2022年, 第51卷, 第9期　
刊出日期：2022-09-20

  

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特邀综述
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  微量润滑赋能雾化与供给系统关键技术研究进展

  王晓铭, 李长河, 张彦彬, 杨敏, 周宗明, 陈云, 刘波, 王大中

  表面技术. 2022, 51(9): 1-14. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.001

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  传统金属切削液会对环保、人体健康及制造成本产生负面影响，难以满足绿色制造的发展需求。微量润滑是一种介于浇注式和干式加工的润滑剂绿色供给技术，利用压缩空气将少量可降解的生物润滑剂雾化，形成微液滴，从而起到润滑和抗磨减摩的作用。然而，尚无相关研究针对雾化微液滴精准输运技术的规律进行总结，无法为微量润滑供给参数提供科学指导。为此，综述了微量润滑赋能雾化和供给系统关键技术的研究进展。揭示了微量润滑两相流气动雾化液滴粒径和雾化锥角随供给参数的演变规律，提出了静电雾化微量润滑赋能供给新方法，分析了静电赋能雾化性能调控机制和荷电流体渗透特性，阐述了超声赋能雾化液滴均一化机理和工艺参数优化策略。进一步分析了基于流体动力学模型的刀具/砂轮–工件界面流场分布规律，阐明了喷嘴结构对液滴输运的影响规律，为喷嘴位姿参数的选取提供了理论支撑。此外，论述了喷嘴位姿参数化调控装置的研究进展，解决了润滑介质参数化供给难题。最后，展望了微量润滑复合增效和智能供给关键技术，以期为微量润滑技术的工程应用提供理论支持和技术指导。
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  金属表面新型绿色海洋防污功能膜层的研究进展

  刘蓉, 周秉涛, 魏伟, 高岩

  表面技术. 2022, 51(9): 15-29. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.002

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  海洋中金属设备的生物污损会引起许多问题，如设备的额外能量消耗、高额的维护成本以及严重的金属腐蚀破坏，给海洋工程带来很大损失。在金属表面构建防污膜层是解决其海洋生物污损问题的重要途径。概括了海洋防污膜层的发展历程与金属表面环境友好型防污膜层的研究进展，并重点介绍了新型海洋防污功能膜层及其研究方向。目前，金属表面新型海洋防污膜层的开发主要集中于结构防污和功能防污2个方面。在结构防污方面，在金属表面构建仿生微纳结构，并以低表面能物质修饰，形成超疏水表面，能够显著提高其抗海洋生物附着的能力，达到绿色防污的目的;在功能防污方面，在金属表面制备具有可控释放防污抗菌剂能力的功能膜层，可以实现在环境保护前提下的高效抗菌防污，是未来研究的发展方向。层状双金属氢氧化物(LDHs)和金属–有机骨架(MOFs)材料具有合成物选择多样、微观结构独特的特点，自身具备抗菌能力或负载大量防污抗菌剂的能力，并可实现防污抗菌剂的可控释放，有望成为具有理想抗菌功能的新型海洋防污剂负载材料。
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  高熵合金薄膜微观结构与摩擦学性能的研究综述

  黄卓斌, 周青, 罗大微, 李旗抗, 王海丰

  表面技术. 2022, 51(9): 30-42, 82. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.003

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  在机械系统运行中存在的摩擦磨损问题直接影响系统的工作效率、运行可靠性和使用寿命。如何降低摩擦磨损对机械系统运行的影响至关重要。通过特殊的表面处理工艺在关键工件表面沉积耐磨损、自润滑的薄膜在众多的减摩降损方法中效果突出。相较于传统薄膜，高熵合金薄膜具有独特的微观结构和优异的力学性能，在摩擦领域表现出极佳的发展潜力。概述了近年来有关高熵合金薄膜的研究进展。首先介绍了高熵合金薄膜的基本概念和制备方法，论述了这些制备方法的原理、优缺点和适用领域。其中，通过磁控溅射法制备的高熵合金薄膜的表面光滑致密、成分均匀性好、膜基结合强度较高、组织结构可控，该方法已成为高熵合金薄膜最常用的制备方法。重点论述了采用磁控溅射法来调节元素组分、工艺参数、界面结构对高熵合金薄膜的微观结构和摩擦性能的影响，并从耐磨损性和减摩自润滑性等方面分析改善高熵合金薄膜摩擦学性能的关键因素。高熵合金薄膜具有硬质的组织结构、表面光滑致密、膜基结合牢固等特点，这是提升耐磨损性能的关键。通过复合自润滑相或氧化磨损诱导生成致密的润滑膜，可显著改善其减摩性能。总结了目前研究中存在的问题和不足，并就未来高熵合金薄膜在摩擦领域的研究方向进行了展望。
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  碳捕集、利用与封存中CO2腐蚀与防护研究

  张昆, 孙悦, 王池嘉, 葛红江, 朱艳吉, 汪怀远

  表面技术. 2022, 51(9): 43-52. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.004

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  国际上将碳捕集、利用与封存(CCUS)作为实现长期减碳减排的重要措施，CCUS技术对于降低全球二氧化碳排放量至关重要。CCUS也是实现我国长期绿色低碳发展的必然选择和重要举措，然而CCUS技术高速发展必然会带来装备的腐蚀与防护难题。针对油气开采以及CCUS过程涉及到的碳捕集设备、运输管道和油井管等设备受到的CO2腐蚀问题展开研究，分析其腐蚀机理，包括CO2腐蚀过程，以及不同因素(包括水含量、离子耦合、温度、压力、流速以及混合相中的油相)对CO2腐蚀速率的影响，并进行了总结归纳，特别是高温高压超临界CO2腐蚀机理。针对目前的3种CO2防护手段进行了介绍，考虑到合金防护成本较高，缓蚀剂防护存在二次污染，防护涂层具备更好的发展前景。最后对CO2防护涂层未来研发重点与前景进行了分析和展望。
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  船舶减阻表面工程技术研究进展

  阮海妮, 李文戈, 高原, 姜涛, 刘彦伯, 郭乐扬, 吴新锋, 赵远涛

  表面技术. 2022, 51(9): 53-64, 73. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.005

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  船舶减阻是实现船舶节能减排，构建绿色低碳船舶的关键。船舶被动减阻方法主要有仿生结构减阻、柔性壁减阻、超疏水表面减阻、防污涂层减阻等。按机理将被动减阻方法细分为结构型和物理化学型减阻，结构型减阻是模仿自然界水下生物表面结构以达到减阻效果;物理化学型减阻是赋予表面一定特点，如柔性、超疏水性、防污性等，以通过减少表面摩擦阻力、提高边界稳定性、减轻自重等方式达到船舶减阻的目的。结构型减阻表面构建方法主要有走丝线切割技术(EDM)、滚压成型技术、压印法、浇筑翻模法、涂料喷涂加工技术、激光刻蚀法、三维打印法等;物理化学型减阻表面构建方法主要有涂料喷涂加工技术、旋涂法、化学腐蚀法、溶胶–凝胶法、电化学沉积、静电纺丝、相分离、等离子体处理等。针对以上减阻技术研究现状进行综述，主要从微观机理出发，总结现有文献中制备船舶减阻表面的技术以及存在的问题，并提出多种减阻方法协同作用解决现有问题，指明船舶减阻技术的发展趋势，为船舶减阻技术的研究与应用提供指导。
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  极地微生物多糖的生物学特征及对金属的腐蚀影响机制

  孙振美, 刘涛, 郭娜, 郭章伟

  表面技术. 2022, 51(9): 65-73. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.006

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  微生物在自然界中的分布范围极广，由于其便捷性、经济型、环保性等优点，已被广泛应用于人类社会发展的方方面面。随着南北极开发力度的加大，极地微生物由于其适应极地严酷自然环境的独特生物学特征引起广泛兴趣。其中，极地微生物多糖是重要的研究领域，其在结构上区别于普通微生物多糖，有助于微生物在极寒环境中正常的生命活动。此外，还阐述了微生物合成多糖的Wzx-Wzy、ABC转运蛋白和合酶依赖途径以及多糖与生物膜形成之间的关系，并以此为基础，进一步延伸至多糖对金属材料表面腐蚀的影响。通过研究极地微生物多糖的特征、生物膜形成和金属腐蚀三者之间的关系，探索影响极地微生物腐蚀机制的关键因素，为未来极地服役材料的腐蚀防护提供参考。
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  电沉积新型纳米复合MCrAl(Y)涂层的研究进展

  田礼熙, 彭晓

  表面技术. 2022, 51(9): 74-82. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.007

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  热生长保护性Cr2O3膜或Al2O3膜的MCrAlY涂层，因其与高温金属结构材料的物理相容性好，被广泛用于航空航天等领域的热端结构件的高温防护。目前主要采电子束物理气相沉积、磁控溅射、离子镀、热喷涂等物理方法制备。系统总结了采用纳米复合电沉积技术制备新型纳米复合型MCrAlY涂层的相关研究工作，对其中涉及的纳米复合电沉积和“电泳+电沉积”2种不同的制备方法进行了介绍，概述了基于MCrAl(Y)纳米复合涂层结构特征的选择性氧化模型，阐明了这类涂层相较于传统MCrAlY涂层具有更加优异的抗高温腐蚀性能的“纳米尺寸效应”，重点评述了涂层的组成结构与其高温腐蚀行为之间的关联，以及在此基础上构建的代表涂层成分与表面氧化膜类型关系的涂层氧化图，最后提出了该技术后续可拓展应用于涂层/金属-陶瓷扩散障体系的一体化制备，并对这种新型的纳米复合MCrAlY涂层的未来研究方向与应用前景进行了展望。
摩擦磨损与润滑
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  还原性气氛制备Zr-B-N纳米复合涂层的结构及性能分析

  张纪福, 刘艳梅, 张涛, 柯培玲, 张翔宇, 丁洋, Kim Kwang Ho, 王铁钢

  表面技术. 2022, 51(9): 83-90, 101. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.008

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  目的 制备高纯度、超硬、高耐磨的Zr-B-N纳米复合涂层。方法 在反应气体中掺入还原性气体H2，利用氢元素强还原性去除真空室以及反应气氛中残留的O杂质，采用脉冲直流磁控溅射技术，通过调节N2+H2混合气体流量制备高纯度Zr-B-N涂层。利用扫描电镜、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机等设备对涂层的微观结构、力学性能和摩擦性能进行测试，并分析其变化机理。结果 随着N2+H2流量的增加，Zr-B-N涂层内N含量在N2+H2流量为10 mL/min时达到最高。从截面形貌可以看出，涂层结构由粗大的柱状晶逐步转变为玻璃状细小柱状晶结构，涂层更加致密，呈现典型的纳米复合结构。微量H元素的掺入，减少了涂层制备过程中O相关化学键的生成，制备出的Zr-B-N涂层晶粒的生长环境得到改善。在N2+H2流量为 10 mL/min时，涂层的硬度和弹性模量达到最大值40.26 GPa和532.98 GPa，临界载荷最大约为60.1 N，摩擦系数较小，为0.72，磨损率在此时最低，为1.12×10^–5mm³/(N.m)。结论 当N2+H2流量为10 mL/min时，制备出了超硬Zr-B-N纳米复合涂层。适量氢元素的掺入，充分去除真空室内氧杂质，改善了涂层中晶粒的生长环境，有效地提高涂层的硬度及摩擦磨损性能。
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  元素扩散对Cr2O3陶瓷薄膜结构和摩擦学性能的影响

  何乃如, 李建红, 贾均红, 刘宁, 杨杰, 梁海涛

  表面技术. 2022, 51(9): 91-101. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.009

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  目的 通过高温热处理，不同基材会发生不同的组织演变，研究了组织演变对基材中金属元素高温扩散的影响，从而判断其对多弧离子镀制备Cr2O3陶瓷薄膜形貌、结构以及摩擦学性能的影响。方法 利用多弧离子镀技术在不同基材表面(Inconel 718合金、IC10合金、45钢、316不锈钢)沉积Cr2O3薄膜。使用扫描电子显微镜(SEM)和冷场发射扫描电镜(FESEM)分析了基材和薄膜高温退火前后的表面形貌，并且利用EDS分析了基材和薄膜表面的元素含量变化。采用X射线衍射仪(XRD)对Cr2O3薄膜进行物相分析，使用往复摩擦磨损试验仪、三维轮廓仪以及扫描电子显微镜分析了基材和薄膜退火前后的摩擦学性能。结果 热处理后基材中的元素会扩散到其表面，Inconel 718合金、IC10合金和45钢热处理后，其摩擦因数降低。在Inconel 718合金和316不锈钢表面沉积的Cr2O3薄膜高温退火后，基材中的金属元素沿着Cr2O3薄膜晶界扩散至薄膜表面，并与大气中的O2反应形成三元氧化物。Cr2O3薄膜经1 000 ℃退火后，Inconel 718合金中的Ti元素扩散至Cr2O3薄膜表面形成类网状凸起结构，且薄膜表面形成CrTiO3和Cr2O3混合相，316不锈钢中的Mn元素扩散至Cr2O3薄膜表面形成尖晶石结构的MnCr2O4相，45钢表面上沉积的Cr2O3薄膜在850 ℃退火后薄膜表面形成以Fe元素为主的大颗粒，薄膜表面物相为Fe2O3和Cr2O3混合相，IC10合金表面上沉积的Cr2O3薄膜表面没有发现基材中的金属元素，主要物相为Cr2O3相。Cr2O3薄膜退火后摩擦因数降低至0.45左右。结论 Inconel 718合金、45钢以及316不锈钢中的金属元素扩散至薄膜表面时，其对Cr2O3薄膜的物相组成、表面形貌以及摩擦学性能有很大的影响。IC10合金表面上沉积的Cr2O3薄膜热处理后，磨损寿命较低。Inconel 718合金表面上沉积的Cr2O3薄膜具有优异的摩擦学性能。
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  ZrO2填充PI/EP–PTFE固体润滑涂层的制备及其摩擦学性能

  滕叶平, 黄海波, 崔烺, 曹均, 姚松龙, 文静波

  表面技术. 2022, 51(9): 102-112, 159. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.010

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  目的 提高发动机铝合金轴瓦在温升的油润滑甚至干摩擦工况下的摩擦磨损性能。方法 设计4种不同添加量的ZrO2填充PI/EP–PTFE涂层材料，采用液体喷涂工艺在A370铝合金基体表面制备涂层。通过摩擦磨损试验、纳米压痕试验、形貌特征及元素分布等测试试验，研究涂层在不同温度及不同润滑方式下的摩擦磨损性能。结果 涂层的硬度随ZrO2添加量的增加呈先增后减的趋势。在室温干摩擦工况下，涂层磨损率随ZrO2添加量的增加呈先减后增的趋势。当ZrO2添加量超过8%时，涂层进入动态平衡阶段的时间变长。4%ZrO2添加量的涂层性能最佳，室温干摩擦因数和磨损率分别为0.09和1.01×10^?6mm³/(N.m)。随着温度增加，摩擦因数呈先增后减的趋势，磨损率呈逐渐上升趋势。当ZrO2质量分数小于4%时，室温工况下涂层以黏着磨损为主;当添加量高于8%时，磨损机制以磨粒磨损为主。随着温度增加，涂层犁沟和磨损坑道更加明显。在油润滑工况下，摩擦因数和磨损量进一步减小。8 h油润滑和30 min干摩擦试验后，涂层出现磨痕深度高度相近，宽度不同现象。结论 在温升和不同摩擦接触状态下，涂层中高分子材料和ZrO2软化程度不均匀、大颗粒材料团聚、润滑油黏温特性是导致上述摩擦磨损变化的主要原因。
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  模拟体液中医用钛合金阳极氧化膜的摩擦行为

  王烨, 陈晨, 朱晓清, 宋瑞宏, 上官芸娟

  表面技术. 2022, 51(9): 113-119, 150. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.011

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  目的 在TC4钛合金表面获得阳极氧化膜，分析阳极氧化膜膜厚随电压变化的规律，探讨阳极氧化膜在模拟体液中的摩擦性能。方法 用强硫酸型溶液作为电解液，利用氧化还原反应，用自制的设备在TC4钛合金表面以不同的电压进行阳极氧化，在试样表面制得颜色各异的氧化膜。使用多功能材料CFT–1型表面综合性能测试仪，对阳极氧化膜在模拟体液中进行摩擦性能测试。结果 阳极电压从15 V增大到100 V，氧化膜厚度从6.2 μm 增大到28.4 μm，平均摩擦因数先增大后减小。电压升高，Rutile TiO2在阳极氧化膜的含量不断提高。氧化膜在模拟体液中的摩擦行为分为3个过程，第一阶段，各种电压的TC4合金氧化膜均在前5 min完成短时跑和;第二阶段，摩擦因数震荡上升，随着电压的升高，氧化膜磨粒磨损加剧，局部出现剥落，75 V的剥落最大，100 V的磨痕比较平整;第三阶段，摩擦因数再次爬升，15、35、60 V出现在36 min时，75 V出现在40 min时，100 V在48 min时，阳极氧化膜被磨穿。结论 氧化膜的颜色、耐磨性、物相及表面形貌受电压影响。钛合金阳极氧化膜在模拟体液中耐磨性良好，磨损类型为磨粒磨损。
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  对磨材料经渗碳处理对衬套材料磨损性能的影响

  徐少男, 樊文欣, 李睿林

  表面技术. 2022, 51(9): 120-130. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.012

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  目的 为提高衬套材料的摩擦磨损性能和极压载荷提供理论依据，探究其适用工况。方法 通过对对磨材料进行渗碳处理，采用SRV–IV微动摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验，研究在模拟实际工况下对磨件进行渗碳处理后对常用的2种衬套材料摩擦磨损性能的影响，采用三维面扫仪、扫描电镜、成分分析仪等探究其磨损机理。结果 将对磨材料进行渗碳处理后，QSn7–0.2合金进入稳定磨损阶段的时间提前了25%，平均摩擦因数增大了2.23%，平均磨损质量上升了26.53%，极压载荷减小了50.86%;CuNi6Sn6合金进入稳定磨损阶段的时间提前了约50%，平均摩擦因数减小了10.22%，平均磨损质量下降了9.09%;极压载荷减小了58.63%。对磨材料未经渗碳处理，QSn7–0.2合金的磨损机理主要为磨粒磨损，伴随轻微的黏着磨损;CuNi6Sn6合金的磨损机理主要为点蚀磨损，伴随少量的磨粒磨损。对磨材料经渗碳处理后，QSn7–0.2合金的磨损机理为剥层磨损，伴随轻微的黏着磨损和磨粒磨损;CuNi6Sn6合金的磨损机理主要为胶合磨损，伴随黏着磨损及少量磨粒磨损。结论 对磨材料经渗碳处理后，对于QSn7–0.2合金而言，平均摩擦因数和磨损质量增大;CuNi6Sn6合金的平均摩擦因数和磨损质量都相应减小，但挤压载荷减小的幅度更大。因此，CuNi6Sn6合金适用于对磨材料经渗碳处理且极限载荷较低的工况;QSn7–0.2合金适用于对磨工件未经渗碳处理的、极限压力较大的工况条件。
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  滑动轴承表面椭圆偏置类抛物线微织构研究

  于英华, 杨帅彬, 曹茂林, 沈佳兴, 阮文新

  表面技术. 2022, 51(9): 131-140, 167. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.013

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  目的 充分发掘微织构对于提高滑动轴承的承载性能和抗摩擦磨损性能的潜力。方法 选取某系列汽车发动机活塞连杆组件中的滑动轴承为原型，采用CFD方法对该轴承的承载性能和摩擦性能进行分析。综合运用正交试验和灰色关联分析理论，通过有限元仿真分析方法研究椭圆开口偏置类抛物线微织构结构参数对织构轴承承载力和摩擦因数的影响规律，对其进行多目标优化设计。在此基础上，基于响应面优化设计理论，运用有限元仿真分析方法研究微织构分布参数对织构轴承承载力和摩擦因数的影响规律，建立相应的数学模型并对其进行多目标优化设计。将具有最优参数微织构的滑动轴承的承载性能和摩擦因数与原型轴承进行对比。结果 微织构的最优参数为椭圆长、短半轴长分别为200 μm和110 μm，深度和对称轴的偏移量分别为60 μm和30 μm，起始角和包角分别为4.65°和116.75°，间距为2.79 mm。在滑动轴承表面加工椭圆偏置类抛物线微织构后，其承载力相较于原型滑动轴承增加了21.05%，摩擦因数降低了27.93%。结论 在滑动轴承表面加工出具有最优参数的椭圆偏置类抛物线微织构可以极大地提高滑动轴承的承载性能和摩擦性能。
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  氨基化氟化石墨烯增强热塑性聚氨酯的制备与性能研究

  王梅桂, 王湘玲, 叶相元

  表面技术. 2022, 51(9): 141-150. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.014

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  目的 制备氨基化氟化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料，进一步提升热塑性聚氨酯(TPU)的综合性能。方法 通过亲核取代反应将尿素分子修饰在氟化石墨烯(FG)表面，得到氨基化氟化石墨烯(AFG)。将AFG作为填料与TPU复合，得到不同质量浓度的氨基化氟化石墨烯/热塑性聚氨酯(AFG/TPU)复合薄膜。通过SEM、TEM、AFM、XPS、XRD、Raman对FG、AFG粉末和AFG/TPU复合薄膜进行表征，使用万能材料试验机、多功能摩擦磨损试验机对AFG/TPU复合薄膜进行力学、摩擦学性能测试。结果 经过尿素分子与FG表面的C—F亲核取代反应，得到表面氨基化的AFG，使AFG片层表面不仅有大量的氟元素，而且有能与TPU分子链形成氢键作用力的氨基官能团，从而保证了AFG可均匀分散于TPU基体中。3.25-AFG/TPU复合材料的拉伸强度为5.97 MPa，较3.25-FG/TPU复合薄膜的拉伸强度(4.37 MPa)增加了36.6%，较纯TPU的拉伸强度(2.51 MPa)增加了137.8%。纯TPU磨损体积为0.56 mm³，3.25-FG/TPU复合材料的磨损体积为0.42 mm³，较纯TPU减小了25%;3.25-AFG/TPU复合材料的磨损体积为0.18 mm³，较纯TPU减小了67.8%。3.25-AFG/TPU复合薄膜的磨损率为1.67×10^–2 mm³/(N.m)，较TPU的磨损率(5.18×10^–2 mm³.N^–1.m^–1)降低了67.8%。结论 当FG和AFG分别作为纳米填料时，发现3.25-AFG/TPU力学性能和摩擦学性能均优于3.25-FG/TPU，这是因为AFG不仅保持了FG良好的分散性，使得其可以均匀分散在TPU基体中，而且表面氨基更赋予了AFG与TPU分子链形成氢键作用力的能力，使得拉伸应力和摩擦剪切力可以通过TPU分子链传递到AFG纳米材料表面，最终有效增强了TPU的抗拉伸强度和耐磨损性能。复合材料拉伸断面的微观形貌分析表明，应力可以从TPU分子链传递到AFG表面，AFG起到了分散应力的作用。磨损表面分析表明，TPU和AFG/TPU复合薄膜的磨损机制主要为疲劳磨损。因此，AFG增强AFG与TPU界面的相互作用，最终增强了TPU的力学性能和摩擦学性能。
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  椭圆歧型三通冲蚀磨损数值模拟

  莫丽, 冯满, 陈行, 郭振兴

  表面技术. 2022, 51(9): 151-159. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.015

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  目的 解决石油化工行业中高压三通管汇因冲蚀磨损导致失效率高的问题，降低石油化工生产中的不可控成本，提高歧型三通管的使用寿命和管汇区的安全系数。方法 采用 模型，基于固–液两相流冲蚀理论建立椭圆截面歧型三通管冲蚀磨损数值模拟模型，预测椭圆截面歧型三通管在工作时发生冲蚀磨损的几何位置。研究椭圆截面歧型三通管的椭圆形状和方位夹角对管道最大冲蚀率的影响，对比i=0.85时的椭圆截面和i=1时的普通圆截面2种歧型三通管在不同质量流率、颗粒直径、液体流量、流体黏度下对管道最大冲蚀率的影响。结果 夹角为60°时，管道最大冲蚀率最大，夹角为50°和70°时，管道最大冲蚀率比较接近，夹角为40°时，管道最大冲蚀率最小。不同夹角时均满足:当i由0.76增大至1过程中，管道最大冲蚀率先缓慢减小，后迅速增大，在i=0.85附近有最小值，最大值比最小值增大3.66倍;i=1减小至i=0.76过程中，相贯线处冲蚀率逐渐减小，主管中部的冲蚀率逐渐增加，且冲蚀区域逐渐由主管中部转移到主管上部，冲蚀最严重的区域由相贯线处转变为相贯线附近的回旋涡流区(低流速区)。i=1时，在不同固相颗粒质量流率和主管流量下，最大冲蚀率均明显大于i=0.85时的，增大倍数分别为1.9倍和1.93倍;在不同固相颗粒直径和流体黏度下，最大冲蚀率均明显大于i=0.85时的，增大倍数分别为2.74倍和2.36倍。结论 椭圆截面歧型三通管i值由0.76增大到1过程中，最大冲蚀率先减小后增大，且在i=0.85附近有最小值;i=0.85时，最大冲蚀率在不同工况下的变化趋势与i=1时基本一致，但冲蚀率的降低效果十分显著。
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  Zr靶功率对(WMoTaNb)ZrxN薄膜微观组织及性能的影响

  曹丽娜, 邵文婷, 陈建, 王富强, 武上焜, 杨巍, 要玉宏, 刘江南

  表面技术. 2022, 51(9): 160-167. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.016

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  目的 提高(WMoTaNb)ZrxN薄膜的硬度与弹性模量、膜基结合力、摩擦磨损及抗烧蚀性能。方法 采用反应磁控溅射技术，通过对Zr靶功率的调控，在单晶Si和M2高速钢基体上制备不同Zr含量的(WMoTaNb)ZrxN薄膜。采用FESEM对薄膜的表面及截面形貌进行观察，利用XRD对薄膜的物相组成进行分析，采用纳米压痕仪、划痕仪和摩擦磨损试验机分别对薄膜的硬度、膜基结合力及摩擦磨损性能进行表征，通过氧–乙炔烧蚀试验对薄膜的抗烧蚀性能进行测定。结果 (WMoTaNb)ZrxN薄膜主要由FCC和BCC固溶体结构组成，Zr元素引入后，薄膜FCC(200)晶面衍射峰消失，FCC(111)与(311)晶面衍射峰强度增强。随着Zr靶功率的增加，薄膜中Zr元素含量逐渐增加，薄膜的硬度与弹性模量先增大、后减小，膜基结合力呈现不规律变化，薄膜的抗烧蚀性能逐渐提升。薄膜的摩擦系数随着Zr靶功率的增加而增大，但维持在0.65~0.95。当Zr靶功率为40 W时，制备的薄膜硬度、弹性模量及膜基结合力均达到最大，分别为27.9 GPa、291.3 GPa、84 N，此时薄膜的磨痕深度最小为227 nm。结论 Zr靶功率为40 W时制备的薄膜硬度、弹性模量、膜基结合力、摩擦磨损与抗烧蚀性能最佳。
腐蚀与防护
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  酸性介质环境中温度对Ti–Mo合金耐蚀性的影响

  魏亚, 付禹, 潘志敏, 王雪飞, 余伟, 何石磊, 苑清英, 骆鸿, 李晓刚

  表面技术. 2022, 51(9): 168-177, 187. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.017

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  目的 研究Ti–Mo合金在不同温度的20% HCl溶液中的腐蚀行为和腐蚀规律，并探究其环境腐蚀机理。方法 采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电化学工作站以及X射线光电子能谱等对Ti–Mo合金的微观组织结构和不同介质环境中的耐蚀性进行了探究。结果 溶液介质温度对Ti–Mo合金的腐蚀行为具有显著影响。当温度从20 ℃上升到70 ℃时，腐蚀电位从?548.9 mV(vs. Ag/AgCl)降低到?593.3 mV(vs. Ag/AgCl)，且腐蚀电流密度在20 ℃时最低，为36.925 μA/cm²，维钝电流密度也随温度升高而增加。此外，温度升高不会改变氧化膜的成分，但会使膜内载流子密度升高，导致氧化膜的半导体特性发生n–p型转变。当溶液温度为20、30、50、70 ℃时，腐蚀速率分别为1.138 3、2.931 7、35.217、39.838 6 mm/a，且腐蚀速率随着温度升高而增加。结论 溶液温度升高会使Ti–Mo合金氧化膜内缺陷增多，氧化膜的稳定性和耐蚀性降低。在腐蚀过程中α相与β相会形成微原电池，α相作为阳极更容易发生优先腐蚀，这是由于β相中Mo元素含量较高所致。
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  铜在含氯薄液膜和杂色曲霉作用下的腐蚀行为

  冯亚丽, 李雪鸣, 赵永, 姚琼, 邹士文, 肖葵

  表面技术. 2022, 51(9): 178-187. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.018

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  目的 研究纯铜在含氯液膜和霉菌共同作用下的腐蚀行为与机理。方法 将海南文昌采集的一株野生杂色曲霉接种到质量分数分别为0.9%和3.5%的NaCl溶液中制成孢子悬浮液，将孢子悬浮液均匀喷洒到铜试样表面后进行恒温恒湿试验，试验不同周期后采用体视学显微镜、扫描电子显微镜观察铜试样的腐蚀形貌，采用X射线光电子能谱仪分析试验14 d的试样表面和氩离子刻蚀15 s后的成分。结果 纯铜在NaCl薄液膜下的腐蚀产物具有明显的双层结构，内层靠近基体的为致密的Cu2O钝化层，外层为疏松的Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl组成的Cu(II)碱式盐;无菌时，铜表面出现大量蓝绿色的Cu(II)碱式盐，杂色曲霉存在时，铜表面腐蚀产物主要为红棕色的Cu2O钝化膜，仅有少量Cu(II)碱式盐零星分布在Cu2O膜外层;0.9% NaCl薄液膜与霉菌共同作用时，试样表面腐蚀产物主要为Cu2O，当薄液膜中盐的质量分数升高到3.5%时，霉菌数量减少，Cu(II)碱式盐较0.9% NaCl薄液膜组增多。结论 纯铜的腐蚀产物由内层的Cu2O钝化层、外层的Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl组成双层结构。杂色曲霉通过呼吸作用影响液膜中的O2浓度进而影响铜的腐蚀产物组成，霉菌存在时腐蚀产物中Cu(II)碱式盐显著减少。含氯液膜与霉菌共同作用时，液膜中的NaCl浓度通过影响杂色曲霉的生长活性而影响腐蚀产物组成。
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  油田采出水模拟溶液中咪唑啉类缓蚀剂残余浓度检测技术

  周祥, 逄建鑫, 叶正荣, 武冬明, 伊然, 崔晓东, 刘翔, 孙建波, 孙冲

  表面技术. 2022, 51(9): 188-196. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.019

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  目的 确立一种用于油田采出水中咪唑啉类缓蚀剂残余浓度检测的技术方法。方法 采用紫外–可见分光光度法测量了咪唑啉类缓蚀剂的紫外吸收光谱和吸光度，研究了油田采出水模拟溶液中矿化度、pH值及Fe³⁺等对缓蚀剂吸光度的影响，分析了不同因素影响下缓蚀剂浓度与吸光度之间的相关性。结果 采出水矿化度的变化及Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^?、SO4^2?、HCO3^?等离子的存在对缓蚀剂的吸光度值影响很小，对缓蚀剂浓度检测的影响轻微。然而，采出水中可能存在的悬浮物对缓蚀剂吸光度的测量具有显著影响，检测之前需要对采出水进行过滤处理。在碱性环境中pH值的变化(7~11)对缓蚀剂的吸光度基本无影响，而在酸性介质中pH值的变化(2.5~7)导致缓蚀剂的吸光度在–0.02~0.02范围内波动，引起的缓蚀剂浓度检测误差约为±5 mg/L。采出水中可能存在的Fe³⁺对缓蚀剂吸光度的测量影响很大，在缓蚀剂浓度检测过程中需要消除Fe³⁺对吸光度测量的干扰。结论 提出了油田采出水中咪唑啉类缓蚀剂残余浓度检测技术方案:取缓蚀剂样品配制至少2种浓度的缓蚀剂溶液，测定特征吸收峰波长λ和吸光度A，确定缓蚀剂浓度与吸光度的关系式A=kC;取未知浓度缓蚀剂采出水样;过滤处理;采用紫外–可见分光光度法在波长λ处测量水样吸光度A;Fe³⁺检测及浓度 测定;不含Fe³⁺时，依据CR=A/k计算缓蚀剂残余浓度CR，含有Fe³⁺时，依据 计算缓蚀剂残余浓度CR。
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  含铬油套管钢材在CO2和微量H2S共存环境中的腐蚀规律

  张晓诚, 林海, 谢涛, 汤柏松, 闫伟

  表面技术. 2022, 51(9): 197-205, 216. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.020

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  目的 研究不同含铬材质钢在CO2和微量H2S共存环境中的腐蚀行为，优化深井油套管抗腐蚀设计方案。方法 以实际油水分离的水样为腐蚀介质进行模拟实验，采用高温高压反应釜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)，揭示4种含铬材质钢在不同腐蚀环境中的腐蚀速率、腐蚀产物膜及应力腐蚀开裂特征，并建立高CO2与微量H2S共存环境下油套管防腐选材优化设计方法。结果 在高分压比条件下均发生了由CO2主导的腐蚀反应，腐蚀产物以FeCO3为主，加入微量H2S后低Cr材质产物膜的附着力较低，出现了疏松脱落现象，FeS优先成膜，含铬钢表面的腐蚀产物膜呈现“富铬”现象，膜的保护性能得到改善。3种腐蚀环境中3Cr钢对应的腐蚀速率分别为1.965 3、1.736 1、1.159 2 mm/a，均处于极严重程度，且表面出现了局部沟槽;9Cr钢的产物膜轻微覆盖，腐蚀较轻，13Cr和S13Cr基本无产物膜覆盖，未发生腐蚀。9Cr、13Cr和S13Cr在加载90%的屈服应力时均未发生应力腐蚀开裂，应力腐蚀敏感性较低。结论 含铬钢具有良好的抗腐蚀性能，基于腐蚀环境特点提出了井筒分段防腐选材设计方案“9Cr+13Cr+超级13Cr”，有效降低了防腐成本，研究结果对CO2和微量H2S共存环境中含Cr钢腐蚀特征和优化选材提供了理论依据。
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  CrAlY粒度对复合电沉积Ni-CrAlY涂层复合量的影响研究

  蔡颖辉, 刘建明, 黄凌峰, 王帅, 郭睿

  表面技术. 2022, 51(9): 206-216. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.021

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  目的 研究CrAlY粉末粒度对复合电沉积Ni-CrAlY涂层复合量的影响规律及机理，并探索利用图像软件精确测量涂层中CrAlY复合量的方法。方法 以10种不同粒度CrAlY粉末为原材料，采用复合电沉积技术制备Ni-CrAlY涂层。利用扫描电镜以及能谱仪等表征手段测量涂层中CrAlY颗粒的复合量，分析研究CrAlY激光粒度特征值与其复合量的关系。利用Adobe Photoshop软件研究图像处理方式对图像法表征涂层中CrAlY复合量准确度的影响。结果 CrAlY激光粒度D(90)和D(50)与其复合量有明显关联性，涂层中CrAlY的复合量随CrAlY粉末D(90)和D(50)的增加，呈现先升高、后降低的趋势，当CrAlY粉末D(90)在12.90~ 22.40 μm，D(50)在6.83~9.68 μm时，复合量较高，达到30.58%(质量分数)以上;当CrAlY粉末D(90)小于12.90 μm或大于22.4 μm，D(50)小于6.83 μm或大于9.68 μm时，CrAlY颗粒复合量出现了显著性下降，最低为27.42%。选择容差为33，消除图形锯齿，并进行灰度处理，可使用图像法较准确地测量出涂层中CrAlY的复合量，其测量偏差小于4.1%(体积分数)。结论 CrAlY粉末粒度对其在复合电沉积Ni-CrAlY涂层中的复合量有明显影响，CrAlY粉末过细或过粗均不利于其复合量的提高，需控制CrAlY在合适的粒度区间才能获得较高的复合量。颗粒最密嵌合机制、不同粒径颗粒受镀液冲击作用的不同、颗粒间互相碰撞作用以及“微粒停泊”机制的尺寸限制作用，4种作用的协同影响是造成CrAlY颗粒粒度与复合量出现该规律的主要原因。通过控制容差选取、锯齿处理、灰度处理等，可显著提高图像法测量CrAlY复合量的精度。
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  热浸镀锌层界面的微区电化学腐蚀行为

  林学亮, 王友彬, 辛延琛, 高锋, 韦悦周, Toyohisa FUJITA

  表面技术. 2022, 51(9): 217-225. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.022

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  目的 探究钢铁热浸镀锌的镀层/钢基体界面的微区电化学特性及腐蚀行为。方法 采用扫描电化学显微镜(SECM)分析技术，研究镀层/钢基体界面在0.1 mol/L NaCl溶液腐蚀过程中微区电流的演变过程，结合扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、3D显微镜以及X射线衍射技术(XRD)等分析腐蚀产物的物相组成与分布规律。结果 在腐蚀过程中，镀锌钢的腐蚀产物主要分布在热浸镀锌层界面处靠近钢基体的一侧，在镀锌层表面的分布较少，腐蚀产物主要由Zn5(OH)8Cl2、Zn5(OH)6(CO3)2与ZnO等物相组成。在腐蚀开始阶段，钢基体区域的SECM还原电流(I=1.2)大于镀锌层(I=1.1)。随着腐蚀时间的延长，镀层/钢基体界面处的SECM还原电流整体降低，同时在界面靠近钢基体一侧存在电流凹陷区(I=1.0)，表明腐蚀产物主要沉积在此处，并对镀层的腐蚀起到保护作用。此外，在腐蚀过程中氧气的消耗主要发生在钢基体区域，随着腐蚀时间的增加，镀层和钢基体表面的溶解氧含量都逐渐降低。结论 在浸泡腐蚀过程中，镀锌层作为阳极，溶解生成Zn²⁺，并向钢基体区域扩散，同时钢基体表面消耗氧气，还原形成OH^–向镀锌层区域扩散。Zn²⁺与OH^–以及溶液中其他离子结合，生成腐蚀产物，在靠近镀层/钢基体界面处的钢基体一侧沉淀，对钢基体起到一定的保护作用。
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  双极电化学清除钛合金表面铁污染

  李游游, 赵晓燕, 曹铁山, 赵杰, 孟宪明, 余伟, 程从前

  表面技术. 2022, 51(9): 226-233, 270. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.023

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  目的 针对耐蚀合金表面洁整化制造中，清洗介质和零件形状对清除表面异质铁污染的重要影响，提出了一种采用双极电化学清除铁污染的方法。方法 采用COMSOL软件建立双极电化学模型，仿真计算了不同驱动电位和样品位置对表面电位分布及清除速率的影响，对喷丸强化后的钛合金表面进行铁污染清除试验，利用邻菲罗啉显色检验和电化学阻抗验证铁清除效果，分析典型参数对铁污染清除效果的影响。结果 仿真模拟中电解池内的电压呈对称分布，样品表面电位为0 V;样品位于电解池中近正极1/4处时，其清除速率较中间位置时低;随驱动电压增加，有效清除长度减小，清除速率下降;显色检测显示钛合金原始试样表面的铁污染程度不均匀，红色色度值最高为15.5，清洗后合金表面从红色变为无色，阻抗谱图显示合金表面的耐蚀性增加。结论 试验与仿真模拟结果吻合良好，双极电化学可用于钛合金表面铁污染的清除，为钛合金表面高清洁度制造提供了一种新思路。
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  废气再循环单向阀阀片失效分析及腐蚀防护

  李亚东, 罗长增, 翟文强, 张吉贤

  表面技术. 2022, 51(9): 234-242. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.024

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  目的 明确废气再循环(Exhaust Gas Recirculation，EGR)单向阀阀片的腐蚀失效机理及防护涂层的失效过程，提高其服役寿命和可靠性。方法 利用电火花直读光谱仪、金相显微镜、体视显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪等对EGR单向阀阀片断裂件进行失效分析，表征其化学成分、宏观腐蚀形貌、微观腐蚀形貌及腐蚀产物的元素分布，明确失效机制。采用电化学测试方法和浸泡试验对比研究了3种涂层防护的有效性，包括聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)、淬火–抛光–淬火(Quench-Polish-Quench，QPQ)+PTFE和聚酰胺酰亚胺涂层，揭示EGR单向阀阀片的腐蚀失效机理及防护涂层的失效过程。结果 EGR单向阀阀片表面及断口腐蚀严重。随着浸泡时间的延长，3种涂层的吸水率增加。涂层电容增大而电荷转移电阻减小，涂层的防护性能降低。30 d的浸泡试验结果显示，聚酰胺酰亚胺涂层的耐蚀性最好，涂层剥落少，其次是PTFE涂层，而QPQ+PTFE涂层的耐蚀性最差，涂层大面积脱落且划痕处和阀片边缘出现了明显的腐蚀产物。结论 EGR单向阀阀片断裂的主要原因是腐蚀降低了单向阀阀片的承载能力，在应力作用下发生断裂而失效;受涂层厚度限制，3种涂层在浸泡24 h后均发生溶液渗入涂层到达涂层/金属基体界面的过程，涂层的耐渗水性能低。聚酰胺酰亚胺涂层和PTFE涂层可以作为防护涂层，能在一定程度上提高单向阀的服役寿命。
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  含氟聚氨酯防护涂层体系在模拟海洋环境下的防护性能

  许斌, 刘强, 钱建才, 柏遇合, 李景育, 方敏

  表面技术. 2022, 51(9): 243-250, 270. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.025

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  目的 考核评价Q345低合金钢表面“热喷锌铝基底”和“磷化膜基底”的含氟聚氨酯防护涂层体系在模拟海洋环境下的防护性能。方法 分别制备2类含氟聚氨酯防护涂层体系划痕和非划痕试样，采用实验室多因素组合循环试验方式对涂层试样进行模拟加速试验，分析涂层的外观、光泽、色差的变化情况;对比分析划痕部位涂层的耐腐蚀扩展性能，并采用金相法分析热喷锌铝层试验前后的截面变化;分别采用傅里叶变换红外光谱和电化学阻抗谱表征涂层的老化特征和电化学性能。结果 2类含氟聚氨酯防护涂层体系试验后的变色等级为1级，失光等级为2级，保护性漆膜综合老化性能等级为0级。磷化膜基底层试样划痕部位的含氟聚氨酯防护涂层出现了鼓泡、锈蚀等现象，单边腐蚀宽度为9.18 mm;热喷锌铝基底层试样划痕部位的含氟聚氨酯防护涂层未出现鼓泡现象，单边腐蚀宽度仅为2.58 mm。含氟聚氨酯防护涂层红外光谱特征峰的形状、位置、强度均未发生明显变化;磷化膜基底层试样涂层体系0.01 Hz阻抗模值(|Z|0.01 Hz)为2.3×10⁹ Ω.m²，热喷锌铝基底层试样涂层体系0.01 Hz阻抗模值(|Z|0.01 Hz)为4.6×10⁹ Ω.cm²。结论 含氟聚氨酯防护涂层具有较好的抗光老化和耐蚀性能。热喷锌铝基底层相较于磷化膜基底层，不仅可以提高涂层体系的持久耐蚀性能，而且能够有效缓解涂层破损后发生的腐蚀扩展现象。
精密与超精密加工
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  长余辉发光粒子与光催化剂在SiC晶圆化学机械抛光中的协同作用

  王万堂, 张保国, 周佳凯, 李浩然, 李烨

  表面技术. 2022, 51(9): 251-259. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.026

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  目的 获得一种可改善单晶SiC晶圆化学机械抛光(CMP)效率的复合增效技术，实现单晶SiC晶圆高效率和低成本的加工要求，并对其增效机理进行深入研究。方法 通过抛光实验和原子力显微镜测试，探究长余辉发光粒子(LPPs)与不同光催化剂的协同作用对SiC–CMP的材料去除速率和表面粗糙度的影响。结合扫描电子显微镜(SEM)、紫外–可见漫反射光谱仪(UV–vis)、光致发光光谱仪(PL)和X射线光电子能谱仪(XPS)等仪器的测试结果，研究LPPs与光催化剂的协同增效机理。结果 与传统CMP的条件相比，在光催化条件下采用LPPs(质量分数0.5%)+TiO2(质量分数0.5%)+ H2O2(质量分数1.5%)+Al2O3(质量分数2%)的抛光液时，SiC的材料去除速率(MRR)由294 nm/h提高到605 nm/h，同时获得的晶圆表面粗糙度(Ra)为0.477 nm。然而，采用含有LPPs和ZrO2的抛光液抛光SiC时，其材料去除速率和表面粗糙度都未得到明显改善。XPS测试结果表明，LPPs与光催化剂的协同作用增强了抛光液对SiC的氧化作用。UV–vis和PL测试结果显示，LPPs与不同光催化剂协同效果的差异主要与其光学性能有关。结论 在光催化条件下，LPPs和TiO2对单晶SiC–CMP具有协同增效的作用，然而LPPs和ZrO2没有展现出协同增效的作用，即LPPs与光催化剂的协同作用可以改善SiC–CMP的性能，但是光催化剂的选择需要考虑LPPs的发光特性。
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  基于线圈优化设计的黄铜管内表面电磁抛光试验

  潘明诗, 陈燕, 程海东, 张志鹏, 吴炫炫, 韩冰

  表面技术. 2022, 51(9): 260-270. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.027

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  目的 设计一种低频交变磁场发生装置，高效率地去除H62黄铜管内的表面缺陷，提高其表面质量，延长其使用寿命。方法 采用闭合铁芯的方式设计一种低频磁场发生装置，利用EDEM软件对磁场中的磁性磨粒进行运动仿真分析;对电磁线圈的缠绕方式、通电方式进行设计，并利用Ansys软件对不同的线圈缠绕方式和通电方式所产生的磁场进行模拟分析。数控车床夹持管件旋转，并与磁场发生装置相配合，使管件中的磁性磨粒在磁场中磁化，并紧贴管件内表面进行研磨抛光。使用触针式表面粗糙度测量仪和超景深 3D电子显微镜，对研磨前后的样品进行检测分析。结果 基于三端缠绕方式，采用2种不同的通电方式对管件进行研磨加工，采用相对型通电方式研磨6 min后，H62黄铜管内的表面粗糙度由原始的0.618 μm降至0.373 μm。采用相邻型通电方式研磨6 min后，H62黄铜管内的表面粗糙度由原始的0.667 μm降至0.081 μm。结论 利用低频交变磁场能够实现研磨工具(磁性磨粒)的循环更新，提高磁性磨粒的利用率。在采用三端缠绕方式通电时所产生的磁场强度更大，更适合于磁粒研磨加工。采用相邻型通电方式(N?N?S?S磁极排布)加工时，研磨压力更大，大幅缩短了加工时间，去除了管件内壁的原始缺陷。
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  烧结法制备铁基立方氮化硼磁性磨粒及其磨削性能研究

  张世学, 丁云龙, 吕旖旎, 王荟江, 陈燕

  表面技术. 2022, 51(9): 271-279. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.028

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  目的 解决现有烧结法制备磁性磨粒工艺中存在的研磨相单一、研磨相材料硬度相对较低，以及对于高硬度难加工材质的研磨效率低、质量差等问题，采用立方氮化硼粉末作为研磨相烧结制备一种新型磁性磨粒。方法 采用烧结法制备铁基立方氮化硼磁性磨粒，探究原料的粒径比、烧结温度对磁性磨粒磨削性能的影响，以TC4钛合金板和Si3N4陶瓷板为试验对象，通过表面粗糙度测量仪和3D超景深显微镜对比加工前后工件的表面质量，采用扫描电镜观察加工后磁性磨粒的表面形貌，以此作为磁性磨粒的研磨性能和使用寿命的评价指标，并采用面扫描能谱分析仪观察磁性磨粒中研磨相的分布情况。结果 采用烧结法，以铁粉为基体，以立方氮化硼粉末为研磨相材料，制备磁性磨粒。最终确定压制力为90 kN，基体与研磨相的粒径比为3∶1，烧结温度为1 180 ℃，在此条件下制备的磁性磨粒具有良好的磨削性能，相较于烧结法制备的Al2O3/Fe、SiC/Fe磁性磨粒具有更强的磨削性能，可实现Si3N4陶瓷板表面的光整加工，在研磨39 min后可将其表面粗糙度由1.382 μm降至0.117 μm。结论 采用烧结法制备的铁基立方氮化硼磁性磨粒能够解决硬脆材料的表面质量问题，可以作为性能优异的磨削介质参与研磨，满足磁粒研磨光整加工技术的需求。
表面功能化
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  血管支架内表面正六边形微织构对血液流动特性的影响

  郑凯瑞, 杨发展, 赵国栋, 卞东超, 黄珂, 林云龙

  表面技术. 2022, 51(9): 280-287, 310. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.029

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  目的 探究具有不同面积占有率的正六边形凹坑微织构血管支架对血液流动特性的影响，探究微织构在抑制支架再狭窄中的作用。方法 在管状血管支架内表面设计具有不同面积占有率的正六边形凹坑微织构，采用Ansys有限元分析方法探究不同面积占有率微织构的存在对其腔内血液流速的影响。结果 带有微织构的支架腔体内血液流速大于无织构的支架腔体内血液流速。在整个心动周期内，心脏收缩时微织构面积占有率为31.9%的血管支架腔体内的主流区血液流速整体上最快;心脏舒张时微织构面积占有率为11.2%的血管支架腔体内的主流区血液流速最快。在峰值时微织构支架下的血液流动方向会产生径向跳动和扰动，血液流速产生了径向分量，在近壁面处血液出现了扰动和不稳定流动现象，微织构面积占有率越大，壁面产生扰动的血液越多。在平稳时刻，近壁面血液会产生回流，在无微织构支架下腔体内正常流动的血液与回流区血液形成了漩涡，面积占有率越大，形成的漩涡越明显。结论 血管支架内壁微织构的存在可以减小血液的黏附和流动时所受到的阻力，提高血液的流速，同时可以使近壁面处血液更好地混合，有利于改善血液的流动状态，降低再狭窄现象的发生概率，提高血管支架正常服务的寿命。
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  水热温度和时间对3D打印Ti-6Al-4V植入体表面理化性能的影响

  纪振冰, 万熠, 赵梓贺, 于明志, 王宏卫, 范世缘

  表面技术. 2022, 51(9): 288-299. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.030

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  目的 研究在具有微纳米双级结构的3D打印钛合金植入体表面制备聚多巴胺涂层的最佳工艺及参数。方法 对酸蚀和阳极氧化处理后的3D打印Ti-6Al-4V样品进行水热处理，通过水热法将聚多巴胺添加到样品表面，并分析不同水热温度和时间的处理效果。使用扫描电子显微镜、三维共聚焦激光显微镜、X射线光电子能谱仪、接触角测量仪、电化学工作站对各组样品的表面形貌、粗糙度、元素组成、表面润湿性、耐腐蚀性等进行表征。结果 经过酸蚀和阳极氧化处理后，在3D打印钛合金植入体表面成功制备了微纳米双级结构，表面纳米管的管径为80 nm左右，水热处理后各组表面均可以观察到有涂层附着。样品表面元素分析结果表明，各组样品表面的N/C值均与理论值0.125接近，证明水热处理成功在微纳米结构表面添加了聚多巴胺涂层。随着水热处理温度的升高和时间的延长，纳米管的管径逐渐减小，由80 nm减小至40 nm左右。随着反应时间的延长，样品表面粗糙度逐渐降低，各组粗糙度均保持在4~5 μm，且接触角逐渐减小，酸蚀后的表面接触角为52.1°，阳极氧化后，接触角降低至42.9°。经过水热处理，各组接触角均小于35°，表现出较好的亲水性。相比于酸蚀组和阳极氧化组，水热处理后的各组的耐腐蚀性均得到增强。结论 在基本保留原有微纳米双级结构的前提下，37 ℃的反应温度和24 h的反应时间适用于聚多巴胺在钛合金植入体表面的沉积。研究结果为聚多巴胺在钛合金植入体表面自聚合的工艺参数优化提供了参考。
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  特殊浸润性表面构建及其抑制酸奶黏附的研究

  刘淑秋, 苏梦琪, 侯聚敏, 卢敏

  表面技术. 2022, 51(9): 300-310. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.031

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  目的 构建一种能够抑制酸奶黏附现象的特殊浸润性表面，探索特殊浸润表面的结构、组成及性能。方法 以棕榈蜡、二氧化硅和羧甲基纤维素钠为原料，通过喷涂法在聚苯乙烯片材上构建特殊浸润性表面。结果 棕榈蜡添加量为3 g，二氧化硅为0.9 g，两者共溶于100 mL无水乙醇，将0.6 g羧甲基纤维素钠溶于100 mL去离子水时，2种溶液共混(V乙醇溶液∶V水溶液=2∶1)在聚苯乙烯片材表面进行喷涂，并于75 ℃烘干30 min，得到特殊浸润性表面。所构建的特殊浸润性表面具有典型的微纳结构，酸奶在其表面的接触角为(141.32±5.43)°，滚动角为(7.51±2.86)°。耐碱、耐盐试验表明，特殊浸润性涂层在浸泡24 h后，酸奶在其表面的接触角分别为(132.00±5.75)°和(130.18±6.09)°，与原始特殊浸润性表面相比未发生显著性下降(P>0.05)。此外，甲基蓝和邻苯二酚紫粉末的残留结果表明所构建的表面自清洁性能良好。酸奶在具有特殊浸润性表面的聚苯乙烯片材上的残留量为(3.77±1.99)%，显著低于无特殊浸润性表面的聚苯乙烯片材(15.12±2.77)%(P<0.05)。结论 该特殊浸润性表面具有良好的化学稳定性、自清洁性和不黏性，可有效减少酸奶资源的浪费，也为液态黏性流体食品的包装设计提供理论依据。
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  1 064 nm激光高反膜残余应力及其形变分析

  李阳, 徐均琪, 苏俊宏, 袁松松, 刘祺, 刘政

  表面技术. 2022, 51(9): 311-318, 334. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.032

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  目的 由于光学薄膜自身的残余应力，致使镀膜前后基底面型变化较大。针对这一问题，本文制备单层膜和激光高反膜，明确单层膜应力机制，以此研究不同膜系高反膜的应力情况及其面型变化，通过增加压应力补偿层减小面型变化，为制备微变型激光高反镜提供方法。方法 从理论上分析单层膜残余应力机制，采用等效参考温度的方法代替光学薄膜本征应力的效果，通过仿真方法得到薄膜的本征应力。使用有限元分析和试验方法研究激光高反膜的残余应力情况。以单层膜试验为依据，使用等效参考温度、生死单元和载荷步技术，仿真分析多层膜–基系统的残余应力分布及其面型变化。采用电子束热蒸发技术制备不同的高反膜，通过Zygo激光干涉仪测试其镀膜前后的面型，分析基底初始面型、膜料和膜系对高反镜面型的影响。结果 仿真发现，多层膜–基系统残余应力呈现层状分布，从基底到膜层由拉应力变为压应力，再由压应力变为拉应力。在残余应力作用下，整个多层膜–基系统呈凹形，位移呈环状分布。对于TiO2/SiO2组合，通过分析对比不同膜系下对应每一层膜层的残余应力及其对整体面型的影响，发现膜系G│(HL)¹⁰H2L│A比 G│(HL)¹⁰H│A面型的变化更小。试验发现，通过增加压应力补偿层使得高反膜的残余应力减小，高反镜(熔石英基底，?30 mm×2 mm)的面型基本没有变化(ΔPV=0.004λ)，这与仿真结果一致。结论 熔石英基底上TiO2、HfO2、H4和SiO2的本征应力在残余应力中起主导作用，TiO2、HfO2和H4一般表现为拉应力，SiO2表现为压应力。不同膜料组合的高反膜体系均表现为压应力。膜系G│(HL)¹⁰H2L│A比G│(HL)¹⁰H│A残余应力和面型变化更小，其残余应力为－39.70 MPa，比不加补偿层减小了22.26 MPa，面型基本没有变化。当加2L应力补偿层时，在满足光谱特性的基础上可以平衡多层膜整体残余应力。
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  石墨烯喷涂与化学镀镍黑化冷屏性能对比

  范崔, 莫德锋, 王小坤, 贺香荣, 杨力怡, 曾智江, 李雪

  表面技术. 2022, 51(9): 319-325, 334. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.033

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  目的 探索高效的冷屏黑化技术，获得石墨烯环氧胶混合喷涂与化学镀镍黑化后的红外探测器冷屏的光学特性、真空放气特性。方法 采用傅里叶光谱仪对比测试不同粗糙度的基底，以及基底经过化学镀镍、石墨烯喷涂黑化后的样品在2.5~15 μm波段内的镜面反射率，利用扫描电子显微镜观察分析黑化表面形貌。采用小孔流导法测试对比不同粗糙度基底250 ℃除气前后的放气规律，以及除气后基底、化学镀镍、石墨烯喷涂黑化样品的出气率。结果 化学镀镍黑化反射率受基底粗糙度的影响大，若在喷砂面黑化，镜面反射率低于2%。石墨烯喷涂的黑化涂层厚，吸收率不受基底表面粗糙度影响，镜面反射率低于0.4%，但镀层的表面结合力受到基底粗糙度的影响。对放气特性进行分析发现，高温除气可以去除化学吸附气体分子，再次暴露大气吸附的气体多为物理吸附。黑化层对出气率的影响远大于基底粗糙度，石墨烯黑化层的微孔洞结构使初始出气率大于镀黑镍约1个数量级。结论 石墨烯与环氧胶混合喷涂黑化的消杂散光能力显著优于化学镀镍黑化，但总放气量高，采用适当的低出气率处理，改进其真空性能是在红外组件应用中的关键。
表面强化技术
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  基于随机过程的三维粗糙表面接触刚度研究

  解松霖, 艾延廷, 赵丹, 田晶, 刘玉, 关鹏, 刘俊男

  表面技术. 2022, 51(9): 326-334. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.034

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  目的 建立三维粗糙表面法向接触刚度的有限元模型，研究法向接触刚度对粗糙度、自相关系数、弹性模量、屈服极限等参数的敏感性。方法 首先基于随机过程理论，采用二维数字滤波技术，生成满足Gauss分布和指数自相关函数的粗糙表面，建立三维粗糙表面接触有限元模型。然后根据结合面静位移与结合面受力关系推导出静刚度表达式，得到两粗糙表面的法向接触刚度。根据中心复合试验设计方法选取的样本点和有限元计算结果，建立二阶响应面模型。最终定义了临界自相关系数，并研究了临界自相关系数与其他参数的关系。结果 有限元计算得到的法向接触刚度结果合理，与试验结果相比最大误差不超过12.34%。弹性变形、塑性变形及真实接触面积随载荷的增加逐渐增大。法向接触刚度与粗糙度呈现负相关趋势，粗糙度不变时法向接触刚度随自相关系数的增大先增大后减小;法向接触刚度与弹性模量呈负相关趋势，法向接触刚度与屈服强度呈正相关趋势，且粗糙度的改变对法向接触刚度影响最大。当压力为200 MPa时，粗糙度、自相关系数、弹性模量、屈服极限分别为0.8 μm、18.91、240 GPa、355 MPa，法向接触刚度达到最大值121.53 MPa/mm，优化后接触面的法向接触刚度提高247%，并给出了临界自相关系数选取公式。结论 所建立模型正确、准确，为粗糙表面法向接触刚度计算提供一种有效方法，可为航空发动机安装边结构设计提供理论指导。
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  喷丸处理辅助碳钢表面低温B–Cr–Re扩散

  袁兴栋, 李子哲, 方同辉, 姜文韬, 王学刚

  表面技术. 2022, 51(9): 335-341, 350. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.035

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  目的 提高碳钢表面B原子低温扩散行为，拓宽低温B–Cr–Re三元共渗技术的应用范围。方法 以退火态45钢为基体，表面经合金钢砂喷丸处理后进行B–Cr–Re低温共渗，获得一定深度的共渗层，喷丸处理时间分别为0.5、1.0、1.5 h，在580 ℃下保温6 h。利用透射电子显微镜(TEM)、热场发射扫描电子显微镜(TFESEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等检测仪器，分别研究经喷丸处理后基体表层的微观组织结构、B–Cr–Re共渗层的组织结构及力学性能。结果 实验结果表明，经喷丸处理后45钢基体表层组织处于塑性不稳定状态，表层产生了位错、非晶区和孪晶等结构缺陷，表层获得了纳米结构层;随着喷丸处理时间的延长，基体表层晶粒逐渐破碎细化，平均晶粒尺寸分别为180、70、20 nm;对喷丸处理后的基体进行低温共渗，在其表层获得了均匀、连续、致密的B–Cr–Re共渗层，且呈树枝状，平均深度分别为20、22、23 μm，较未喷丸处理基体表层获得的共渗层平均深度(13 μm)提高了约54%、69%、77%;B–Cr–Re共渗层结构为FeB相和Fe2B相，以Fe2B相为主，共渗层的力学性能良好，显微硬度为875HV~2 042HV。结论 碳钢经喷丸处理后，表层晶粒细化，晶界位错明显增多。晶界位错等对后续原子的扩散起着快速通道的作用，提供能量，提高B原子扩散速度，降低B–Cr–Re共渗温度。这种表面处理技术为碳钢表面的强化提供了更好的方法。
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  基于TD覆层处理技术的细长孔内表面覆层性能

  陈晨, 史文杰, 宋瑞宏, 蔡银熙, 吴海丰, 朱晓清

  表面技术. 2022, 51(9): 342-350. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.036

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  目的 采用热扩散法碳化物覆层处理技术，研究细长孔内壁的成层厚度、覆层形貌，以及对细长孔内壁表面硬度性能的影响;探究在不同孔径和孔长条件下，采用热扩散法碳化物覆层处理技术在孔内表面形成覆层的微观形貌及形成原因。方法 采用目前使用最为广泛的碳化钒覆层配方对试样进行覆层处理，在试样内壁表面得到各组对应的碳化钒覆层;利用X粉末衍射实验(XRPD)分析处理结束后内表面的物相组成，利用光学显微镜观察形成覆层的厚度，利用扫描电子显微镜(SEM)对表面覆层的微观组织进行分析，并采用划痕法测试其结合强度，利用显微硬度计测量其表面硬度。结果 在不同孔径的孔内壁均生成了一层碳化钒覆层。3 mm孔样品的覆层厚度相对最薄(3.06 μm)，6 mm孔样品的覆层厚度相对最厚(5.29 μm);在硬度测试实验中，与未进行覆层处理的原材料相比，覆层后孔内壁的硬度均得到了强化，且6 mm孔样品的强化效果相对最佳，其表面硬度达到了1 767.8HV2/15。结论 经热扩散法碳化物覆层处理技术处理后得到的内表面覆层厚度随着孔径的增加而增加，同时覆层的厚度、表面硬度等均与孔径呈正相关;随着孔长的变化，成层厚度等出现先下降后上升的趋势;所形成的碳化钒覆层均能够有效提高材料的表面硬度。
激光表面改性技术
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  激光熔覆CoCrNiMnTix高熵合金涂层组织及耐磨性能研究

  高玉龙, 马国梁, 高晓华, 崔洪芝

  表面技术. 2022, 51(9): 351-358, 370. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.037

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  目的 针对高铁制动盘等高速强力磨损的关键件，设计激光熔覆CoCrNiMnTix高熵合金涂层，提高表面的硬度和耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备CoCrNiMnTix高熵合金涂层，利用XRD和SEM对涂层微观组织进行表征，通过显微硬度计和纳米压痕仪测试涂层硬度，运用摩擦磨损试验机和三维形貌仪研究涂层的摩擦磨损性能。结果 在激光熔覆CoCrNiMnTix涂层中，随着Ti含量的增加，涂层物相由单一的FCC相转变为FCC+Laves相。由于固溶强化以及Laves相含量增多，涂层的显微硬度不断提高，CoCrMnNiTi硬度达到523HV0.1，最高纳米硬度达到6.91 GPa。CoCrNiMnTix系涂层的弹性模量大小相近。随着Ti含量的增加，涂层的耐磨性呈现升高趋势，当Ti的摩尔分数增加至0.75时，涂层具有最好的耐磨性，但进一步增加Ti含量时，由于脆硬性的Laves相逐渐增多，磨损形式由低Ti含量时的粘着磨损逐渐转变为高Ti含量时的磨粒磨损，使涂层耐磨性能下降。结论 激光熔覆CoCrMnNiTix涂层可以显著提高基体的耐磨性，Ti的摩尔分数为0.75时，在FCC基体中形成了少量Laves相，既提高硬度，又实现强韧配合，涂层表现出最佳的耐磨损性能。
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  飞秒激光刻蚀氧化锆表面微纳结构及其润湿与抗菌性能

  任乃飞, 宋佳佳, 李保家, 黄立静, 李志祥, 辛志铎

  表面技术. 2022, 51(9): 359-370. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.038

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  目的 构筑氧化锆表面微纳结构，提高表面疏水性能。方法 用飞秒激光在氧化锆表面刻蚀网格结构，随后用硬脂酸修饰所得表面，系统研究了激光能量密度、激光扫描速度对氧化锆表面形貌及润湿性的影响，分析不同处理条件下氧化锆的表面形貌和润湿性，通过润湿模型进一步揭示润湿性转变内在机理。进一步通过在饱和大肠杆菌溶液中浸泡的试验，对不同处理条件下氧化锆表面的抗菌性能进行了测试和分析。结果 在9.6 J/cm²的过高能量密度以及10 mm/s的过小扫描速度下会导致氧化锆表面过度烧蚀，破坏表面微结构，不利于提高表面疏水性。发现激光纹理化氧化锆的最佳参数为激光能量密度8.3 J/cm²，扫描速度20 mm/s，制备的微凸起结构为表面覆盖大量纳米结构的周期性锥状阵列，凹槽的平均宽度和平均深度分别为(27.598±1.376)μm和(33.825±0.559)μm，此时表面粗糙度最大为9.556 μm，随着表面粗糙度的增加，微纳复合结构可以截留更多的空气，减少固液接触面积，表面具有最大的水接触角为(163.9±1.5)°，最小的水滚动角为(4.3±0.8)°。平板菌落计数法测定结果显示，此时硬脂酸修饰的激光纹理化氧化锆超疏水表面的抗菌率最高，为(89.1±3.6)%。结论 采用飞秒激光刻蚀结合硬脂酸修饰的方法，通过激光参数优化，可在氧化锆表面产生微纳复合结构，增加其表面粗糙度，从而制备得到疏水甚至超疏水的氧化锆表面，超疏水氧化锆表面截留的空气层对大肠杆菌的黏附具有很好的抑制作用，表现出明显的抗菌性，有望扩展氧化锆在牙科领域的应用。
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  激光冲击E690高强钢Ostwald熟化现象的试验研究

  解朋朋, 曹宇鹏, 花国然, 杨聪, 朱鹏飞

  表面技术. 2022, 51(9): 371-378, 394. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.039

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  目的 研究功率密度对激光冲击E690高强钢表面Ostwald熟化现象的影响。方法 根据理论分析激光冲击金属材料与产生调幅分解的内在联系，提出因激光冲击强化产生 Ostwald熟化现象所需要的条件。使用场发式透射电镜(TEM)获取激光冲击E690高强钢试样表面微观组织结构和选区电子衍射花样，观测不同功率密度的TEM形貌相中晶粒尺寸的变化特征，以及Ostwald熟化现象验证。结果 通过TEM形貌像可以看出，E690高强钢基材是由铁素体层与渗碳体层交替重叠组成的珠光体形貌，在激光冲击强化作用下，发生了晶粒细化，薄层渗碳体逐渐消失，电子衍射花样逐渐呈圆环状变化。当激光功率密度上升至4.07 GW/cm²时，持续细化的材料发生粗化，出现调幅分解组织，选区电子衍射花样中出现卫星斑，E690高强钢表面发生了Ostwald熟化现象。当激光功率密度达到5.09 GW/cm²，E690高强钢表层产生了纳米晶。结论 较弱和较强的功率密度都不能使脱溶物到达发生Ostwald熟化机制的临界半径，Ostwald熟化现象与纳米晶相邻出现。
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  热丝激光熔覆17–4PH涂层组织与腐蚀磨损性能

  张安琪, 王彦芳, 牛德文, 石志强, 何艳玲, 王海新, 苏成明

  表面技术. 2022, 51(9): 379-386. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.040

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  目的 在低碳钢表面高效制备沉淀硬化马氏体不锈钢涂层，研究涂层在腐蚀磨损苛刻条件下耦合损伤行为。方法 采用热丝激光熔覆技术在20钢基材表面制备17–4PH马氏体不锈钢涂层，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析涂层的相组成和显微组织，采用电化学腐蚀摩擦磨损试验仪对涂层的摩擦磨损、极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)及腐蚀磨损耦合行为进行研究。结果 制备的涂层组织均匀、致密，无裂纹、气孔等缺陷，主要由马氏体相组成。熔覆区的平均硬度约为310HV0.1，约是基材硬度的1.5倍，自腐蚀电流密度为6.583×10^?8 A/cm²，具有优异的耐蚀性。在3.5%NaCl溶液中，随摩擦载荷的增加，涂层的开路电位下降，摩擦因数增大，自腐蚀电位下降，腐蚀电流密度增大，摩擦对腐蚀促进作用明显。结论 热材激光熔覆技术节能、高效，制备的17–4PH涂层结构致密、性能优异，可用于在腐蚀磨损苛刻环境下零部件的表面改性。
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  激光清洗纯铝设备线夹工艺及其对电导率的影响

  冯勇兵, 毛水强, 陈益坪, 程辉阳, 林俊岑, 俞敏波

  表面技术. 2022, 51(9): 387-394. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.041

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  目的 采用激光干式清洗法对模拟纯铝设备线夹的氧化污染表面进行清洗。方法 采用纳秒脉冲激光清洗纯铝板的氧化污染表面。在扫描电镜(SEM)下观察激光清洗前后表面，并采用X射线能谱分析(EDS)测试并分析其元素质量分数。利用电导率测量仪(SIGMATEST 2.069)检测其表面电导率。采用超景深三维显微镜观察激光清洗前后铝板表面形貌，研究激光清洗对其表面形貌、元素含量及电导率的影响规律，从而确定最佳的激光清洗工艺参数。结果 激光干式清洗可有效去除氧化污染表面的O元素和Cl元素，清洗后表面Al、O、Cl元素的质量分数分别达94.02%、5.95%和0.03%，Al元素质量分数较氧化污染表面的37.36%最高提升了151.66%，O和Cl元素则较未清洗表面的59.55%和3.09%最多分别降低了90.01%和99.03%。清洗后的表面电导率可达34.88 MS/m，较氧化污染铝板表面的32.00 MS/m提升9%。最终确定最佳激光清洗工艺为:激光功率120 W，重复频率60 kHz，扫描速度2 875 mm/s，填充线间距0.058 mm，扫描次数3次。结论 激光干式清洗可有效去除铝板氧化污染表面的杂质元素，使得铝元素质量分数大幅提高，并因此提高铝板表面的电导率。
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  扫描间距对激光制备纳米SiC抗氧化涂层的影响

  路远航, 骆芳, 胡晓冬, 蒋荣杰, 沈逸周

  表面技术. 2022, 51(9): 395-403. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.042

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  目的 研究激光的扫描间距对纳米SiC涂层形貌、生长机理和抗氧化涂层的影响。方法 以不同扫描间距的激光辐照制备SiC纳米涂层。分别利用体视显微镜、扫描电镜(SEM)和激光共聚焦显微镜分析涂层表面、截面的三维形貌，研究扫描间距对涂层形貌的影响，探究微米SiC颗粒转变为纳米SiC颗粒的演变及生长机理。用热失重法(TGA)研究试样高温抗氧化性能，包括试样的氧化失重率随温度变化和650、800 ℃两种温度下的恒温抗氧化性能对比分析，并用阿伦尼乌斯线性拟合进行了验证。结果 激光能够促使预置于石墨基体上的微米SiC颗粒在Ar保护下的密闭反应室中转变为纳米SiC颗粒，且涂层主要由结晶度良好的α–SiC、β–SiC纳米晶颗粒组成。当扫描间距为0.08 mm时，形成的涂层表面较为平滑均匀，粗糙度较小，最高处与最低处的高度差仅为135.829 μm，且此间距下，试验活化能值Ea=11.014×10⁴ J/mol最大，抗氧化性能最好。其次试样在600~850 ℃范围内，试样氧化失重率较低，小于8%，其氧化失重率与氧化时间呈现出较好的一次线性的拟合度。结论 激光辐照制备的SiC纳米涂层的形貌、生长机理、高温抗氧化性能随着扫描间距的不同而产生较大变化，表明在激光扫描间距为0.08 mm的条件下所制备的试样涂层表面具有较高的活化能，验证了此参数下制备的涂层的高温抗氧化性能最好，且能够在高温环境中有效降低石墨的氧化失重率。