^–质量分数为3.5%时电偶电流最大为16.56 μA/cm²。结论 电偶腐蚀过程中5A06铝合金阳极氧化膜表面的腐蚀产物对点蚀坑产生堵塞，阻碍了溶液中Cl^–进一步和基体发生反应，阳极氧化膜表现为破坏—修复—破坏的循环往复过程;溶液中Cl^–既可以促进铝合金阳极氧化膜的溶解，增加铝合金电偶腐蚀的敏感性，也会降低溶液中溶解氧的浓度从而抑制阳极反应发生。当Cl^–质量分数<3.5%时其促进溶解作用大于抑制反应作用，而当Cl^–质量分数>3.5%时其抑制反应作用大于促进溶解作用，因此电偶腐蚀速率随着Cl^–浓度的增大呈现先增大后减小的规律。
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  低温固化AMT–GO/EP复合涂层的制备及防腐性能研究

  孙议祥, 王尧, 满成, 崔中雨, 王昕, 董超芳

  表面技术. 2022, 51(7): 169-175, 185. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.016

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  目的 研究?10 ℃下固化的复合涂层在常温和低温环境下的防腐性能。方法 通过溶液共混法成功制备了2–氨基–5巯基–1,3,4噻二唑修饰的氧化石墨烯(AMT–GO)，并将其作为填料添加到环氧树脂(EP)中，随后在?10 ℃环境下进行固化，形成AMT–GO/EP复合涂层。同时，制备纯环氧涂层(纯EP)和氧化石墨烯增强环氧涂层(GO/EP)作为对照。通过盐雾试验、低温–盐雾交替试验、附着力测试和吸水率测试等方法研究了低温固化涂层的防腐性能。结果 加入AMT–GO填料的环氧涂层在?10 ℃的环境下经过72 h后可良好固化，形成更致密的交联结构，在6 d的中性盐雾试验后仍具备良好的防腐性能。该涂层的吸水率(2.77%)约为纯环氧涂层(5%)的一半，其附着力(5.53 MPa)大于纯环氧涂层的附着力(4.01 MPa)。结论 AMT可以有效地改善氧化石墨烯在环氧涂层中的分散性，在环氧涂层中添加一定量的AMT–GO可以提高低温固化涂层的交联密度，有效阻碍了腐蚀介质的渗透过程，提高了涂层的防腐性能。另外，该涂层在低温–盐雾交替试验中仍保持十分优异的防腐性能。
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  Al-Ni复合涂层的结合强度及耐蚀性能研究

  王强, 王永刚, 刘鑫, 孙亮

  表面技术. 2022, 51(7): 176-185. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.017

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  目的 研究冷喷涂Al-Ni复合涂层的结合强度和耐蚀性能，尝试通过在Q345R钢材表面制备防护涂层的方法来改善Q345R钢的服役寿命。方法 采用冷喷涂技术在Q345R板材表面制备纯Al涂层和Al-Ni复合涂层，利用SEM观察、拉伸试验、腐蚀质量损失试验和EIS测试等技术，测试与分析涂层的结合强度和耐蚀性能，研究Ni粉的含量对涂层的孔隙率、显微组织、涂层–基体间结合强度和耐蚀性能的影响规律。结果 涂层与Q345R钢结合良好，在500倍电子显微镜下，界面处没有观察到明显的孔洞与裂纹。由于Ni颗粒的夯实作用，Al-Ni复合涂层的致密性有所提高。相比纯Al涂层，Al-10Ni复合涂层的界面结合强度有略微提升，断裂失效形式为典型的界面粘结断裂。Al-15Ni复合涂层的界面结合强度提升明显，其强度为31 MPa。腐蚀结果显示，纯Al涂层和Al-Ni复合涂层的腐蚀质量损失率较基体材料Q345R钢都明显降低，耐蚀性能有所提升。其中纯Al涂层的耐蚀性最好，腐蚀质量损失率为0.26 g/(cm².a)，而Q345R基体的腐蚀质量损失率为2.95 g/(cm².a)。结论 冷喷涂Al-Ni复合涂层与基体结合良好，其耐蚀性优于Q345R基体，可为基体提供保护作用，其中Ni颗粒的质量分数为15%时，涂层的结合强度和耐蚀性综合性能最好。
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  动静态服役环境下SPHC钢腐蚀行为对比

  陈亚军, 周律, 李柯, 宋肖肖, 王汉森, 张超, 任凯旭, 王加余

  表面技术. 2022, 51(7): 186-194, 206. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.018

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  目的 研究SPHC钢在不同服役环境下腐蚀行为的差异性。方法 采用户外暴露法对SPHC钢进行长达18个月的动静态暴露试验，取样时间分别为暴露后的 3、6、9、12、18个月。通过腐蚀动力学测试、SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)、电化学测试，分别评价SPHC钢在一定时长大气暴露后的平均腐蚀速率、腐蚀产物形貌、腐蚀产物成分以及锈层的耐蚀性。结果 暴露3个月时，动态暴露下SPHC钢的腐蚀速率和锈层厚度均大于静态暴露试样，在暴露6个月时被静态暴露试样反超。随后，动静态暴露下SPHC钢的腐蚀速率均缓慢下降，锈层厚度逐渐增加。动态试样表面检测出静态试样表面未检测到的β-FeOOH和SiO2，动态试样自腐蚀电流小于同期的静态试样，锈层电阻则相反。结论 由于动态暴露过程中服役环境不断变化，导致SPHC钢初期腐蚀产物中含有β-FeOOH和SiO2，增大初期试样表面的反应活性区域，加速初期腐蚀。随着暴露时间的延长，β-FeOOH和SiO2虽然使得SPHC钢难以形成如静态暴露般均匀致密的锈层，但是提高了锈层电阻，增强了SPHC钢的耐蚀性，抑制了腐蚀反应的发生。
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  挤压态Mg–1.8Zn–0.5Zr–xGd(0≤x≤2.5%)生物镁合金微观组织演化及降解机理

  程丹丹, 姚怀, 焦琰珂, 熊毅

  表面技术. 2022, 51(7): 195-206. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.019

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  目的 提高Mg–0.5Zr–1.8Zn–xGd(x=0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)生物镁合金在模拟体液中的耐腐蚀性能。方法 先对Mg–0.5Zr–1.8Zn–xGd合金进行固溶处理，然后利用反向挤压技术对其进行组织细化处理，采用OM、SEM、EDS、EBSD和TEM分析了挤压后Mg–0.5Zr–1.8Zn–xGd合金的晶粒形貌、织构特征、相组成和表面腐蚀形貌。利用电化学工作站和静态腐蚀测试了挤压后合金的耐腐蚀性能。利用XPS对Mg–0.5Zr–1.8Zn–xGd合金腐蚀前、后的表面元素及其化学状态进行表征。结果 挤压温度和挤压比分别为360 ℃和7.7时，合金都发生了较为完全的动态再结晶。随Gd含量的增加，晶粒尺寸逐渐减小，耐腐蚀性能先增强后减弱。当Gd质量分数为1.5%时，合金具有较好的耐腐蚀性能，其静态腐蚀速率约为0.447 mm/a;Gd质量分数为1.5%时，合金中析出了少量的纳米级圆棒状(Mg,Zn)3Gd相颗粒和纳米级椭圆球状Mg2Zn11相颗粒，且随着Gd含量的增加，合金中第二相颗粒的数量及体积分数逐渐增大。Mg–0.5Zr–1.8Zn–1.5Gd合金在SBF中浸泡120 h内，随浸泡时间的增加，腐蚀过程分3个阶段，首先合金表面Mg(OH)2腐蚀产物的生成及增厚导致腐蚀速率在腐蚀初期快速降低，随后致密的Mg(OH)2、(Ca,Mg)3(PO4)2和Ca10(PO4)6(OH)2腐蚀产物的生成及增厚导致腐蚀速率缓慢降低，最后腐蚀产物的生成与溶解达到动态平衡导致腐蚀速率逐渐趋于稳定。结论 挤压变形能够显著细化Mg–0.5Zr–1.8Zn–xGd合金的晶粒，均匀化和弥散化析出相分布，有效改善镁合金在模拟体液中的耐腐蚀性能。
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  不同阴极极化条件对L245的SRB腐蚀行为影响

  尚东芝, 李鑫, 李子墨, 姜有文, 陈长风

  表面技术. 2022, 51(7): 207-217, 235. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.020

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  目的 通过模拟试验研究SRB环境中不同极化电位下L245管线钢微生物腐蚀(MIC)行为差异，探索极化电位对MIC过程的影响规律和微观机理。方法 采用静态浸泡法研究了施加4种不同极化电位条件下的L245电极试样在SRB环境中浸泡腐蚀7 d过程。利用细菌计数法分析微生物膜中固着细菌数量随极化电位的变化情况，通过开路电位测量、电化学交流阻抗(EIS)技术，分析微生物膜随电位的变化情况。利用扫描电镜(SEM & EDS)和聚焦离子束扫描电镜(FIB–SEM&EDS)分析膜表面和纵截面结构变化和元素成分分布。利用激光共聚焦显微镜(CLSM)对膜下点蚀坑随电位变化情况进行了统计分析。结果 弱阴极极化条件下，–0.75 V(vs. SCE)和–0.875 V(vs. SCE)明显促进了 SRB 的代谢活动，SRB细菌个体在材料表面的吸附和生长得到促进，膜中固着SRB数量大幅增加，细菌个体外围被硫化物和有机物覆盖，膜下点蚀程度随电位负移而加剧。–0.875 V(vs. SCE)条件下表现相对更明显。随着电位负移，膜厚逐渐增大，S、P等代谢活动元素含量随之增高。强阴极极化条件下，–1.05 V(vs. SCE)使SRB代谢活性得到抑制，固着细菌数目明显减少，点蚀现象基本消失。结论 弱阴极极化作用有助于增加SRB腐蚀的倾向，强极化电位则抑制了细菌的代谢活性，减缓了点蚀。揭示了阴极极化电位通过影响膜中SRB代谢活性和数量促使点蚀程度加剧的机理。SRB代谢活性的增强和膜下点蚀的发生是SRB从金属表面直接获取电子而导致的结果。
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  TA1双极板磁控溅射不同过渡层的碳涂层改性研究

  蔡锦钊, 宓保森, 陈卓, 秦子威, 汪宏斌

  表面技术. 2022, 51(7): 218-224. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.021

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  目的 改善TA1双极板的耐腐蚀性和导电性能，提高转换效率和使用寿命。方法 采用多梯度复合涂层思路，利用闭合场非平衡磁控溅射技术，在TA1基体表面制备了Ti/CrN/a-C、Ti/TiN/a-C和Ti/TiCrN/a-C等3种不同过渡层的碳涂层。分别通过扫描电镜、拉曼光谱、光电子能谱、电化学极化测试和表面接触电阻测试分析了碳涂层的表面形貌、成键杂化形式、杂化含量比例、耐蚀性能和导电性能。结果 3种不同过渡层的碳涂层与基体结合良好，都呈无定形碳分布，但形貌结构相差较大。其中Ti/TiN/a-C涂层的AD/AG值最大，达到4.26，且碳原子中C-sp²杂化含量比例最高，达到79.32%。而Ti/TiCrN/a-C涂层的FWHM(G)最大，达到137.29，且碳原子中C-sp³杂化含量比例最高，达到26.03%。3种不同过渡层的碳涂层与TA1基体相比，耐腐蚀性明显提高，其中Ti/TiCrN/a-C涂层的耐腐性能最优异，动电位和恒电位腐蚀电流密度分别为7.81×10^–7、8.14×10^–7 A/cm²，小于TA1基体的2.76×10^–6、3.21×10^–6 A/cm²。此外，在1.4 MPa的压紧力下，不同过渡层(Ti/CrN/a-C、Ti/TiN/a-C、Ti/TiCrN/a-C)的碳涂层的表面接触电阻分别为12.3、5.4、6.5 mΩ?cm²，小于TA1基体的93.5 mΩ?cm²，大约降低了1个数量级。结论 通过不同元素掺杂和控制工艺参数靶流，获得了成分梯度变化的不同氮化物过渡层，影响最外面工作层纯碳的沉积效果，改变其微观形貌与结构，从而影响导电性和耐腐蚀性能。
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  注蒸汽管道在CO2/O2/SO2环境中的腐蚀行为

  邹庆, 廖柯熹, 刘昕瑜, 何国玺, 冷吉辉, 赵帅, 彭沐霖

  表面技术. 2022, 51(7): 225-235. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.022

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  目的 揭示45#钢、3Cr钢在高温高压CO2/O2/SO2体系中的腐蚀行为及力学性能规律，为新疆油田注蒸汽管道的安全运行提供理论支撑。方法 基于注蒸汽管道现场运行工况，结合高温高压釜、结合扫描电子显微镜、3D显微镜、X射线衍射仪(XRD)等手段，进行失重测试、产物表征及拉伸测试试验。结果 随着温度(100~250 ℃)升高，45#钢、3Cr钢的腐蚀速率呈减小的趋势;随着O2含量(物质的量分数，0~3%)升高，45#钢、3Cr钢的腐蚀速率呈先增大后减小的趋势，在O2含量2%~3%时腐蚀受到抑制。XRD测试结果表明45#钢在CO2/O2/SO2体系中腐蚀产物主要包括FeSO4.H2O、FeCO3、Fe2O3，3Cr钢的腐蚀产物主要有Cr2O3、FeSO4.H2O、FeCO3、Fe2O3。3D显微镜结果显示45#钢基体表面存在较为明显的局部腐蚀缺陷，3Cr钢未出现局部腐蚀现象;力学性能结果显示45#钢腐蚀后抗拉强度减小1.36%，延伸率减小6.85%，3Cr钢腐蚀后抗拉强度减小0.39%，延伸率减小21.34%。结论 在高温高压CO2/O2/SO2环境中，SO2在腐蚀过程中占据主导地位;高温(100~250 ℃)下腐蚀产物膜致密，抑制腐蚀;O2参与阴极反应，在低浓度氧(0~2%)时腐蚀产物膜被破坏从而促进腐蚀，高浓度氧(2%~3%)时钢材基体钝化抑制腐蚀;腐蚀后钢材力学性能退化，腐蚀对钢材延伸率影响较大，对抗拉强度影响较小。
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  二次阳极氧化对6061铝合金氧化膜结构和耐蚀性的影响

  史浩伯, 于美, 杨茗佳, 刘建华, 贾毅, 高鑫

  表面技术. 2022, 51(7): 236-244. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.023

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  目的 研究相同工艺参数下一次阳极氧化和二次阳极氧化对6061铝合金上氧化膜结构的影响，探究基体结构差异性与膜层生长行为及性能间的对应关系。方法 以商业6061铝合金和SPS粉末烧结铝合金为研究对象，针对不同基体在一次阳极氧化和二次阳极氧化过程中，围绕基体组织特征对膜层结构的影响展开系统研究。同时，对不同工艺方法制备出的不同结构特点的氧化膜进行封闭后处理，结合电化学测试方法对膜层的耐蚀性能进行分析对比。结果 相比一次氧化过程，商业6061铝合金和SPS铝合金的二次氧化电流密度分别由12.07、56.62 mA/cm²增加至13.68、64.8 mA/cm²，膜层生长速率增大。同时，一次氧化后在基体表面形成的有序凹坑结构有助于二次氧化中膜层多孔结构有序性的提升，其中SPS烧结铝合金膜层孔洞呈规则的“六边形”结构。二次阳极氧化过程可以有效减少基体表面阴极性金属间化合物颗粒的分布，提高氧化膜的连续性，增强相应膜层的耐蚀性。结论 二次阳极氧化可以使生成的氧化膜层更加均匀规整，且整体耐蚀性显著提高。
精密与超精密加工
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  SLM成形打印件振动辅助磁力研磨试验

  张鹏, 孙玉利, 王燎原, 陈法宇, 盛一

  表面技术. 2022, 51(7): 245-252, 273. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.024

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  目的 研究使用振动辅助磁力研磨去除选区激光熔化(SLM)成形打印件表面的未熔融粉末时，各加工参数对试样表面粗糙度降低率和表面形貌的影响。方法 结合波导管工件，采用SLM成形打印AlSi10Mg试样，并利用自行研制的振动辅助磁力研磨装置进行加工间隙、磁极转速、振动频率、加工时间等4个因素各5个水平的单因素试验，以表面粗糙度降低率为评价指标，探究各加工因素对试样表面粗糙度降低率和表面形貌的影响规律。结果 对于采用选区激光熔化成形的试样来说，当加工间隙从3 mm增大到7 mm时，试样的表面粗糙度降低率显著降低，最大降低率为84.7%，最小降低率为6%。当加工间隙为3 mm时，试样表面的未熔融粉末基本去除，表面较平整。当磁极转速从200 r/min增大到1 000 r/min时，表面粗糙度降低率先增大后趋于稳定，在转速为200 r/min时表面粗糙度降低率最小(24.3%)。当转速达到400 r/min甚至更高时，表面粗糙度降低率趋于稳定，表面粗糙度降低率保持在80%左右。表面粗糙度降低率随着振动频率增大的变化情况较为复杂，但是总体呈现先增大后减小的趋势，并且在振动频率为15 Hz时，表面粗糙度降低率最大(84.7%)。当加工时间从10 min增大到50 min时，表面粗糙度降低率呈现先增大后减小的变化趋势，在加工时间为40 min时，表面粗糙度降低率最大(81.7%)。结论 加工间隙、磁极转速、振动频率和加工时间对表面粗糙度降低率都有不同程度的影响，SLM成形的试样经过振动辅助磁力研磨之后，表面粗糙度显著降低，表面未熔融粉末得到有效去除。
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  基于光助芬顿反应的碳化硅化学机械抛光工艺优化

  章平, 陈国美, 倪自丰, 夏永, 戴蒙姣, 王建梅, 李维民, 张海涛

  表面技术. 2022, 51(7): 253-262. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.025

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  目的 高效快速获得紫外光辅助作用下碳化硅(SiC)化学机械抛光(Chemical mechanical polishing, CMP)的最佳加工参数。方法 根据化学作用与机械作用相平衡时达到最佳抛光条件的理论，通过电化学测试的方法探究抛光液pH值、过氧化氢(Hydrogen peroxide, H2O2)浓度、Fe²⁺浓度、紫外光功率等对基体表面氧化膜形成速率(化学作用)的影响;在最大氧化膜形成速率条件下，以材料去除率(Material removal rate, MRR)和表面粗糙度(Average roughness, Ra)为指标，通过调节抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量等工艺参数，探究工艺参数对碳化硅加工过程中氧化膜去除速率(机械作用)的作用规律，寻求机械作用与化学作用的平衡点，获取紫外光辅助作用下SiC CMP的最佳工艺参数。结果 在pH值为3、H2O2的质量分数为4%、Fe²⁺浓度为0.4 mmol/L、紫外光功率为32 W时，化学作用达到最大值。在最大化学作用条件下，抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量分别为38.68 kPa、120 r/min、90 mL/min时，化学作用与机械作用最接近于平衡点，此时材料去除率为92 nm/h，表面粗糙度的最低值为0.158 nm。结论 根据研究结果，电化学测试可以作为探究晶片表面氧化速率较高时所需加工参数的有效手段，进一步调节工艺参数，使化学作用速率与机械去除速率相匹配，高效地获得了材料去除率和表面质量较高的晶片。
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  振幅对超声辅助磨削C/SiC复合材料表面形貌的影响

  戴槟, 李晓舟, 许金凯, 王晶东, 陈广俊, 王茂旬, 王深

  表面技术. 2022, 51(7): 263-273. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.026

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  目的 通过超声振动辅助磨削加工技术加工C/SiC复合材料可以改变材料的去除方式，通过改变超声振幅能够提高材料去除率并获得较好的表面质量，从而成为C/SiC复合材料的新型加工方式。方法 采用超声辅助磨削技术对C/SiC复合材料进行加工，通过改变超声振幅，观察C/SiC复合材料在不同切削角度下的纤维去除机理、纤维断裂形式，测量不同切削角度下工件表面粗糙度Sa。结果 磨削过程中C/SiC复合材料的去除方式以脆性去除为主，纤维损伤形式以纤维断裂、纤维破碎为主。增大超声振幅后，纤维断裂形式增大并伴随出现基体破碎现象。随着超声振幅的增大，不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下测得的表面粗糙度Sa显著减小，降低约15%~41%。结论 由于超声振动的作用，C/SiC复合材料在不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下的材料去除方式发生改变，相比于常规磨削的纤维断裂形式，施加超声振动后，磨削过程中产生的纤维折断和基体破碎被去除，在提高材料去除率的同时，表面质量明显提高。随着超声振幅的增大，不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下的表面粗糙度Sa都减小，且减小程度也不同，减小程度由大到小的顺序为45°>135°>90° >0°。
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  小口径非球面小球头接触式抛光及磁流变抛光组合加工

  颜晓强, 王晗, 张嘉荣, 姚洪辉, 朱相优, 邓建南, 卓少木, 何景帆

  表面技术. 2022, 51(7): 274-287, 323. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.027

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  目的 为了提高非球面光学模具的表面质量和加工效率。方法 分析当前非球面超精密抛光方式及其特点，针对小口径非球面光学模具，提出一种小球头接触式抛光及磁流变抛光的组合加工方法，对小球头进行设计，并抛光碳化钨圆片，对比小球头接触式抛光及轴向、径向、水平方向磁极的永磁体球头的磁流变抛光的加工性能。分别对编号为1^#、2^#、3^#等3个相同轮廓形状的碳化钨非球面模具进行单一方式抛光试验和组合加工试验。结果 通过对小球头抛光碳化钨圆片的加工性能进行分析发现，接触式抛光小球头的去除率为926.5 nm/h，表面粗糙度达到4.396 1 nm;轴向、径向、水平方向磁极的永磁体小球头磁流变抛光的去除率分别为391.7、344.3、353.7 nm/h，表面粗糙度分别为1.425 2、1.877 6、1.887 5 nm。对采用组合加工方法抛光碳化钨非球面的有效性进行验证时发现，非球面1^#在单一接触式抛光60 min后表面粗糙度从8.786 6 nm降至3.693 2 nm;非球面2^#在单一磁流变抛光60 min后表面粗糙度从8.212 1 nm降至1.674 5 nm;非球面3^#在组合抛光方法下先进行15 min接触式抛光，再进行15 min磁流变抛光，表面粗糙度从8.597 2 nm降至1.269 4 nm，面形精度由175.2 nm提高到138.4 nm。结论 组合加工方法可以弥补单一抛光方法的缺陷，并能有效地提高工件的面形精度。与单一接触式抛光方法相比，组合加工方法获得的表面质量更好，抛光后表面粗糙度为1.269 4 nm，远小于单一接触式抛光下的3.693 2 nm;与单一磁流变抛光方法相比，组合加工方法更高效，将样件抛光到同等级别粗糙度所需时间从60 min减少至30 min。
表面功能化
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  超疏水高/低黏附表面的冷凝传热特性

  甘园园, 纪献兵, 赵昶, 孟宇航, 苗政

  表面技术. 2022, 51(7): 288-296, 323. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.028

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  目的 获得超疏水高、低黏附表面传热性能的差异及其规律。方法 以紫铜为基底，制备了亲水、超疏水高黏附与超疏水低黏附3类表面，研究了表面黏附性、蒸汽体积流量和冷却水流量等参数对冷凝传热的影响。结果 蒸汽体积流量较小时，3类表面中，超疏水低黏附表面因液滴受到的黏附力较小而具有最大的冷凝传热系数。当蒸汽体积流量等于4.5 L/min时，超疏水高黏附和超疏水低黏附表面的传热系数分别为14.5 kW/(m².K)和19.8 kW/(m².K)，相比亲水表面分别强化了3.6和4.9倍。随蒸汽流量的增加，3类表面的冷凝传热系数均逐渐增大。但高黏附表面上的液滴因受到的气–液界面剪切作用较强，其传热系数的增幅在3类表面中最为显著。当蒸汽体积流量增大到6.0 L/min时，超疏水高黏附表面的冷凝传热系数可达105 kW/(m².K)，此时略大于超疏水低黏附表面的冷凝传热系数。结论 液滴所受黏附力大小和气–液界面剪切作用程度共同决定了液滴脱落直径和冷凝传热系数的大小。因此，两类超疏水表面的冷凝传热系数随蒸汽体积流量变化的曲线存在交叉点，且交叉点所对应的蒸汽体积流量随着冷却水流量的增大而增加。
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  表面处理对PEEK GF30磁控溅射镀Cu金属化的影响

  钟利, 金凡亚, 但敏, 童洪辉, 敬星, 王新超, 许泽金

  表面技术. 2022, 51(7): 297-305. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.029

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  目的 赋予基材PEEK GF30良好的导电性。方法 以磁控溅射镀膜技术在表面沉积Cu膜。分别采用离子注入和等离子体活化两种技术对基材进行界面处理，通过接触角测试、红外光谱测试和界面微观形貌观察，与原始基材展开表面状态对比。再在此基础上进行金属化处理，并对3种不同界面状态下所制膜层的相结构、表面及断口形貌和成分、膜基结合强度进行判定和分析，探讨界面状态的影响因素以及对膜基结合性能的作用机理。结果 注入金属Ti后，表面Ti含量得到了有效提高，但表面润湿性能无明显改变，活化处理后表面极性基团增加、润湿性能大幅提升，为镀膜提供了良好的界面状态。在原始状态、注入和活化后3种不同界面状态下制备的Cu膜均沿Cu(225)择优生长，活化后所制膜层的结晶度最优。原始状态下所制膜层平整性欠佳、膜基交界处异种材料差异明显，涂层附着力保持为5级，结合力<0.1 N;注入后所制膜层平整致密，交界处有Ti微粒产生“锚扎”强化效果，涂层附着力保持为1级，结合力<0.1 N;活化后所制膜层规则均匀，交界处出现缓冲层，金属微粒“锚扎”强化深度和强度效果最佳，涂层附着力保持为0级，结合力提升至15.45 N。结论 金属注入能够改善膜基结合强度，但改善效果受限于注入层深度的影响。等离子体活化处理能够提高表面活性，改善基材表面环境，可有效提高膜基结合强度。
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  扫描电子束能量峰值对表面温度场的影响规律

  李新凯, 王荣, 胡露瑶, 任旭隆, 王喜社

  表面技术. 2022, 51(7): 306-313. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.030

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  目的 明确扫描电子束环状下束方式下能量分布数学模型以及能量峰值系数对45钢表面温度场的影响规律。方法 基于高斯热源模型，引入能量峰值位置参数，演算扫描电子束环状下束方式下能量分布的数学模型，利用COMSOL软件，模拟扫描带热循环曲线与温度场。结果 针对环状下束方式下电子束热源模型进行修订，电子束能量分布沿中心线对称分布，表层能量分布与偏转角度和能量峰值参数相关，能量峰值参数在0~1内，数值越大c点第一、二能量峰值及其差值越大，扫描带纵向点温差越小，热循环曲线间距越小;电子束下束与收束阶段，束斑温度变化较大，而扫描中期温度较为稳定，能量峰值参数越大，45钢表层高温区域半径越大，最高温度也有所增加;45钢经不同能量峰值系数作用后，扫描带与亚高温带区域的宽度有所不同。结论 能量峰值参数对环状电子束能量分布有较大影响， 时束斑在表层能量梯度最小，有利于大面域电子束表面改性下的能量均匀分布。
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  电沉积法制备Co–LDHM超疏水膜及性能研究

  黄茜, 曾宪光, 曹琨, 黄文恒

  表面技术. 2022, 51(7): 314-323. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.031

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  目的 采用电沉积法在不锈钢网上构筑稳定的钴层状双氢氧化物微球(Co–LDHM)超疏水薄膜。方法 首先，通过第1次电沉积在不锈钢网上制备出ZIFs纳米片阵列结构(ZIF–NFA)，并以此为牺牲模板，然后在第2次电沉积作用下制备出微纳米尺寸的Co–LDHM，最后通过浸泡硅烷降低其表面能。通过溅射试验、耐磨性实验、油水分离实验及电化学试验，分别评价经超疏水改性后不锈钢网的抗污、耐摩擦、油水分离及耐蚀性能，并通过接触角，用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对不锈钢网表面的疏水程度及膜表面的形貌与结构进行分析。结果 经两步电沉积处理后的不锈钢网表面类似浴球状，具有微米/纳米多级表面形貌结构;接触角测试表明，所制备的薄膜呈现出良好的超疏水性能，静态接触角达到159.4°±2°;经过30个耐摩擦实验周期，其表面接触角为141.3°±2°，仍具有较高的疏水性;油水分离效率均大于97%，重复20次以上分离效率仍保持在96%，且具有一定耐蚀性能和良好的抗污性。结论 通过两步电沉积法构筑的Co-LDHM超疏水不锈钢网具有优异的超疏水性能，为MOFs在制备超疏水材料方面的应用提供了一个新的思路。
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  超疏水涂层在沥青路面上的抗凝冰性能分析

  鲁浈浈, 葛倩倩, 陈健, 梁杨, 魏鹏

  表面技术. 2022, 51(7): 324-333, 352. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.032

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  目的 分析超疏水涂层在沥青路面应用时的抗凝冰性能，解决中国北方和高海拔地区路面结冰易引发交通事故的问题。方法 以疏水纳米SiO2粉末和聚氨酯改性聚硅氧烷为主要材料，制备出超疏水SiO2/聚硅氧烷复合溶液，使用浸涂法在沥青马歇尔试件表面形成超疏水涂层。分析涂层的耐磨性、透光性、化学稳定性、疏水性等，同时模拟雨滴结冰试验、落锤除冰试验、低温抗冻试验，评价超疏水涂层的耐磨性、透明性、耐酸碱腐蚀性、抗凝冰性、易除冰性和低温抗冻性，并通过扫描电子显微镜对涂层表面形貌进行分析。结果 当制备的超疏水复合溶液中纳米SiO2的质量分数为7.5%时，涂层的透光率为76.3%，水滴的接触角能达到160.9°±0.7°，即使试件表面被雨水冲刷5 h，依旧可以维持一定的疏水性能。在低温箱中，将完整的试件与表面磨损的试件同时放置在?20~0 ℃环境下1 h，完整试件的接触角仍大于150°，表面磨损的试件也能保持一定的疏水性能;在?5 ℃的低温箱中，将水滴匀速喷洒在完整的超疏水沥青混凝土试件和磨损试件表面，以模拟结冰，发现完整试件表面未出现结冰现象，磨损试件表面有少量结冰;即使超疏水沥青混凝土试件表面结冰，通过“落锤”试验模拟行车荷载对试件表面冰层进行冲击，冰层也可轻易除去。除此之外，使用Abaqus软件模拟超疏水沥青路面的除冰机理，对模型仅施加车辆荷载，计算得到冰层内部的最大拉应变为3.25×10^?4，最大剪切应变为4.25×10^?4，均大于冰层的极限破坏拉应变(2.2×10^?4)和极限破坏剪切应变(2.4×10^?4)。结论 纳米SiO2粒子在涂层表面团聚形成了微纳粗糙结构，使涂层具有超疏水性。涂层的超疏水性可以降低水与路面之间的黏结力，使水滴落在超疏水沥青混凝土涂层表面时即刻滚落，有效减小了路面的结冰量，提高了沥青路面的抑冰、除冰性能。
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  UV固化有机硅改性聚氨酯易清洁涂层的制备及性能研究

  吕朝龙, 李志刚, 魏玮, 李小杰, 刘晓亚

  表面技术. 2022, 51(7): 334-342, 419. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.033

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  目的 研究聚二甲基硅氧烷(PDMS)相对分子质量、官能度及添加量对紫外光(UV)固化聚氨酯丙烯酸酯易清洁涂层防污性能的影响。方法 以聚乙二醇(PEG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、羟基封端的PDMS和季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)为原料，采用一锅法制备了有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯易清洁树脂，并UV固化得到易清洁涂层。结果 添加5 000相对分子质量PDMS(PDMS–5000)的涂层比添加1 000相对分子质量PDMS(PDMS–1000)的涂层具有更高的接触角、更低的滑动角、更好的油性记号笔笔迹收缩效果和耐磨性能，但涂层透过率明显降低;添加双羟基封端的PDMS(PDMS–B)的涂层比添加单羟基封端的PDMS(PDMS–A)的涂层具有更好的油性记号笔笔迹收缩效果和耐磨性能。随着涂层中PDMS的添加量从0.5%提高到2.0%，防污性能逐渐提高。同时根据XPS分析可知，当涂层中PDMS的添加量提高到2%时，涂层表面的Si含量接近饱和，防污性能达到最佳。易清洁涂层即使经过1 000次的磨损循环测试后，依然具有油性记号笔笔迹收缩效果。结论 PDMS–B改性的聚氨酯丙烯酸酯涂层比PDMS–A改性的聚氨酯丙烯酸酯涂层具有更优异的记号笔笔迹收缩性能和耐磨性能，而且PDMS–5000改性的聚氨酯丙烯酸酯涂层比PDMS–1000改性的聚氨酯丙烯酸酯涂层具有更好的易清洁性能。当PDMS的添加量从0.5%提高到2.0%时，涂层的疏水疏油性能逐渐提高。
激光表面改性技术
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  激光冲击强化对片层TC11钛合金组织和性能的影响

  陈正阁, 武永丽, 薛全喜, 熊毅, 王淏

  表面技术. 2022, 51(7): 343-352. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.034

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  目的 提高TC11钛合金的使役性能，对LSP技术在钛合金航空构件上的推广应用提供试验依据和技术支撑。方法 利用激光冲击强化(LSP)技术对片层组织的TC11钛合金进行表面纳米化处理，激光能量为6 J，脉宽为20 ns，光斑直径为3 mm，搭接率为50%。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线应力分析仪、显微硬度计及拉伸试验机对TC11钛合金LSP前后的微观组织及力学性能进行表征。结果 经LSP处理后，在TC11钛合金表层形成了梯度纳米结构，其中外表层晶粒尺寸约为10 nm，形变层厚度约为200 μm;在次表层组织中形成了大量位错缠结、形变孪晶及层错等晶体亚结构缺陷。LSP后钛合金表层存在着最大残余压应力(–267 MPa)和显微硬度值(425HV)，且随着距表层距离的增大，相应的数值均呈现出逐渐减小的趋势。此外，LSP后TC11钛合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了19.4%、18.3%，但伸长率略有下降，断口形貌从典型的韧性断裂向准解理和韧性混合型断裂转变。结论 在LSP作用下获得的梯度纳米结构和残余压应力的共同作用下，TC11钛合金获得了良好的强度–塑性匹配。
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  激光冲击强化对GCr15轴承钢微观组织和摩擦学行为的影响

  崔通, 贺甜甜, 杜三明, 李阳, 李净凯, 连阳, 张永振

  表面技术. 2022, 51(7): 353-362. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.035

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  目的 激光冲击强化处理后GCr15轴承钢实现表面纳米化，同时其力学性能和摩擦磨损性能得到显著改善。方法 采用激光冲击强化对GCr15轴承钢进行表面强化。使用三维形貌仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度计、X射线残余应力分析仪(LXRD)以及摩擦磨损实验仪，对GCr15轴承钢经激光冲击强化处理后的微观组织、力学性能和摩擦磨损性能进行研究。结果 经过激光冲击强化处理后，GCr15轴承钢的位错密度增加，马氏体分布更加均匀且宽度下降，电子衍射花样呈连续的环状，说明有纳米晶组织生成;有效提高材料表面硬度，与原始试样相比，硬度提升了5.1%，并引入了大小为947 MPa左右、深度约为900 μm的残余压应力层;平均摩擦因数下降，磨痕宽度和深度都减小，磨损率的下降幅度为17%~21%，磨损机理以磨粒磨损为主，并伴随一定的黏着和氧化磨损，耐磨性得到提高。 结论 激光冲击强化使GCr15轴承钢的位错密度增加、马氏体碎化且碳化物数量增加、粒径下降;提高了GCr15轴承钢的硬度并在材料次表层构建了残余压应力层，残余压应力在滑动干摩擦过程中释放，马氏体晶粒细化和残余应力释放可有效提高GCr15轴承钢的耐磨性。
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  不同wCa/wP对宽带激光熔覆生物陶瓷涂层性能的影响

  彭兰, 张国芬, 罗迪迪, 王琴, 甘英睿, 朱玉发, 刘其斌

  表面技术. 2022, 51(7): 363-369. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.036

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  目的 对不同wCa/wP的宽带激光熔覆生物陶瓷涂层性能进行研究，探究wCa/wP对涂层硬度、生物相容性及生物活性的影响规律，寻求最优试验参数，为以后制备性能优良的涂层提供参考。方法 运用梯度设计思想，采用宽带激光熔覆技术，在钛合金表面分别制备wCa/wP为1.35、1.40、1.45的梯度生物陶瓷涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、金相显微镜、显微硬度仪、模拟体液浸泡试验、体外细胞试验，研究不同wCa/wP对生物陶瓷涂层组织结构、生物相容性以及生物活性的影响。结果 XRD结果表明，涂层主要由CaTiO3、HA、Ca2SiO4、CaO、TCP等相组成。硬度测试表明，wCa/wP=1.45的涂层平均显微硬度最高，而wCa/wP=1.35的涂层平均硬度最低。体外细胞试验表明，所有涂层上的MG63分布均匀，细胞形态良好，wCa/wP=1.40的涂层上的OD值增长较快，共同培养至第5天时，测得的OD值远高于其他涂层，相较于第1天的OD值增加最多。SBF浸泡试验表明，3种wCa/wP的陶瓷涂层都在表面覆盖了类骨磷灰石，wCa/wP=1.40的涂层，经浸泡后表面覆盖了最多的类骨磷灰石。观察细胞生长形态，细胞的许多丝状伪足紧贴在涂层上，使得细胞可以粘附在涂层上并生长，呈现出正常的梭形形态，具备较完整的细胞膜，wCa/wP=1.40的涂层上粘附的细胞数量更多、分布更为均匀。结论 当wCa/wP=1.40时，Ca-P生物陶瓷涂层不仅拥有良好的生物矿化能力，能够形成更多类骨磷灰石，而且涂层上增殖吸附的细胞数量最多，涂层表现出良好的生物相容性和生物活性。
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  飞机蒙皮纳秒脉冲激光除漆工艺与机理研究

  秦哲, 高谦, 王斌, 杨雅婷, 陈亚军

  表面技术. 2022, 51(7): 370-376, 396. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.037

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  目的 寻求2024航空铝合金基体表面环氧漆层纳秒脉冲激光去除的最佳工艺参数。方法 运用正交试验方法，通过改变激光功率、脉冲频率和扫描速度等参数，结合三维轮廓仪和扫描电子显微镜分析试样表面除漆后的微观形貌和残漆率。同时，为了研究激光除漆机理，采用能谱仪和拉曼光谱仪分析除漆前后环氧漆层成分的变化情况。结果 工艺参数对试样除漆后残漆率的影响的主次顺序为扫描速度、激光功率、脉冲频率。当扫描速度较小时，随着激光功率的提高，激光烧蚀效应占据主导地位。在增加脉冲频率时，单脉冲激光能量密度随之减小，激光烧蚀效应减弱，除漆效果变差。实验以残漆率为优化指标，获得的最佳除漆工艺参数组合为扫描速度60 mm/s、激光功率7 W、脉冲频率20 kHz。使用此工艺参数测得试样表面的残漆率平均值为0.02。结论 通过选择合适的工艺参数，采用纳秒脉冲激光可以有效去除铝合金基体表面的环氧漆层，并且不会损伤基体。除漆机理以激光烧蚀效应和热振动效应为主，漆层被激光烧蚀后形成碳化物，经过二次激光清洗，碳化物受到热振动效应作用可被基本去除，该研究可为今后飞机蒙皮除漆工艺参数的确定提供参考。
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  QT600球墨铸铁激光熔覆数值模拟与实验研究

  许彦, 李昌, 贾腾辉, 陈馨雪, 韩兴

  表面技术. 2022, 51(7): 377-387. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.038

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  目的 揭示QT600球墨铸铁激光熔覆动态演化过程的机理，为球墨铸铁熔覆过程中拓宽熔覆材料范围、优化工艺参数、改进熔覆质量提供理论依据。方法 同时考虑移动高斯热源、材料物性参数温变影响、熔池表面张力和浮力对熔融态金属流动的Marangoni效应等因素，建立球墨铸铁激光熔覆多场耦合三维数值模型。通过QT600球墨铸铁激光熔覆实验，利用Zeiss?SIGMA HD场发射SEM观察熔覆层的形貌及显微组织，采用QNESS?Q10M硬度仪测试熔覆层和基体显微硬度。结果 在光源中心形成了“椭球”状热影响区，沿激光扫描方向温度明显呈单峰分布，且周期性前移，流速在1 s时达到0.24 m/s，前半部熔池呈顺时针环流，后半部熔池呈逆时针环流，在活性元素影响下将导致熔池环流发生逆转。受温度梯度的影响，光斑后方呈收缩状应力带。数值模拟熔覆层形貌与实验一致，显微组织形态符合快速凝固原理的变化规律，验证了模型的有效性，熔覆层硬度明显高于基体，约为基体的1.6倍。结论 数值模拟揭示了温度场、流场、塑性应力场瞬态演变规律，实验表明激光熔覆IN625合金粉末可有效改善球墨铸铁件的表面质量，提高其力学性能。
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  激光熔覆AlCoCrFeNiCu高熵合金工艺优化及耐蚀性研究

  李礼, 叶宏, 刘越, 张昆, 佘红艳, 屈威, 张军琰, 闫忠琳

  表面技术. 2022, 51(7): 388-396. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.039

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  目的 通过脉冲Nd:YAG固体激光器在Q235钢表面熔覆AlCoCrFeNiCu高熵合金涂层，改善其表面性能。方法 采用正交实验法优化激光熔覆工艺参数，通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)、显微硬度仪分析涂层的物相组成、显微组织、元素成分以及硬度分布。采用三电极体系对高熵合金涂层的极化性能以及电化学阻抗谱(EIS)进行测试，研究高熵合金涂层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为。结果 以稀释率和硬度为响应并进行极差和方差分析，最终得出的最佳工艺参数如下:铺粉厚度为1.25 mm，扫描速度为180 mm/min，电流大小为220 A，离焦量为－7 mm。高熵合金涂层物相由富Cu的FCC相以及富(Al，Ni)的BCC相双相构成。表层微观组织为细小、均匀的等轴晶，中部为粗大的柱状树枝晶，涂层底部与基体结合处出现明显的平面晶。Cu元素在枝晶间出现轻微偏析。涂层最高硬度达到521HV0.2，是基体的2.7倍。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中，AlCoCrFeNiCu高熵合金涂层较基体有更正的自腐蚀电位、更小的自腐蚀电流密度、更大的容抗弧半径以及阻抗模值，表现出良好的耐蚀性。结论 激光熔覆技术制得的高熵合金涂层成形良好、性能优异，AlCoCrFeNiCu高熵合金涂层能有效提高基体耐蚀性，起到保护作用。
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  面向铝基发动机气门座圈的激光熔覆铜基合金工艺及性能研究

  刘伊, 白瑞兴, 李长久, 李成新

  表面技术. 2022, 51(7): 397-409. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.040

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  目的 为了提升发动机气门座圈耐磨耐冲蚀性能，延长发动机寿命。方法 针对铝基发动机气门座圈，采用激光熔覆制备铜基合金覆层，对激光熔覆工艺与熔覆层性能之间的关系进行研究。以稀释率、覆层接触角为衡量标准优化参数，研究激光扫描速度、送粉率、激光重熔参数与熔覆层组织形貌的关系。结果 熔覆层的表层组织随扫描速度的增加而细化，同时，熔覆层的稀释率和覆层接触角均增大，而熔覆层的稀释率和覆层接触角随送粉率的增加呈下降趋势。通过改变激光重熔参数，可改变强化相在熔覆层中的分布情况，从而改变熔覆层硬度。通过对剪切断面进行分析，结果表明，结合界面的剪切强度随着扫描速度的增加先增加后降低，在扫描速度为8 mm/s时，剪切强度最大，为142.31 MPa。在最优参数下，熔覆层的平均硬度为392HV0.05，相当于ZL104铝合金基体硬度(约85HV0.05)的4.6倍。结论 熔覆层冲蚀磨损和销盘磨损试验表明，铜基涂层具有最低的摩擦因数和最低的冲蚀质量损失，印证了铜基覆层可以提升发动机气门原材料的耐磨耐冲蚀性能，并在一定程度上提升发动机缸体寿命，为实际应用提供一定的指导。
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  超高速激光熔覆Fe基非晶合金单道工艺分析

  黄海博, 孙文磊, 黄勇

  表面技术. 2022, 51(7): 410-419. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.041

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  目的 利用超高速激光熔覆工艺制备Fe基非晶合金。方法 利用专用模具制备0.4、0.5、0.6 mm不同厚度预置涂层，并用质量分数为4%的聚乙烯醇将涂层与基材黏接，在真空环境下烘干。然后，设计正交试验分析预置厚度、激光功率和扫描速度对Fe–Si–B非晶粉末材料单道熔覆宽度的影响，并利用超景深显微镜和极差分析法分析工艺参数对涂层稀释率的影响次序。最后，对样件磨抛和腐蚀，借助扫描电子电镜分析涂层显微组织。结果 利用超高速激光熔覆制备涂层，单道涂层宽度与激光功率大小呈正相关关系。涂层稀释率变化区间为8.8%~12.1%，影响涂层稀释率的工艺次序为预置厚度>激光功率>扫描速率。所制备的涂层与基材形成良好的冶金结合，但涂层底部出现了晶化现象，晶粒尺寸分布区间为0.5~3.5 μm。将工艺因素归一化考虑，涂层晶粒大小受激光能量密度影响较大。结论 涂层底部凝固速率较低和成分偏析是造成晶化的重要原因，在预置厚度0.6 mm、激光功率500 W、扫描进给量6 000工艺下的晶化程度最小，将激光能量密度控制在10 W/mm³以下，有利于抑制晶化现象。
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  石墨烯含量对激光熔覆镍基熔覆层组织和性能的影响

  单嘉禄, 乌日开西.艾依提

  表面技术. 2022, 51(7): 420-429. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.042

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  目的 研究石墨烯(Gr)含量对镍基熔覆层组织和性能的影响，通过分析Gr含量对复合熔覆层的影响规律来确定Gr的最佳添加含量，同时进行横向、纵向等2个方向上的摩擦磨损测试，以分析扫描方向对摩擦磨损性能的影响。方法 采用预置粉末法制备石墨烯/镍基(Gr/Ni60)合金熔覆层，并针对Gr的质量分数分别为0%、0.3%、0.5%、0.8%、1%的复合涂层进行物相检测、微观组织、显微硬度、摩擦性能等方面的分析。结果 Gr的加入没有引起镍基熔覆层相组成的变化，主要组成相为γ?Ni、Cr7C3、Cr23C6。随着Gr含量的增加，复合涂层晶粒尺寸逐渐减小，晶粒明显细化，显微硬度由623.12HV逐步提升到828.65HV，横向磨损平均摩擦因数从0.65降至0.48，磨损率从7.5×10^?5mm³/(N.m)降至3.6×10^?5mm³/(N.m)。纵向磨损平均摩擦因数从0.70降至0.58，磨损率从5.7×10^?5 mm³/(N.m)降至4.5×10^?5 mm³/(N.m)。当Gr的质量分数为1%时复合涂层的晶粒尺寸与Gr的质量分数为0.8%时相比有所增加，且硬度和摩擦性能略有下降。当Gr的质量分数为0.8%时，复合涂层具有更好的晶粒结构、显微硬度和耐磨性，且横向摩擦性能优于纵向摩擦性能。结论 在镍基熔覆层中添加Gr可以起到明显的强化作用，过量添加Gr会使熔覆层的显微硬度和摩擦性能下降，在添加Gr之前熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损，加入Gr之后磨损机制转变为黏着磨损和氧化磨损，并伴随磨粒磨损。