2023年, 第52卷, 第7期　
刊出日期：2023-07-20

  

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研究综述
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  3D打印多孔钽表面改性及功能化研究进展

  汪雪颖, 许建霞, 李岩

  表面技术. 2023, 52(7): 1-10, 54. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.001

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  金属钽具有优异的生物相容性、耐腐蚀性和骨整合能力，是具有广阔发展前景的生物医用骨科材料。通过增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)制备的多孔钽具有精确和个性化控制的表面成分、拓扑结构、力学性能，极大地满足了不同骨缺损临床患者的需求，适合作为承重部位的骨缺损修复材料。然而，AM多孔钽仍具有表面惰性强、骨整合能力有限、无生物活性等缺陷。分别从表面改性方法和拓扑结构优化两个角度介绍了AM多孔钽骨修复材料功能化的研究进展。概述了几种典型的表面改性方法，并分析总结了其优缺点，高成本、难加工、表面惰性是限制AM多孔钽用于表面改性的主要原因。此外，拓扑结构优化也是实现多孔钽功能化的有效途径，合适的孔隙结构不仅赋予植入体与宿主骨相匹配的力学性能，同时有利于AM多孔钽与宿主建立有效的骨整合。综述了近年来AM多孔钽拓扑结构优化的研究进展，总结了孔隙率、孔径、孔隙几何形状对多孔钽力学及生物学功能的影响。最后，对AM多孔钽骨修复材料的功能化发展及临床应用提出了展望。
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  医用镁合金微弧氧化工艺研究进展

  冯宴荣, 周亮, 贾宏耀, 张祥, 赵李斌, 房大庆

  表面技术. 2023, 52(7): 11-24. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.002

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  从火花放电方面归纳整理了镁合金微弧氧化膜层的形成机理，并分析了膜层结构。在此基础上，结合国内外研究现状，阐述了预处理、电解质和添加剂以及电参数(电压、电流模式和脉冲频率)和封孔技术对镁合金微弧氧化膜层耐蚀性和生物相容性的影响。着重分析了电解质和添加剂的种类、浓度对膜层和生物性能的影响机制，其中电解质包括碱性硅酸盐和磷酸盐电解液等，添加剂包括甘油、氟化物、羟基磷灰石和纳米粒子等。研究发现，碱性磷酸盐电解质的加入可以降低膜层腐蚀速率，促进骨整合和细胞附着过程，羟基磷灰石、Ca、P等具有生物活性和对人体有益的粒子作为添加剂加入，可以显著提高膜层的耐蚀性和生物相容性。最后，基于研究现状，对镁合金微弧氧化技术在生物医用方面的发展进行了展望。
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  激光熔覆制备高硬耐磨涂层的研究综述

  谢志颖, 刘常升, 吴琼, 陈岁元, 梁京

  表面技术. 2023, 52(7): 25-40. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.003

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  高硬耐磨涂层指与基体间呈冶金结合，具有很强的局部抵抗压入能力及抵抗机械磨损能力的薄层。激光熔覆技术是一种新型、绿色、高效的表面处理技术，具有冷却速度快、稀释率小、热变形小、厚度可控等优点，在交通、矿山、石化、冶金等高端制造装备领域具有广阔的应用前景。从粉末设计、激光熔覆工艺、统计计算与仿真模拟、激光熔覆辅助技术等4个方面，综述了激光熔覆技术制备高硬耐磨涂层的研究进展。在粉末设计方面，以涂层优化结果为导向，综述了第二相强化型、细晶强化型、组织结构优化型及其他类型设计在制备高硬耐磨涂层方面的研究。在激光熔覆工艺方面，介绍了熔覆过程中工艺参数对涂层性能及质量的影响及作用机理，并提出了合理的优化建议。在统计计算和仿真模拟方面，概述了统计计算与仿真模拟在涂层制备、熔覆工艺优化、涂层组织性能优化及熔覆理论研究中的作用。在激光熔覆辅助技术方面，概述了声场、电场、磁场、热场、机械场及光谱检测等辅助技术，并介绍了辅助技术对调控涂层微观组织及性能的影响和作用机制。最后对激光熔覆制备高硬耐磨涂层及相关技术的研究进行了展望。
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  激光冲击强化对焊缝组织性能影响的研究进展

  舒坤, 乔红超, 赵吉宾, 陈燕, 孙博宇, 杨玉奇, 韩岳旺

  表面技术. 2023, 52(7): 41-54. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.004

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  激光冲击强化(LSP)是一种典型的非弹丸撞击式表面强化技术，可有效提高金属材料的抗疲劳能力、抗腐蚀能力、金属耐磨性能和使用寿命，具有应变率高、效率高、强化效果好等优点。焊缝质量直接影响了焊接件的合格率，而焊缝强化一直是一个比较难的挑战。首先，介绍了激光冲击强化的加工原理，总结了激光冲击强化的影响参数及条件，包括激光功率密度、约束层和吸收层、激光冲击次数、光斑搭接率以及激光脉宽。控制强化工艺参数可以使焊缝显微硬度提升50%、残余压应力提升65%以上，大幅度提升抗拉强度，降低疲劳裂纹扩展。其次，综述了国内外研究人员运用激光冲击强化技术对不同材料焊缝强化的研究与应用，重点论述了激光冲击强化对焊缝力学性能和显微组织的显著强化效果，与未强化试样对比，强化后试样的各项性能明显提升。其中针对力学性能，详细分析了显微硬度、残余应力和疲劳裂纹扩展的变化情况，结合残余应力的理论研究、仿真分析、试验论证以及显微组织变化情况，认为激光冲击强化导致马氏体组织发生了碎化，提高了硬度，产生了残余压应力，引起了晶粒细化，进而有效控制了疲劳裂纹扩展，阻止了裂纹产生，提升了疲劳寿命。通过激光冲击强化不同工艺参数的协同作用，可以获得较高的残余压应力和硬度，引起动态再结晶、晶粒细化等微观组织演变以及位错运动，使焊缝力学性能和显微组织产生相互影响。分析认为，激光冲击强化技术是焊缝强化的有效焊接后处理工艺。最后，展望了激光冲击强化技术在焊缝强化领域中的应用前景。
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  铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷及焊件结构问题控制策略的研究进展

  鲁克锋, 殷凤仕, 王文宇, 滕涛, 樊世冲, 刘亚凡, 王鸿琪, 朱建, 任智强

  表面技术. 2023, 52(7): 55-79. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.005

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  搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，FSW)是近些年发展起来的一种固态连接工艺，尤其适用于铝合金材料的焊接。概述了搅拌摩擦焊的局限性，主要包括接头处存在钥匙孔、焊缝减薄等缺陷及复杂结构铝合金难以焊接等问题。研究表明，通过工艺方法、流程及参量的优化能够对焊接接头缺陷和焊件结构问题进行有效控制。由此，归纳了铝合金搅拌摩擦焊接头存在的关键问题及解决策略，分析了每种工艺方法的适用对象及条件，包括摩擦塞焊(Friction Plug Welding，FPW)、填充式搅拌摩擦焊(Filled Friction Stir Welding，FFSW)、回抽式FSW、静止轴肩搅拌摩擦焊(Stationary Shoulder Friction Stir Welded，SSFSW)、沉积式FSW、双轴肩搅拌摩擦焊(Bobbin Tool Friction Stir Welding，BT-FSW)和无倾角FSW。详细探讨了每种工艺的原理和机制，阐述了每种工艺的优缺点，重点介绍了工艺的参数优化调控、辅助设备的添加及工序的改进对修复接头组织与力学性能的影响。对铝合金搅拌摩擦焊的回顾总结，将为获得高质量搅拌摩擦焊接头，实现复杂结构件焊接提供参考依据。在此基础上，对铝合金搅拌摩擦焊现存问题及挑战的解决进行了展望。
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  氢分离非钯合金膜表面处理研究进展

  唐柏林, 陈修, 杨波, 孟野, 顾亦诚, 陆羽, 史晓斌, 张世宏, 宋广生

  表面技术. 2023, 52(7): 80-91, 230. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.006

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  镀有Pd层的氢分离纯化用5B族金属膜具有较高的氢选择性和渗透率，但Pd与基底在高温下易发生热扩散，致使氢的解离效率变差，影响合金膜在氢分离时的连续性和稳定性。目前，在合金膜与Pd之间添加中间层或在合金膜表面直接使用非Pd催化材料是防止氢分离合金膜因金属间扩散而失效的主要方法。介绍了金属催化氢解离与合金膜渗氢机理，并从中间层材料、非Pd催化材料及影响这2种材料效果的内外因素等方面综述了近年来在氢分离合金膜表面处理方面的研究进展。中间层材料的类型以金属化合物为主，还包括氧化物及稀土金属Y，针对这些材料防金属间扩散的效果采用高温下渗氢稳定时间和渗透率进行评价分析;非Pd催化材料主要分为金属碳化物和钒氧化物2类，重点分析了材料的解离效率和通用性，其解离效率与晶体结构和实验温度有关。在通用性方面，氧化物能够与不同基底合金结合，并获得较高的氢渗透率，表现出更好的适应性。影响中间层和非Pd催化材料发挥效用的因素主要包括材料内在因素和工艺外部因素，分析了涂层结构和厚度的材料因素，举例说明了制备工艺和制备参数选择等外部因素对材料发挥效用的影响。最后指出了现有涂层研究中，加入中间层材料或直接使用非Pd催化材料时的不足及相应的改进措施，并对氢分离5B族合金膜表面处理的未来发展进行了展望。
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  脉冲镀金工艺研究进展

  乔正阳, 李江, 刘贲, 刘小天, 康鑫, 柯改利, 何辉超

  表面技术. 2023, 52(7): 92-102. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.007

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  金镀层具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性、导电性及延展性，广泛应用于精密微纳元器件制造。电化学镀金是实现微纳元器件镀金的主要工艺之一，主要分为直流镀金工艺和脉冲镀金工艺。相较于直流镀金工艺，脉冲镀金工艺可通过控制脉冲波形、频率、占空比及电流密度等脉冲参数，改变金属离子电沉积过程中的电化学极化和浓差极化，灵活调控镀层的物理化学性能。近年来，国内外在微纳元器件脉冲镀金工艺领域开展了系列研究工作，并取得了不错的进展。综述了电化学脉冲镀金的基本原理，描述了电镀金试验中金由离子形态转化为金属的过程。此外，还综述了占空比、频率、电流密度、脉冲导通时间、脉冲关断时间等脉冲参数对金镀层形成的影响，以及镀层性能评价方式;另外，介绍了无氰和有氰两大典型镀液获得金镀层的基本情况，分析了它们各自的优缺点，主要表现为有氰镀液稳定性好，所得金镀层较均匀，而无氰镀液的突出优势为无毒，但其稳定性有待进一步提高。最后，展望了脉冲镀金工艺的发展方向，可为发展新型脉冲镀金工艺及应用拓展提供有益的参考和启示。
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  二烷基二硫代磷酸锌的摩擦化学反应机理及其替代品研究现状

  王艳艳, 杜雪岭, 刘卜瑜, 赵海鹏

  表面技术. 2023, 52(7): 103-116. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.008

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  二烷基二硫代磷酸锌(Zinc dialkyldithiophosphate，ZDDP)是目前润滑油中功能最全、应用最多的添加剂，因对环境有害致使其用量受到严格限制，深入理解ZDDP的摩擦化学反应机理对于推动润滑油技术发展具有重要意义。首先，介绍了ZDDP的基本性能及应用，商用ZDDP是一种复杂的混合物，每一种组分的类型或比例变化都会影响其使用性能。其次，概述了ZDDP摩擦化学反应机理的研究进展，重点论述了温度、应力(接触应力、剪切应力)、湿度、ZDDP烷基结构、配副材质(金属、非金属)和形貌等因素对ZDDP摩擦化学反应过程及摩擦膜摩擦磨损性能的影响，分析了ZDDP摩擦化学反应的主要驱动因素。此外，从开发不同于ZDDP结构的新型添加剂(纳米粒子、离子液体等)和改进分子结构与ZDDP相似的低或无硫磷添加剂两个方面总结了ZDDP替代品研制的主要成果以及实现工业化应用需要解决的问题。最后，对ZDDP的未来发展方向进行了展望，ZDDP自身结构性能优化、与新材料或新涂层的摩擦兼容性能、与新型添加剂的复配性能以及从微纳尺度深入探究ZDDP摩擦化学反应机理将成为研究人员关注的重点。
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  碳钢CO2腐蚀的缓蚀剂策略及缓蚀行为研究进展

  贺莎莎, 韩新福, 赖喜祥, 龚兴厚, 吴崇刚, 岑宏宇

  表面技术. 2023, 52(7): 117-129. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.009

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  从新型CO2缓蚀剂合成制备、绿色动植物成分作为CO2缓蚀剂开发、CO2缓蚀剂协同效应研究、苛刻环境下的缓蚀剂性能探究、缓蚀剂构效分析及影响因素评价等5个部分对CO2缓蚀剂的最新研究进展进行综述分析。针对现有部分缓蚀剂存在性能不足、污染大等问题，CO2缓蚀剂的增效思路主要包括新型缓蚀剂分子合成、绿色缓蚀剂提取和缓蚀剂复配研究。新型缓蚀剂合成是通过有机化学反应，以杂环分子为原料进行结构设计、官能团接枝或修饰得到新型缓蚀剂分子。该部分同时介绍了纳米缓蚀剂的前沿发展及面临的瓶颈问题。绿色缓蚀剂提取是以天然动植物为原料，改善缓蚀剂的生态安全性，针对绿色缓蚀剂的快速发展提出“全流程”绿色控制理念，建议确立绿色定义标准。缓蚀剂协同效应研究旨在阐明不同缓蚀剂间复配增效的本质机理，当前需要建立快速评价体系，健全探寻最佳复配比的指导理论。另外，缓蚀剂在复杂或极端工况下的结构稳定性、缓蚀性能持久性和缓蚀机理变化对其实际应用至关重要，油气田开发苛刻环境下“防腐+”一体化试剂的需求增大。除上述制备与应用外，缓蚀剂的科学体系也得到一定完善，例如温度、CO2分压、流速等工况条件改变对缓蚀剂界面吸附规律的影响机制，腐蚀产物膜的生成时间及状态、缓蚀剂链长引起的临界胶束浓度变化等对缓蚀性能影响方式的研究皆取得重要进展。最后对CO2缓蚀剂当前发展面临的挑战和发展趋势进行了简述。
摩擦磨损与润滑
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  往复运动条件下润湿梯度表面对限量供油润滑的影响

  孙楠楠, 晁珅, 朱桂香, 王永强, 刘成龙, 郭峰

  表面技术. 2023, 52(7): 130-138. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.010

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  目的 探究有限量供油条件下，润湿梯度表面对往复运动条件下的油膜润滑增效作用。方法 首先在玻璃试样表面制备一层疏油涂层，降低工作表面润湿性。其次，利用飞秒激光将一定宽度的条状图案刻蚀到掩膜板上，通过掩膜法，利用氧等离子刻蚀技术在玻璃块疏油涂层上构造不同宽度的亲油轨道，形成了润湿梯度表面。然后使用往复运动光弹流膜厚测量仪对亲油轨道的膜厚及油池变化进行测试。试验选用低黏度的PAO4基础润滑油，限量供给0.04 μL。钢球与玻璃试样表面构成点接触往复运动摩擦副模型。结果 具有一定亲油轨道宽度(0.2、0.4 mm)的润湿性梯度表面具有较好的集油性能。润湿性梯度表面在往复运动行程中心位置作用最为明显，在所给试验条件下膜厚最大为原始表面的3倍。钢球-钢块接触副的摩擦测试结果表明，本文提出的润湿梯度表面使摩擦因数最高下降30%。另外，由于载荷效应导致接触区外侧毛细集油作用减弱，乏油程度增加，随着载荷增加，润滑油膜减小。油滴在一定宽度亲油轨道的扩散仿真结果说明润湿性梯度表面可以有效地将润滑油限制在轨道内，有利于往复运动过程中润滑剂的回流。结论 提出的润湿性梯度表面有较强的集油作用，改善往复运动弹流接触副的供油和润滑状态。
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  石墨粉添加对WC增强Ni基复合涂层组织结构及性能的影响

  夏俊佳, 尹宇, 周辰, 张树玲, 郭峰, 马兴华

  表面技术. 2023, 52(7): 139-148, 287. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.011

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  目的 改善WC/Ni60A涂层的耐蚀耐磨性能，通过激光熔覆技术制备不同石墨添加量的C/WC/Ni60A复合涂层。方法 首先制备多含量的WC(质量分数分别为15%、25%、35%)增强Ni基涂层，利用SEM、EDS及XRD等表征手段，分析涂层的微观组织形貌、元素分布及物相组成。利用多功能摩擦磨损试验机、形貌显微镜及电化学工作站等，测试涂层的耐蚀耐磨性能，并选出WC的最佳添加量。其次，向最佳性能的WC/Ni60A中添加经过超声预处理的石墨粉(质量分数分别为0.25%、0.5%、0.75%、1.0 %)，并进一步通过混粉湿磨获得类石墨烯结构，分析测试相应涂层的微观结构及耐蚀耐磨性能。结果 采用激光熔覆制备的复合涂层组织结构致密，且与基体发生了冶金结合。当WC的添加量为25%时，WC/Ni60A复合涂层的耐蚀耐磨性能最好。石墨的添加细化了显微组织，进一步提高了涂层的显微硬度，并显著改善了涂层的耐蚀耐磨性能。当石墨的添加量为1.0%时，复合涂层的摩擦系数稳定在0.25，磨损率约为0.003 2 cm³/(N.m)。结论 石墨粉体的加入可有效提高WC/Ni60A涂层的耐磨耐蚀性能，有望成为极端海洋环境的新型表面防护材料。
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  沉积温度对电弧离子镀AlCrSiN涂层的影响

  刘艳梅, 张蕊, 朱强, 王重阳, 白乌力吉, 曹凤婷, 范其香, 王铁钢

  表面技术. 2023, 52(7): 149-157. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.012

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  目的 优化涂层制备工艺，改善AlCrSiN涂层的力学及摩擦性能。方法 采用可调节磁场强度的新型电弧离子镀技术，在不同沉积温度下研制AlCrSiN涂层。利用XRD及SEM分析AlCrSiN涂层的相结构、截面形貌，借助纳米压痕仪、划痕测试仪、高温摩擦磨损试验机以及台阶仪测试AlCrSiN涂层硬度、膜/基结合强度以及摩擦磨损性能。系统分析沉积温度对AlCrSiN涂层的成分分布、微观结构演变、力学性能的影响，并研究沉积温度对AlCrSiN涂层摩擦磨损性能的影响规律及磨损机制。结果 随着沉积温度逐渐升高，涂层吸附原子的活性增强，涂层沉积速率出现先上升、再下降的趋势。随着沉积温度升高，涂层中的Cr2N相逐渐替代CrN相，且hcp-AlN相沿 晶面择优生长。各沉积温度下，AlCrSiN涂层均与单晶硅片基体表面结合良好，且具有良好的致密性。沉积温度的升高，增强了原子的扩散能力，致使晶粒尺寸增大。随着沉积温度升高，涂层的硬度及弹性模量均呈上升趋势，而H/E、H³/E*²均先升高、后降低，涂层膜/基结合强度逐渐增大。当沉积温度为350 ℃时，所制备的AlCrSiN涂层特征值H/E、H³/E*²最高，此时涂层的耐磨性能最佳;当沉积温度升至450 ℃时，涂层的纳米硬度最大，约为25.59 GPa，弹性模量也最大，为501.76 GPa，涂层的结合强度最高，为121.9 N。结论 通过改变沉积温度，调控AlCrSiN涂层的微观结构，制备的AlCrSiN涂层均较为致密，无明显孔洞等缺陷。AlCrSiN涂层结合强度整体上处于较高水平，并表现出较好的耐磨性能。当沉积温度为350 ℃时，涂层摩擦系数最低，H/E和H³/E*²均达到最大值，此时涂层的耐磨损性能最佳。
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  沉积偏压对MoN涂层结构和柴油中摩擦学性能的影响

  龚小红, 蔡立昕, 苏永要, 余伟杰, 马育铖

  表面技术. 2023, 52(7): 158-166. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.013

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  目的 研究沉积偏压对MoN涂层微观结构、性能，以及在柴油介质中摩擦学行为的影响机制。方法 采用磁控溅射技术在304不锈钢基体上沉积MoN涂层。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、X射线能谱仪、原子力显微镜、纳米压痕仪、薄膜应力测试仪和电化学工作站研究MoN涂层的微观结构、成分、表面粗糙度、力学性能、耐腐蚀性能。利用球?盘式摩擦实验机和激光拉曼光谱仪对MoN涂层在0号柴油中的摩擦学行为及机制进行研究。结果 随着偏压的增加，涂层的厚度和膜?基结合力均呈先增大后减小的趋势;涂层的表面粗糙度、内应力和硬度呈先升高后降低的趋势。在偏压为?120 V时，沉积的γ-Mo2N涂层组织致密、表面光滑(Sa 7.78 nm)、硬度高(18.02 GPa)、膜?基结合力高(253 mN)。随着偏压的增加，涂层的摩擦因数呈先减小后增加的趋势。在偏压为?120 V时，沉积的γ-Mo2N涂层的摩擦因数和磨损率均最小，分别为0.10和1.8×10^?7 mm³/(N?m)。拉曼光谱分析结果表明，在摩擦催化作用下，柴油在磨痕表面产生了碳基膜。此外，通过电化学腐蚀分析发现，在偏压?120 V下沉积的γ-Mo2N涂层具有优异的耐腐蚀性能。结论 MoN涂层结构、性能受到偏压的影响显著。柴油在摩擦催化作用下发生了降解，形成了碳基膜，这有利于降低MoN涂层的摩擦因数和磨损率。
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  等离子熔覆Fe基/WC-10Co-4Cr涂层的组织与性能研究

  崔陈, 朱协彬, 程敬卿, 刘振华, 韩顺顺

  表面技术. 2023, 52(7): 167-176, 230. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.014

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  目的 制备高强度和高硬度的耐磨性涂层，用于已磨损的机械零件表面，以延长其使用寿命，避免机器因磨损而带来的各种故障。方法 采用等离子熔覆技术在40CrMnMo表面制备WC-10Co-4Cr/Fe300合金复合熔覆层，研究不同质量分数WC-10Co-4Cr对熔覆层组织和性能的影响。利用金相显微镜、超景深光学显微镜、SEM、EDS、XRD对熔覆层的组织形貌进行表征和物相分析，借助数显显微硬度计和销盘式摩擦磨损试验机测试熔覆层的硬度和耐磨性。结果 WC-10Co-4Cr/Fe300合金作为一种复合材料，与基材形成了冶金结合，结合区域无孔洞和裂纹。熔覆层微观结构随着WC-10Co-4Cr含量的增加，逐渐由柱状晶向树枝晶过渡，它主要由Fe6W6C、(Cr、Fe)23C6和WC相组成。熔覆层的平均硬度大致随着WC-10Co-4Cr含量的增加而提高，当WC-10Co-4Cr的质量分数达到20%时，熔覆层的硬度最高(518.5HV0.2)，大约是基体硬度的1.7倍。熔覆层的主要摩擦机理为磨粒磨损，随着WC-10Co-4Cr含量的增加，熔覆层的耐磨性得到显著改善。当WC-10Co-4Cr的质量分数为30%时，其磨损量比基体的总磨损量少0.018 6 g，熔覆层的耐磨性最好。结论 加入的WC-10Co-4Cr粉末与Fe300合金粉末反应生成了Fe6W6C、(Cr、Fe)23C6强化相，显著提高了熔覆层的硬度和耐磨性。
腐蚀与防护
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  石墨烯–金刚石/铜复合材料的电化学腐蚀性能研究

  王伟豪, 王秒, 刘大钊, 盛捷, 陶锋, 王志俊

  表面技术. 2023, 52(7): 177-185. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.015

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  目的 通过引入石墨烯和纳米金刚石，提高铜基体的硬度和抗腐蚀性能。方法 通过球磨、原位生长复合的方法，向铜粉上均匀引入纳米金刚石和石墨烯，并采用放电等离子烧结(SPS)制备石墨烯–金刚石混杂强化铜基复合材料(Gr@Dia/Cu)。利用扫描电子显微镜(SEM)、硬度计、电化学工作站对材料的微观组织形貌、显微硬度、电化学腐蚀性能进行测试和表征。此外，还利用X射线光电子能谱(XPS)对腐蚀产物进行分析，并讨论Gr@Dia/Cu的腐蚀机理。结果 微观组织分析表明，石墨烯和纳米金刚石可以均匀地分散于铜基体中。Gr@Dia/Cu的硬度达到了97.49HV，相较于纯Cu，Gr@Dia/Cu的硬度提高了55.2%。在3.5wt%的NaCl溶液中，Gr@Dia/Cu表现出较好的抗腐蚀性能，其腐蚀电压为98 mV(纯Cu为121 mV)，Gr@Dia/Cu的腐蚀电流为3.082×10^–7 A/cm²(纯铜为7.293×10^–7 A/cm²)，腐蚀速率低至0.072 3 mm/a，抗腐蚀效率提高了57.74%。Gr@Dia/Cu的腐蚀产物中含有Cu2O、Cu(OH)2和CuO，与其他样品相比，Gr@Dia/Cu的腐蚀产物中CuO的相对含量(22.03%)明显较高。结论 原位生长的石墨烯由于自身良好的抗渗透性和化学惰性，可以大大提高铜基体的抗腐蚀性能，并且石墨烯可以在腐蚀过程中诱导产生致密的CuO钝化层，进一步提高材料的抗腐蚀性能。
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  重型燃机喷嘴壳体及遮热板热障涂层剥落机制

  袁小虎, 李定骏, 王伟, 冯珍珍

  表面技术. 2023, 52(7): 186-196. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.016

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  目的 探究重型燃机喷嘴壳体及遮热板热障涂层剥落机制，为该部件的全寿命管理提供参考。方法 采用等离子喷涂方法，分别制备以06Cr25Ni20不锈钢和Hastelloy X合金为基材的热障涂层试验件，并结合水淬热冲击表征方法与瞬态热力耦合仿真方法，表征热障涂层水淬后的剥落状态，获得热障涂层残余剪应力的分布状态随基材和服役工况的变化行为，揭示热障涂层在多层热失配工况下的剥落机制。结果 在水淬热冲击条件下，2种不同基材的热障涂层试验件表现出类似的剥落行为，但由于基材热膨胀系数的差异，以06Cr25Ni20不锈钢为基材的热障涂层的残余剪应力(70.1 MPa)比Hastelloy X合金基材的热障涂层(52.7 MPa)更大，热冲击寿命更短。在梯度温度载荷下，2种不同基材热障涂层试验件的失效模式不同，前者的最大残余剪应力为39.2 MPa，后者为25.7 MPa。结论 在2种温度载荷下，以Hastelloy X合金为基材的热障涂层具有较低的残余应力和较长的服役寿命。此外，水淬热冲击可以快速表征热障涂层的寿命行为，但其失效模式与实际梯度温度载荷下的失效模式仍有一定区别。
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  NaCl溶液中20SiMn钢表面耐蚀性对硅酸钠浓度的响应机制研究

  贺泽权, 曹凤婷, 王铁钢, 李涛, 杲广尧, 刘艳梅, 范其香, 徐栋

  表面技术. 2023, 52(7): 197-207. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.017

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  目的 研究20SiMn低合金钢表面对3.5% NaCl溶液中不同硅酸钠浓度的响应机制，揭示硅酸钠作用下金属表面的缓蚀机理。方法 采用开路电位、动电位极化曲线、电化学阻抗谱和Mott-Shottky曲线测试样品表面的耐蚀性能和硅酸钠的吸附行为，并通过SEM观察浸泡后的样品表面形貌，使用EDS和XPS分析腐蚀产物的元素和成分。结果 随硅酸钠浓度的增加，20SiMn钢存在从活性溶解向表面钝化的演变过程，在所研究的浓度范围内，缓蚀效率在含有0.012 5 mol/L硅酸钠的氯化钠溶液中到达最高值(95.92%)。当添加硅酸钠缓蚀剂后，20SiMn钢表面可形成一层由铁氧化物和SiO2组成的复合膜层，其中SiO2的吸附方式以物理吸附为主导，且随着硅酸钠浓度的增大，表面产物中Si含量逐渐降低。XPS分析表明，样品表面产物逐渐从单一的FeOOH转变为Fe3O4和FeOOH的混合物，而FeOOH对SiO2具有更强的亲和力，Fe3O4则相对较弱，因此高硅酸钠浓度下的产物不利于SiO2的吸附。此外，高浓度硅酸根离子的水解引发了溶液中OH^–浓度的升高，水解产生的不溶性硅醇结构相互之间形成了交联结构，致使发挥缓蚀作用的吸附态SiO2的量降低，复合膜层的致密性降低。结论 硅酸钠对3.5% NaCl溶液中20SiMn 低合金钢的腐蚀存在缓蚀作用，但由于腐蚀产物的组成变化和缓蚀剂本身的水解作用，在形成钝化的前提下，硅酸钠浓度不宜过高。
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  热浸镀Zn-11Al-3Mg镀层黑点缺陷形成机理研究

  彭俊, 金鑫焱, 钱洪卫

  表面技术. 2023, 52(7): 208-216. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.018

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  目的 研究Zn-11Al-3Mg镀层黑点缺陷位置与正常位置组织特征差异，阐明黑点缺陷的形成机理，寻找导致黑点缺陷的原因，从而控制和消除黑点缺陷。方法 以工业生产的Zn-11Al-3Mg镀层钢板表面的黑点缺陷为研究对象，综合运用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、双束聚焦离子束显微镜(FIB-SEM)等，详细对比了缺陷位置和正常位置镀层显微组织的差异，分析了引起镀层组织差异的根本原因，揭示了Zn-11Al-3Mg镀层表面黑点缺陷的形成机理。结果 Zn-11Al-3Mg镀层组织由初生Al枝晶和枝晶间第二相组成，缺陷位置和正常位置枝晶间第二相显微组织存在明显差异，宏观上表现为局部黑点缺陷。缺陷位置枝晶间第二相的平均成分与原始镀液成分接近，组织为细小的颗粒状Zn/Al/MgZn2三元组织，未出现明显的Zn/MgZn2二元共晶;而正常位置枝晶间第二相由大量的层片状Zn/MgZn2二元共晶及少量Zn/Al/MgZn2三元共晶组成。造成上述镀层组织差异的根本原因是镀后凝固过程中冷却速率不均匀。结论 在镀后冷却速率局部过高的位置，在初生Al枝晶析出后，剩余液相被快速冷却至三元共晶反应温度以下，促使熔融态的镀层快速凝固，从而形成了与镀液成分相近、组织细小的枝晶间第二相。而在镀后冷却速率较低的区域，依次发生了初生Al枝晶析出、二元共晶反应、三元共晶反应，形成了不同的镀层组织。
精密与超精密加工
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  马氏体合金钢3J33b磨削力热载荷–晶粒尺寸演变的动态迭代作用机制研究

  赵嫚, 王荣, 茅健, 张立强

  表面技术. 2023, 52(7): 217-230. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.019

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  目的 探究微磨削过程中微磨削力热–晶粒尺寸演变的动态迭代作用机制，构建考虑动态迭代作用的磨削力热模型，提高微磨削力热的预测精度。方法 基于金属材料再结晶理论，探究磨削各阶段弹塑性变形作用下材料晶粒尺寸的演变规律。基于微观组织增强理论，分析微磨削加工过程中材料的流动应力，揭示多颗磨粒重复加载作用下晶粒尺寸演变–微磨削力热的动态迭代作用机制，通过微磨削实验进行实验验证。最后基于灵敏度分析，探究不同工艺参数组合下马氏体合金钢塑性变形和材料去除机理。结果 考虑动态迭代作用的磨削力预测模型的预测值在切向力的平均相对误差为31.51%，法向上的平均误差为27.40%，传统模型磨削力预测值切向力平均相对误差为40.82%，法向力平均相对误差为39.54%。考虑微磨削力热–晶粒尺寸演变的动态迭代作用的磨削温度最大温度预测值的平均相对误差为12.97%，而传统的磨削温度预测值的平均相对误差为16.14%。磨削力随着线速度的增大而减小，随着进给量、磨削深度和晶粒尺寸的增大而增大。磨削温度随着线速度和磨削深度的增大而增大，随着进给量和晶粒尺寸的增大而减小。结论 考虑微磨削力热–晶粒尺寸演变的动态迭代作用的磨削力热预测模型比传统力热预测模型更接近于实验值，预测精度更高。
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  (0001)面氧化锌单晶微纳米尺度划痕特性实验研究

  李继军, 李源明, 张丽华, 郎风超, 杨诗婷, 王旭东, 杨文欣

  表面技术. 2023, 52(7): 231-238. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.020

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  目的 对(0001)面ZnO单晶微纳米尺度划痕特性进行实验研究，为ZnO单晶器件性能提升及ZnO单晶精密加工工艺优化等提供必要的科学依据。方法 采用Berkovich金刚石压头棱向前和面向前2种划痕方式，在不同划痕速度下对(0001)面ZnO单晶进行了纳米划痕实验，分析了划痕速度和划痕方式对其微纳米尺度划痕特性的影响。结果 当划痕速度从2 μm/s增加到100 μm/s时，棱向前划痕方式下的深度从352.9 nm降到了326.9 nm，面向前划痕方式下的深度从352.7 nm降到了289.9 nm;棱向前划痕方式下的切向力从4.15 mN降到了3.93 mN，面向前划痕方式下的切向力从5.12 mN降到了4.45 mN;棱向前划痕方式下的摩擦因数从0.21降到了0.19，面向前划痕方式下的摩擦因数从0.25降到了0.2;棱向前划痕方式下的残余划痕深度从162.2 nm降到了138.4 nm，面向前划痕方式下的残余划痕深度从148.3 nm降到了129.9 nm;棱向前划痕方式下的残余划痕两侧塑性堆积高度从23 nm降到了17 nm，面向前划痕方式下的残余划痕两侧塑性堆积高度从18 nm降到了11 nm。结论 随划痕速度的增加，(0001)面ZnO单晶的划痕深度、切向力、摩擦因数、残余划痕深度及划痕两侧塑性堆积高度均在下降。在相同划痕速度下，棱向前划痕方式下的划痕深度、残余划痕深度及划痕两侧塑性堆积高度都比面向前划痕方式下的要大，而棱向前划痕方式下的切向力和摩擦因数都比面向前划痕方式下的要小。
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  制孔分层损伤对CF/PEEK复合材料拉伸性能和表面应变分布的影响

  杜宇, 刘畅, 原文慧

  表面技术. 2023, 52(7): 239-249. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.021

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  目的 研究钻削制孔表面分层损伤与拉伸载荷下开孔碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料表面应变分布的相关性。方法 通过对CF/PEEK复合材料层合板进行钻削制孔实验，分析不同进给速度对钻削温度、钻削轴向力、制孔出口表面分层和孔壁表面损伤的影响。采用数字图像相关技术(DIC)和力学实验相结合的方法，研究分层损伤程度对开孔CF/PEEK复合材料层合板拉伸性能和表面应变分布的影响。使用扫描电镜观测开孔试件的断裂形貌，分析开孔试件受拉伸载荷时的破坏模式。结果 随着进给速度的增加，钻削温度降低，钻削轴向力提高，出口表面分层和孔壁损伤程度加剧。随着分层损伤程度的增加，层合板的拉伸强度呈现出降低的趋势，试件的拉伸强度从558.4 MPa降低到525.63 MPa，降低了5.87%。在中应力和高应力状态下，试件x方向的最大负应变随着分层损伤程度的增加而增加。在高应力状态下，试件y方向的最大正应变随着分层损伤程度的增加而增加。试件的断裂方式主要是基体开裂、分层和纤维撕裂，断口有纤维脱落和纤维拔出，垂直于载荷方向的纤维破坏模式为剥离破坏，与载荷方向一致的纤维破坏模式为拉伸破坏。结论 钻削制孔表面分层损伤会降低开孔CF/PEEK复合材料的拉伸强度。不同分层损伤程度的开孔层合板表面应变分布表现出明显的差异性。
表面功能化
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  氟硅树脂改性紫外光固化易清洁涂层的制备及性能研究

  李志刚, 吕朝龙, 胡增, 刘晓亚, 李小杰

  表面技术. 2023, 52(7): 250-260, 324. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.022

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  目的 以聚氨酯丙烯酸酯为基体树脂、氟硅树脂为添加剂，制备一种具有疏水、防涂鸦和耐磨性能的紫外光固化易清洁光滑涂层。方法 首先采用氨基甲酸酯化反应合成一种含硅氧烷结构的三官能度丙烯酸酯单体(TATES)。然后以1H,1H,2H,2H-全氟辛基三甲氧基硅烷(POTS)、丙基三甲氧基硅烷(MPMS)、TATES为原料，通过水解-缩聚法制备了一系列氟硅树脂(AFSR)。最后将AFSR添加到聚氨酯丙烯酸酯树脂中，经紫外光固化得到氟硅树脂改性的聚氨酯易清洁涂层。系统地研究了AFSR添加量对涂层润湿性、自清洁、防涂鸦及耐磨性的影响。结果 氟含量为92.6%(物质的量分数)的AFSR在PUA中的添加量为2.5%时，涂层表面的水和十六烷的接触角分别为112.6°和66.3°，且拥有很低的水和十六烷滑动角。随着涂层中AFSR添加量从0.5%增加到2.5%，防污性能逐渐提高，具有明显的油性记号笔收缩和自清洁效果，并且易清洁涂层经过3 000次的摩擦循环后，仍具有良好的收缩效果和持久的防污性能，表明涂层具有优异的耐磨性能。结论 随着AFSR添加量的增加，涂层中氟硅含量增加，表面能降低，使得涂层拥有高的接触角与低的滑动角。AFSR添加量为2.5%时，涂层具有最佳的防污性能。三官能度的TATES的引入与硅树脂三维网络的构建，提高了涂层的硬度，使得涂层具有优异的耐久性防污性能。
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  线阴极滚印式掩膜电解加工微坑阵列试验研究

  秦歌, 李蒙, 李永亮, 明平美, 张新民, 韩磊, 闫亮, 郑兴帅, 牛屾

  表面技术. 2023, 52(7): 261-269. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.023

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  目的 为了解决现有电解加工技术中难以使用同一装置在多种型面零件表面一次性大面积制备高精度微坑阵列的现状。方法 提出一种可用于多种型面零件批量加工微坑阵列的线阴极滚印式掩膜电解加工技术，设计了一种滚筒式掩膜复合线阴极的阴极工具装置，采用铜丝(直径500 μm)作为阴极，图形化的聚氯乙烯(PVC)作为掩膜，在10% NaNO3电解液、0.1 mm极间间隙条件下，在不锈钢304材料工件表面进行电解微坑试验，探究电压、阴极工具旋转速度、阴极尺寸对加工微坑阵列形貌的影响，通过超景深显微镜、扫描电子显微镜以及奥林巴斯显微镜对电解后的工件试样表面进行表面微观形貌观测。结果 选用10.5 V的电压、0.2 r/min的旋转速度可在工件表面加工出高精度、高一致性的微坑阵列，其微坑直径分布范围为402.8~ 440.3 μm，深度范围为66.2~74.2 μm，微坑粗糙度范围为0.42~0.83 μm。与传统的圆环型阴极电解加工结果对比，线阴极电解加工出的微坑阵列直径偏离掩膜孔尺寸小、定域性高。结论 使用线阴极滚印式掩膜电解加工方法可在不锈钢304材料工件平面、内圆柱面及外圆柱面制备大批量、高精度、高一致性的微坑阵列。
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  TiO2/Ag/TiO2复合薄膜结构对其色度的影响

  赵亚丽, 王小盼, 王金金, 李勇

  表面技术. 2023, 52(7): 270-277, 324. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.024

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  目的 针对建筑玻璃节能环保和良好视觉效果的双重目的，构建了TiO2/Ag/TiO2复合薄膜。方法 采用光学薄膜设计软件TFCalc分别研究了Ag和TiO2膜厚、膜层层数等对其可见光透射率、色度、色差及红外透射率的影响。结果 单结构TiO2/Ag/TiO2膜层，随金属Ag膜厚增加，透射峰值对应波长变化不明显，亮度降低，色泽饱和度提高。随TiO2膜厚增加，其透射峰值变化很小，透射峰值对应波长发生红移，亮度先提高后降低，色度从蓝色系转换成黄色系。Ag和TiO2膜每增减5 nm，其色差分别达10以上和5以下。和单结构相比，双结构TiO2/Ag/TiO2透射峰对应波长较短，透射谱更窄，且随Ag和TiO2膜厚增减，色差更大。Ag膜每增减5 nm，色差可达20以上。随TiO2膜厚增加，其色度从蓝色、天蓝色、绿色、粉色、黄色和橙色间变化。由于金属Ag膜表面等离子激元耦合，其透射谱峰值随结构数增加不仅没有降低，反而升高。结论 最终发现采用25 nm TiO2/15 nm Ag/25 nm TiO2双结构时，可获得较高可见光透光率和低的红外反射率、人眼舒适的色度。为降低不同批次产品的色差，在工业生产中，Ag和TiO2应分别采用负偏差和正偏差。通过本研究建立了TiO2/Ag/TiO2复合薄膜的色卡。
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  等离子表面处理对低粗糙度铜箔与树脂界面结合性能的影响

  杨海涛, 严彪

  表面技术. 2023, 52(7): 278-287. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.025

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  目的 通过等离子处理提高高频高速印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)基板中低粗糙度铜箔与树脂的结合力。方法 采用大气等离子处理对环氧树脂和聚苯醚树脂进行表面改性，电沉积粗化处理得到低粗糙度铜箔，将处理后的铜箔/树脂热压制成PCB基板，通过扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(LSM)、X射线光电子能谱(XPS)、剥离强度测试等分析测试手段，系统地研究了等离子处理对铜箔/树脂界面结合力的影响。结果 等离子处理后的树脂表面形貌未发生明显变化，对表面化学状态的分析表明表面产生了更多的有利于黏合的活性基团。等离子处理的环氧树脂和聚苯醚树脂样品的剥离强度分别为0.86 N/mm和0.63 N/mm，相比于未处理样品，结合力分别提高了43%和50%。此外，有无等离子处理的铜箔/树脂界面剥离断裂后的表面形貌特征显现出明显的差别，这一差别与等离子处理后表面化学状态的改变相关。具体而言，等离子处理的铜箔/环氧树脂剥离样品，树脂侧残留更多的铜微粒;等离子处理的铜箔/聚苯醚树脂样品，倾向于从树脂侧断裂，且铜微粒间隙中残留较多的树脂。结论 等离子处理能够有效提高低粗糙度铜箔与环氧树脂及聚苯醚树脂间的结合性能。
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  叶片表面微细观结构对润湿性的影响

  郑江韬, 杨翼龙, 柴恩豪, 刘倩, 边宇峰, 鞠杨

  表面技术. 2023, 52(7): 288-298. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.026

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  目的 探究叶片表面微细观结构对其润湿性的影响因素，以及控制机理。方法 以银杏(Ginkgo biloba, G. biloba)、二乔玉兰(Magnolia soulangeana, M. soulangeana)和二球悬铃木(Platanus acerifolia, P. acerifolia)3种处于落叶期初段的叶片样本为研究对象，测量3种叶片正背面的接触角，结合环境扫描电子显微镜图像，对比分析不同叶片正面和背面微细观结构及其对接触角的影响。结果 实验结果表明，落叶期初段银杏、二乔玉兰和二球悬铃木叶片正面均表现出弱亲水性，接触角分别为54.40°~66.80°、57.93°~74.87°、55.73°~82.23°。在银杏叶片背面，无论是顺纹理还是逆纹理方向，均表现出疏水特征，顺纹理方向的接触角为122.63°~135.10°，逆纹理方向的接触角为103.03°~134.13°。二乔玉兰和二球悬铃木的背面为中性润湿，接触角分别为82.87°~96.37°、90.50°~97.47°。结论 不同类型叶片的表面微结构显著不同，同种类型叶片正背面微结构也表现出较大差异。3种叶片背面接触角均大于正面接触角，其中银杏叶片正背面的接触角存在显著差异。叶片表面微细观结构的不同是造成叶片正背面润湿性差异的主要原因之一，尤其是多层级突触结构导致银杏背面表现出较强的疏水性质。叶片表面微细观结构对润湿性的影响机理将为不同润湿性需求的表面设计提供参考。
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  可切换润湿性超疏水表面制备方法及应用

  刘妍, 刘悦, 杨孔华, 梁云虹, 刘春宝

  表面技术. 2023, 52(7): 299-305, 335. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.027

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  目的 制备可切换润湿性的智能超疏水表面，并探索该表面潜在的应用前景。方法 利用模板法，基于热响应形状记忆聚合物(Shape Memory Polymer，SMP)制备具有条状微结构阵列的可切换润湿性智能超疏水表面，并对其润湿性可逆转换能力及循环使用稳定性进行测试。结果 通过扫描电子显微镜观察到所制备表面微结构完整且轮廓清晰，液滴接触角在该表面可达到(150±3)°。通过加热使该表面达到玻璃化转变温度，此时对其施加外载荷使表面上条状微结构向一侧倾倒，由于微结构形态的改变，SMP表面疏水性减弱、水黏附性增强，再通过简单加热就可以使表面形态恢复至原始状态。通过试验测得环氧SMP的形状固定率为98.8%、形状回复率为96.3%，均达到95%以上，由于其优异的形状记忆特性，条状微结构的形态可以在原始直立状态和受到外载荷时的倾倒状态之间产生热响应而自由转变，且这种润湿性转换循环10次以上后，该表面依然保持着相对良好的润湿性可逆转换能力。结论 基于形状记忆聚合物制备出的可切换润湿性智能超疏水表面具有良好的润湿性可逆转换能力和循环使用能力，且在液滴微反应器、生物检测、可重写液体图案、无损失液滴转移和芯片实验室设备中具有巨大的潜在应用前景。
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  铜基超疏水表面改性强化冷凝传热

  贾依丛, 季旭, 许津萍, 范全海, 张海麟

  表面技术. 2023, 52(7): 306-314. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.028

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  目的 提高超疏水铜管的传热系数，产生并长久维持珠状凝结，在冷凝过程中实现从膜状冷凝到珠状冷凝的转变。方法 首先以硬脂酸铜和环氧树脂为原料，设计并制备超疏水材料，通过静电喷涂法在铜基换热器表面制备超疏水涂层，通过喷枪将配制好的硬脂酸铜悬浮液加压，将所制备的硬脂酸铜悬浮液通过喷枪的作用分散为微米级以及纳米级的小颗粒，然后将这些小颗粒叠加涂覆到铜基底上，最终会形成具有微纳米级复合阶层粗糙结构的均匀涂层。在此基础上，搭建冷凝传热试验系统，探究水蒸气在超疏水表面冷凝传热性能。结果 试验发现，在静电压90 kV的条件下，所制备的超疏水材料和热固性粉末比例为1∶5时性能最好，接触角达到154.3°，涂层机械稳定性最佳。经喷涂处理后的换热器在高温水蒸气气流下仍保持超疏水性，且在冷凝传热试验中，超疏水铜基换热器放热量以及传热系数大大增加，放热量比常规盘管提高23.6%，而传热系数也比常规盘管提高38%。结论 通过静电喷涂法可制备出超疏水材料，且其机械稳定性较好。超疏水膜层能够有效实现液滴跳跃和自去除，在高温气流中保持超疏水性。在稳定的蒸汽流下，超疏水换热器的放热量以及传热系数比常规换热器有了较大提高。
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  仿生超浸润核桃壳滤料制备及其采油污水处理性能研究

  时维才, 陈俊旭, 宋奇, 陈普, 刘平, 张友法

  表面技术. 2023, 52(7): 315-324. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.029

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  目的 通过对油田含油污水处理用核桃壳滤料进行润湿性改性，研究其是否能够有效提高核桃壳滤料对采出水的过滤效果，并选出最优改性方法，验证其改性稳定性和长效性。方法 选用粒径为1~3 mm的核桃壳滤料颗粒，经清洗干燥后分别用含氟的超双疏改性液、含辛基硅烷的超疏水超亲油改性液，以及含气相二氧化硅和环氧树脂的超亲水改性液进行润湿性改性，随后对其润湿性分离性能进行评价，并选出最优改性方案，研究改性后滤料的实地服役能力。结果 以核桃壳滤料为基础，通过表面修饰改性方法制备出具有超疏水/超疏油、超疏水/超亲油、超亲水/水下超疏油特性的核桃壳滤料，并通过过滤实验比较了未处理核桃壳滤料和这3种滤料的过滤效果，其过滤效率分别为57.62%、65.77%、61.26%、84.01%，反冲洗液的含油量分别为487.1、172.4、505.8、786.4 mg/L，超亲水/水下超疏油滤料的过滤效率和反洗液含油量最高，表明超亲水/水下超疏油核桃壳滤料可以提升过滤效果，并增强其反洗能力，可作为填充滤料;现场试验结果表明，经超亲水滤料过滤后的水质显著改善，浊度最高降低了83.4%，反冲洗周期≥24 h，展现出良好的应用价值和潜力;进一步探究了核桃壳滤料粒径、滤柱高度、过滤批次等参数对过滤效果的影响，明确指出若要达到较为理想的过滤效果，需对滤料进行级配，且填充高度需合理。结论 超亲水/水下超疏油滤料的过滤效率和反洗液含油量最高，可以提升过滤效果，并增强反洗能力，能够有效改善油田采出水现场过滤表现。
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  TiO2的表面改性及其粉体流动性能评价方法的建立

  陈佳琦, 陈建立, 张玉荣, 王永珊, 刘廷福, 陈葵

  表面技术. 2023, 52(7): 325-335. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.030

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  目的 建立基于粉体流动性能和颜料性能的TiO2综合性能评判方法，指导表面改性工艺的优化，获得兼具优异的流动性能与颜料性能的钛白粉产品。方法 以氯化法金红石型TiO2为基料，依次进行Zr/Al无机包覆和有机包覆，研究包覆关键参数对TiO2产品的流动性与颜料性能的影响。采用粉体流变仪进行TiO2粉体的压缩性、壁摩擦、剪切作用测试，得到Hausner比、壁摩擦角、内摩擦角等表征流动性的特征指标参数;采用X射线荧光衍射仪测定钛白粉的无机元素含量;利用X射线衍射分析仪测定钛白粉基料的晶型;采用激光粒度仪测定粉体的粒度及粒度分布;通过扫描电子显微镜对粉体的表面形貌进行分析;通过光泽、消色力、遮盖率等指标评价钛白粉的颜料性能。以主成分分析法综合上述特征参数评判TiO2综合性能。结果 对于Zr/Al无机包覆，当铝的添加量为2.0%~3.0%时，粉体具有较优的颜料性能和流动性能。对于有机包覆，当TMP添加量为0.4%或TME添加量为0.2%时，所得产品在保持良好颜料性能的同时具有较优的流动性能，且生产成本相对较低。结论 对于同一基料的钛白粉(D50=0.354 μm)，Zr/Al无机包覆中铝的添加量、有机包覆剂的种类及添加量均会对其表面性质产生影响，从而造成流动性和颜料性能的差异。以本文选择的特征指标，通过主成分分析法建立的TiO2粉体综合性能评判方法，能够用于指导包覆工艺的优化。
激光表面改性技术
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  环形束激光熔覆CuPb10Sn10减摩涂层组织性能调控

  程梦颖, 石拓, 万乐, 魏超, 张荣伟, 蔡家轩, 袁德涛

  表面技术. 2023, 52(7): 336-347. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.031

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  目的 为了从原理上改良汽车关键零部件特定表面的减摩性能，提出环形激光熔覆高质量CuPb10Sn10铜合金异质涂层提升零部件耐磨减摩性能的方法。方法 设计单层熔覆、顶部重熔、逐层重熔3种制备方案，采用环形束激光熔覆技术在42CrMo钢表面制备熔覆层。分析试样的表面形貌、孔隙率、物相构成，并分析熔覆层–基材的结合强度及耐磨减摩效果。结果 基于环形激光熔覆单层熔覆层设计的逐层重熔和顶部重熔制备工艺方法均能在42CrMo钢表面实现厚1 mm减摩涂层的成功制备。单层熔覆在熔覆过程及环境参数改变范围内的质量提升效果有限，缺陷分布明显且难以控制;顶部重熔过程中热量分布特征导致的Marangoni效应未使熔覆质量实现有效优化，熔覆层内部孔洞、裂纹、热影响区(HAZ)等缺陷未显著减少;逐层重熔法制备的熔覆层质量大幅提升，制备过程显微组织变化过程为:不均匀网状分布–独立棒状分布–“芝麻”状分布，且发现“芝麻”状分布SPP(富铅第二相粒子)的减摩效果优于独立棒状分布SPP。熔覆层出现偏析分层，且凝固过程晶粒长大生成柱状枝晶。逐层重熔法制备的CuPb10Sn10熔覆层孔隙率不高于0.5%，摩擦因数较原始基材表面下降量可达75%。结论 实现了碳钢材料零部件表面高性能耐磨减摩涂层的成功制备，为汽车制造等工业零部件设计与生产提供了新的思路及工艺理论指导。
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  Ni60/WC涂层表面圆凹坑皮秒激光加工关键参数研究

  钟林, 王紫萱, 阎永宏, 廖洋, 谢少明, 冷雨欣, 王国荣, 罗敏敏, 魏刚, 敬佳佳, 龚银春

  表面技术. 2023, 52(7): 348-357, 443. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.032

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  目的 优化激光路径填充方式以减少皮秒加工圆凹坑底部的堆积现象，并探究基于该激光路径填充方式的皮秒激光关键参数对Ni60/WC涂层表面圆形凹坑形貌参数的影响规律。方法 采用搭建的紫外皮秒激光微加工平台在Ni60/WC涂层表面加工预先规划的直径为230 μm的圆凹坑，通过白光干涉仪测试加工所得圆凹坑的整体三维形貌对圆凹坑底部形貌进行表征。采用同心圆网格复合激光路径填充方式对圆凹坑底部堆积现象进行优化，并通过单因素法分析该路径下皮秒激光关键参数，即加工功率、扫描次数、扫描速度对圆形凹坑深度、直径和圆度系数的影响规律。结果 通过优化的同心圆网格复合激光路径填充方式加工所得圆凹坑材料去除体积为7.59×10⁶ μm³，轮廓算术平均高度为21.37 μm，对比原始的网格激光路径填充方式，加工的圆凹坑底部无明显堆积;基于此激光路径填充方式，在测试工艺参数范围内，圆凹坑深度、直径和圆度系数随激光功率的增大呈二次函数增大;随着扫描速度的增大，圆凹坑深度、直径呈线性减小，圆度系数呈线性增大;圆凹坑深度、直径和圆度系数随扫描次数的增加均呈线性增大。结论 同心圆网格复合激光路径填充方式可以有效改善Ni60/WC涂层表面皮秒加工圆凹坑底部堆积现象，针对直径(230±5) μm、深度(30±5) μm的圆凹坑，优选出的皮秒激光加工参数范围为:激光功率6~7 W，扫描速度6 000~8 000 mm/s，扫描次数1~2次。
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  粉体预氧化对NiAl激光熔覆涂层组织和性能的影响

  李洋, 谭娜, 刘进, 胡泽宇, 张国亮, 雍青松

  表面技术. 2023, 52(7): 358-368. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.033

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  目的 激光熔覆是集节能、环保、减排于一身的低碳技术，能够解决涂层存在的粗大枝晶、较大开裂敏感性及纳米增强颗粒昂贵等难题。方法 借助Al颗粒的易氧化特性，提出一种预氧化气固反应手段，原位制备铝粉表面附着氧化铝的复合型粉体，采用激光熔覆技术将复合粉末制备成冶金涂层，并考察预氧化方法对NiAl涂层组织和性能的改性规律。结果 通过预氧化方法获得了铝粉表面附着氧化铝的复合型粉体，且制备的涂层成形良好、无缺陷;预氧化涂层的枝晶更细小，XRD测试表明预氧化涂层中出现了Al2O3。由于预氧化方法带来的细晶强化和第二相强化作用，使得预氧化涂层的硬度在NiAl涂层的基础上提升了约20%，预氧化方法引入的氧促使摩擦界面形成了一层氧化物润滑膜，使得预氧化处理后涂层的摩擦因数降低了约23%，同时耐磨性得到显著提升。结论 采用预氧化方法以低成本原位合成了复合型粉体，通过预氧化方法使涂层实现了从组织结构到性能的良性转变，为推动绿色低碳技术发展，高性能新型粉体的研发，以及NiAl涂层的应用提供一些思路与方法。
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  斜面激光熔覆粉末流场及光粉耦合机理研究

  褚梦雅, 练国富, 姚明浦, 冯美艳

  表面技术. 2023, 52(7): 369-383. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.034

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  目的 扩展增材制造在斜面复杂零部件修复领域的应用，弥补倾斜熔覆过程中粉末流动行为研究的空缺。方法 采用RSM进行模拟方案设计与数据处理，通过拟合输入参数与输出之间的数学模型，探究送粉电压、气流量、基体倾斜角度对倾斜基体上粉末浓度和粉斑直径的影响规律。结合数值模拟和试验研究对光粉耦合机理进行分析，探究光粉平衡关系对涂层形貌的影响机理。结果 粉末颗粒速度随气流量的增加而增大;倾斜基体上最大粉末浓度随气流量的增大而降低，随送粉电压的增大而增高;倾斜基体上的粉斑直径随基体倾斜角度和气流量的增大而增大。以倾斜基体上的粉末浓度最大、倾斜基体上的粉斑直径最小为优化目标，0°、10°、20°、30°倾斜基体上最大粉末浓度模拟值与预测值的误差分别为4.34%、3.61%、5.82%、13.15%，基体上粉斑直径模拟值与预测值的误差分别为2.95%、3.22%、3.57%、4.10%，说明该模型对倾斜基体上最大粉末浓度及粉斑直径的预测精度较高。结论 气流量对粉末颗粒速度影响显著，送粉电压、气流量对基体上最大粉末浓度的影响显著，倾斜角度、倾斜角度与气流量的交互项对倾斜基体上的粉斑直径影响显著。研究结果为激光熔覆在斜面零件修复领域应用中基体的布置和工艺参数选取提供了理论指导。
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  硬质合金激光改性协同仿生微织构对硼掺杂金刚石涂层性能的影响

  苏泽彬, 向道辉, 李艳琴, 彭培成, 张志强, 高国富, 赵波, 张智鹏

  表面技术. 2023, 52(7): 384-396. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.035

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  目的 研制应用于超精密加工领域的高性能金刚石涂层，探究硬质合金基体表面激光微织构对硼掺杂金刚石(BDD)涂层沉积质量的影响，分析不同类型的仿生微织构对基–膜结合强度、工具切削性能的改善效果及原因。方法 在硬质合金表面使用激光脉冲制备不同类型的仿生微织构，并通过热丝化学气相沉积(HFCVD)法在刀具表面沉积BDD涂层。采用数显洛氏硬度计(HRS-150)、超景深三维显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、白光干涉表面轮廓仪、拉曼光谱(Raman)对样品进行表征。通过压痕试验及铣削试验研究涂层的附着强度和刀具的切削性能。结果 激光微织构边缘发生表面硬化。激光微织构区域沉积BDD涂层后，基体表面缺陷显著降低，织构内部金刚石晶粒更密集，沉积质量提升，三角织构(TT)边缘的金刚石颗粒堆积坡度最缓，不同类型的织构化BDD涂层的粗糙度、金刚石纯度、切削性能及附着强度均不同，涂层附着力与表面硬度呈正相关。硼掺杂三角织构(BDTTD)涂层刀具具有最佳的切削性能。结论 织构边缘和内部具有更高的金刚石二次成核率和沉积质量。织构的存在可以提升BDD涂层的附着强度和刀具性能，并且织构边缘的涂层附着力最强，这些得益于激光烧蚀及仿生微织构对硬质合金表面的硬化及对BDD涂层内在缺陷的修复。
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  激光熔覆原位生长TiB2/TiC增强铁基涂层组织及性能

  佘红艳, 屈威, 杨柳, 叶宏

  表面技术. 2023, 52(7): 397-405. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.036

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  目的 采用激光熔覆技术在45钢表面制备原位生长的TiB2、TiC陶瓷相，以提高铁基涂层的耐磨性能。方法 利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究铁基复合涂层的相组织、显微组织。使用显微硬度计、磨损实验机等仪器进行显微硬度和耐磨性的测试。结果 在铁基粉末中添加Ti、B4C后，涂层原位生长出均匀分布的TiB2、TiC陶瓷相，其数量随着(Ti+B4C)添加量的增加而增多。经过扫描电镜结合EDS判定TiB2多呈矩形形貌，TiC呈球形或花瓣状。在原位生长过程中，TiB2优先形成，而TiC多依附在TiB2周围，以颗粒状存在。铁基复合涂层的显微硬度随着(Ti+B4C)添加量的增加逐级增加，质量分数为30%的(Ti+B4C)复合涂层的硬度最高(1 086HV0.2)，比铁基涂层(611HV0.2)的硬度提高了约0.78倍。复合涂层的磨损性能得到明显改善，其中质量分数为30%的(Ti+B4C)复合涂层的磨损率最小，为5.48×10^?6 mm³/(N.m)，铁基涂层的磨损率为2.01×10^?5 mm³/(N.m)，表明其耐磨性提高了约2.67倍。随着原位生长的TiB2、TiC陶瓷相数量的增多，铁基涂层的磨损机制由黏着磨损逐渐转为轻微的磨粒磨损。结论 在铁基粉末中添加Ti、B4C，通过激光熔覆技术能够原位生长出TiB2和TiC，显著提高了铁基涂层的硬度和耐磨性能。
表面强化技术
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  基于压痕理论的超高压射流喷射强化304钢表面特性研究

  吴仪政, 胡锦程, 傅亦饶, 文晓婷, 张天一, 王晓川

  表面技术. 2023, 52(7): 406-416. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.037

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  目的 高压纯水射流喷射冲击金属表面可以提高材料的力学性能，延长其使用寿命，研究射流喷射过程中金属表面特性有助于掌握关键影响参数，为工业应用提供支撑。方法 基于压痕断裂理论推导纯水射流喷射强化金属表面压痕方程式，采用数值模拟进行验证，并使用扫描电子显微镜、三维轮廓仪、显微硬度计及μsoft analysis软件对射流冲击强化后的304钢进行试验分析，采用单因素法及正交试验法考察超高压水射流压强、靶距和横移速度3个因素对射流冲击强化304钢微观特性及表面质量的影响规律。结果 在水射流冲击强化304钢表面的过程中，压痕深度与射流压强及靶距直接相关，射流冲击可以有效改善金属表层微结构及应力分布，其强化层与剥落层的分界不明显，材料表面的微观形貌在射流压强改变时变化最大。结论 高压纯水射流对304钢的表面强化效果显著，但过高的射流能量会对材料表面造成严重的剔除效果。3个因素对表面粗糙度影响的主次顺序为:射流压强、靶距、横移速度，对表面硬度影响的主次顺序为:射流压强、靶距、横移速度。
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  超声滚压Ti-6Al-4V微观组织对应力应变行为的影响

  赵建, 梁国星, 张红燕, 黄永贵, 马金山, 吕明

  表面技术. 2023, 52(7): 417-424. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.038

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  目的 通过超声滚压提高Ti-6Al-4V的屈服强度。方法 将超声振幅作为唯一变量，设置0、5、7、10 μm 4组试验，分析Ti-6Al-4V被加工表面及表面以下30~50 μm处的应力应变行为。通过X射线衍射仪(XRD)测试不同超声振幅下Ti-6Al-4V的两相分布。采用扫描电子显微镜(SEM)，分析不同超声振幅下Ti-6Al-4V表面层塑性变形程度。使用能谱仪(EDS)观察不同超声振幅下Ti-6Al-4V表面层元素组成分布。通过万能试验机获得不同超声振幅下Ti-6Al-4V的应力应变曲线。结果 Ti-6Al-4V表面层塑性变形程度随着超声振幅的增大而增大。Ti-6Al-4V被加工表面的β相体积分数随着超声振幅的增大呈先减小后增大的趋势。当超声振幅为7 μm时，Ti-6Al-4V被加工表面β相的体积分数最大(19.70%)。超声滚压Ti-6Al-4V表面层中β相的体积分数沿深度递减。Ti-6Al-4V表面层α相稳定元素Al和β相稳定元素V未出现明显与两相体积分数相同的变化趋势。Ti-6Al-4V材料的屈服强度随着超声振幅的增大呈先减小后增大的趋势。当超声振幅从5 μm增至10 μm时，Ti-6Al-4V的屈服强度依次为1.06、1.03、1.16 GPa，相较于在无超声加工下的Ti-6Al-4V屈服强度(0.91 GPa)分别提高了约16.48%、13.19%和27.47%。结论 超声振幅的增大，可以增大滚压过程中Ti-Al-4V的塑性变形程度。合适的超声振幅，可以改变Ti-6Al-4V表面层两相分布。经超声滚压后，Ti-6Al-4V的屈服强度受到材料塑性变形和两相分布的共同影响，且Ti-6Al-4V的塑性变形程度对屈服强度的影响更大。
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  超音速微粒轰击对GCr15SiMn轴承钢表面纳米化与摩擦磨损性能的影响

  李林芳, 贺甜甜, 杜三明, 岳赟, 刘建, 傅丽华, 张鑫, 张永振

  表面技术. 2023, 52(7): 425-434. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.039

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  目的 利用超音速微粒轰击对GCr15SiMn轴承钢表面进行强化处理，并研究超音速微粒轰击对材料表层组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响。方法 采用三维显微形貌仪、透射电镜、背散射电子仪、扫描电镜、X射线残余应力分析仪、显微硬度仪等仪器观测GCr15SiMn轴承钢强化前后的微观组织、表面粗糙度、力学性能，并使用UMT-2摩擦磨损试验机对试样强化前后的摩擦磨损性能进行检测。结果 经过超音速微粒轰击强化处理的GCr15SiMn钢试样的表面粗糙度增加，表层结构发生严重的塑性变形，形成约20 μm厚的塑性变形层，片状马氏体细化至纳米级，平均晶粒尺寸约为13 nm，碳化物平均粒径由0.48 μm减小到0.45 μm，数量增加了约18%。试样表层引入了300 μm的硬化层，表面硬度从740HV0.05提高到了996HV0.05，距表面10 μm处出现硬度最高值为1 056HV0.05，硬度提高了42.7%。试样引入深度为60 μm的残余压应力层，样品表面残余应力为?1 246 MPa左右。经过超音速微粒轰击后，强化试样平均摩擦因数略高于原始试样，而磨损率得到了大幅度降低，磨损机理主要为磨粒磨损，伴有少量的氧化磨损和黏着磨损。结论 经过超音速微粒轰击的GCr15SiMn轴承钢表面粗糙度增加，表层晶粒细化至纳米级;表层构建了残余应力层和硬化层;强化引入的残余应力和因强化处理引起的加工硬化、细晶强化改善材料的耐磨性。
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  基于Python的Abaqus二次开发在高温合金GH3039激光冲击强化中的应用

  杨俊茹, 徐昊, 王桂杰, 朱然, 邓大祥, 吴清源

  表面技术. 2023, 52(7): 435-443. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.040

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  目的 提高高温合金GH3039激光冲击强化仿真建模的效率。方法 利用Python脚本语言对Abaqus进行二次开发，利用插件对高温合金GH3039激光冲击强化过程进行仿真分析。采用侧倾固定Ψ法，通过实验测量激光冲击强化后的残余应力，并对仿真结果进行验证，分析不同激光工艺参数作用下高温合金GH3039表面和深度方向残余应力的分布规律。结果 仿真插件界面简洁，操作性强，结果准确。在其他参数不变的情况下，残余压应力受到光斑尺寸的影响较大。相较于光斑直径为4、2 mm，在光斑直径为6 mm时，其中心位置残余压应力分别提高了4.3%、53%。随着光斑尺寸的增大，表面残余压应力增大，且变化梯度减小，深度方向的残余压应力增大。随着激光能量的增加，表面残余压应力增大，且变化梯度增大，残余压应力峰值位于中心区域附近，在激光能量为6、7、8 J时，残余压应力层的平均厚度分别为0.55、0.67、0.82 mm，深度方向残余压应力层增厚。随着冲击次数的增加，冲击区域表面残余压应力平均值高于单次冲击，且波动梯度增大，冲击1、2、3次后残余压应力层的平均厚度分别为0.55、0.71、0.85 mm，深度方向残余压应力层深度增大。结论 利用Python脚本语言对ABAQUS进行二次开发，提高了仿真建模的效率，可为快速预测不同激光工艺参数下高温合金GH3039残余应力的分布规律提供参考。
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  Ti6Al4V表面增强CrN和TiN薄膜

  司彪, 时晓光, 孙琳凡, 杜峰, 张开策, 周艳文

  表面技术. 2023, 52(7): 444-454. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.041

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  目的 研究表面增强氮化铬(CrN)和氮化钛(TiN)薄膜与Ti6Al4V(TC4)基体的适应性。方法 采用热丝增强等离子体磁控溅射技术，通过改变热丝放电电流，在TC4合金表面制备CrN、TiN薄膜。采用扫描电子显微镜、X–射线衍射仪、纳米压痕仪、洛氏硬度计和摩擦磨损测试仪分别表征薄膜的组织形貌、成分、相结构、内应力、纳米硬度、弹性模量及耐磨性。结果 随着热丝放电电流从0 A增加至32 A，等离子体密度增大，薄膜表面形貌由较疏松的四棱锥形转变成致密球形，截面柱状晶排列更加致密;薄膜择优取向从低应变能的(111)取向转变为低表面能的(200)取向;无热丝放电时TiN薄膜内应力高于CrN薄膜，随着热丝放电电流的增大，TiN薄膜内应力逐渐低于CrN薄膜;并且随着热丝放电电流的增大，薄膜的弹性模量与硬度均增大，但相同试验条件下CrN薄膜的弹性模量与硬度均低于TiN薄膜;压痕检测结果表明，薄膜与基体结合完好;低载荷摩擦磨损检测结果表明，硬度及弹性模量较高的TiN薄膜磨损量最低。结论 在相同等离子体密度能量轰击下，硬度和弹性模量较高的TiN薄膜内应力增幅较小;低载荷磨损时，弹性模量及硬度较高、内应力较低的TiN薄膜更适用于Ti6Al4V基体的增强改性。
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  45钢表面TD-Cr/PVD-CrN复合涂层磨蚀性能

  罗银, 万强, 曹道成, 杨泽华, 李善军, 孟亮, 肖洋轶, 韩明兴

  表面技术. 2023, 52(7): 455-463. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.07.042

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  目的 采用热扩散(TD)渗金属技术和物理气相沉积(PVD)技术对45钢表面进行强化，以提升45钢表面硬度和抗磨蚀性能，延长45钢的使用寿命。方法 采用热扩散渗金属技术和物理气相沉积技术制备TD-Cr、PVD-CrN及TD-Cr/PVD-CrN(Cr/CrN复合涂层)3种涂层。利用扫描电镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)研究涂层的微观形貌、元素分布和物相组成。通过纳米压痕研究涂层的硬度、弹性模量。通过摩擦磨损实验和电化学腐蚀实验，研究涂层的摩擦性能和腐蚀性能。结果 TD-Cr、PVD-CrN、TD-Cr/PVD-CrN 3种涂层的组织结构均致密均匀，厚度分别为19.78、1.075、32.24 μm。TD-Cr/PVD-CrN涂层的硬度达到28.7 GPa，高于其他涂层, 同时，Cr/CrN复合涂层的弹性模量和弹性恢复能力均优于其他涂层。在盐水环境下，TD-Cr、PVD-CrN、TD-Cr/PVD-CrN的摩擦因数分别为0.52、0.38、0.35，磨损体积分别为26、0.15、0.05，TD-Cr/PVD-CrN展现出较好的耐磨性能。在盐水环境下，TD-Cr/PVD-CrN涂层的抗腐蚀性能略低于TD-CrN涂层。结论 综合看来，TD-Cr/PVD-CrN复合涂层可以有效提升45钢的表面抗磨蚀能力，延长其使用寿命。