2023年, 第52卷, 第8期　
刊出日期：2023-08-20

  

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研究综述
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  化学气相沉积制备硬质合金刀具涂层研究进展

  曾芳芳, 邱联昌, 吴立颖, 谢静, 杜勇

  表面技术. 2023, 52(8): 1-26, 70. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.001

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  化学气相沉积技术(CVD)广泛应用于硬质耐磨涂层的生产中，该类涂层可大大提高硬质合金工具的耐磨性和寿命。综述了CVD涂层技术在硬质合金切削刀具中的应用研究进展，首先介绍了CVD涂层技术的原理及其发展历程;其次阐述了模拟计算方法(相图计算、流体力学计算、第一性原理计算、相场模拟、机器学习等)在CVD涂层中的应用;再次介绍了CVD涂层的沉积实验及结构和性能表征方法;最后列举了几种典型的硬质合金刀具用CVD涂层，以期为高性能涂层的智能设计、智能集成和智能研发提供新的思路:即把多尺度计算模拟、科学数据库和关键实验集成到硬质涂层开发的全过程中，通过对成分-工艺-结构-性能进行关联分析，将耐磨涂层的研发由传统经验或者半经验方式提升到科学的微结构智能设计上，以实现基体与涂层微结构调控和性能的协同优化，获得最佳的综合性能。
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  CFRP切削加工中刀具磨损研究进展

  宿友亮, 孟志坚, 郜雪楠, 胡建, 王明

  表面技术. 2023, 52(8): 27-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.002

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  从不同类基体材料的未涂层、涂层刀具2个方面，综述了CFRP切削加工用刀具的磨损部位及形式。现有研究均以宏、微观实验观测为主，宏观上，磨损位置以后刀面磨损及切削刃钝化最为常见;微观上表现为纤维硬质点与刀具间摩擦所致的磨粒磨损，随着切削温度、速度的提高，同时伴有粘着、氧化磨损。整体来说，金刚石类刀具耐磨性表现最佳，尤其适用于连续切削加工的场合。高强、高硬纤维高频刮擦作用下的磨粒、疲劳磨损仍是该类刀具磨损的主要威胁。当前所采用的辅助工艺(冷却气体、微量润滑、超声振动等)、涂层材料改性、微结构等方法，在一定程度上改善了摩擦条件，抑制了刀具磨损，但仍难以满足CFRP连续高质高效加工需求。可见，如何从微纳观多尺度方向深入研究金刚石类刀具的磨损机理及抑制策略，是CFRP高质高效加工的亟需。
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  基于电弧的多能场复合增材制造技术研究现状

  樊世冲, 殷凤仕, 任智强, 韩国峰, 付华, 刘亚凡, 王鸿琪, 鲁克锋, 孙金钊, 王文宇

  表面技术. 2023, 52(8): 49-70. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.003

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  增材制造主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。相较于其他增材制造技术和传统加工方式，电弧增材制造技术具有成形速度快、成本低、材料利用率高，以及成形件化学成分均匀且性能优良等优势，被广泛应用于大型金属零件制造。电弧增材制造因具有多样化的应用方向，可以满足不同标准零部件的加工制造，已经逐步成为当下主流的零部件加工技术。主要介绍了单一热源(如钨极)气体保护增材制造技术、等离子弧增材制造技术、熔化极气体保护增材制造技术、冷金属过渡增材制造技术和多能场辅助电弧复合增材制造技术，包括磁场–电弧、激光–电弧和电场–电弧等复合增材制造技术等。从宏观形貌、微观组织和力学性能3个角度出发，分析了工艺参数或工艺自身特性对增材制造成形件宏观形貌的影响，讨论了成形件显微组织演变机制及其力学性能，同时提出了单一热源与多能场辅助电弧增材制造技术在现阶段存在的问题，并给出了建议。
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  超声滚压剧烈塑性变形诱导金属材料结构演变的研究进展

  杨宇辉, 魏昕, 隆志力, 汪永超, 杜志钢, 李毅

  表面技术. 2023, 52(8): 71-88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.004

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  首先，对表面完整性的基本概念和内涵进行了概述，同时简要介绍了超声实现滚压技术的基本原理及其优点。随后，对比分析了不同剧烈塑性变形方法的特点和局限性，引出了实现表面完整性的相关剧烈塑性变形协调机制。在此基础上，随后结合其他剧烈塑性变形强化工艺，重点总结了超声滚压剧烈塑性变形对金属材料表面微观结构演变的影响。具体探讨了剧烈塑性变形诱导晶粒细化机制、晶粒生长机制以及合金元素偏聚机制等，主要分别论述了不同层错能的面心立方、体心立方以及密排六方等不同金属晶体结构的晶粒细化机制(以位错滑移、变形孪晶为主导)、晶粒长大机制(以晶界迁移、晶粒旋转为主要)与合金元素偏聚机制(晶界偏聚、位错核心偏聚)等。最后，对以上内容进行了综合总结，并针对超声滚压技术研究中存在的问题给出进一步研究和发展的建议，从而为实现超声滚压金属材料的表面完整性的主动精准控制及提高其服役寿命与可靠性提供一定的参考。
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  表面微织构协同热扩渗技术改善材料表面摩擦学性能的研究进展

  赵涛, 王优强, 李梦杰, 朱玉玲, 何彦

  表面技术. 2023, 52(8): 89-103. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.005

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  表面微织构因其能够有效改善摩擦副之间的摩擦学性能而获得国内外学者的广泛关注。通过将表面微织构与热扩渗技术相结合，可以充分发挥2种技术的优点，进一步提高摩擦副之间的摩擦学性能，为更复杂环境下的应用提供可能。首先概述了表面微织构的常用加工方法及其所加工的织构类型，系统地归纳总结了表面织构在不同润滑工况下的减摩机理。其次，从不同的表面热扩渗技术入手，分别综述了盐浴渗氮技术、等离子渗镀技术、热氧化技术和化学气相沉积与表面织构的协同作用研究现状，根据摩擦因数、磨损量和表面硬度等性能参数，分析总结了不同复合技术的可行性以及对基体摩擦学性能的影响。相对于单一表面处理技术，复合技术能够进一步提高材料的表面硬度，延长织构的使用寿命。一般来说，复合处理表面的耐磨性显著优于单一技术处理的表面和未处理表面，但摩擦因数受工况的影响较大。最后，对该复合技术的研究发展做出总结，提出不同织构参数和热扩渗参数对基体摩擦磨损性能的影响有待进一步探究，开展极端工况下复合技术的应用基础研究，推动复合技术在摩擦领域的发展。
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  等离子喷涂制备靶材的研究进展

  李禹静, 杨凯军, 朱锦鹏, 庆宇斌, 李庆奎, 孙本双, 何季麟

  表面技术. 2023, 52(8): 104-115. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.006

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  靶材是磁控溅射沉积薄膜的原材料，其生产朝着尺寸大型化、高纯度和高利用率等方向发展，目前靶材的主要制备方法从工艺和经济效益上难以满足其生产要求, 等离子喷涂制备靶材是解决上述问题的有效方法之一。通过分析靶材对镀膜性能的影响，总结了靶材制备的技术要求，如纯度、致密度、晶粒尺寸及一致性等。介绍了制备靶材常用的熔融铸造法、粉末冶金法和等离子喷涂法的优点和缺点。熔融铸造法可制备高纯度金属靶材，但是靶材晶粒易粗大;粉末冶金法可制备难熔金属及陶瓷靶材，但是靶材的致密度较低，制作工艺繁琐。这2种方法都难以制作大尺寸靶材。针对等离子喷涂技术在制造靶材方面易于实现大尺寸及管状靶材的制备，并且具有生产工序简单、成本低和可实现废靶修复再利用等特点，重点综述了等离子喷涂制备金属靶材、陶瓷靶材、合金靶材和修复残靶等方面的研究现状。分析认为，喷涂参数、喷涂环境、原料状态、掺杂元素和喷涂后处理等因素是影响靶材性能的关键。通过合理选择喷涂工艺参数，能够实现粉末持续保持熔融状态和充足动量，涂层应力充分释放，以及形成良好的微观组织等方面的协同效果，进一步提升喷涂靶材的纯度和致密度等方面的性能。最后针对等离子喷涂制备靶材的特点，对未来的研究方向进行了展望。
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  激光直写用铜微电极材料研究进展

  成健, 姜晟, 张志伟, 谢丰, 陈宇龙, 胡文祥

  表面技术. 2023, 52(8): 116-128, 150. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.007

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  铜作为一种导热率高、导电性能良好且价格相对低廉的金属，是制作电子元器件电极的理想材料。但铜微电极容易被氧化，与其他制备铜电极方法相比，激光直写技术能在其制作过程中较大程度地降低被还原出来的铜电极中的氧含量。目前激光直写铜微电极主要采用激光辐照油墨，致使油墨中的还原剂发生热分解从而还原出铜纳米颗粒，并烧结在一起形成铜电极。首先介绍了国内外激光直写铜微电极的现状，对基于油墨材料激光直写铜微电极的工艺步骤进行了简单概述。主要归纳了激光直写铜电极所采取的油墨材料(三水硝酸铜油墨、氧化铜纳米油墨和其他油墨)及其制备方法，分析了不同油墨材料经过激光辐照后还原铜纳米颗粒的机理以及影响导电性能的因素。影响铜微电极导电性能的因素有激光工艺参数(功率、扫描速度、脉宽、模式)、涂层厚度、涂层干燥时间、还原剂的物质的量比。然后对基底材料的选择(玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯)及激光直写铜微电极的应用进行了概述。最后进行了总结以及对未来进行展望。
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  可降解镁锌合金支架材料加工改性方法的研究进展

  宋丽芸, 阿那日, 刘洋, 包萨如拉, 王晔玲

  表面技术. 2023, 52(8): 129-141. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.008

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  药物洗脱支架是冠心病支架治疗中的首选材料，但其永久存留在体内易损害内皮细胞，还有可能发生支架内血栓形成、支架内再狭窄等严重问题，而且现在冠心病发展越来越年轻化，导致药物洗脱支架在临床工作中的应用越来越受到限制。近年来，生物可降解材料逐渐被开发和探索，作为心脏支架材料的新生力量，被国内外多个研究机构看好。主要介绍了可降解镁锌合金材料。首先介绍了镁、锌元素的良好的生物相容性，它们是人体内含量丰富的元素，在体内多种生命活动中都发挥重要作用，缺乏镁、锌元素会增加人体患心血管等疾病的风险，镁锌元素组合还有助于改善各自不适宜的性能，使其更接近临床对可降解材料的需求。然而，镁锌合金支架降解产物局部浓度过高、支架的力学性能和降解速率可控机制等仍需要进一步提高。针对这些问题，重点讨论了近些年来常用于改善合金材料性能的加工改性方法，常用于改进镁锌合金材料的技术包括添加元素、表面改性、热处理、塑性加工、快速凝固、多种技术相结合等方法。介绍了这些方法的原理、效果、优点以及作为可降解血管支架改性方法的局限性，最后对生物可降解镁锌合金支架进行了展望。
摩擦磨损与润滑
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  电流负载对滑动电接触系统摩擦学行为的影响

  李发强, 王东伟, 巫英伟, 陈晓, 陈泽生, 杨睿

  表面技术. 2023, 52(8): 142-150. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.009

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  目的 探讨电流对滑动电接触摩擦学行为特性的影响，厘清电流负载与滑动电接触摩擦学行为之间的关系。方法 采用黄铜材料为对摩副，在自行设计的摩擦滑动电接触试验机上进行球–面电接触摩擦学试验。分别输入0.2、1、2 A的直流负载，采集界面的摩擦因数、摩擦力、接触电压信号，并分别使用光学显微镜和扫描电镜等设备观察界面的摩擦磨损特性。利用ABAQUS中的热–电–力多场顺序耦合算法模拟试验过程，分析界面电压、温度和切应力的变化特性。结果 当电流从0.2 A增至1 A时，界面的摩擦因数在稳定阶段均为0.5左右，同时摩擦力信号也未出现显著差异。当电流负载进一步增至2 A时，摩擦因数增至0.7，摩擦力也显著增大。当电流负载从0.2 A增至2 A时，接触电压从0.1 V增至0.75 V，接触电压的增大倍数与电流的增大倍数不同。磨损分析结果表明，当电流增至2 A时，界面磨损程度加剧，同时导致磨屑堆积，形成局部“摩擦凸台”，且“摩擦凸台”的数量显著增多，直接导致界面黏着区域增大。有限元分析结果表明，当电流增至2 A时，界面温度上升明显，热效应显著，因此剪切力明显增大。结论 界面的接触电阻包括收缩电阻和薄膜电阻，在摩擦过程中它们随磨损程度发生变化，因此接触电压不随电流的增大而等比例增大。当电流增至一定程度时对界面的摩擦学行为具有负作用，这是由于电流负载的增加导致界面温升显著，摩擦切应力增大，黏着效应增强，从而加剧了界面的摩擦磨损程度。此研究结果为认识电流负载与滑动电接触摩擦学行为之间的关系提供了理论依据。
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  钛合金靶材颗粒冲蚀磨损及能量转化特性数值研究

  侯燕芳, 蔡柳溪, 姚佳伟, 贺尧, 李云

  表面技术. 2023, 52(8): 151-160, 207. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.010

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  目的 解决钛合金材料固体颗粒磨损问题。方法 采用显式动力学有限元分析手段，结合Johnson-cook材料模型和应变累积失效模型，对多颗粒连续冲击Ti-6Al-4V钛合金靶材的冲蚀特性和能量转化特性进行数值模拟。结果 在颗粒以倾斜角度连续冲击靶材时，最大冲蚀应力呈现一定波动性。当颗粒在法向连续冲击时，靶材会快速进入稳定冲蚀阶段。在不同入射角度下，多颗粒连续冲击靶材的最大应力均位于靶材产生材料堆积的位置。在入射角90°和入射速度130 m/s下，当颗粒尺寸从50 μm增至150 μm时，最大冲击坑深度从3.124 μm增至8.997 μm。当颗粒尺寸超过100 μm后，由于加工硬化机制的影响，后续颗粒冲击产生的应力比第1次冲击产生的应力降低了30%~60%。在冲角为30°下，当摩擦因数从0增至0.2时，颗粒动能损失增大了22.69%。随着入射角度的增加，摩擦因数对颗粒动能损失的影响逐渐减弱。结论 从微观机制上解释了入射角度和颗粒粒径对多颗粒连续冲蚀行为的影响，明确了摩擦因数对颗粒冲蚀过程中能量转化特性的影响。
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  二硫化钼的粒径对聚氨酯复合材料摩擦学性能的影响

  郑占模, 董从林, 袁成清, 张湘军, 白秀琴, 吴宇航

  表面技术. 2023, 52(8): 161-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.011

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  目的 研究二硫化钼(MoS2)颗粒粒径对热塑性聚氨酯(TPU)高分子材料的自润滑性能和耐磨性能的影响规律，提升TPU的摩擦学性能。方法 选用4种不同粒径(50、500 nm和5、50 μm)的MoS2颗粒，通过物理共混的方式制备新型MoS2/TPU复合材料，基于RTEC多功能摩擦磨损实验机，开展水润滑条件下的摩擦磨损试验。通过分析比较改性TPU的力学性能、摩擦系数、磨痕轮廓、表面形貌及其摩擦副接触面的元素组成与分布情况，揭示MoS2不同粒径尺寸对TPU的摩擦磨损机理的影响机制。结果 MoS2虽然削弱了TPU的部分力学性能，但摩擦过程中形成的MoS2润滑膜有效降低了TPU的摩擦系数和磨损程度。改性TPU的拉伸强度和断裂伸长率随着MoS2粒径减小呈现先增高、后降低的趋势。500 nm MoS2改性的TPU拉伸强度和断裂伸长率最大，分别为33.80 MPa和334.55%。改性TPU的平均摩擦系数和体积行程磨损率均随着MoS2粒径的减小呈现先降低、后增高的趋势，500 nm MoS2改性TPU的平均摩擦系数和体积行程磨损率最小，当载荷为40 N时分别降低了58.1%和97.8%。长时的摩擦磨损试验表明，Al2O3陶瓷球与500 nm MoS2改性的TPU磨损之后的表面S、Mo元素质量分数之和最高，为34.95%，说明小粒径MoS2更加有利于持续转移并稳定吸附在磨损表面。结论 适当粒径MoS2有利于磨损界面MoS2润滑膜的形成和抑制TPU力学性能的削弱，降低改性TPU摩擦系数和磨损量。该研究可为设计具有优异低摩擦、耐磨损性能的新型水润滑轴承复合材料提供参考。
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  缸套珩磨网纹模拟及流动特性分析

  汤义虎, 贺林, 黄立, 李丽婷, 孟祥慧

  表面技术. 2023, 52(8): 173-181. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.012

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  目的 研究缸套珩磨网纹表面计算机模拟方法，对比缸套网纹表面确定性分析流量因子与Patir & Cheng高斯分布流量因子差异。方法 采用快速傅里叶变换技术(FFT)及坐标变换，对高斯分布平台表面及具有任意方向的各向异性沟槽表面进行了计算机模拟，并叠加合成满足要求Rpq、Rvq及珩磨角度参数的双高斯缸套珩磨网纹表面。通过表面概率支承率曲线分析，验证该方法的精度。在此基础上，进行给定边界条件下网纹表面的流动分析，对比确定性分析流量因子与Patir & Cheng高斯分布流量因子差异。结果 调整表面高度标准差、珩磨角度及自相关长度，可实现不同参数珩磨网纹的建模，生成的珩磨网纹表面参数与给定输入参数偏差较小。相比Patir & Cheng高斯分布流量因子，珩磨网纹确定性分析压力流量因子能更好地反映珩磨角度对不同方向流量的影响。同时，珩磨网纹沟槽对小间隙下剪切流量的影响更加明显。结论 网纹表面的确定性分析流量因子与Patir & Cheng高斯分布流量因子存在较大差异，缸套网纹表面建模及流动特性分析可更好地反映表面粗糙度对表面润滑性能的影响，为进一步开展缸套-活塞环多尺度摩擦学分析及珩磨网纹参数优化奠定了基础。
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  CrN和CrAlN涂层热稳定性、力学和摩擦学性能研究

  金玉花, 李鑫栋, 柴利强, 张学希, 乔丽, 王鹏

  表面技术. 2023, 52(8): 182-196. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.013

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  目的 针对现有刀具用硬质CrN及CrAlN涂层的热稳定性研究尚属空白，以及对其涂层摩擦学性能的影响尚不清楚等问题，开展CrN和CrAlN涂层的热稳定性、氧化行为、力学性能及摩擦磨损性能研究。方法 采用中频反应磁控溅射技术制备CrN和CrAlN涂层，利用真空热脱附系统、场发射扫描电镜、原子力显微镜、能谱仪、X射线衍射、拉曼光谱仪、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等探究2种涂层的结构、热稳定性、力学性能和摩擦学性能。结果 在真空温度为646 ℃左右时，CrN涂层开始发生N分解和释放，在885 ℃左右时N的释放速率达到峰值。CrAlN涂层在真空温度为722 ℃左右时才开始发生N分解和释放，而在1 000 ℃下N的释放速率并未达到峰值。在大气温度600 ℃下，CrN涂层开始发生氧化，并生成Cr2O3相，且Cr2O3层的厚度随着温度的升高而增加，在900 ℃时涂层完全氧化。CrAlN涂层在900 ℃时才开始发生氧化，生成更为致密的Cr2O3和Al2O3混合氧化层，阻止涂层进一步氧化。在大气高温条件下，CrAlN涂层均具有比CrN涂层更高的硬度和弹性模量。随着温度的升高，2种涂层的表面粗糙度逐渐增加，摩擦因数逐渐降低，CrAlN涂层在600、800 ℃下的表面粗糙度和磨损率均低于CrN涂层。结论 在真空下，CrAlN涂层中键能较高的Al-N共价键改善了涂层的热稳定性，提高了CrAlN涂层中N的分解温度。在大气中，CrAlN涂层具有比CrN涂层更高的抗氧化性、硬度和弹性模量，CrAlN涂层在高温氧化过程中生成了连续且致密的Cr2O3和Al2O3混合氧化层，能够减缓O原子向涂层内部的扩散。CrAlN涂层具有比CrN涂层更优异的耐磨性，更适合作为高温工况下服役的刀具和模具等易磨损材料的防护涂层。
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  沉积功率对Ce-Ti/MoS2复合涂层摩擦磨损性能的影响

  田昌龄, 蔡海潮, 薛玉君, 叶军, 李继文

  表面技术. 2023, 52(8): 197-207. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.014

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  目的 探究Ce-Ti合金靶功率对MoS2基涂层摩擦学性能的影响，制备干摩擦性能优异的MoS2基复合涂层。方法 采用直流与射频双靶非平衡共溅射技术，通过调节Ce-Ti(1∶1)靶功率控制涂层掺杂元素含量。利用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等多种测试手段，分析合金靶功率对Ce-Ti/MoS2涂层微观组织、力学性能及摩擦学性能的影响。结果 随着掺杂金属功率提升，MoS2基涂层由明显的晶体结构变为类似非晶结构;表面由纯MoS2的蠕虫状逐渐转化为细小团聚形貌，在达到90 W功率后团聚尺寸又逐渐粗大。当Ce-Ti靶(Ce的原子数分数为2.32%;Ti的原子数分数为7.21%)沉积功率达到70 W时，致密程度显著提高，由无掺杂多孔柱状晶变为细密柱状生长结构，纳米硬度达7.85 GPa，并明显改善了氧化现象。在摩擦磨损方面，70 W功率下磨痕呈微量的磨粒磨损，平均摩擦因数低至0.073，磨损率减少至9.42× 10^–8 mm³ N^–1m^–1。对偶钢球形成转移膜，有效减少摩擦过程剪切力。70 W条件下转移膜面积最小，且摩擦时磨痕处重组生成MoS2结构，显著减少材料的摩擦因数与磨损率。结论 磁控溅射Ce-Ti掺杂MoS2基涂层提升了涂层致密程度与摩擦磨损性能，在功率达到70 W时达到最优综合性能，涂层的摩擦因数与磨损率也因形成高质量转移膜而显著降低。
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  Si含量对Si-GLC薄膜在海洋环境中摩擦学行为的影响

  郭武明, 王春婷, 王海新, 朱烨彪

  表面技术. 2023, 52(8): 208-215. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.015

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  目的 为改善类石墨(Graphite-like Carbon，GLC)薄膜在海洋工程中的摩擦学行为，扩展此类薄膜的进一步应用。 方法 采用磁控溅射技术制备了不同Si含量的Si-GLC薄膜。采用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱设备对薄膜的形貌、成分和结构进行了分析，并用海水盐雾、高低温交变试验模拟海洋环境对薄膜的腐蚀作用，利用纳米压痕、往复式摩擦磨损试验机对薄膜的机械性能进行了评价。结果 Si-GLC薄膜结构致密，受限于沉积方法，制备的Si-GLC薄膜具有富Si层和富C层交替生长的“伪多层”结构。随着Si含量的增加，C—Si单键的数量逐渐增多，Si-GLC薄膜中sp³杂化键的含量逐步增加。Si-GLC薄膜中sp³杂化键的含量随Si含量的增加而逐步上升，薄膜的硬度与弹性模量在Si质量分数为64.51%时到达最大值，分别为21.3 GPa和245.9 GPa。同时，Si含量较高的薄膜具有更好的耐盐雾、耐高低温交变特性，表现出更好的海洋环境适应性。结论 Si质量分数为48.11%时Si-GLC表现出最佳的海洋环境适应性摩擦学性能，在不同试验条件下均具有较低(约0.1)且稳定的摩擦因数，证明在GLC薄膜中掺入适量的Si元素能够起到稳定薄膜内的单键结构，避免薄膜在摩擦过程中发生石墨化，达到提升薄膜耐磨性能的目的。
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  电解质对钛合金微弧氧化放电方式和耐磨性能的影响

  章浩, 谢凤宽, 刘谦

  表面技术. 2023, 52(8): 216-225, 236. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.016

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  目的 通过比较添加微量磷酸盐对放电方式的影响，表征各膜层的微观结构与成分组成，研究分析放电方式差异对膜层耐磨性能的影响。方法 在3组电解液中分别进行TC4钛合金微弧氧化，以磨损率为指标判定每组的最优配比。通过扫描电子显微镜(SEM)观察膜层表面与截面微观形貌。使用X射线能量色散谱仪(EDS)分析膜层表面和磨损区域的元素分布情况。使用X射线衍射仪(XRD)表征膜层物相结构组成，通过维氏显微硬度计测量膜层的硬度，使用摩擦磨损试验机进行膜层摩擦学性能测试，并通过三维形貌仪分析磨痕轮廓。结果 在铝酸盐电解液中添加磷酸盐电解质后会增强A、C型放电，减弱B型放电，使制得膜层的缺陷(微孔与微裂纹)明显增多，产生了较厚的疏松层，并且随着电解液中磷酸根离子的增多，放电方式进一步受影响，膜层磨损率也大幅增加。而不添加磷酸盐的20 g/L铝酸盐浓度制备的钛合金微弧氧化膜层在15 N高载荷滑动干摩擦下的摩擦系数为0.6~0.7，磨痕窄且浅，磨损率仅为基体的7.22%。结论 磷酸盐电解质极易引起杂质放电，导致微弧氧化反应时B型放电显著减弱，A、C型放电大幅增加，导致膜层致密性显著降低，严重降低了微弧氧化膜层的耐磨性能。20 g/L铝酸盐电解液制备的钛合金微弧氧化膜层缺陷少、硬度高、厚度大，显著改善了高载荷下钛合金的耐磨性能。
腐蚀与防护
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  藤壶附着对低合金高强度钢牺牲阳极保护效果的影响

  蔡凡帆, 黄彦良, 邢少华, 许勇, 王秀通

  表面技术. 2023, 52(8): 226-236. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.017

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  目的 探索藤壶附着对低合金高强度钢阴极保护效果的影响，研究海洋中大型污损生物附着下金属材料的腐蚀规律。方法 在青岛胶州湾进行腐蚀挂板实海暴露实验，运用纱网箱隔离藤壶幼虫作为对照组。在暴露6个月和12个月后回收腐蚀挂板，研究藤壶附着后挂板腐蚀形貌、腐蚀产物和阴极保护效率的变化。在室内进行模拟实验，研究牺牲阳极对存在藤壶附着的钢的保护效果。结果 在施加牺牲阳极保护后，藤壶附着下的钢表面具有更明显的局部腐蚀坑，且多位于藤壶附着的边缘位置。藤壶附着对牺牲阳极保护效率的影响有限，藤壶附着钢的极化电位相较于无藤壶附着钢的极化电位更负，保护电流密度更小。藤壶附着钢的未附着区域的保护电流密度(63.9 μA/cm²)比无藤壶附着钢(46.3 μA/cm²)的保护电流密度高。XRD谱、拉曼光谱和SEM图表明，藤壶附着不影响腐蚀产物或沉积物的组成。结论 在牺牲阳极保护下，处于藤壶附着边缘和中心位置的钢，可作为氧浓差电池的阳极，在自催化的协同作用下，腐蚀过程加速，形成了严重的局部腐蚀。同时，藤壶附着可使钢的有效工作面积下降，导致藤壶附着下钢试样的无藤壶附着区域与不存在藤壶附着的钢试样相比，具有更高的保护电流密度和更负的极化电位。
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  高低温交替海洋环境Ti6Al4V合金的腐蚀损伤机理

  陈伟, 胡素影, 向林, 高旭, 陶健全, 陈永君, 孙际鹏, 解志文

  表面技术. 2023, 52(8): 237-246. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.018

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  目的 探究高低温交替海洋服役环境中Ti6Al4V合金的腐蚀损伤失效过程，揭示高温氧化、沉积盐膜、频繁启动工作模式耦合作用下合金的腐蚀损伤与退化机理。方法 采用高温氧化、高温氧化-盐雾交替和高温氧化-海水浸泡交替试验方法，对Ti6Al4V合金腐蚀失效行为进行了全面评估;利用X-射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱仪(XPS)与扫描电子显微镜(SEM)等微尺度检测分析仪器，全面解析了合金损伤失效过程中表面物相结构、腐蚀产物成分及表/截面形貌特征。结果 650 ℃氧化400 h后，Ti6Al4V合金表面氧化层(TiO2+Al2O3)生长致密且均匀;经50循环高温氧化-盐雾交替试验后，Ti6Al4V合金遭受加速腐蚀损伤，表面存在明显点蚀，氧化层出现分层剥落;经50循环高温氧化-海水浸泡试验后，Ti6Al4V合金腐蚀损伤进一步加速，但氧化层生长迅速，整体增重达5.167 mg/cm²。结论 高温氧化过程中Ti6Al4V合金表面氧化层呈缓慢均匀生长特征，具有优良的抗氧化性。高低温交替工作模式加速了氧化膜快速生长与结构破坏，Cl^?的浓度对Ti6Al4V合金表面氧化层的降解具有显著驱动作用，且Cl^?浓度越高腐蚀降解越严重。随着样品表面氧化层的致密性和完整性被破坏，混合盐逐渐侵入氧化层内部，加剧了氯化物的挥发，表明Ti6Al4V合金在高低温交替环境下抗腐蚀性较差。
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  硼含量对NiCrB堆焊合金高温氧化性能的影响

  王旭, 贺定勇, 邵蔚, 周正, 吴旭, 张铁军

  表面技术. 2023, 52(8): 247-254, 300. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.019

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  目的 探究硼含量对NiCrB堆焊合金高温氧化性能的影响。方法 以粉芯丝材为原材料，利用氩弧焊工艺制备5种不同硼含量的NiCrB(B的质量分数为0~3.5%)堆焊合金，在800 ℃的温度下进行氧化试验，总氧化时间为200 h。通过XRD和SEM检测样品的物相组成和微观形貌，并用EDS分析化学成分。堆焊合金氧化前后的硬度通过维氏硬度计测量。结果 随着硼含量的提高，堆焊合金中硼化物的含量逐渐增加，因此堆焊合金的硬度也逐渐升高。氧化后，硼含量为0的NiCr堆焊合金表面生成致密的Cr2O3氧化膜，抗氧化性能为最佳。硼的质量分数≥0.8%的堆焊合金表面形成含有Cr2O3和CrBO3的氧化膜，其抗氧化性能因CrBO3含量的升高而降低。硼的质量分数为0.8%时，NiCrB堆焊合金的抗氧化能力接近NiCr合金，当硼的质量分数≥1.6%后，氧化膜逐渐变为疏松，硼含量越高，氧化膜剥落面积越大。硼的质量分数为3.5%时，堆焊合金与氧化膜界面处的CrB和Cr5B3优于铬发生氧化，成为氧向内部扩散的通道。氧化后合金的硬度变化很小。结论 硼的质量分数为0.8%的NiCrB堆焊合金的硬度有明显提高，并有较好的抗氧化性，硼的质量分数≥1.6%后，CrBO3的大量产生降低了氧化膜的保护性。
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  高密度C/C表层TaC改性及其高温抗氧化性

  李忠盛, 陈大军, 莫非, 黄安畏, 付扬帆, 刘正涛, 吴厦, 丛大龙

  表面技术. 2023, 52(8): 255-262. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.020

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  目的 研究高密度C/C表层TaC改性层的制备工艺及微观结构，分析TaC改性层的高温抗氧化性能。方法 采用真空加压浸渍和高温原位反应法生成TaC改性层，采用X射线衍射仪(XRD)分析TaC改性层的物相组成，采用体积密度来表征不同浸渍时间、浸渍次数等浸渍工艺下C/C基体的密度，采用带能谱仪的环境扫描电子显微镜(SEM)对TaC改性层的截面形貌、元素组成进行表征，采用氧-乙炔焰测试TaC改性层的高温抗氧化性能。结果 XRD分析表明，改性层由C和TaC组成。密度测试结果表明，体积密度随浸渍次数和浸渍时间的增加先迅速增大后趋缓，在浸渍15 min、循环浸渍11次后，C/C基体的体积密度达到1.88 g/cm³。SEM观测结果表明，改性层中TaC颗粒呈液滴状或团簇状，尺寸为1~3 μm，不均匀分布在TaC改性层中。高温氧-乙炔试验结果表明，试验后，TaC改性层表面生成厚度约30~40 μm且结构较为完整的黏滞状Ta2O5层，在氧化50 s时，其质量损失率仅1.9%。结论 采用真空加压浸渍和高温原位反应法能在高密度C/C表层生成TaC改性层，提高了C/C复合材料的高温抗氧化性能。
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  橙子皮提取物在H3PO4溶液中的缓蚀性能及缓蚀机理研究

  柳鑫华, 关俊霞, 付占达, 赵红丽, 张青, 李繁麟, 王磊, 马楠, 李波, 魏恒勇

  表面技术. 2023, 52(8): 263-277. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.021

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  目的 推进绿色植物提取物类缓蚀剂的快速发展，选用橙子皮提取物(NOPE)作为磷酸环境中Q235钢的缓蚀剂。方法 通过简单的乙醇、丙酮回流法提取获得NOPE。通过红外光谱(FTIR)和紫外光谱(UV)验证NOPE的主要结构及主要成分在磷酸中的稳定性。采用失重法、动态电位极化法(PDP)、线性极化(LPR)和电化学阻抗谱法(EIS)研究NOPE在0.5 mol/L的H3PO4溶液中对Q235钢的缓蚀性能。通过计算研究温度对热力学参数(Ea、 、 )和吸附性能参数( 、 、 )的影响。结果NOPE明显减缓了0.5 mol/L H3PO4介质中Q235钢的腐蚀速率，属于以抑制阳极金属溶解为主的混合型缓蚀剂。随着NOPE浓度的增大，阳极电流密度减小和活性腐蚀部位被阻断，腐蚀速率降低，缓蚀效率增大。在温度为303 K、NOPE质量浓度为3.0 g/L条件下，对Q235钢缓蚀效率都在90%以上。此外，NOPE的有效成分在Q235钢表面的吸附符合Langmuir等温式，且以物理吸附为主。通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和接触角的测量证明了NOPE在钢表面的缓蚀作用的存在，降低了Q235钢的酸腐蚀速率。量子化学研究证实，NOPE对碳钢较好的缓蚀和吸附性能是由于橙皮苷和黄酮的官能团。结论 在0.5 mol/L的H3PO4溶液体系中，NOPE对Q235钢具有较好的缓蚀性能，是一种在酸洗领域中有着较好应用前景的绿色缓蚀剂，可以为植物提取类的缓蚀剂的发展提供一定的指导。
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  不同碳链长度咪唑啉缓蚀剂在CO2驱采油环境中的腐蚀防护作用

  倪小龙, 李欢, 李云飞, 郝卫国, 杨庆, 林冰, 郑宏鹏, 唐鋆磊

  表面技术. 2023, 52(8): 278-289. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.022

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  目的 合成制备适用于CO2驱油环境中井筒材料的腐蚀防护的咪唑啉缓蚀剂，探究碳链长度对咪唑啉缓蚀剂腐蚀防护性能的影响机制。方法 以辛酸、月桂酸、硬脂酸和二乙烯三胺等为原料，经酰胺化和环化后制备得到3种碳链长度(C7、C11和C17)的咪唑啉缓蚀剂。通过傅里叶变换红外光谱、量子化学计算、失重法、电化学方法以及表面观察技术，对合成缓蚀剂在CO2驱油环境中对井筒材料的腐蚀防护性能进行了评价。结果 红外测试观察到3种链长(C7、C11和C17)的咪唑啉缓蚀剂的特征吸收峰，表明3种链长咪唑啉缓蚀剂成功制备。量子化学计算表明，合成的C17咪唑啉缓蚀剂具有最优的供电子能力和最佳的疏水能力。腐蚀失重和电化学测试结果显示，所合成的3种不同碳链长度的咪唑啉缓蚀剂均对CO2驱腐蚀环境中N80钢具有良好的腐蚀防护作用，随着缓蚀剂浓度的提升，其缓蚀效率逐渐增高。其中含有17个碳链的咪唑啉缓蚀剂(C17)在10 mg/L时缓蚀效率达到了90%以上。拉曼光谱观察到N80钢表面C=N和C—N的吸收峰，表明合成的3种缓蚀剂在N80表面上吸附。SEM结果发现，添加C17咪唑啉的N80表面腐蚀最为轻微，其腐蚀防护效果最优。结论 合成的C17碳链的咪唑啉缓蚀剂具有优异的腐蚀防护效果，随着碳链长度的增加，碳链的推电子能力增强，使得咪唑啉缓蚀剂更容易在N80钢表面吸附，同时长碳链形成的缓蚀剂膜层也具有更好的疏水作用，导致咪唑啉中缓蚀剂越长其缓蚀效果越好。
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  Ni-氧化石墨烯纳米复合镀层的力学及抗腐蚀性能研究

  付传起, 林永威, 黄亚忠, 李省君

  表面技术. 2023, 52(8): 290-300. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.023

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  目的 探究镀液中氧化石墨烯(GO)含量对于Ni-GO复合镀层的组织结构、力学性能、耐腐蚀性能的影响，并以此来确定GO的添加量。方法 采用电沉积技术制备Ni-GO复合镀层，并采用正交试验的方法找到Ni-GO复合镀层的优化制备工艺。通过SEM、EDS、XRD、XPS、拉曼等技术对GO和制备的Ni-GO复合镀层的形貌、组织结构进行表征分析，采用硬度仪、摩擦磨损试验仪、电化学工作站等对Ni-GO复合镀层的力学性能及耐蚀性进行分析。结果 采用正交试验的方法得到了Ni-GO复合镀层优化制备工艺条件，GO质量浓度为1.0 g/L，阴极电流密度为5 A/dm²，镀液温度为60 ℃，电镀时间为50 min。基于优化工艺条件下镀层的硬度为596.5HV，沉积速率为6.583 g/(dm².h)。其中镀液中氧化石墨烯浓度对Ni-GO复合镀层性能影响最大。结论 研究发现，Ni-GO复合镀层底部是Ni含量比较多的菜花头结构，在菜花头上面主要是石墨烯与Ni晶粒镶嵌在一起的尺寸不一的珊瑚状结构。当镀液中GO质量浓度为1.0 g/L时，制备出的Ni-1.0GO复合镀层中石墨烯含量最高，珊瑚状结构连接缝隙变小，组织致密性最好，孔隙缺陷最少。与Ni镀层相比，Ni-1.0GO复合镀层的硬度提高了37.7%，磨损质量损失减少了73.5%，耐蚀速率降低了44.8%。
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  Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢与TWIP钢组织和腐蚀性能的比较研究

  郭大山, 肖春江, 王通, 莫德敏

  表面技术. 2023, 52(8): 301-308. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.024

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  目的 重点探究Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢在中国3块不同油田采出水模拟液中的腐蚀行为，为其在石油管材上的应用提供理论指导。方法 在Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢中添加Cr和Mo元素，降低Mn元素含量，设计制备Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢。采用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢的微观组织进行分析。利用电化学工作站测试Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢在3种油田采出水模拟液中的极化曲线和电化学阻抗谱，并使用扫描电子显微镜(SEM)对腐蚀产物进行微观分析。同时，以相同环境中Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢的腐蚀行为作为对照。结果 Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢组织以奥氏体为主，其晶粒中含有大量层错、退火孪晶和高密度位错结构的马氏体。通过分析极化曲线可知，与Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢相比，Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢在3种油田采出水模拟液中均发生了钝化，腐蚀电位提高，腐蚀电流密度明显降低，分别为1.7、0.08、2.1 μA/cm²。通过分析电化学阻抗谱可知，Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢在3种油田采出水模拟液中均呈现单一的电容回路，极化电阻Rp分别为3 111、5 322、3 582 Ω.cm²，而Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢在3种油田采出水模拟液中呈现1个电容回路和1个电感回路，相应的极化电阻Rp仅为530、273、528 Ω.cm²，远小于Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢。在3种油田采出水模拟液中，Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢试样表面仅存在少量腐蚀产物，而Fe-25Mn-3Si-3Al TWIP钢试样表面存在大量的腐蚀产物，并形成了腐蚀产物膜。结论 Cr与Mo元素的添加和Mn元素含量的减少，降低了Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢的堆垛层错能，导致晶粒中形成了大量层错、退火孪晶和少量马氏体。在3种油田采出水模拟液中，Cr与Mo元素的添加、Mn元素含量的减少和晶粒中退火孪晶的形成有效提高了Fe-20Mn-7Cr-0.9Mo钢的耐蚀性。
精密与超精密加工
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  单颗团聚CBN磨粒磨削TC4钛合金表面创成机制

  赵彪, 章敏秀, 丁文锋, 李海

  表面技术. 2023, 52(8): 309-318. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.025

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  目的 提出一种兼具耐磨性好、自锐性能优异的新型团聚CBN磨粒研制方法，解决单晶CBN磨粒因其力学特性各向异性而极易出现沿解理面大块破碎的问题，进而提升加工效率和磨削性能。方法 利用模压成形和高温液相烧结技术，制备了综合性能优异的新型团聚CBN磨粒，探究磨粒结合界面形成机制，并通过单颗磨粒磨削TC4钛合金试验，综合对比团聚CBN磨粒与单晶CBN磨粒的磨损状态和磨痕形貌，探明团聚CBN磨粒的磨削性能优势。结果 团聚CBN磨粒烧结界面新生成了TiB2、TiB和TiN;优选的烧结工艺参数为800 ℃，保温时间为10 min;相比于单晶CBN磨粒，团聚CBN磨粒的耐磨性和锋利度显著提升，磨削加工效率和质量明显改善。结论 由于团聚CBN磨粒内部微晶颗粒间金属结合剂的存在，提高了磨粒的断裂韧性，降低了因磨粒内部裂纹扩展而引起的宏观裂纹损伤深度，有效提升了磨粒的加工性能;磨削过程中随着磨粒的不断磨损，未出露的CBN晶粒逐渐参与磨削，确保了磨粒工作面有效磨粒数的动态平衡，有助于提升磨粒整体自锐能力。
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  扭转超声辅助切削CFRP材料微观去除机理研究

  王晓博, 宋超胜, 童景琳, 赵波, 李璐璐, 武明强

  表面技术. 2023, 52(8): 319-328. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.026

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  目的 研究加工过程中碳纤维增强复合材料(CFRP)的破坏形式，提高CFRP的表面质量。方法 对扭转超声辅助切削CFRP的切削行为进行分解，建立扭转超声辅助切削CFRP理论模型，进行扭转超声辅助切削CFRP圆盘实验。实验后对切削力、表面粗糙度、表面凹坑特征等参数进行分析评定，并用超景深显微镜与SEM扫描电子显微镜对加工表面质量进行观察。结果 纤维切削力与表面粗糙度呈负相关关系，在粗糙度较大的凹坑区域，其径向力和切向力均相对较低。超声的附加使切削力数值高于该时刻平均水平，同时伴随着更大的能量，使纤维几乎来不及发生弯曲变形就被高能量的切削力瞬间剪断，与传统加工相比，纤维的断裂点和脱粘点之间的距离更小。在传统加工方式下，表面凹坑的平均宽度在50°附近达到最大值(652 μm)，表面凹坑的平均深度最高超过30 μm，严重影响了装配精度;在超声加工方式下，凹坑的特征宽度和特征深度明显减小且波动幅度较小。结论 树脂-纤维的脱粘深度决定了表面凹坑的深度和宽度，在扭转超声振动加工方式下，纤维弯曲变形较小，可以有效抑制脱粘情况，纤维断裂形式以剪切断裂为主，而且纤维方向性也得到了抑制，有利于提升表面质量。为了避免CFRP加工中的损伤，可以从复合材料结合强度、CFRP铺层布局与加工工艺等方面着手。
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  复合地层中不同刃形滚刀与岩石接触行为研究

  邓雨, 张蒙祺, 莫继良, 周仲荣

  表面技术. 2023, 52(8): 329-339. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.027

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  目的 滚刀截面形状即刃形对滚刀综合性能影响显著，研究不同刃形的滚刀在复合地层中的载荷变化特点，把握各型滚刀应用于复合地层时的优势与劣势，对于减少滚刀失效、降低刀盘偏载具有重要指导意义。方法 通过滚刀破岩试验获取和对比3种刃形的滚刀(平顶、圆顶和螺旋槽滚刀)在软硬复合地层中的切削力、破岩体积等关键指标，同时建立滚刀破岩有限元数值模型，探究滚刀刃形影响其切削岩石性能的机理和规律。结果 在复合地层中工作时，平顶滚刀所需的法向力均值最高，其余滚刀则相近。这是由于圆顶和螺旋槽滚刀破岩时仅有部分表面参与接触，接触面积均小于平顶滚刀，应力集中效应明显，从而降低破岩法向力。螺旋槽滚刀在切削不同强度岩石时的法向力差距最小;圆顶滚刀的法向力标准差的值最小。3种滚刀均形成了粉末状和片状岩石碎片，平顶和圆顶滚刀形成的岩石碎片总体积相近而螺旋槽滚刀略低。结论 复合地层软硬岩强度相差较大时，可选用螺旋槽滚刀以减轻刀盘偏载;硬岩部分强度较高时，推荐选用圆顶滚刀，以减小切削力和载荷冲击。
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  工作气压对Y掺杂HfO2结构及电学性能的影响

  惠迎雪, 刘雷, 赵吉武, 张长明, 秦兴辉, 刘卫国

  表面技术. 2023, 52(8): 340-345, 354. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.028

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  目的 基于Y掺杂高纯铪靶和钛靶的反应磁控溅射方法，在Si(100)基底上沉积掺杂Y氧化铪薄膜，以及TiN/X-HfO2/TiN三层异质结构，探究Y掺杂对氧化铪基异质结构铁电性的影响。方法 针对反应磁控溅射制备的Y掺杂HfO2薄膜和异质结构，分别采用白光干涉仪、掠入射X射线衍射(GIXRD)、X 光电子能谱仪(XPS)和铁电分析仪，对薄膜的沉积速率、退火后薄膜的晶体结构、掺杂元素组分及含量，以及HfO2基异质结薄膜P-E电滞回线和I-V曲线进行测量。结果 在相同工艺条件下，薄膜的沉积速率随着工作气压的增大呈先增大后减小的趋势，在工作气压为1.1 Pa时沉积速率达到最高值。XRD结果表明，薄膜经过退火后存在正交相(o相)和单斜相(m相)。当工作气压为0.7 Pa时，所制备HYO薄膜在28°~30°内代表o(111)相的衍射峰最强，具有最佳的铁电性。随着工作气压的增大，代表m(111)相的衍射峰强度逐渐下降。采用XPS分析了薄膜中各元素的化学状态和含量，在工作气压为0.7 Pa时，Y的掺杂浓度(物质的量分数)为5.6%，铁电分析结果表明，在工作气压从0.7 Pa增至1.3 Pa的过程中，Y掺杂的HfO2基异质结的电滞回线逐渐收缩。在工作气压为0.7 Pa时，剩余极化强度Pr的最大值为14.11 μC/cm²，矫顽场Ec约为1 MV/cm。结论 利用Y掺杂高纯铪靶反应磁控溅射制备的掺杂铁电薄膜，在工作气压0.7 Pa下得到的薄膜经过700 ℃退火后具备良好的铁电性能。
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  氧化铝包覆SrTiO3纳米纤维/聚偏氟乙烯复合材料的制备与介电储能性能

  王娇, 王菲菲, 刘少辉, 王远

  表面技术. 2023, 52(8): 346-354. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.029

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  目的 通过开发出工作场强更高、储能效率更高的电介质储能材料，从而提高电力设备的性能、减小电力设备体积。方法 采用静电纺丝工艺结合溶胶凝胶工艺制备具有一维核壳结构的SrTiO3@Al2O3纳米纤维填料，并结合流延成型工艺制备出聚偏氟乙烯(PVDF)电介质复合材料。系统地研究了SrTiO3纳米纤维填料表面包覆Al2O3对PVDF电介质复合材料界面极化、介电性能、储能性能的影响。结果 制备的一维纳米填料具有良好的核壳结构，其中芯层为SrTiO3，壳层为Al2O3， Al2O3包覆厚度为6 nm。低填充量下，一维核壳结构SrTiO3@Al2O3纳米纤维填料均匀地分散在PVDF基体中。在相同的体积分数填料填充下，SrTiO3@Al2O3纳米纤维/PVDF复合材料表现出更低的介电损耗和漏电流、更强的耐击穿场强、以及更高的储能密度和放电效率。SrTiO3@Al2O3纳米纤维/PVDF电介质复合材料的最大储能密度达到8.9 J/cm³。结论 Al2O3包覆层可以阻止SrTiO3纳米纤维填料在复合材料中的接触，减小Maxwell-Wagner-Sillars界面极化，降低漏电流，进而提高复合材料薄膜的击穿强度和储能性能。
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  仿生表面结构设计对液滴冷凝及收集行为的影响

  周鹏, 胡建华, 李蓓

  表面技术. 2023, 52(8): 355-362, 379. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.030

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  目的 提高仿生表面液滴冷凝及收集效率。方法 借鉴典型生物微纳结构及表面特性，采用分子动力学方法，建立水汽冷凝演化模型，分析纳米阵列形貌、亲疏水比及楔形顶角对液滴冷凝及收集行为的影响。结果 液滴在方形阵列结构中易钉扎，不利于去除;在矩形阵列结构中具有较好的流动性，且相对方形阵列表面凝结量提升了30.8%。随着亲疏水比θ的增加，沉积在阵列间隙的水分子数增多，钉扎效应加剧，更易形成膜状冷凝;相反地，θ越小，液滴倾向形成滴状冷凝并呈现Cassie态。调整楔形阵列的顶角α可以有效实现液滴的定向运动。当α为3°或6°时，楔形结构能够产生足够的Laplace压力差，驱使液滴定向运动;当α为9°或12°时，能够引导液滴在楔形结构尾端聚集，并融合成更大尺寸的液滴，凝结量相对α为0°分别提升了210.7%和193.0%，收集效率显著提高。相比于单一的仿生表面，结合沙漠甲虫和仙人掌的耦合集水策略设计出的双重仿生结构在凝结量及最大液滴尺寸上均有明显提升，有效提高了液滴的冷凝及收集效率。结论 通过调节纳米阵列形貌和楔形顶角，并合理设置亲疏水比，可有效提高液滴冷凝及收集效率。研究结果为强化冷凝功能的仿生表面设计提供了一定的理论指导。
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  仿生沟槽锥形结构多种环境下油滴的自运输研究

  雷超翔, 宋岳干, 吴威明, 李耀霞, 陈祖巧, 李国强

  表面技术. 2023, 52(8): 363-370. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.031

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  目的 虽然传统锥形结构可以实现水下油滴的定向运动，但在复杂环境中连续自适应的油滴自运输仍然是一个挑战。为此研发一种新型沟槽锥形结构表面，以实现多种环境下高效的油滴自运输。方法 受到水稻叶各向异性沟槽结构和仙人掌刺不对称锥形结构的启发，采用飞秒激光直写扫描系统在聚四氟乙烯上下表面加工沟槽锥形结构。借助接触角测试平台表征结构表面的润湿性，并通过扫描电子显微镜对表面微沟槽形貌进行分析。使用高速相机记录结构在水环境、水–空气界面和空气中的油滴运输过程，并以此为基础分析研究结构在多种环境下的油滴自运输能力。结果 沟槽锥形结构实现了在水下、空气中及水–空气界面多种环境下油滴的连续自运输，并且展示出优于传统锥形结构的高效水下油滴自运输能力，收集速率达到112.17 mm/s。结论 利用沟槽锥形结构良好的结构扩展性、无须消耗能源或外力驱动的操作模式和优异的油滴自运输能力，制备了水下自驱动集油装置，展示了该结构的潜在应用。
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  圆筒式磁控溅射靶的磁场仿真与结构设计

  王栋, 蔡长龙, 弥谦, 王麟博, 刘桦辰, 侯杰

  表面技术. 2023, 52(8): 371-379. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.032

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  目的 探究一种可用于实现圆柱形工件外表面镀膜设备的可能性，设计了一种新型的圆筒式磁控溅射靶结构，溅射在圆筒状靶材内表面发生，从整个圆周方向对工件外表面镀膜，以改善传统长管工件镀膜设备体积庞大、结构复杂的不足。方法 首先对圆筒式磁控溅射靶进行初始结构设计，再运用有限元分析软件COMSOL中静磁无电流仿真模块，通过控制变量法对溅射靶内部冷却背板厚度d1、内磁环轴向高度h1、内磁环径向宽度Δr1、外磁环轴向高度h2、外磁环径向宽度Δr2以及内外磁环间距d2不同结构参数下的靶面水平磁感应强度值进行仿真与研究。在此基础上进行磁场优化并设计出溅射靶的理想磁铁结构参数。结果 计算结果表明，当冷却背板厚度为13 mm，外磁环内径为266 mm、外径为310 mm、厚度为20 mm，内磁环内径为270 mm、外径为310 mm、厚度为22 mm，内外磁环间距为50 mm时，距靶面上方3 mm处最大水平磁感应强度为40 mT，磁场分布均匀区域可达40%左右。结论 此外考虑溅射靶内部的水冷、密封以及绝缘结构，最终设计的圆筒式磁控溅射靶整体高384 mm，最大直径432 mm，结构紧凑可靠，为长管工件外表面金属薄膜的制备提出了一种新的磁控溅射靶结构。
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  电沉积制备Cu-Ni-Mo三元电极及其析氢性能

  杜金晶, 刘心海, 王斌, 刘卓祺, 赵丹丹, 李倩, 张轩, 朱军

  表面技术. 2023, 52(8): 380-386, 423. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.033

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  目的 制备一种在碱性溶液中具有高效、低成本等优点的铜基析氢阴极材料。方法 在35 ℃下采用直流电沉积法，在泡沫镍(NF)表面分别沉积Cu-Ni、Cu-Ni-Mo镀层，制备Cu-Ni/NF、Cu-Ni-Mo/NF析氢电极。利用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)表征电极的表面形貌、结构元素含量及物相。通过电化学阻抗技术(EIS)、线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)测定电极的析氢性能和催化活性。结果 经Mo掺杂后，Mo在Cu-Ni-Mo三元合金中以置换型固溶体的形式存在，与二元镀层相比，增大了镀层的晶格常数。Cu-Ni-Mo/NF三元电极在电流密度10 mV/cm²下，过电位仅为116 mV，塔费尔斜率为104 mV/dec，电荷转移电阻为15.34 Ω，电化学活性比表面积(ECSA)为22.33，相较于Cu-Ni/NF二元电极，分别降低了68 mV、27 mV/dec、15.48 Ω，ECSA值提高了7.95，且循环稳定性较好。结论 引入第3种元素Mo，改变了Cu-Ni二元电极的镀层形貌，使晶粒细化，表现为微粒紧密堆积而成的球胞状结构，从而提升了电极材料的比表面积，为析氢反应提供了更多的活性位点，有助于提高析氢反应效率。由于三金属间的协同作用，与Cu-Ni二元电极相比，Cu-Ni-Mo三元电极显示出更优异的析氢催化性能。
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  介电衬底上利用常压CVD直接生长石墨烯复合纳米银表面增强拉曼研究

  程淏泽, 刁航, 张召凯, 张菀颖, 姜凯, 张闽, 张杰, 陈昕, 朴贤卿, 蔺博, 敬承斌, 宋也男

  表面技术. 2023, 52(8): 387-396. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.034

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  目的 为了进一步完善Ag基表面增强拉曼(SERS)基底，提升其性能，设计了制备SERS基底的新型方法，采用2种方法制备分别得到转移石墨烯纳米银复合SERS基底(Transfer-G/Ag/SiO2基底)和纳米银石墨烯复合基底(Ag/G/SiO2基底)，并对2种基底的增强效果从增强因子、热稳定性、重复性的角度进行比较。方法 使用常压化学气相沉积(APCVD)在二氧化硅和铜表面同时生长石墨烯，使用多元醇水热法制备纳米银，前者与纳米银复合得到Ag/G/SiO2基底，后者将生长出的石墨烯转移后与纳米银制备得到Transfer-G(Cu)/Ag/SiO2基底，以传统方法制备的Transfer-G/Ag/SiO2基底为对照，评价制备的Ag/G/SiO2基底的增强性能。结果 使用拉曼测试平台选用低功率532 nm激光测量10^?6 mol/L罗丹明6G(R6G)探针分子的SERS拉曼光谱，比较2种基底的性能。计算得到2种基底基于10^?6 mol/L R6G的增强因子，Transfer-G/Ag/SiO2基底的增强因子为9.93×10⁵，Ag/G/SiO2基底的增强因子为9.23×10⁵。测试Ag/G/SiO2的稳定性得到，在611、1 362、1 648 cm^?1处特征峰的RSD值分别为9.80%、14.08%、18.18%，数值均低于20%，甚至在611 cm^?1和1 362 cm^?1处的RSD值分别低于10%和15%。结论 Ag/G/SiO2基底的SERS效果与传统方法制备的Transfer-G(Cu)/Ag/SiO2基底相比增强效果同样显著，表现在:两者增强因子基本相同，且都具有很好的热稳定性、均匀性和高度重复性。由于使用水热法提高了纳米银的制备效率，并且石墨烯生长避免转移过程，减少对石墨烯的物理损伤和化学药品的化学损伤，确保原位生长石墨烯的质量，进而提高Ag/G/SiO2基底的性能，为快速制备高性能SERS基底提供可行方法。
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  轻质磁性炭气凝胶的制备及电磁吸波性能研究

  叶正伟, 赵奇志, 王克军, 李孝琼, 杨健健

  表面技术. 2023, 52(8): 397-405. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.035

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  目的 提高炭气凝胶材料电磁吸波性能。方法 以氢氧化钠或氨水为共沉淀剂制备不同尺寸的Fe3O4颗粒，并加入间苯二酚-甲醛溶液的预聚物中，充分搅拌后快速凝胶，经老化、超临界干燥、碳化等工艺制备Fe3O4/炭气凝胶复合材料。利用SEM、TEM、激光粒度分析仪、比表面及微孔分析仪、振动样品磁强计对Fe3O4及复合材料的微观结构和静磁性能进行表征，并对复合材料的吸波性能进行分析。结果 Fe3O4/炭气凝胶复合材料具有丰富的三维网络结构，Fe3O4颗粒在炭气凝胶中呈离散性分布。Fe3O4颗粒粒径越小，Fe3O4/CA的饱和磁化强度越大，75 nm-Fe3O4/CA的饱和磁化强度最大，达到29.26 emu.g^–1;当Fe3O4粒径为75 nm时，复合材料在厚度为2.1 mm时的最小反射损耗值可达–52.43 dB;当Fe3O4粒径为120 nm时，复合材料在厚度为2.5 mm时的有效吸收带宽高达6.98 GHz。结论 Fe3O4纳米颗粒粒径对复合材料介电损耗能力和阻抗匹配有显著影响，进而影响复合材料的吸波性能。大粒径的Fe3O4颗粒会破坏炭气凝胶的三维导电网络结构，从而降低复合材料的介电损耗能力。小粒径的Fe3O4颗粒可有效改善复合材料的阻抗匹配性能。
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  Sn-1.5Ag-2Zn低银无铅焊料与取向铜界面研究

  肖金, 屈福康, 程伟, 李武初

  表面技术. 2023, 52(8): 406-412. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.036

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  目的 高密度封装技术能减少焊盘尺寸和焊盘里面所含晶粒的数量，当多晶焊盘转为单晶焊盘时，晶粒的取向会对界面处金属间化合物的形成产生重要影响。选取具有发展前景的Sn-1.5Ag-2Zn作为焊料合金，研究焊料与单晶(111)铜基板界面反应，得到金属间化合物的生长动力学规律。方法 将Sn-1.5Ag-2Zn无铅焊料分别与单晶(111)铜基板及多晶紫铜基板在250 ℃下进行回流焊接5 min，将焊接后的样品在160 ℃下分别进行20 h，100 h，300 h，600 h热处理。用扫描电子显微镜背散射电子成像和二次电子成像、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪等研究焊接界面处的显微组织、金属间化合物成分以及性能。结果 合金焊料与铜基板接触迅速生长出凹凸不平类似扇贝状Cu6Sn5金属间化合物层，与单晶铜表面形成的Cu6Sn5晶粒尺寸比多晶铜的大，单晶铜无晶界阻挡原子扩散，影响晶粒形核与长大。合金焊料与单晶(111)铜焊点在160 ℃下热处理20 h快速形成的Cu6Sn5生长速度是多晶铜上焊点的2倍左右。而后随热处理时间增加增长缓慢，热处理600 h后厚层Cu6Sn5由于裂纹扩散出现溃断，金属间化合物的厚度维持在3.5 μm。焊料与多晶铜焊点在热处理过程中生成的Cu5Zn8起到阻挡层的作用，阻挡焊料与铜基板接触，抑制Cu6Sn5生成，热处理300 h后Cu5Zn8破碎分解，Cu6Sn5在阻挡层消失后快速生长，厚度约为2.8 μm。结论 单晶铜上焊点金属间化合物的厚度比多晶铜上金属间化合物的厚度多0.7 μm，热处理后合金焊料与单晶铜界面形成的金属间化合物致密性更好，基本没有孔隙，而合金焊料与多晶铜界面上金属间化合物晶粒间存在明显孔隙，可以预测合金焊料与单晶铜界面的焊接质量更好。
表面强化技术
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  基于残余应力分布优化的TBM滚刀刀圈激光熔覆涂层制备工艺研究

  崔少杰, 王好平, 莫继良, 蒙树立, 段文军, 冯鉴

  表面技术. 2023, 52(8): 413-423. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.037

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  目的 为改善TBM(全断面隧道掘进机)涂层刀圈残余应力分布，针对刀圈涂层制备过程中的激光扫描路径开展研究，以优化刀圈涂层及涂层/基材界面的残余应力分布。方法 使用MSC. Marc 2016软件建立了刀圈涂层制备的三维完全热机耦合模型，通过试验验证了模型的准确性，并针对激光熔覆过程中扫描顺序、扫描方向和扫描终点夹角等3个工艺变量开展了应力场分析研究。结果 刀圈表面近涂层区周向/径向残余应力数值计算结果分布趋势与试验基本一致，且在涂层与基材结合的界面处，残余应力梯度达到最大，当激光扫描方向为安装孔到刃顶时，涂层刀圈残余应力的不合理分布得到了明显改善且应力最值显著降低，其中基材部分残余应力最高降低35 MPa，而调整扫描顺序和扫描终点夹角未能有效改善刀圈残余应力的分布及应力最值。结论 通过合理设计熔覆过程中的扫描路线，可以有效改善刀圈涂层的残余应力分布并降低残余应力最值，对延长TBM涂层刀圈服役寿命具有重要的指导意义。
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  原位纳米颗粒增强AA6016基复合材料超声空化强化后微观组织及性能的变化

  邹杨, 刘海霞, 陈杰, 欧阳亚东, 王雷博

  表面技术. 2023, 52(8): 424-432, 443. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.038

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  目的 探索铝基复合材料的新型表面强化方法。方法 采用超声空化的方法对原位纳米颗粒增强AA6016铝基复合材料进行强化，使用电子天平、激光共聚焦显微镜、场发射扫描电子显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪以及透射电镜对材料质量损失、表面形貌、残余应力、显微硬度、微观组织等方面进行系统地分析。结果 试样的质量损失和表面粗糙度随空化时间的延长而增加，在超声空化处理30 s后，试样的表面硬度和残余压应力较原样分别提高了89.8%和57.7%，材料内部发生位错增殖，位错相互缠结，并且晶粒排列的取向差增大;当空化时间达到60 s时，显现的晶界数量增加，在晶界处出现材料剥落现象，残余应力被释放。结论 在一定的时间范围内，超声空化可以较为明显地提高材料的表面性能。在空化泡溃灭产生的多向力作用下，铝基复合材料表面晶粒内会迅速产生大量位错，形成加工硬化层。位错缠结和增强颗粒的钉扎作用，促使晶粒内部亚晶界的形成，最终导致晶粒细化。
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  超声微锻Ti3Al熔覆层组织与性能的实验研究

  高国富, 潘贤荣, 常黎明, 王得宇, 赵波

  表面技术. 2023, 52(8): 433-443. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.039

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  目的 采用超声振动与微锻技术相结合的表面改性技术，在Ti-6Al-4V基体上获得组织优良、物理性能好的Ti3Al熔覆层。方法 搭建超声微锻装置，采用单因素实验研究超声振幅、加工温度、锻打力、锻打时间对熔覆层金相组织、晶粒以及显微硬度的影响规律。借助金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计对熔覆层的宏观形貌、微观组织及显微硬度进行分析和测试。结果 在超声微锻处理下，熔覆层组织与性能得到显著改善。熔覆层表面平整度与超声振幅呈正相关，随着超声振幅、锻打力的增大，粗大的树枝状α2相逐渐锻碎细化为大量的短棒状α2相和针状α2相以及少量的片层状α2相和等轴α2相，等轴晶的含量与分布范围增大，晶粒细化效果越来越明显。熔覆层各区域的显微硬度值均随着超声振幅、锻打时间的增加而有不同程度的提高。当超声振幅为7 μm时，熔覆层顶部、中部、底部的显微硬度分别提高了18.4%、22.8%、51.5%。当锻打时间为5 s时，熔覆层顶部、中部、底部的显微硬度分别提高了15.5%、15.8%、37.8%。熔覆层顶部显微硬度值随着锻打力的增大呈现出逐渐升高的趋势，显微硬度最高可达55.1HRC，其他区域的硬度呈现逐渐降低的趋势。结论 超声微锻能够有效改善熔覆层的宏观形貌以及内部组织，细化晶粒，选择合适的工艺参数可进一步提高其显微硬度值。因此，超声微锻可作为一种有效的熔覆层改性技术。
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  Y掺杂MgZn2稳定性、电子结构和力学性能的第一性原理计算

  陈敬昶, 刘建国, 陆绍敏, 钟丽辉, 陈丽萍, 王远

  表面技术. 2023, 52(8): 444-450. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.040

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  目的 稀土元素Y掺杂是改善7xxx系铝合金断裂韧性的重要途径，然而因其掺杂量极低，通过实验很难测定微量Y对7xxx系铝合金析出相及强韧机制产生的作用，限制了7xxx系铝合金的进一步发展。采用第一性原理计算方法探究Y掺杂对7xxx系铝合金中重要析出相MgZn2的影响机理，为7xxx系铝合金的微合金化强韧机理研究提供理论依据。方法 构建适于第一性原理计算、Mg/Zn的原子数分数比为1∶2的晶体模型，Y原子通过替换Mg或Zn原子的方式进行掺杂，通过能量计算、电子计算和弹性常数计算等分析Y掺杂对MgZn2能量稳定性、电子结构和力学性能的影响机理。结果 经Y掺杂后，形成3种固溶体Mg3Zn8Y、Mg4Zn7Y-1和Mg4Zn7Y-2，它们的形成热均小于0，即它们均可自发形成且稳定存在。通过结合能计算发现，3种固溶体的结合能都小于MgZn2的结合能，说明Y掺杂促进了MgZn2的稳定性。通过电子结构分析发现，Y掺杂后与Mg、Zn原子形成强的共价键，增强了体系的稳定性，Mg-Zn原子间形成了强离子键，MgZn2中Zn-Zn原子间的共价键变为强离子键。力学性能计算结果表明，经Y掺杂后MgZn2的硬度降低、韧性上升， 即Y掺杂增强了7xxx系铝合金中重要弥散析出相MgZn2的韧性，从而提升了7xxx系铝合金的断裂韧性和抗疲劳能力。结论 基于计算结果分析得出，Y掺杂提升了MgZn2的稳定性、键合强度和断裂韧性，相关计算分析为微量Y掺杂增强7xxx系铝合金断裂韧性的实验分析提供了指导。
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  氧化钇对TC4钛合金表面包埋渗硼的影响

  韩宾龙, 田晓东, 卢鹏军, 祁贤

  表面技术. 2023, 52(8): 451-457. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.041

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  目的 加快TC4钛合金表面固体渗硼时渗层的生长，研究渗剂中添加Y2O3对渗硼的影响。方法 采用固体粉末包埋渗法对TC4基材进行1 050 ℃/8 h渗硼，包括渗剂中不添加Y2O3以及渗剂中分别添加质量分数为1%、3%、5%、7%Y2O3的试验研究。通过扫描电子显微镜、能谱仪、波谱仪和X射线衍射仪分析渗硼样品的截面形貌、元素含量和表面物相，并测量渗硼样品的表面硬度和摩擦系数。结果 在渗剂中加入1%~7%的Y2O3，渗硼层结构与未添加氧化钇渗剂形成的相同，由致密连续的TiB2层和TiB晶须扩散层组成。Y2O3促进渗层生长的作用与其添加量密切相关。渗剂中加入1%~3%的Y2O3有促进渗硼层生长的作用，且加入3%的Y2O3时，催渗效果最佳，可使渗硼层厚度增加40.24%，但加入5%~7%的Y2O3时反而会抑制渗硼层的生长。能谱分析表明，Y原子能够扩散到渗硼层内，且渗硼层中存在原子数分数为0.01%~0.34%的微量Y元素，其随渗剂中Y2O3含量的增加而增加。热力学分析发现，Y2O3参与渗剂反应形成活性Y原子而渗入基体。向渗硼试剂中加入3%的Y2O3，样品的表面硬度较未添加Y2O3时提高35.54%，摩擦系数较未添加Y2O3时降低28.57%。结论 向渗硼试剂中加入适量氧化钇，是获得TC4合金表面高渗速、高硬度和低摩擦系数渗硼层的一种有效方法。
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  喷丸数值模拟中一种高效方法

  陈晟, 丁腾飞, 张朝阳, 高建永, 付婧颐, 鲁世红

  表面技术. 2023, 52(8): 458-465. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.08.042

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  目的 从减小分析步时间的角度出发，调整弹丸随机分布间距，研究提高模拟计算效率的方法。方法 以SAE1070弹簧钢为研究对象，在S230弹丸速度为40 m/s条件下，分析弹丸间垂直间距、水平间距和弹丸冲击方式对模拟结果的影响。结果 在不考虑弹丸间相互作用的前提下，有限元模拟中弹丸间可存在重叠，只要弹丸垂直间距大于0.07 mm，水平间距大于0.4 mm，弹丸随机生成模拟得到的诱导应力分布、塑性应变分布、粗糙度的结果在小偏差范围内收敛，与弹丸间无重叠的模拟结果相近。在满足弹丸间距阈值的前提下，采用同时冲击和顺序冲击方式得到的诱导应力分布在压应力部分区域存在一定偏差，但应力分布曲线整体较为接近，同时冲击的计算时间缩短了约90%。在此基础上，确定合适的弹丸分布，在不同弹丸直径、速度下进行阿尔门试片喷丸模拟，通过对比阿尔门强度值论证了模拟方法的有效性。结论 这种按层分布同时冲击，并在满足间距阈值的前提下尽可能减小间距的弹丸设置方法，保证了模拟精度，提高了计算效率，为数值模拟的应用提供了优化计算成本的新思路。