2023年, 第52卷, 第4期　
刊出日期：2023-04-20

  

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研究综述
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  孔用衬套冷挤压的强化机理与疲劳寿命研究进展

  白清顺, 林忠亮, 王洪飞, 唐伟, 吴保全

  表面技术. 2023, 52(4): 1-14, 99. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.001

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  以强化后孔结构为研究对象，分析了冷挤压相关技术的研究现状，综述了衬套冷挤压技术的工艺过程及系统组成，分别从应力分布和微观组织演化的角度，对强化作用机理进行了系统分析和总结，详细介绍了孔用衬套冷挤压强化工艺条件对疲劳寿命的影响，归纳总结了孔结构冷挤压技术中疲劳断口分析和寿命预测的研究结果。研究表明，冷挤压强化后孔壁周围的残余应力分布和微观组织有所改善，通过引入残余应力抵消部分外部载荷冲击。同时，有效抑制位错萌生、增值和滑移的有益位错胞形成，阻止了晶粒的滑动，不仅降低了裂纹的扩展速率，而且提高了孔结构抗塑性变形能力。冷挤压强化工艺参数的优化对疲劳寿命有着重要的影响。分析了断口形貌和建立了对应工艺参数的数学模型，可以为疲劳寿命的精准预测提供理论依据。最后，结合实际生产工艺的技术需求，展望了衬套冷挤压强化技术在未来研究中需要解决的关键问题和发展趋势。
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  表面纳米化对材料性能影响的研究进展与展望

  牛赢, 王壮飞, 孙海猛, 楚帅震, 焦锋

  表面技术. 2023, 52(4): 15-30. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.002

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  工程零部件失效常源于表面，微组织结构显著影响甚至决定工程零部件使役性能，表面纳米化技术可诱导材料微组织结构变化产生纳米晶结构表面层，增大表层残余压应力，对材料性能有极其重要的影响。首先综述了表面纳米化诱导微组织结构变化的过程及机理，诱导材料产生晶粒细化、位错运动、残余压应力增大、相变等微观变化，诱因有塑性变形、温度变化、元素渗入等。其次归纳了表面纳米化对材料性能的影响及其机理，上述微观变化对材料疲劳强度、耐腐蚀性、摩擦磨损性能、生物学性能等产生显著影响。总结了各个典型表面纳米化工艺的特点，相比于其他表面纳米化技术，超声振动辅助加工具有不需引入其他元素、不污染环境、原理简单、高速高质量、成本低廉、可依托于各种传统加工工艺等优势，对材料摩擦磨损性能、疲劳性能、生物学性能、表面浸润性和耐腐蚀性等具有积极作用。最后对表面纳米化工艺的未来发展做了展望，其中针对性分析了超声振动辅助加工。针对纳米晶结构表面层的数字化仿真模拟极其匮乏这一现状，将模拟仿真与试验相结合，分析微组织结构与加工参数、微组织结构与材料性能的映射关系并建立模型直观反映尚需更全面系统的研究。材料的某些性能可能不会同时达到最优值，依托于上述模型的综合评价体系有待建立，纳米晶结构表面层基于相变动力学的高温稳定性等仍需深入分析探索。超声振动辅助加工技术的关键制约因素有待完善，新材料的开发和技术手段的改进都是重要研究内容。超声振动辅助加工与其他表面纳米化方法组合使用是可探讨研究之处，优势互补或许可进一步诱导产生更优异的材料性能。
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  自润滑关节轴承磨损寿命研究方法现状与展望

  魏澳博, 马国政, 李国禄, 雍青松, 郭伟玲, 赵海朝, 黄艳斐, 韩翠红, 王海斗

  表面技术. 2023, 52(4): 31-46. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.003

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  自润滑关节轴承是依靠内外圈间的固体润滑材料实现润滑的一类关节轴承，其最主要的失效形式为磨损失效，对其磨损寿命的研究方法可分为基于计算机的数值计算和基于试验机的直接测试两大类。首先综述了目前应用最多的3种自润滑关节轴承寿命预测数值计算方法，包括有限元分析法、分子动力学法、人工神经网络方法，重点介绍了这几种方法的原理、主要研究方法和目前的研究现状。然后，总结了试验测试方法的主要研究内容，关节轴承磨损寿命试验机的研发是进行试验测试的前提，自润滑关节轴承磨损寿命分布规律是试验研究的主要内容，加速寿命试验是自润滑关节轴承试验最常用的手段。由此，分别从自润滑关节轴承磨损寿命试验机研发、自润滑关节轴承磨损寿命试验、加速试验在自润滑关节轴承试验研究中的应用等3个方面，探究了自润滑关节轴承磨损寿命直接试验方法的研究现状。最后展望了自润滑关节轴承磨损寿命研究的发展趋势。
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  搅拌摩擦固相修复技术研究现状及发展方向

  刘亚凡, 史程程, 赵菲菲, 王文宇, 任智强, 秦智勇, 王鸿琪, 鲁克锋, 樊世冲, 殷凤仕, 赵阳

  表面技术. 2023, 52(4): 47-66, 137. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.004

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  金属结构件在生产和使用过程中易出现裂纹、孔洞和沟槽等缺陷，搅拌摩擦焊具有热输入量小、焊接变形小和焊接效率高等优点，在金属材料修复领域具有巨大的发展潜力。首先总结了搅拌摩擦焊修复的修复性能和特点。由于搅拌摩擦焊修复仅能修复裂纹及体积较小的沟槽等缺陷，对于其他类型缺陷难以有效修复。针对搅拌摩擦焊修复的局限性，介绍了基于搅拌摩擦焊原理的搅拌摩擦点焊修复和搅拌摩擦增材修复。搅拌摩擦点焊修复分为回填式搅拌摩擦点焊修复、填充搅拌摩擦焊修复和摩擦塞焊修复，主要用于匙孔等孔洞类缺陷的修复。阐述了各类搅拌摩擦点焊修复的工作原理、修复接头性能和强化方式，并对比分析了各类工艺的不足之处。搅拌摩擦增材修复分为复合增材修复和增材搅拌摩擦沉积修复，主要用于大面积、大体积类表面缺陷的修复，论述了各类搅拌摩擦增材修复的作用机制、沉积层性能和工艺特点。最后对搅拌摩擦点焊修复和搅拌摩擦增材修复存在的问题及未来发展方向进行了展望。
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  激光熔覆熔池温度场及流场数值模拟研究进展

  罗佳勤, 朱刚贤, 李加强, 谢光耀, 王丽芳, 石世宏

  表面技术. 2023, 52(4): 67-84. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.005

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  简述了激光熔覆熔池的受力，包括表面张力、黏性剪力、重力以及保护气压力等，并从组织生长和熔池流淌对熔覆层的形成机理作了简要分析。同时，对激光熔覆仿真模拟中采用的不同热源模型的能量分布规律和方程进行了归纳，包括表面高斯热源、表面环形热源、高斯体热源、椭圆球热源、组合体热源等。在此基础上，分类评述了近年来国内外激光熔覆熔池温度场及流场的数值模拟方面的研究进展，并分析了各种热源模型的优势及不足，总结了不同热源的适用环境及获得的温度场、流场分布规律。此外，对熔池自由液面的研究方法进行了总结，归纳了温度场流场数值模拟模型的验证方法。同时，针对激光熔覆熔池数值模拟研究存在的问题，分别从数值模型、边界条件等方面进行了归纳，最后对其未来的发展方向进行了展望。
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  热障涂层先进结构设计研究进展

  刘嘉航, 吕哲, 周艳文, 解志文, 陈浩, 程蕾, 黄士罡

  表面技术. 2023, 52(4): 85-99. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.006

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  随着航空航天技术的不断发展，不断提高的涡轮前进口温度及恶劣的使用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，降低合金表面的温度。概述了采用传统单层层状氧化钇部分稳定氧化锆热障涂层的优势，包括较低的制备成本、便捷的制备方式及较低的层间热膨胀失配应力。同时，归纳了单层层状热障涂层在高温环境下存在的问题，包括氧化锆相变与烧结造成的涂层失效，以及热膨胀系数和断裂韧性较差的新型陶瓷材料无法直接制备在黏结层表面。在此基础上重点综述了近年来热障涂层先进结构设计的研究进展，包括双层层状结构、柱状结构、垂直裂纹结构及复合结构热障涂层，其中复合结构包括激光表面改性结构、梯度涂层结构及粉末镶嵌结构热障涂层。针对各种先进结构热障涂层，分别从微观结构、热震寿命、涂层内部应力、耐腐蚀性能、抗氧化性能等方面进行了归纳，并总结了各先进结构热障涂层现阶段发展的不足之处。最后展望了热障涂层先进结构设计的发展方向。
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  水凝胶在腐蚀防护领域应用进展综述

  漆鹏飞, 林冰, 瞿建波, 孟林, 张海龙, 郑宏鹏, 王莹莹, 唐鋆磊, 黎红英

  表面技术. 2023, 52(4): 100-111. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.007

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  水凝胶材料由于其独特的含水交联网络结构，具有优越的亲水、润滑、耐磨、生物相容等特性，是近年来发展极为迅速的高分子材料之一，被广泛用于药物传输、软体机器人、可植入器官、传感器等生物医学等工程领域。在腐蚀防护领域，水凝胶材料由于其独特性质逐渐受到学者的关注，成为了新兴腐蚀防护材料之一。通过文献综述的方法，对化学交联法与物理交联法两种水凝胶的主要制备方法进行对比，对两种方法制备的水凝胶材料的结构和性质进行了对比，进一步分析了水凝胶材料具有的独特性质，及其在腐蚀防护领域的应用潜力。其中化学交联制备出的水凝胶，其稳定性好，力学强度高，具有良好的耐磨防污性，可制备出性能优异的海洋防污涂层。物理交联制备的水凝胶由于其内部具有三维网络空间结构可负载缓蚀剂，且其内部存在大量的动态可逆键，具有环境响应性，能随着环境pH、温度等变化而改变自身溶胀程度，从而改变负载在水凝胶中的缓蚀剂的释放速率。因此，对比传统固体缓蚀剂和液体缓蚀剂，水凝胶智能缓蚀剂对金属有着更长效的腐蚀防护性能，具有良好的应用前景。根据水凝胶材料的独特性质，着重分析了水凝胶材料在腐蚀防护领域的应用现状，并对研究前景进行了分析。目前制备水凝胶涂层多经过表面预处理、配制预凝胶溶液、交联固化等步骤，并且水凝胶涂料可在不同材料、形状基底上进行涂覆，为水凝胶防腐涂层的发展奠定了基础。
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  超细晶镁合金的腐蚀与防护进展

  程青鹏, 黄秀玲, 张凡

  表面技术. 2023, 52(4): 112-123. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.008

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  总结了近年来经剧烈塑性变形加工后的超细晶镁合金的腐蚀与防护研究。镁合金的初始成分可能对剧烈塑性变形加工后样品耐蚀性的变化起主导性作用。对于纯镁及含有铝或稀土等致钝性元素的合金，如AZ系和WE系镁合金，绝大多数剧烈塑性变形加工会促进生成更致密的保护膜，因而可以提升镁合金的耐蚀性。对于不含此类元素的镁合金体系，如Mg-Zn系合金，由于生成了更多的腐蚀微电偶，等通道转角挤压或高压扭转加工引起的第二相颗粒的细化和分布会加速镁合金的腐蚀，但多轴等温锻造可以提升此类合金的耐蚀性，该技术值得更多的关注。在成分相似的情况下，组织的均匀性或者第二相变化情况的影响可能较晶粒尺寸和织构演变的影响更大。对加工后的镁合金进行热处理或者表面改性是进一步提升其耐蚀性的有效手段。相对于粗晶基体，超细晶基体表面改性后的涂层的耐蚀性往往更好，值得更多的研究关注。
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  SrAl2O4基应力发光监测预警涂层的研究进展

  吴玉礼, 侯国梁, 崔海霞, 陈磊, 安宇龙, 周惠娣, 陈建敏

  表面技术. 2023, 52(4): 124-137. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.009

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  采用应力发光材料在目标结构表面构筑功能涂层可对结构损伤进行实时监测预警，不仅提高了设施的安全性，还为检修工作和损伤机理的研究提供了帮助，应用潜力巨大。为促进这类涂层的研发与应用，首先介绍了弹性应力发光材料的发展历程及基本特征，通过对比突出了SrAl2O4基材料的综合优势。然后详细分析了SrAl2O4基质的晶体结构、缺陷类型对能级分布、电子运动状态以及光的吸收与发射性能的影响，并论述了元素掺杂对发光强度、波段和灵敏度等发光性能的影响。接着介绍了应力发光常用的检测表征方法和基于现象分析形成的应力发光机理。在此基础上，进一步总结归纳了制备应力发光粉末的主要方法以及影响其物相结构、晶体尺寸和发光性能的核心因素，分析了各自的优缺点。详细介绍了制备监测预警涂层的表面技术和工程应用案例，发现该类涂层仍存在敏感度不高、后处理工艺苛刻和界面结合差等问题。最后，从探究应力发光本质、制备实用性更强的预警涂层和制定生产测试标准3个角度提出了一些建议。
摩擦磨损与润滑
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  等离子反应合成Ni60B-TiN梯度涂层的组织与性能

  王雨馨, 董艳春, 姜洁, 刘佳宁, 田芸, 陈景柏, 杨勇, 何继宁

  表面技术. 2023, 52(4): 138-146, 171. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.010

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  目的 获得一种既具有一定厚度又能保持优异性能的厚涂层，期望广泛用于机械设备零件的表面强化以及再制造。方法 采用反应等离子喷涂技术在42CrMo钢基材上制备不同TiN含量的Ni60B-TiN复合涂层并对比其组织和性能，选取最优成分含量作为梯度涂层的工作层，从而确定成分梯度范围，并对梯度化设计的Ni60B-TiN梯度涂层与复合涂层进行了性能对比。利用XRD、SEM、EDS分析涂层物相组成和微观组织形貌，观察涂层磨损形貌，分析磨损行为。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机测量涂层的显微硬度和耐磨性。采用三点弯曲试验和黏结试样拉伸法测量涂层的弹性模量和结合强度。结果 反应等离子喷涂技术制备的Ni60B-TiN涂层组织致密，没有未熔颗粒的存在，仅存在少量孔隙，涂层主要由Ni基合金相(γ-Ni、Cr1.12Ni2.88、FeNi3)和TiN相组成。30%TiN含量的涂层具有最佳的组织均匀性、最小的磨损痕迹宽度和磨损体积(0.68 mm³)，耐磨性能最好，选其作为梯度涂层的工作层最佳。梯度化设计后的涂层应力得到有效缓解，弹性模量显著提高(72 GPa)，结合强度较复合涂层高约1.7倍，提高了涂层的耐磨减摩性能。结论 采用成分梯度化设计可以获得较复合涂层更高弹性模量、结合强度和耐磨性的厚涂层。
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  强流脉冲电子束M2高速钢表面改性组织和耐磨性能

  陈军, 王帅夫, 李伟, 司立坤, 马海涛, 郝胜智

  表面技术. 2023, 52(4): 147-154. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.011

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  目的 改善M2高速钢表面组织，提高其耐磨性和红硬性。方法 利用强流脉冲电子束(HCPEB)进行M2高速钢表面辐照改性处理，工作参数包括加速电压25 kV，脉冲宽度2.5 ms，能量密度4 J/cm²，脉冲次数3、8和15次。采用MEF-4型光学显微镜和Zygo 9000型3D表面光学轮廓仪观察辐照前后样品表面形貌。采用XRD-6000型X射线衍射仪分析改性层组成。采用DMH-2LS型努氏显微硬度计测量样品表面和截面硬度。采用CFT-I型摩擦磨损试验机测量表面耐磨性能。在600 ℃下保温1 h后空冷，测量样品表面硬度变化用以比较红硬性。结果 HCPEB改性M2高速钢样品表面重熔并出现熔坑，随脉冲次数增加，熔坑数量减少且尺寸增加，表面粗糙度下降，15次脉冲处理样品表面形成大量孪晶，熔坑内部出现熔孔和微裂纹。重熔层组织细化致密，碳化物类型改变，碳化物颗粒尺寸减小，残余奥氏体数量增加。相对于未改性样品，15次脉冲处理样品表面硬度提高53.5%，磨损体积减小16.5%，红硬性提高19.2%。结论 HCPEB可有效改善M2高速钢表面组织，使表面显微硬度、耐磨性和红硬性指标均有明显提高。
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  织构设计对润滑脂密封副密封特性影响的数值模拟

  武怀彪, 潘家保, 汪奥

  表面技术. 2023, 52(4): 155-163, 191. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.012

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  目的 探究织构设计对润滑脂密封副密封性能的影响规律，得到织构化设计的最佳结构参数和工况条件。方法 基于润滑脂Herschel-Bulkley流变模型和非接触机械密封原理，选择直线型沟槽织构建立端面密封模型。采用数值模拟方法分析不同倾斜角和转速下密封间隙的流场规律，进一步对密封副泄漏量的影响因素进行系统探究。结果 倾斜角不同，泄漏量随转速的变化规律不同。倾斜角为30°时，泄漏量随转速的提升而增大;倾斜角为35°时，泄漏量较小，且随转速变化不大;倾斜角为40°，且转速大于2 000 r/min时，泄漏量几乎为0;倾斜角大于等于45°，且转速大于1 000 r/min时，流体反向泵送，无泄漏。密封间隙和介质初始温度是影响泄漏的主要因素，泄漏量随密封间隙和介质温度的增大而增大。一定范围内，增加沟槽数量和长度也可减少泄漏。最佳织构参数和工况条件为倾斜角40°，槽数14，槽长8 mm，槽宽1.5 mm，密封间隙0.03 mm，槽深0.07 mm，温度小于320 K，转速大于2 000 r/min。结论 织构设计能有效抑制流体端面泄漏，润滑脂非牛顿特性对密封副间隙流场有显著影响，后续润滑脂密封副设计中应考虑流体的非牛顿特性。
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  电子束重熔对熔丝沉积钛合金表面组织及性能的影响

  迮颖, 朱梦婷, 孙世豪, 陶学伟, 张保森, 姚正军

  表面技术. 2023, 52(4): 164-171. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.013

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  目的 通过表面重熔处理解决沉积钛合金固有组织引起的表面磨损不均及摩擦不稳定的难题，以拓宽沉积钛合金的应用领域。方法 采用电子束重熔工艺对熔丝沉积Ti6Al4V钛合金表面进行改性处理。利用体式显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪等分析重熔前后钛合金表层的宏观形貌、显微组织及物相组成变化，运用纳米压痕仪及摩擦磨损试验机考察重熔层的表面纳米力学性能及耐磨性能，并采用三维光学轮廓仪及扫描电子显微镜观察磨损形貌特征。结果 经电子束重熔处理后，熔丝沉积钛合金沉积方向表面组织由不均匀的α+β组成的网篮组织及魏氏组织转变为均匀分布的细针状马氏体(α′)。重熔处理试样表面纳米硬度均匀，且得到明显提升，达3.8 GPa，相较于未重熔试样提高了15%以上，表现出较高的硬弹性。重熔层具有稳定的摩擦系数和较优的耐磨性，其平均摩擦系数为0.45，磨损率为3.59×10^–13 mm³/(N.m)，相较于未重熔试样，分别降低了19.6%和22.1%，其磨损机理以磨粒磨损、氧化磨损及粘着磨损为主。结论 电子束重熔工艺能够有效改善熔丝沉积钛合金沉积方向的表面组织均匀性，可获得优异的表面力学性能及摩擦性能。
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  基于C17200与34CrNiMo6材料的摩擦磨损特性与数值模拟研究

  吕景儒, 殷玉枫, 张锦, 王建梅, 宁可

  表面技术. 2023, 52(4): 172-183. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.014

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  目的 探究干摩擦下载荷与速度对于C17200与34CrNiMo6材料摩擦学特性的影响，以探寻C17200材料作为风力机制动闸片的可行性，开展考虑表面粗糙度和接触压力分布不均因素的磨损深度的数值模拟。方法 以C17200与34CrNiMo6材料组成销–盘摩擦副，基于风力发电机的制动工况，利用试验探究其摩擦学特性与磨损机理。在ABAQUS中建立三维销–盘平面/平面磨损模型，设置不同载荷与速度，基于销–盘摩擦副理论模型与UMESHMOTION子程序，结合ALE自适应网格技术，对不同工况下的表面磨损深度进行数值计算，通过试验验证提出的理论模型的合理性。结果 在载荷为3 MPa时，随速度的增加，平均摩擦系数先减小、后增加，速度为125.664 mm/s时，平均摩擦系数取最小值0.575;在速度为62.832 mm/s时，随载荷的增大，平均摩擦系数近似线性增大。载荷为1.5 MPa时，平均摩擦系数取最小值0.509。C17200与34CrNiMo6试样的磨损量随速度与载荷的增大而增大，但转速对于磨损量的影响更大。C17200与34CrNiMo6的磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。C17200材料磨损深度的模拟结果与试验结果的最大误差为4.7%。结论C17200材料作为风力机主轴制动闸片材料具有可行性。提出的销–盘磨损理论模型的模拟结果与试验结果的最大误差小于5%，应用提出的销–盘磨损模型更加符合实际磨损状态，在保证计算效率的同时具有较高精度，对类似销–盘摩擦副材料磨损量的计算与预测具有一定参考意义。
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  碳含量对中频磁控溅射沉积MoCN涂层微观结构及摩擦学性能的影响

  李卫, 李德香, 鲁志杰, 刘叶诚, 吕笑文, 徐志彪

  表面技术. 2023, 52(4): 184-191. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.015

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  目的 为了大幅提高机械零部件表面的硬度和耐磨性能，探究制备具有低摩擦因数、高硬度和良好耐磨性的MoCN涂层。方法 采用中频磁控溅射技术在不锈钢基板和硅片上，通过控制C2H2气体(纯度99.99%，0、3、6、9 mL/min)的量来制备具有不同含碳量的MoCN纳米复合涂层。通过X射线衍射仪和拉曼光谱仪分析涂层主要的物相结构，采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征涂层的表面和断面形貌。采用连续刚度法，利用纳米压痕仪测试涂层的纳米硬度和弹性模量。利用自动划痕试验机和光学显微镜(OM)评估涂层与基体之间的黏附强度。最后利用多功能摩擦磨损试验机进行磨损试验，通过SEM对试验后的涂层进行磨损形貌分析，并对涂层的摩擦学性能进行评价。结果 涂层微观组织和力学性能表征结果表明，MoCN涂层由MoN相和非晶态碳相组成。随着涂层中碳含量的增加，涂层与基体之间的结合力和涂层表面的粗糙度都呈现逐渐减小的趋势，其涂层的划痕失效临界载荷和表面粗糙度的最小值分别为6.90 N和6.80 nm，但是涂层的纳米硬度从7.36 GPa增至10.23 GPa。摩擦磨损试验结果表明，随着涂层中碳含量的增加，试验中的摩擦因数逐渐降低，最小为0.51。磨损表面的损伤程度逐渐减低，涂层的耐磨性能提高，其主要磨损机制为黏着磨损、磨粒磨损和剥落。结论 随着涂层中碳含量的增加，涂层的柱状生长模式逐渐细化，形成了致密的微观结构，其力学性能和摩擦学性能逐渐提高。
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  hBN含量对CuAl/hBN封严涂层高温磨损性能的影响

  闫希彦, 杨焜, 曾克里, 邓春明, 邓畅光, 赵明纯

  表面技术. 2023, 52(4): 192-201. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.016

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  目的 研究hBN含量对CuAl/hBN可磨耗封严涂层在450 ℃下磨耗性能的影响。方法 利用大气等离子喷涂工艺制备原始粉末中hBN质量分数分别为10%、15%、20%、25%的CuAl/hBN涂层。采用QUALITEST表面洛式硬度仪表征喷涂态涂层表面洛氏硬度。采用高温摩擦磨损试验机及场发射扫描电镜等方法，表征450 ℃下涂层及摩擦副的磨损形貌和质量磨损比，探讨涂层的磨损机理。结果 随着原始粉末中hBN质量分数由10%增加至25%，所制备喷涂态涂层的表面洛式硬度逐渐降低，分别为69HR15Y、56HR15Y、46HR15Y、36HR15Y。涂层与摩擦副之间的质量磨损比分别为?0.88%、?0.25%、?0.13%、?1.40%，在原始粉末中hBN质量分数为20%时质量磨损比更接近0，涂层磨耗性能更优异。涂层与摩擦副在相对摩擦过程中，主要以涂层的磨损剥落为主。在摩擦销接触面上同时观察到混合转移层，且随着涂层hBN含量的增高，接触面转移层质量先减小后增大，表面涂抹程度更加平缓，形貌起伏更加均匀。结论 低线速度条件下，摩擦热效应对涂层及摩擦副形貌及二者间的磨损行为的影响起关键作用。hBN组分理论上存在最优值，保证封严涂层获得最佳的磨耗性能。综合而言，CuAl/20%hBN涂层与摩擦副的摩擦相容性更优异。
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  镀镍碳纳米管添加剂作用下的负向电压对ZL109铝合金微弧氧化陶瓷层的制备及耐磨性能影响

  惠节, 孙长飞, 马春生

  表面技术. 2023, 52(4): 202-209. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.017

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  目的 提高铸造铝合金关键零部件的可靠性和耐用性，推动微弧氧化表面处理技术的发展，探索新型微弧氧化磁性纳米粒子电解液添加剂作用下的电源电压对微弧氧化陶瓷层的影响。方法 采用单因素控制法，设置微弧氧化电源负向电压为100、110、120、130、140、150、160 V，向电解液体系中引入0.8 g/L镀镍碳纳米管添加剂，利用扫描电子显微镜、光学轮廓仪、X射线光电子能谱、X射线衍射及自制的往复式摩擦磨损试验机等，对制备得到的微弧氧化陶瓷层的微观形貌、厚度、表面粗糙度、致密性、孔隙率、孔径及耐磨性能进行分析，主要研究镀镍碳纳米管添加剂作用下的微弧氧化电源负向电压对ZL109铝合金微弧氧化陶瓷层的制备及耐磨性能的影响。结果 负向电压140 V制备得到的陶瓷层致密性好，表面粗糙度Ra为0.77 μm，表面孔隙率为2.05%，平均孔径为0.594 μm，且具备一定的厚度(11.5 μm)和较好的耐磨性能(磨损量为0.13 mg)。结论 镀镍碳纳米管添加剂与电源正、负电压对微弧氧化反应过程存在着协同作用关系;负向电压对微弧氧化反应过程、陶瓷层的微观形貌、厚度、致密性、表面粗糙度等影响显著。
腐蚀与防护
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  镁合金表面谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸诱导Ca–P涂层耐蚀性能比较

  于晓彤, 蔡磊, 陈浩, 薄林, 刘成宝, 崔蓝月, 曾荣昌

  表面技术. 2023, 52(4): 210-222. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.018

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  目的 细化Ca–P涂层晶粒，提高其致密性、耐蚀性，得到氨基酸等电点(Isoelectric point，pI)的作用及生物矿化机制。方法 选取谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸，通过60 ℃水浴，在AZ31镁合金表面制备无氨基酸和3种氨基酸Ca–P 涂层，即丙氨酸Ca–P涂层(Ca–PAla)、谷氨酸Ca–P涂层(Ca–PGlu)、天冬氨酸Ca–P涂层(Ca–PAsp)。采用高分辨扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)对涂层的微观形貌及成分进行表征分析;通过电化学极化、交流阻抗(EIS)及析氢实验探究涂层在Hank‘s人体模拟体液中的耐蚀性能。结果 Ca–P、Ca–PAla、Ca–PGlu、Ca–PAsp涂层的厚度分别为(8.46±0.43)、(14.39± 0.96)、(8.48±0.16)、(10.07±0.94)μm。涂层的主要组成物相为透钙磷灰石(CaHPO4.2H2O，DCPD)、羟基磷灰石(HA)、缺钙羟基磷灰石(CDHA)。电化学和析氢实验结果表明，氨基酸提高了镁合金Ca–P涂层的耐蚀性。根据自腐蚀电流密度Jcorr的大小，样品可按以下顺序排列，镁合金AZ31 (1.47 × 10^–4 A/cm²) > Ca–P (4.03 × 10^–6 A/cm²) > Ca–PGlu(2.71× 10^–6 A/cm²)> Ca–PASP(8.10× 10^–7 A/cm²)> Ca–PAla(3.70× 10^–7 A/cm²)。结论 在3种氨基酸中，丙氨酸促进成核过程最明显、涂层最厚，且耐蚀性最好。最后，讨论了镁合金表面氨基酸等电点对生物矿化成膜厚度、耐蚀性能的影响机制。
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  基于正交试验的磁控溅射铝涂层对孪晶诱发塑性钢耐蚀性的影响

  张开策, 时晓光, 周艳文, 粟志伟, 徐帅, 王鼎

  表面技术. 2023, 52(4): 223-232. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.019

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  目的 利用磁控溅射技术在孪晶诱发塑性钢板表面沉积铝涂层，借助L9(3³)正交试验设计表研究热丝电流、靶电流和基体偏压3个工艺参数对铝涂层相结构、微观形貌以及耐蚀性能的影响。方法 利用XRD和SEM研究铝涂层的微观结构。利用电化学工作站和盐雾试验箱测试并分析铝涂层的耐蚀性能。通过极差分析得到热丝电流、靶电流和基体偏压所对应的极差值(R值)。结果 引入热丝后，基体偏流密度从0.02 mA/cm²提升至0.72 mA/cm²，提高了1个数量级;靶电流与基体偏压的影响不明显。涂层厚度随靶电流的增加而增大，靶电流由3 A增至9 A的过程中，涂层厚度由0.67 μm增加至3.16 μm。择优取向在热丝电流与基体偏压的共同作用下由(200)向(111)转变，这反映了晶体内部应力增大。铝涂层均为典型的再结晶形貌。在热丝电流从0 A增大到20 A的过程中，自腐蚀电位由?969 V增大至?656 V，靶电流和基体偏压的影响较小。自腐蚀电流密度随靶电流的增加而增大，当靶电流从3 A增至9 A时，其数值由1.15× 10^?7 A/cm²增大为3.04×10^?7 A/cm²;自腐蚀电流密度随热丝电流和靶电流呈现先增后减的趋势。腐蚀面积与热丝电流成正相关，热丝电流越大，腐蚀面积越大(5.03%~12.21%);腐蚀面积与靶电流成负相关，靶电流越大，腐蚀面积越小(10.62%~6.51%)。结论 热丝电流主要影响涂层的致密度，热丝电流越大，涂层越致密，自腐蚀电位越高。靶电流主要影响涂层厚度，涂层越厚越耐蚀，同时也变得疏松，点蚀增多。基体偏压对于铝涂层的耐蚀性影响不大。
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  Zn对挤压态Mg-3Sn-1Ca合金耐蚀性的影响

  贾征, 喻兵, 付丽, 乐启炽

  表面技术. 2023, 52(4): 233-242. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.020

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  目的 提高挤压态Mg-3Sn-1Ca合金的耐腐蚀性能。方法 通过合金熔炼制备了Mg-3Sn-Ca(TX31)和Mg-3Sn-Ca-Zn(TXZ311)两种挤压态合金，利用XRD、金相、SEM、EDS、EBSD、析氢、电化学极化曲线和阻抗谱，分析了TX31和TXZ311两种合金的微观组织及耐腐蚀性能。结果 XRD和EDS结果表明，挤压态TX31和TXZ311两种合金中第二相均为CaMgSn相，TXZ311合金中由于Zn的添加，CaMgSn相增加且分布更加均匀。金相和EBSD结果表明，Zn的添加可以提高TX31合金的动态再结晶程度和{0002}基面织构强度，改善TX31合金中组织的不均匀性。从极化曲线上可得，腐蚀电位和腐蚀电流分别为?1.57 V和6.95×10^?5 A。添加Zn后，腐蚀电位升高(?1.49 V)，腐蚀电流减小(1.02×10^?5 A)，表明合金耐蚀性提高。对比两种合金阻抗谱可发现，TXZ311合金具有比TX31合金更大的容抗弧，表明其表面的电荷转移电阻和表面膜的电阻最高，动态腐蚀过程中氧化产物膜具有较好的稳定性，有效阻碍了α-Mg基体的腐蚀。TX31合金析氢量和时间成正比，腐蚀速率为3.7 mm/a。而TXZ311合金腐蚀速率仅为1.6 mm/a，析氢量在腐蚀12 h后明显降低，表明合金表面形成了可以阻碍腐蚀进行的氧化膜。结论 Zn元素可以极大提高TX31合金的耐蚀性。这是由于添加Zn元素后，TXZ311合金腐蚀膜层间的黏附力增加，动态再结晶程度增高，晶粒组织更加均匀，{0001}基面织构强度增加。因此，TXZ311合金的耐蚀性远高于TX31合金。
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  某重型燃气轮机涡轮叶片表面开裂分析

  夏际先, 刘俊建, 周盈涛, 何泳, 刘秀田, 晏广华, 李传维

  表面技术. 2023, 52(4): 243-250. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.021

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  目的 探究某重型燃气轮机涡轮叶片服役过程中表面裂纹的形成原因。方法 利用场发射扫描电子显微镜及能谱仪确定开裂叶片裂纹周围的显微组织及元素分布情况，揭示高温氧化导致的涂层外表面及涂层/叶片基体界面处的组织演变规律。结果 此叶片经高温长时间服役后，表面未发现热障涂层，抗氧化涂层是NiCoCrAlY涂层，主要显微组织为γ-Ni相+β-NiAl相;叶片基体材质为GTD-111镍基高温合金，主要显微组织为γ-Ni相+γ?-Ni3(Al, Ti)相及γ/γ?共晶组织和块状(Ti, Ta)C碳化物。表面裂纹主要集中于叶身与叶根的过渡平台位置。涂层内部、裂纹周围及涂层/叶片基体界面处均发现明显的金属氧化现象，氧化产物主要为金属Al和Cr的氧化物。高温服役环境下，铝元素的氧化导致涂层外表面的β-NiAl相及涂层/叶片基体界面位置的γ?-Ni3(Al, Ti)相向γ-Ni相转变，导致上述2位置的弱化。此外，截面形貌表明，在涂层表面位置，裂纹与凹坑相连接，并呈现向涂层内部扩展的态势，局部位置已贯穿抗氧化涂层，并扩展进入叶片基体。结论 由于高温氧化导致涂层表面Al含量的显著下降，富Al的β-NiAl强化相转变为γ-Ni相，在表面已存在凹坑的前提下，加之较大的应力集中于叶身与叶根过渡区域，导致涂层表面的开裂及向内的裂纹扩展。
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  新型HFW焊管的耐腐蚀性能

  李霄, 李磊磊, 牛辉, 黄晓辉, 韦奉, 吕祥鸿

  表面技术. 2023, 52(4): 251-260. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.022

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  目的 研究采用高频直缝焊接(HFW)制成新型含Cu焊管母材和焊接接头在硫酸盐还原菌(SRB)环境中的腐蚀行为，为含Cu焊管提供基础数据。方法 通过失重法获得含Cu钢母材、接头及对比材料L360在SRB中的腐蚀速率，采用光学电子显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)研究了含Cu钢的微观组织结构和析出相成分。通过扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜对腐蚀后的表面腐蚀形貌、细菌形貌和点蚀深度进行分析，利用EDS区域扫描和面扫描对腐蚀产物成分及元素分布状态进行分析。结果 新型含Cu钢金相组织为粒状贝氏体、多边形铁素体和少量的珠光体，透射电镜观察发现表面析出了大量弥散分布的ε-Cu相。在SRB环境中，含Cu钢母材、焊接接头和L360的腐蚀速率分别为0.007 1、0.0239、0.010 0 mm/a。通过腐蚀产物、细菌分布及形态的扫描电镜观察发现，在含Cu钢母材表面未发现结构完整的生物膜，腐蚀介质中的材料表面水解产生的Cu离子有效破坏腐蚀初期快速附着在金属表面的生物膜，从而形成“包状物”残留在金属表面，附近发现萎缩和组织液溢出的细菌，含Cu钢焊接接头焊缝区域生物膜结构完整，有大量细菌吸附且生物活性良好，微生物膜下产生腐蚀坑造成局部膜层破裂，点蚀严重。结论 在SRB环境中新型HFW焊管材料的平均腐蚀速率、点蚀密度和点蚀深度均低于L360，即Cu合金化处理金属表面析出ε-Cu相具有优良杀菌性能，从而减缓含Cu钢的腐蚀，经过HFW焊接后，接头焊缝区域点蚀敏感性增强，耐蚀性能下降。
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  服役环境对涡轮导向叶片热障涂层失效模式的影响

  韩志勇, 张涛, 郭万森, 王者, 丁坤英

  表面技术. 2023, 52(4): 261-271. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.023

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  目的 基于服役环境下热障涂层失效行为的复杂性，分析服役环境对涡轮导向叶片热障涂层的影响，并总结涡轮导向叶片热障涂层的失效模式。方法 针对服役环境下某型民用航空发动机涡轮导向叶片，使用UG软件建模，并且采用FLUENT软件对其进行三维共轭传热计算，结合热障涂层宏微观形貌、钙镁铝硅酸盐(CMAS)侵蚀行为、热生长氧化物(TGO)的生长情况，以及孔隙率和硬度的变化，通过引入涂层损伤系数，建立一种新的热障涂层区域失效评估模式，综合分析服役环境对涡轮导向叶片热障涂层区域化失效模式的影响。结果 在经历了8 500 h服役后，涡轮导向叶片表面热障涂层的失效模式因服役环境的局部差异而不同。叶片前缘区域最高温度达到1 501.69 K，发生了严重的低熔点氧化物侵蚀，导致陶瓷层的孔隙率降至11.909%，TGO等效厚度生长至1.870 μm。后缘区域的最低温度为980.46 K，未见CMAS侵蚀，陶瓷层的孔隙率降至13.701%，TGO等效厚度生长至2.676 μm。叶盆、叶背表面平均温度分别为1 363.47 K和1 264.14 K，发生了轻度低熔点氧化物侵蚀，陶瓷层的孔隙率分别降至12.176%和13.371%，TGO等效厚度生长至6.959 μm和3.742 μm。结论 叶片前缘涂层烧结损伤系数为1.021 2，TGO损伤系数为0.269 1，主要失效模式为陶瓷层烧结。叶片后缘涂层烧结损伤系数为0.599 8，TGO损伤系数为0.385 0，失效模式为以烧结为主、TGO增厚为辅的联合失效，叶盆、叶背涂层烧结损伤系数分别为0.958 6和0.677 4，TGO损伤系数分别为1.001 6和0.538 4，主要失效模式均为烧结与TGO增厚并行的联合失效。
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  六亚甲基二异氰酸酯微胶囊的制备及其在自修复涂料中的应用

  董邯海, 程勇, 程庆利, 杨珂, 周日峰, 毕伟扬

  表面技术. 2023, 52(4): 272-284. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.024

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  目的 制备一种基于小尺寸六亚甲基二异氰酸酯(HDI)微胶囊的自修复防腐涂料，能够提高涂层的防腐性能并实现涂层划痕缺陷的在线修复。方法 通过调整界面聚合法合成HDI微胶囊过程中的乳化剂添加量、搅拌速率和体系pH值，降低微胶囊的平均粒径，并利用囊芯染色试验、红外光谱(FTIR)、热重试验(TG)对微胶囊的结构和热稳定性进行表征。以物理共混的方式将微胶囊掺入到环氧树脂基质中制备自修复防腐涂料，使用万能拉伸机、拉拔测试仪、电化学阻抗谱(EIS)研究微胶囊对涂层基础力学性能和耐腐蚀性能的影响。结合丝束电极(WBE)测试与划痕涂层浸泡腐蚀试验分析复合涂层的内在自修复机理。 结果 确定了微胶囊制备过程的最佳乳化剂添加量为3%、搅拌速率为600 r/min、体系pH值为3.5，此时的微胶囊呈规则的球状结构，表面致密且具有一定的粗糙度，平均粒径尺寸降低为59 μm，成型率达82%。FTIR和囊芯染色试验证明微胶囊由脲醛树脂囊壁和HDI囊芯组成，TG分析显示微胶囊初始分解温度为260 ℃。随着微胶囊含量的提高，自修复涂层的拉伸断裂强度和附着力有所下降。EIS测试结果表明，含0%、1%、5%和10%微胶囊的自修复涂层经3.5% NaCl溶液浸泡144 h后，涂层电阻(Rc)分别为1.5×10⁸、2.2×10⁸、3.7×10⁸、2.8×10⁸ Ω/cm²。WBE和浸泡腐蚀试验显示，5%微胶囊掺入量的复合涂层具有最佳的划痕自修复性能，32 h浸泡后的涂层愈合效果良好。结论 当采用界面聚合法制备的HDI微胶囊均匀分散至涂层内部，可以协同提高涂层的耐腐蚀性能。此外，微胶囊能够在涂层划痕损伤位置主动释放囊芯HDI，与腐蚀溶液反应生成聚氨酯类物质填补涂层的裂纹缺陷，产生局部自愈合效果。
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  温度和O2含量在CO2/H2S/O2体系中对输气管道的腐蚀行为研究

  何国玺, 唐鑫, 冷吉辉, 廖柯熹, 邹庆, 田志远

  表面技术. 2023, 52(4): 285-294. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.025

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  目的 为给新疆油田输气管道的腐蚀防控提供依据，揭示L360NS钢在CO2/H2S/O2共存体系中不同O2含量(物质的量分数0%~2%)和不同温度(60~180 ℃)工况下的腐蚀行为。方法 以新疆油田HN区块输气管道为研究背景，基于现场运行工况设计高温高压反应釜试验方案，选择L360NS钢为试样进行失重法、腐蚀产物表征、基体形貌表征、腐蚀缺陷深度测试等试验。结果 随O2含量增大，L360NS钢的均匀腐蚀速率从0.299 1 mm/a逐渐增大到0.912 3 mm/a。试样表面出现腐蚀缺陷，且随O2含量升高有逐渐扩大的趋势，腐蚀产物膜呈楔形、多方晶体状，大小不一。温度(60~180 ℃)升高，L360NS钢的均匀腐蚀速率从2.103 4 mm/a逐渐降低到0.457 0 mm/a，腐蚀缺陷逐渐减小，产物膜结构由稀松多孔逐渐转为致密。结论 由于O2具有强氧化性及去极化效应，导致在产物中出现Fe的高价氧化物，结构疏松多孔。另一方面，H2S与O2发生交互作用生成单质S，单质S的强氧化性与水解反应，两种作用相互影响，促进钢材腐蚀。在CO2/H2S/O2腐蚀环境中，温度升高，一定程度上促进腐蚀反应动力学，但是升温会促进FeCO3沉淀，导致腐蚀产物膜结构致密，阻碍腐蚀性介质与基体接触，抑制腐蚀。
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  典型汽车用镀锌板耐腐蚀性能研究

  黎敏, 董妮妮, 潘明, 王保勇, 王长成, 邵蓉, 刘武华, 刘永壮

  表面技术. 2023, 52(4): 295-303, 318. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.026

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  目的 汽车用镀锌板电泳漆膜遭到破坏后的耐膜下扩蚀性能。方法 采用SEM、GDS、XPS、电化学工作站研究了3种典型镀锌板GA、GI、ZM的镀层结构。采用循环盐雾试验、大气暴露试验研究了电泳前3种镀锌板的耐腐蚀性。采用循环盐雾试验研究了3种镀锌板电泳后的耐腐蚀性能。结果 GI板和ZM板表面光滑平整，仅可见部分光整坑，表面存在较多Al的氧化物，ZM板表面存在较多Mg的氧化物，GA板镀层含有10%左右的Fe，表面由于含有ζ相和δ相，小孔洞较多。涂装前ZM耐腐蚀性优于GI和GA材料。ZM镀层中含有电位较负的二元共晶相MgZn2，在腐蚀过程中，MgZn2优先发生腐蚀，由于阴极氧还原产生大量的OH^?会导致镀层表面pH值升高，优先溶出的Mg离子可以抑制镀层表面薄液膜碱化，而较低的pH值可以促进保护性镀层Zn5(OH)8Cl2.H2O的生成，氧在其表面的还原速率较低，对镀层有一定的保护。GA和ZM材料涂装后的耐蚀性均优于GI材料，二者机理存在一定区别。GA板表面晶粒一般呈粒状或者长柱状或者两者皆有，其结构起伏明显多于GI板，电泳液固化前可以充满镀层表面的小孔洞或者柱状晶粒间的缝隙，固化后在电泳漆膜和镀层之间产生了类似“榫卯结构”的机械作用力，电泳膜附着力较强。故GA板涂装后的耐蚀性较好;而ZM镀层对基体Fe的电化学保护作用较好，阴极氧还原速率较慢，故其涂装后耐膜下扩蚀能力较好。结论 ZM板具有优良的涂装后耐腐蚀性能，在车身防腐等级要求较高的部位具有广泛的应用前景。
精密与超精密加工
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  钨合金的磨削加工去除机理

  陈冰, 李顺顺, 刘国跃, 何鑫

  表面技术. 2023, 52(4): 304-318. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.027

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  目的 解决钨合金磨削加工去除机理不明晰的问题。方法 基于单磨粒刻划有限元仿真、单磨粒刻划和磨削加工实验，探究钨合金的磨削加工去除机理。结果 在刻划过程中，划痕的不同位置材料的去除特性存在显著差异。在单颗粒刻划切入端，材料依次发生了塑性变形、隆起、微裂纹，再到钨相与黏结相的混杂交融。在划痕中段以材料去除为主，出现了材料微卷起和材料卷起现象，沿着刻划方向卷起现象越来越严重。在划痕切出端，划痕边缘和尾部均出现了“飞边”现象，且相较于切入端，切出端的形貌较差，实验与仿真吻合。此外，在不同相位处，材料的去除特性也存在一定不同。在钨相区域，同时存在脆性特征和塑性特征。在黏结相区域，刻划深度较浅时主要呈现塑性变形、塑性流动等特征，刻划中端深度较大时主要呈现与钨相的混杂和交融。在钨相与黏结相的相界处，相邻钨颗粒呈现不同的损伤或去除特征，且相界会阻断特征形貌的传递。最后，磨削后的钨合金表面存在单颗粒刻划痕上出现的所有去除特征，与单颗粒划痕的去除特征吻合。不同的是，磨削后划痕底部出现了区域性和放射状的裂纹。结论 钨合金的两相特性使得磨削表面的去除特征较复杂，存在塑性变形、微裂纹、微卷起、卷起、裂纹和两相交融等脆塑性并存的特征。
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  基于多轴刀路轨迹的自由曲面磁粒研磨试验

  赵耀耀, 陈松, 李昌龙, 李鑫, 李雨龙

  表面技术. 2023, 52(4): 319-328. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.028

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  目的 通过自由曲面的磁粒研磨试验，使工件曲面经研磨后能够获得较好的表面形貌，降低工件的表面粗糙度。方法 使用UG生成曲面三维模型，利用后处理功能，生成包含刀具位置和姿态的刀位文件，提取刀位文件中原始的刀路轨迹点，分析刀路轨迹，利用曲率的临界值提取轨迹的特征点。采用积累弦长参数化法对提取的轨迹特征点进行三次B样条插值，对比插值前后轨迹点拟合曲线在z轴的误差，再根据刀轴矢量计算机械臂末端姿态。选择磁极的不同开槽方式，并在Ansoft Maxwell软件里进行仿真模拟和分析，选定理论上较优的球形开槽磁极形式。通过试验加工铝合金自由曲面，对比研磨前后的表面形貌和表面粗糙度。结果 使用积累弦长参数法进行3次B样条插值，获得了步长较为均匀的轨迹点，优化了原始刀位轨迹。在球形磁极上进行开槽，使均匀磁场变为非均匀磁场，同时使最大磁感应强度由0.556 T增至0.727 T，增大了磁粒研磨过程中的研磨力。对铝合金曲面的部分区域进行60 min的研磨，其表面平均粗糙度从原始的Ra 8.71 μm降至Ra 0.56 μm。结论 将磁粒研磨与六自由度机械臂结合，进行曲面的光整加工，可以有效改善工件的表面质量，降低其表面粗糙度。
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  渐开线槽磁极改进磁粒研磨毛刺效果的试验研究

  杨子彧, 焦安源, 丁浩东, 韩冰

  表面技术. 2023, 52(4): 329-337. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.029

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  目的 改善传统磁粒研磨去除毛刺时磁感应强度变化率小、磨粒飞溅损耗严重等问题，设计带渐开线槽的磁极，通过优化磁场分布和逆渐开线展开转动的方式提高毛刺去除的效率和质量。方法 基于渐开线原理，设计不同基圆直径的磁极沟槽，仿真了磁感应强度云图及磁感应强度曲线，并与传统磁极进行平面研磨对比试验，通过综合分析优选磁极槽类型。对镍基高温合金GH3128螺旋铣孔板开展磁粒研磨孔切出毛刺的试验研究，分析主轴转速、磨粒填充量和磨粒粒径对孔缘毛刺去除的影响，得到渐开线槽磁极磁粒研磨孔切出毛刺的较佳工艺参数方案。结果 使用基圆直径为8 mm的渐开线槽磁极研磨平面时，其有效研磨面积更大，在主轴转速为1 600 r/min、磁性磨粒平均粒径为250 μm、进给速度为0.05 mm/s、磁性磨粒填充量为30 g、加工间隙为2 mm的工艺条件下研磨镍基高温合金GH3128孔板18 min后，孔切出毛刺平均高度由原始的29.6 μm降至10.2 μm，毛刺的平均宽度从原始的288.6 μm降至169.4 μm。结论 带渐开线槽的磁极改善了磁感应强度变化梯度，抑制了磁性磨粒的飞溅损耗，加速了磨粒切削刃的更新，使研磨效率和研磨均匀性都得到提高。此外，该加工方案可为其他类型毛刺的去除提供参考。
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  基于轴承毛坯表面分析的磨削材料去除率模型与应用实验

  迟玉伦, 俞鑫, 刘斌, 武子轩

  表面技术. 2023, 52(4): 338-353, 373. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.030

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  目的 在轴承套圈磨削加工中，传统基于动力学模型建立的磨削材料去除率模型仅考虑了磨削工件?砂轮?机床三者的弹性变形，未考虑毛坯零件表面不规则变形对模型的影响，导致传统理论模型在实际磨削应用中的效果不佳。针对此问题，基于轴承套圈毛坯表面形状分析建立了新的磨削材料去除率模型，并进行了应用实验。方法 基于轴承套圈毛坯零件表面形状的工艺研究，针对粗磨阶段毛坯零件表面不规则形状和弹性变形对磨削加工及产品质量的影响，建立不同偏心圆数量的轴承套圈结构分析方法，并提出一种以分段函数形式的磨削材料去除率模型，该模型充分考虑了轴承套圈毛坯零件表面不规则变形和偏心圆形状对磨削材料去除的影响，可有效反映轴承套圈实际材料磨削去除过程。最后，通过大量实验对所建的分段函数形式的磨削材料去除率模型进行应用实验研究。结果 与传统磨削材料去除率模型GPSM相比，所建的以分段函数形式的磨削材料去除率模型MMRG的准确率提高了96%以上，该模型可有效在线量化分析毛坯表面不规则大小及偏心圆结构。结论 该模型对指导毛坯零件制造，保证磨削加工质量和磨削加工效率有着重要的理论指导意义。
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  多孔Ni/CNT/Ni3S2复合薄膜体系的设计及其光热海水淡化性能

  李琪, 李晓云, 魏娜, 宫李科, 李梦涵, 崔洪芝

  表面技术. 2023, 52(4): 354-362, 398. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.031

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  目的 针对目前水资源短缺的问题，设计Ni/CNT/Ni3S2复合薄膜，并测试其光热海水淡化性能。方法 在多孔Ni网上，采用化学气相沉积(CVD)和水热合成相结合的方法制备Ni/CNT/Ni3S2复合薄膜，并构建太阳能蒸发器。利用SEM、TEM对样品的微观形貌进行表征，通过XRD、XPS分析样品的物相组成和表面元素，利用紫外可见近红外光谱分析蒸发器的光吸收能力，通过电感耦合等离子体光发射光谱仪检测海水淡化前后的离子浓度变化。结果 在制备的蒸发器中，Ni/CNT/Ni3S2-12蒸发器表现出优异的性能，在整个太阳光谱能吸收90.1%的太阳光。在1个太阳的光照强度下，蒸发速率高达2.57 kg/(m².h)，在不同质量分数的盐溶液中也有很好的蒸发效果。此外，淡化后的海水、污水中的离子浓度达到世界卫生组织对安全饮用水规定的标准。结论 多孔Ni基底具有大孔结构，既能漂浮于水面上实现界面加热，又能提供水的运输通道与蒸汽逸出通道，有很好的耐腐蚀性和机械强度。CNT和Ni3S2具有优异的光热转换能力，并且隔热层限制了热量向水体的传递，提高了蒸发器的蒸发速率。制备的Ni/CNT/Ni3S2-12太阳能蒸发器在海水淡化方面有很大的应用潜力。
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  纯钽表面微弧氧化“类骨小梁”状多孔涂层的细胞相容性

  王伟强, 王舒月, 于凤云, 王轶农

  表面技术. 2023, 52(4): 363-373. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.032

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  目的 提高医用纯钽的生物活性，利用微弧氧化(MAO)技术在其表面制备出“类骨小梁”状分级多孔涂层，并对比该涂层与传统“火山坑”状MAO涂层以及机械抛光纯钽表面在表面粗糙度、亲水性以及细胞相容性方面的差异。方法 使用0.1 mol/L Na2B4O7和0.05 mol/L Na3PO4电解液在纯钽表面分别制备出“类骨小梁”状及“火山坑”状多孔涂层(分别命名为B-MAO和P-MAO涂层)。采用扫描电镜、X射线衍射以及X射线光电子能谱对不同结构涂层进行形貌观察和相组成分析，使用十字划格法评价涂层结合强度，使用激光共聚焦显微镜测定涂层的表面粗糙度，使用接触角仪测量其亲水性，并将小鼠前成骨细胞(MC3T3-E1) 接种于材料表面，对比不同形貌状态对细胞铺展、增殖以及成骨分化的影响。结果 MAO涂层物相主要为Ta2O5。B-MAO涂层由于内部孔隙度高，应力释放充分，涂层结合强度高，而P-MAO涂层则因具有分层现象和较大的残余应力，易从基体剥落。抛光纯钽表面、P-MAO、B-MAO涂层表面的粗糙度分别为0.06、1.50、1.58 μm，与之相应的接触角分别为42.6°、15.5°、7.2°。细胞初期粘附结果表明，MAO涂层表面细胞数量多于抛光纯钽表面，且B-MAO涂层细胞铺展能力优于P-MAO涂层和抛光钽表面。CCK-8测试结果表明，细胞数量随时间逐渐增加，MAO组细胞增殖能力好于抛光组，B-MAO组细胞增殖能力最优。ALP活性方面，B-MAO组也高于P-MAO和抛光组。结论 MAO涂层相较于抛光纯钽表面具有更高的粗糙度以及亲水性，从而具有高的细胞粘附和增殖能力。“类骨小梁”状分级多孔涂层由于具有更高的结合强度和超亲水性，在细胞铺展、增殖以及成骨分化能力高于“火山坑”状单级多孔涂层，在硬组织替代领域具有较大应用潜力。
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  PET薄膜的亲水改性研究

  丁蕊蕊, 潘均安, 阳范文, 苏昊橼, 陈志琪, 卓志宁, 丁华畅, 郑皙月, 周馨怡, 冯泳婷

  表面技术. 2023, 52(4): 374-380. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.033

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  目的 探索对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜亲水改性的制备工艺，研究其是否能有效提高PET薄膜表面的亲水性。方法 将PET薄膜裁剪成1 cm×4 cm的矩形样条，样条放入盛有无水乙醇的离心管中超声清洗，经烘干后再放入叔丁基过氧化氢(TBHP)溶液中进行引发反应，引发完成的PET薄膜样条依次用无水乙醇、水超声清洗后放入PVP溶液进行改性，最后超声清洗并烘干放置24 h进行接触角测试与红外光谱测试，分别评价PET薄膜的亲水性与表面成分变化。结果 使用不同PVP进行改性，PVP-K90对PET薄膜的改性效果最佳，接触角下降最明显，其接触角为21.3°。研究不同浓度TBHP对接触角的影响，随着TBHP浓度增加，接触角逐渐减小，TBHP浓度为1%时，其接触角为28°。探究不同浓度PVP-K90对接触角的影响，随着PVP-K90浓度增加，接触角呈现先减小后略有增大的变化趋势，PVP-K90浓度为5%时达到最小值(24.2°)。最佳配方和工艺为:5%PVP-K90+1%TBHP，温度80 ℃，转速600 r/min，反应时间1 h。PET薄膜的接触角从改性前的81.7°下降到改性后的29.5°，亲水性显著提高。亲水改性PET薄膜超声清洗20 min以上，接触角仍保持不变，红外光谱在3 427、1 608 cm^?1的特征峰明显增强，PVP以化学键合方式接枝在PET表面。结论 以TBHP作引发剂，PVP-K90作改性剂，通过表面接枝方法可有效提高PET薄膜的亲水性。
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  工作温度对Pd-Ni合金薄膜电阻氢敏性能的影响

  谢贵久, 杨斌, 张月鑫, 张璐, 季惠明

  表面技术. 2023, 52(4): 381-389. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.034

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  目的 围绕氢气传感器在航天领域生命保障系统、氢燃料电池汽车领域能源供给系统等领域氢气泄露检测的迫切需求，针对在实际工况下工作温度对Pd-Ni合金薄膜电阻氢敏性能影响尚不清楚的问题，研究不同应用场景下工作温度对Pd-Ni合金氢敏电阻的灵敏度、响应-恢复时间以及回零特性影响。方法 将氢敏电阻分别置于80、90、100、110 ℃等不同工作温度，采用一定流量的动态气体测试方法，通入不同氢气浓度的测试气体，通过数据采集系统实时测量其电阻变化曲线，并评价其氢气敏感特性。结果 通过提高工作温度，在2%H2/N2和4%H2/N2氢气浓度下，110 ℃下的灵敏度相比80 ℃近线性降低约28%，80 ℃下2个浓度点的响应-恢复时间分别从16.5、12.9 s降低至110 ℃下的12.5、9.5 s，灵敏度的降低幅度与响应-恢复时间的加快幅度在100~110 ℃趋于平缓;在氮气气氛或空气气氛下，其零点电阻存在差异或未恢复至绝对零点，不影响氢气浓度测量的绝对值。结论 工作温度升高会降低氢敏灵敏度，但能提升其响应与恢复时间，也能加速其零点电阻的恢复，100~110 ℃工作温度下综合性能较佳。测试氢气浓度越高，其响应恢复时间越快。同时也发现“假零点”现象，可以指导在实际场景中如何有效更优使用。
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  亚硫酸钠-柠檬酸钾体系络合剂对镀金层性能的影响

  付银辉, 李元朴, 董东

  表面技术. 2023, 52(4): 390-398. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.035

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  目的 研究亚硫酸钠-柠檬酸钾体系络合剂对可伐基板镀金层共晶焊接性能的影响机理，从而优化络合剂含量工艺范围，提升镀金层金锗共晶可焊性。方法 采用扫描电子显微镜及能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD)、极化曲线等分析方法，结合镀金层孔隙、金锗共晶焊接润湿性和剪切强度测试，研究了亚硫酸钠-柠檬酸钾体系络合剂，对镀金层表面金锗焊料润湿性，金锗共晶层结合力、表面和截面形貌、结晶状态、孔隙，以及金锗共晶焊接界面微观形貌等的影响。结果 亚硫酸钠和柠檬酸钾均能起到络合剂作用，当络合剂亚硫酸钠质量浓度为120~160 g/L和柠檬酸钾质量浓度为40~60 g/L时，络合剂含量的增加可使镀金液阴极过电位明显增大，从而使所制备的镀金层结晶更加致密。当络合剂亚硫酸钠质量浓度为160~ 200 g/L、柠檬酸钾质量浓度为60~100 g/L时，电沉积的镀金层表面明显平整，截面形貌致密，孔隙少，且以(311)晶面择优生长，晶粒尺寸为43.7 nm，晶面间距为0.123 nm，金锗焊料润湿良好，金锗共晶层结合力较大，剪切强度可达3 MPa以上，可满足金锗共晶焊接使用要求。结论 亚硫酸钠-柠檬酸钾体系络合剂含量对镀金层的结晶状态和致密性影响明显，镀金层结晶状态和致密性与其表面金锗共晶可焊性有直接关系，镀金层越结晶致密越有利于其表面共晶焊接质量，通过控制亚硫酸钠-柠檬酸钾络合剂含量可有效提高镀金层表面金锗共晶焊接质量。
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  改性核桃壳在砂浆中的应用

  罗伟, 欧忠文, 黄正峰, 舒心, 汪敏, 王飞, 陈汉杰

  表面技术. 2023, 52(4): 399-409. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.036

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  目的 通过对核桃壳进行改性，降低其亲水性、吸水率和微生物降解，改善含核桃壳砂浆的工作性能和耐久性能;增强核桃壳与水泥浆的界面结合，提升含核桃壳砂浆的力学性能。方法 首先，分别用不同浓度的硅烷偶联剂KH560、不同浓度的钛酸酯偶联剂和不同热解温度对破碎核桃壳进行改性处理。然后，用扫描电镜观察改性前后核桃壳表观形貌的变化，用傅里叶红外光谱表征改性前后核桃壳官能团的变化。其次，分别测试改性前后核桃壳静态接触角和吸水率的变化，观察核桃壳与砂浆在界面处的结合情况。最后，用核桃壳部分替代标准砂制备得到砂浆，分别测试各组砂浆的流动度、抗压强度、抗折强度。结果 改性后核桃壳的静态接触角由104.9°分别增加为135.9°(KH组)、133.3°(TO组)和128.5°(TI组)。偶联剂用量越大，核桃壳的吸水率越小。KH组核桃壳1 h和24 h的最小吸水率分别为17.6%和25.5%，分别比对照组低43.6%和35.6%;TI组核桃壳1 h和24 h的最小吸水率分别为17.6%和28.7%，分别比对照组低43.6%和27.5%;TO组核桃壳1 h和24 h的最小吸水率分别为17.5%和34.3%，分别比对照组低43.9%和13.3%。改性后，KH组、TO组、TI组的砂浆流动度均大幅增加，最大流动度分别为250、200、200 mm。轻度热解能明显改善砂浆的力学性能，砂浆的抗压强度和抗折强度最高分别可达41.8、7.12 MPa。结论 3种改性方法均能增加核桃壳的疏水性，降低核桃壳的吸水率，改善砂浆的流动性。KH560改性处理方法引入的酸性物质抑制了水泥水化，导致砂浆力学性能降低。钛酸酯偶联剂部分封堵了核桃壳内表面的孔隙，弱化了水泥浆体与核桃壳的机械咬合，导致砂浆力学性能降低。而轻度热解后，核桃壳表面的灰分和半纤维素部分分解，使多层堆叠形状的木质素结构凸显，增加了核桃壳的比表面积，有利于浆体与核桃壳的结合，从而使砂浆的抗折强度和抗压强度均得到提升。150 ℃条件下轻度热解是提升含核桃壳砂浆综合性能的核桃壳最佳改性方案，在该条件下，砂浆的流动性增加4.6%，抗折强度增加15.6%，抗压强度增加3.2%。同时150 ℃轻度热解在有氧条件下进行，便于操作，而且施工成本不高，有利于在工程中推广应用。
表面强化技术
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  核壳结构SiC@Ti(C,N)复合材料的制备及性能研究

  黄绍锋, 甘志伟, 胡宁飞, 陆静, 李东旭

  表面技术. 2023, 52(4): 410-416, 426. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.037

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  目的 碳化物陶瓷材料因优异的力学性能在精加工和切削行业具有广阔的应用前景，制备特定结构的碳化物复合材料能够改善材料的综合性能。方法 通过化学法在SiC表面包覆纳米Ti(C,N)，无压烧结制备了具有核壳结构的SiC@Ti(C,N)复合材料。采用XRD、SEM、TEM和EDS等方法，研究退火温度和原料配比对复合材料的成分组成和微观结构的影响。通过同步热分析(TG-DSC)比较单相和复合材料抗氧化性能差异。使用显微维氏硬度计和万能材料试验机测试材料力学性能的变化趋势及原因。构建核壳颗粒致密化模型，分析复合材料的致密化机制和增韧机理。结果 随着烧结温度的升高，其显微硬度先升高后降低。随着SiC比例的增大，其显微硬度、压缩强度和断裂韧性均先增大后减小。在1 250 ℃下，制备的原料质量比为11:1的SiC@Ti(C,N)复合材料具有最大显微硬度、压缩强度和断裂韧性，分别为3 273HV、434 MPa、4.38 MPa.m^1/2。结论 通过比较复合材料和单一碳化物材料的力学性能发现，具有核壳结构的SiC@Ti(C,N)复合材料综合性能得到提升。纳米Ti(C,N)填充复合材料孔隙并促进致密化烧结，从而提升了复合材料的强度;通过Ti(C,N)骨架的偏转裂纹实现增韧。
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  碳钢–橡胶硫化黏接拉伸力学行为与黏接失效机理

  石昌帅, 王澳, 祝效华, 万孝峰, 柴国栋, 李波

  表面技术. 2023, 52(4): 417-426. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.038

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  目的 研究碳钢?橡胶黏接结构件的拉伸力学行为和黏接失效机理，同时获得黏接工艺参数对碳钢?橡胶黏接界面质量的影响规律。方法 引入内聚力模型来描述黏接界面的黏接失效过程，通过黏接结构件界面力学性能实验拟合，获得内聚力参数，建立碳钢?橡胶黏接三维拉伸数值模型，从拉伸应力、剥离应力、损伤因子和刚度弱化的角度分析碳钢?橡胶在拉伸载荷作用下的黏接失效行为，研究刚度、初始损伤强度和断裂能对碳钢?橡胶黏接界面力学性能的影响规律。结果 在实验得到的内聚力参数下，碳钢?橡胶黏接界面中部最大拉伸应力比边缘增大了0.42 MPa，黏接界面边缘的最大剥离应力比最大拉伸应力增大了0.77 MPa。在拉伸位移为1.35 mm时，黏接界面中部最先进入损伤演化。当拉伸位移增至1.8 mm时，黏接界面边缘进入损伤演化，黏接界面中部完全失效，刚度的减小使得黏接界面的抗拉伸能力增强，刚度越小黏接界面的抗拉伸能力增强效果越明显。初始损伤强度小于3.42 MPa，黏接界面损伤演化速度明显较慢，在较大拉伸位移下才会发生黏接失效。不同断裂能的黏接界面进入损伤演化时的拉伸位移一致，断裂能越大的黏接界面损伤演化至完全失效的速度越慢。结论 碳钢?橡胶黏接界面中部的最大拉伸应力较大，最大剥离应力较小，黏接界面中部最先发生黏接失效。减小碳钢?橡胶黏接界面的刚度，提高初始损伤强度和断裂能可以有效预防黏接失效。不同内聚力参数的碳钢?橡胶黏接界面发生初始黏接失效的位置和范围具有随机性，但黏接失效均从黏接界面中部扩散至边缘。
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  温态超声冲击强化对AA6061-T6空蚀行为的影响

  罗庸生, 李豪, 谌江涛, 李一飞, 张庆龙, 李荣和, 赵夙

  表面技术. 2023, 52(4): 427-435, 445. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.039

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  目的 进一步提高超声冲击处理对AA6061-T6抗空蚀性能的强化效果。方法 通过不同温度(RT、50、100和150 ℃)温态超声冲击强化处理，结合冲击强化与动态应变时效(DSA)的优点，获得应变速率更高、密度位错更高的塑性变形强化层，以提高其抗空蚀性能。利用X射线衍射技术(XRD)、金相显微镜研究了强化层的微观组织。利用显微硬度仪研究了强化层深度方向的硬度分布。利用超声振动空蚀平台、扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜，研究了强化试样的空蚀性能及空蚀机理。结果 随温度的升高，强化后的铝合金近表层分别形成30、50、70、90 μm的晶粒细化层，表面择优取向由(200)转变为(111);强化温度为50 ℃时的表面显微硬度最高，较原始试样提高了108.2%;经300 min空化腐蚀后，常温、50、100、150 ℃条件下处理的超声冲击试样的抗空蚀性能分别是未处理试样的1.77、2.03、1.49和1.38倍;温态冲击强化后，试样的空化腐蚀损伤机制不仅包括初始的韧性断裂破坏，还增加了脆性及疲劳损伤形式。结论 经过温态超声冲击强化处理后，AA6061-T6的抗空蚀性能随温度的升高呈先增后减的趋势，强化温度为50 ℃时最优。强化试样的抗空蚀性能提高归因于表面硬度增加、晶粒细化和择优取向转变等多种因素的综合作用。
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  Ni60与NiCr-Cr3C2涂层的机械和热冲击性能对比研究

  赵青山, 宋学平, 李来军, 曹文辉, 柴廷玺

  表面技术. 2023, 52(4): 436-445. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.040

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  目的 合理选择涂层材料，以提高5CrNiMo热作模具的使用寿命。方法 采用超音速火焰喷涂制备Ni60和NiCr-Cr3C2涂层，对比研究2种粉末所获涂层的微观组织结构、力学性能及机械冲击和热冲击性能。 结果 Cr3C2硬质颗粒可大幅度提高涂层的硬度，在喷涂过程中，Cr3C2硬质颗粒在撞击过程中具有更高的压应力，促进了喷丸效应，使20%NiCr-80%Cr3C2涂层内部及与基体结合界面无明显裂纹。因而，与Ni60涂层相比，20%NiCr-80%Cr3C2涂层具有较高的表面显微硬度(818.9HV)和结合强度(64.04 MPa)。机械冲击试验后，20%NiCr-80%Cr3C2涂层因具有优异的力学性能，被冲击区域的宏观裂纹较少，且未发生明显剥落。2种涂层机械冲击失效的主要机理为高载荷冲击所致的涂层塑性损伤与断裂。由于20%NiCr-80%Cr3C2涂层中存在大量的Cr3C2脆性相，使其同时发生次要的脆性断裂。100次循环热冲击后，2种涂层均未发生剥落，但Ni60涂层表面呈黑蓝色和凹凸不平，表明NiCr-Cr3C2涂层具有更好的抗热冲击能力。结论 20%NiCr- 80%Cr3C2涂层具有更优的微观组织、力学性能、机械冲击和热冲击性能。
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  不同纺丝工艺国产高强中模碳纤维及其复合材料性能对比

  王先锋, 曹正华, 彭公秋, 张宝艳

  表面技术. 2023, 52(4): 446-457. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.041

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  目的 进一步探究国产不同纺丝工艺高强中模碳纤维及其复合材料的相关性能，并验证干喷湿纺工艺碳纤维的表面状态及其复合材料性能。方法 针对干喷湿纺的GW800G和湿喷湿纺的CCF800H两种碳纤维及其复合材料，采用场发射环境扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)和动态接触角测量仪表征其表面形貌、表面化学特性以及表面能，对两种碳纤维的微观表面性能以及微观结构进行对比分析，并与相同的高温环氧树脂复合，通过热压罐成型技术制成层合板，进一步表征两种复合材料的力学性能，并观察了复合材料90°拉伸和90°弯曲破坏试样断面形貌。结果 GW800G碳纤维表面形貌较光滑，CCF800H碳纤维表面粗糙度较大且凹槽明显。GW800G碳纤维和CCF800H碳纤维表面化学活性较高和表面能均较高，表面活性碳原子比例分别达到了34.11%和 33.24%，表面能分别达到了36.92 mJ/m²和40.08 mJ/m²，二者水平差距较小。同时两种碳纤维的微晶结构相似，GW800G碳纤维具有更高的石墨化程度。这些特点均与其复合材料所表现的性能一致，GW800G/BA9918E复合材料具有更高的0°拉伸强度，而其他界面相关的强度和耐湿热能力均达到CCF800H/BA9918E复合材料的水平。两种复合材料的90°拉伸和90°弯曲破坏试样断面形貌也反映出两种碳纤维均与树脂基体有良好的结合能力。结论 国产表面改良型干喷湿纺碳纤维及其复合材料在保证高强度的同时，碳纤维表面性能和复合材料的界面性能达到了湿喷湿纺碳纤维的水平。