2023年, 第52卷, 第9期　
刊出日期：2023-09-20

  

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研究综述
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  SOFCs金属连接体表面改性Mn-Co尖晶石涂层研究现状

  张勇, 李强, 伍彩虹, 符明君, 马江, 孙也泽谋

  表面技术. 2023, 52(9): 1-9. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.001

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  Fe-Cr铁素体不锈钢是中低温固体氧化物燃料电池(SOFCs)的理想连接体材料，但其在高温有氧环境中表面易被氧化，且会引起阴极“Cr毒化”现象，致使电池工作效率降低。Mn-Co尖晶石因其较高的高温导电性和抗氧化性，被广泛应用于连接体保护涂层以提高连接体的抗氧化性，并减少Cr的扩散。但Mn-Co尖晶石涂层在长期服役过程中仍存在Cr元素扩散导致Cr2O3过渡氧化层不断增厚、涂层导电性能下降的现象，研究发现通过对Mn-Co尖晶石涂层进行掺杂改性可有效改善上述问题。本文结合近年来Mn-Co尖晶石涂层研究进展，简述了典型的Mn-Co尖晶石晶体结构及其导电机制，总结了改性元素在Mn-Co尖晶石中可能的掺杂位点及对尖晶石晶体结构的影响，重点阐述了稀土元素Y、La、Ce，以及过渡族元素Cu、Fe改性对Mn-Co尖晶石涂层抗氧化性、导电性、黏附性，以及热膨胀系数相容性的影响，详述了改性元素作用机理，总结对比了不同元素对Mn-Co尖晶石涂层改性的侧重点。最后，对当前研究中Mn-Co尖晶石涂层存在的问题及今后改性Mn-Co尖晶石涂层的研究方向进行了展望。
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  超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展

  姜帅, 付秀丽, 王振达, 潘永智, 蒋振峰

  表面技术. 2023, 52(9): 10-22. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.002

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  首先，阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点，着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。其次，分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展，并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围，以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。最后，对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望，指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。
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  激光复合热喷涂技术制备陶瓷基涂层研究现状

  李思源, 何鹏飞, 程延海, 梁秀兵, 孙川

  表面技术. 2023, 52(9): 23-38, 95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.003

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  当下我国航空航天、轨道交通、海洋钻探等先进制造业取得了迅猛发展，装备关键零部件面临高温、重载、强蚀等极端复杂的表界面问题，迫切需要开发新型表面涂层技术和先进材料体系解决工业界面临的困境。激光复合热喷涂技术具有热喷涂和激光熔覆2种工艺的优点，在制备低缺陷–强结合–高性能陶瓷基复合涂层方面具有独特优势，可以显著提升装备零部件表面的耐磨、耐蚀和抗氧化等性能。首先从涂层的组织形貌、腐蚀、抗氧化及抗热震性能方面阐述了激光重熔对等离子喷涂YSZ陶瓷涂层的影响机制。其次梳理了激光重熔工艺对等离子喷涂Al2O3基陶瓷涂层在显微结构、硬度、耐磨和抗热震性能方面的研究成果;总结了激光重熔对以Co-WC和NiCr-Cr3C2为典型材料体系的陶瓷/金属复合涂层结构和性能的影响;总结了激光重熔/原位辅助冷喷涂陶瓷基涂层(B4C/Ti+Al等)和原位辅助等离子喷涂陶瓷基涂层(WC基等)的组织和性能特点。最后指出，探寻更多涂层材料体系、研发激光复合热喷涂新技术和实现成形工艺自主智能优化等是激光复合热喷涂陶瓷基涂层技术未来的重点发展方向。
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  热障涂层演变、失效理论及模型建立研究进展

  王志平, 战金滢, 刘延宽, 王璐璐

  表面技术. 2023, 52(9): 39-62. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.004

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  目的 热障涂层(Thermal Barrier Coatings, TBCs)是用于保护热端部件的功能性涂层，但在复杂工况的影响下易于呈现提前破坏和过早失效的特点。以应用最广泛的钇稳定氧化锆(YSZ)双层热障涂层系统为例，阐述其服役过程中的结构和性能演变，分析失效机理，总结寿命预测模型并介绍相关模拟技术。方法 分别对经历不同条件高温氧化实验后的热障涂层开展元素渗透引起的界面微观结构变化、随反应进行发生的界面宏观结构变化以及高温引起的涂层本征性能变化分析，并且基于多种热力学实验结论和断裂力学、损伤力学等理论，结合有限元模拟手段，研究涂层内部结构变化过程，选用不同种类的标准有限元模型，建立条件选择方法以及典型的动态模拟扩展技术，观察裂纹导致涂层断裂等过程。结果 总结了目前常用的唯象寿命模型、断裂力学模型和损伤力学模型等失效寿命理论模型，提出相关失效评价方法。结论 随着航空发动机效率的不断提高，热障涂层必须面对更高的进气温度和更严峻、更复杂的工况，需要进一步丰富失效理论、完善失效寿命模型、仿真手段和相应数据库，同时其在开发新材料、新结构、新工艺、涂层组织纳米化等方面也有很大的研究和发展空间。
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  绿色环保型超疏水涂层的研究进展

  孙英纯, 刘如, 徐建峰, 龙玲

  表面技术. 2023, 52(9): 63-78. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.005

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  针对近期发表的绿色环保型超疏水涂层相关研究进行总结，从绿色环保型超疏水涂层的制备方法、研究进展和应用领域3个方面进行了综述。介绍了现阶段绿色环保超疏水涂层的制备原理和制备方法，简要概述了通过涂覆法、模板法、刻蚀法、静电纺丝法等制备方法的代表性应用研究，并分析了各自的优点以及目前存在的问题。着重介绍了天然蜡类、脂肪酸类、纤维素类和生物质类绿色环保型超疏水涂层的相关最新进展和制备方法，对不同种类的环保疏水涂层的优劣势进行了详细的分析。最后，对目前绿色环保超疏水涂层在自清洁、防腐以及油水分离涂层领域的应用进行了总结，针对目前绿色环保型超疏水涂层应用中所存在的问题提出了进一步研究的建议，并对未来的发展趋势进行了展望。
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  铜基超疏水表面制备方法的研究进展

  李宪准, 张好强, 丁岚, 董树亮

  表面技术. 2023, 52(9): 79-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.006

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  铜及其合金因具有良好的热物理性能，在海洋工程、能源、航空航天、电子器件等领域有广泛的应用前景。制备铜基超疏水表面能够提高铜及其合金在各领域的应用性能，降低铜基金属的损耗，减少资源浪费。因此，超疏水表面在铜及其合金表面的制备和应用方面成为了研究热点。首先简单介绍了超疏水表面的相关理论，主要包括Young氏方程、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。其次，基于制备铜基超疏水表面的2个条件(提高材料表面粗糙度以及降低材料表面能)，详细综述了铜基超疏水表面制备方法的研究进展，讨论了自组装、刻蚀、电化学沉积、激光复合加工等方法在制备铜基超疏水表面时存在的优势和主要问题，分析了制备方法对铜基超疏水表面应用性能的影响，列举了铜基超疏水表面在自洁、耐腐蚀、油水分离等方面的应用。最后，指出了铜基超疏水表面未来的发展方向，即通过制备具有自修复功能的超疏水表面或通过改变材料表面微纳米结构，提高铜基超疏水表面的耐磨性和稳定性。除此之外，工艺简单、成本低的铜基超疏水表面制备方法仍具有广阔的应用前景。
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  纤维素及其组成物基超浸润材料在油水分离中的研究进展

  王雅培, 林凯歌, 高陈陈, 吴明明, 陈诚, 冉杰

  表面技术. 2023, 52(9): 96-107, 124. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.007

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  随着工业的快速发展和人们对能源需求的不断增加，在民用、产业用、特种领域用相关生产制造过程中不可避免的产生大量环境污染问题。为有效解决原油泄漏等引起的生态环境问题，同时弥补常规油水分离材料易带来二次污染的不足，研究制备性能优良、可降解的绿色超浸润材料以实现油水混合物的有效分离成为当前专家学者关注的焦点。概述了超浸润油水分离材料的优势，包括成本低廉、分离高效、操作简便等。同时归纳了常规超浸润油水分离材料存在的问题，即此类材料在应用后无法实现循环利用或自然降解，一般被焚烧或直接丢弃，极易造成二次污染且危害环境。在此基础上，重点综述了近年来纤维素及其组成物基超浸润油水分离材料，根据不同的分离原理将此类材料分为4类:超亲水/水下超疏油型、超疏水/超亲油型、超双亲型以及响应式亲疏水切换型。针对以上不同类型的纤维素及其组成物基超浸润油水分离材料，分别概括其制备路径、反应途径以及油水分离应用研究现状与进展趋势，深入阐释其设计思路、成形原理、制备方法以及油水分离作用机制，进而对纤维素及其组成物基超浸润材料在油水分离中面临的机遇与挑战进行了展望。
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  聚乙烯表面接枝改性及应用的研究进展

  邓亚玲, 李于文成, 许煜, 于波, 汤晴欣, 高陈宏, 王宇鑫

  表面技术. 2023, 52(9): 108-124. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.008

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  聚乙烯是常用的热塑性工程材料，具有良好的物理化学性能和加工性能，被广泛应用于各个领域。但是其独特的线性分子结构，使得聚乙烯呈现出低表面能、低润湿性、弱粘结等特点，限制了应用的扩展。表面接枝技术，能够在聚乙烯材料表面引入功能基团，改善表面性能进而拓展其功能及应用。本文介绍了用于聚乙烯材料表面接枝改性的常用技术，包括紫外光辐照接枝、电子束辐照接枝、等离子体接枝、高能γ射线辐照接枝和可逆失活自由基聚合等，并详细阐述了每种接枝技术的基本机理。介绍和讨论了接枝改性聚乙烯材料的多种性能，如摩擦学性能、生物相容性、抗菌性、抗冲击性能、离子导电性及其他性能。在此基础上，对改性聚乙烯材料的相关应用领域进行了综述。最后，提出接枝改性聚乙烯研究中存在的问题，并针对其应用前景进行展望。
摩擦磨损与润滑
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  L-PBF Ti6Al4V的表面氮化处理及腐蚀磨损性能研究

  秦文韬, 满成, 逄昆, 张宏伟, 崔中雨, 王昕, 崔洪芝

  表面技术. 2023, 52(9): 125-134, 159. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.009

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  目的 钛合金的耐蚀性能好，但耐磨损性能较差，大大限制了钛合金在许多工业及医学领域的应用。通过对L-PBF Ti6Al4V和轧制态Ti6Al4V合金在高纯氮气环境下进行氮化处理，探究氮化处理温度和原始组织差异对氮化处理结果及耐腐蚀磨损性能的影响。根据实验结果讨论不同氮化处理工艺下Ti6Al4V合金的组织演变，以及组织与腐蚀磨损的关系。方法 对轧制Ti6Al4V和L-PBF Ti6Al4V分别进行不同温度下的气体氮化处理，通过显微组织分析、力学性能测试、SEM、CLSM、腐蚀磨损测试等方法系统地研究氮化处理工艺对其耐腐蚀磨损性能的影响。结果 随着温度的升高，氮化物层和扩散层的厚度逐渐增加，氮化物主要由TiN和Ti2N组成。经氮化处理后，L-PBF Ti6Al4V和轧制态Ti6Al4V合金的氮化物层厚度分别达到10.2、8.23 μm，显微硬度分别达到1 251HV0.2、1 290HV0.2。合金的腐蚀磨损性能得到大幅提高，磨损与腐蚀之间的协同作用加速了材料的损失。未处理的Ti6Al4V合金的磨损类型以磨粒磨损为主，而经氮化处理后合金的磨损机制变为磨粒磨损与黏着磨损的组合。结论 轧制态Ti6Al4V中较多的β相促进了N的扩散，因而在试样中获得了更宽的固溶区;L-PBF Ti6Al4V中高含量α‘相的存在促进了氮化物层的形成，使得L-820和L-920试样的氮化物层更厚。
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  高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的冲蚀机理测试研究

  刘冰, 刘旭, 邓宽海, 林元华, 周念涛, 梅宗斌, 李双贵

  表面技术. 2023, 52(9): 135-145. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.010

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  目的 随着中国西北部地区油气勘探开发难度不断增加，钻井井控装置的节流管汇面临日益严重的高速颗粒冲蚀磨损问题，为有效支撑节流管汇的冲蚀预测、结构优化以及防冲蚀措施制定等工作的开展。 方法 依据标准ASTM-G76，采用气-固喷嘴冲蚀试验法，使用空气射流冲蚀试验机，开展了节流管汇材料30CrMo钢的冲蚀试验，并利用三维显微镜、扫描电镜(SEM)等设备，对试验结果进行了失重分析、三维轮廓分析和微观形貌分析。结果 冲蚀速率随冲击角(15°~90°)增加而减小，随颗粒冲击速度(107~149 m/s)增加而增大;冲蚀面积随冲击角增加而减小，几乎不随颗粒冲击速度变化;冲蚀深度随冲击角增加而先增大后减小(在60°冲击角附近最大)，随颗粒冲击速度增加而增大;30CrMo钢的冲蚀机制受冲击角影响，不受颗粒冲击速度影响;在低冲击角(15°、30°)下以犁削机制为主，在中等冲击角(45°)下以犁削、压实与开裂的混合机制为主，在高冲击角(60°、90°)下则以压实与开裂机制为主。结论 高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的材料移除过程为典型的塑性材料冲蚀行为;冲击角通过冲蚀机制影响冲蚀速率，颗粒冲击速度通过颗粒冲击能量影响冲蚀速率;建立了30CrMo钢的冲蚀速率方程，可直接用于材料抗冲蚀性能的横向对比或冲蚀CFD模型建立及仿真模拟;提升材料耐冲蚀性能及降低磨料质量分布密度可以减小冲蚀深度。
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  椭圆微织构结构参数对气膜浮环密封性能的影响

  王世鹏, 丁雪兴, 丁俊华, 洪先志, 包鑫

  表面技术. 2023, 52(9): 146-159. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.011

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  目的 提高以气体作为润滑介质的织构化浮环密封的密封性能，为气膜浮环密封的优化设计提供理论基础。方法 基于气体润滑理论，建立了表征织构化密封环间隙气体流动状态的物理方程，采用有限差分法对控制方程进行数值求解，以气膜浮升力最大和泄漏率最小为优选目标，分析特定工况条件下椭圆微织构孔结构参数对密封性能的影响规律，获得密封性能优良的结构参数的优选范围。结果 随着转速和压力的提高均可增强动压效应，提高气膜浮升力。泄漏率随着压力的增加显著升高，但随着转速的提高缓慢下降。椭圆微织构孔几何结构参数对浮环密封气膜浮升力数值的影响因素主次顺序为:面积率>形状比>织构深度>旋转倾角。对密封装置的泄漏率数值的影响因素主次顺序为:织构深度>形状比>面积率>旋转倾角。在转速和压力分析范围内，浮环密封的润滑与密封性能受轴套表面织构几何参数的影响，推荐优先选择的椭圆织构结构参数为:形状比γ=3∶1，面积率Sp=11%，旋转倾角β=0°和织构深度ht=1 μm，以获得良好的密封性能。结论 微织构的存在可以改善浮环密封的密封性能，选择合适的表面织构参数能起到减摩润滑的效果。研究结果可为气膜浮环密封的加工制造提供理论参考。
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  溅射技术对TiN涂层结构和力学性能的影响

  谷佳宾, 李建勇, 李刘合, 金杰, 张海鹏

  表面技术. 2023, 52(9): 160-169, 188. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.012

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  目的 沉积条件对TiN涂层的组织结构和力学性能有着至关重要的影响，而溅射技术又决定了涂层的沉积条件，探究不同溅射技术对TiN涂层的微观组织结构和性能的影响，提高TiN涂层的力学性能和高温摩擦磨损性能。方法 采用不同的溅射技术(dcMS、HiPMS、Hybrid)在M2高速钢表面沉积TiN涂层，利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、sin²ψ法、纳米压痕仪、洛氏压痕法、划痕法和CSM球盘式摩擦试验机分别测试了TiN涂层的组织结构特征、沉积速率、残余应力、纳米硬度、膜基结合力和高温摩擦磨损性能。结果 不同溅射技术制备的TiN涂层均为柱状晶结构和TiN (111)择优取向。HiPIMS-TiN涂层具有最高的纳米硬度(29.7 GPa)和最低的膜基结合力(HF2)，而Hybrid-TiN涂层呈现出最小的残余应力、高沉积速率和高膜基结合力，其膜基结合力达到HF1级，临界载荷(Lc2)达到82.5 N。不同溅射技术制备的TiN涂层的摩擦因数均随着温度的升高而降低，在500 ℃时，TiN涂层的摩擦因数约为0.53。TiN涂层的磨损率随着温度的升高而升高，在不同温度下，Hybrid-TiN涂层均呈现出最低的磨损率。结论 溅射技术对TiN涂层的组织结构和力学性能有着重要影响，Hybrid-TiN涂层呈现出最优的综合力学性能和高温摩擦磨损性能。
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  DZ125合金表面Cr-Al-Y涂层抗高温氧化性能及摩擦性能

  田兴达, 李涌泉, 王存喜, 梁国栋

  表面技术. 2023, 52(9): 170-177. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.013

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  目的 提高DZ125合金的抗高温氧化性能和耐磨性。方法 采用包埋渗技术在DZ125合金表面制备Cr-Al-Y涂层，分析Cr-Al-Y涂层经高温氧化后的组织结构和相组成，对比研究涂层与基体的摩擦行为。结果 Cr-Al-Y涂层具有多层组织结构，经高温氧化100 h后，涂层的平均质量损失量仅为0.85 mg/cm²。由于在高温氧化过程中Cr-Al-Y涂层形成了连续致密的Al2O3和Cr2O3氧化膜，随着氧化温度的升高，涂层表面的氧化速率增大，导致氧化产物剥落，并出现表面缺陷。Cr-Al-Y涂层的摩擦因数明显低于DZ125基体的摩擦因数，DZ125合金的摩擦因数约为0.45，Cr-Al-Y涂层的摩擦因数约为0.2。在摩擦过程中，DZ125合金发生了犁削磨损和磨粒磨损，涂层表面发生了磨粒磨损。结论 该涂层具有优异的抗高温氧化性能，连续致密的Al2O3氧化膜和Cr2O3氧化膜能够有效阻挡氧化性气氛与基体直接接触，从而降低氧化速率。Cr-Al-Y涂层的摩擦因数明显低于DZ125基体的摩擦因数，在磨损过程中涂层表面的氧化膜能有效阻挡GGr15球与基体发生直接接触式对磨，并且形成的Al2O3和Cr2O3起到了润滑相的作用，从而减小了摩擦因数，降低了磨损率，提高了合金的耐磨性。
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  运行工况对碳刷/集电环摩擦副表面膜形成的影响

  秦红玲, 王锦涛, 李洪波, 赵新泽, 易静雯, 赵益俊, 任志英

  表面技术. 2023, 52(9): 178-188. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.014

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  目的 解决水轮发电机组碳刷/集电环组件接触界面表面膜形成困难和容易破损的问题。方法 在分析载流摩擦表面膜层成因的基础上，采用某水轮发电机组所用的碳刷及集电环配副，在同尺寸水轮发电机组碳刷/集电环模拟试验台进行相似性试验，用四探针方阻仪表征表面膜层的氧化情况，研究电流密度、速度、温度、载荷对集电环表面膜生成的影响。结果 碳刷与集电环形貌磨合大约需要200 min，随后表面膜逐渐形成。在4、8 m/s转速下，正极集电环表面方阻的最大值可达到0.6 mΩ，在12 m/s转速下正极集电环表面方阻的最大值可达到25 mΩ。电流提高了摩擦副的温度，有利于氧化反应的进行，但过高的温度会导致摩擦表面水分子脱附，从而严重磨损表面膜。负极碳刷的温度普遍高于正极碳刷。弹簧压力分布不均会导致碳刷载流分配不均，更易引发负极碳刷出现高温，损坏表面膜。在12 m/s转速、800 A电流工况下，表面膜的生成速度相对最快。结论 表面膜主要由石墨层和氧化物层组成，在表面膜的形成过程中，碳刷与集电环间的接触电阻在前期以收缩电阻为主，在后期以膜层电阻为主。膜层电阻主要受到膜层厚度的影响。转速是影响表面膜生成速率的主要因素。高温是造成表面膜破坏的直接原因。
腐蚀与防护
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  纳米钛基杂化材料对水性环氧涂层组织结构和耐蚀性能的影响

  焦志强, 魏世丞, 韩庆, 王博, 陈建设, 李斌川

  表面技术. 2023, 52(9): 189-198. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.015

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  目的 研究不同纳米钛基杂化材料含量对水性环氧树脂涂层组织结构和耐腐蚀性能的影响。方法 以纳米钛基杂化材料为填料，采用物理共混法对水性环氧涂料进行改进，通过铅笔硬度测试、十字划格附着力测试、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、电化学测试以及盐雾试验等方法对涂层的力学性能、微观形貌、组织结构及耐蚀性能进行检测。结果 随着纳米钛基杂化材料含量的增加，涂层硬度逐渐上升，由HB变为3H，并且涂层的附着力保持为0级，同时涂层的防腐性能随纳米钛基杂化材料含量的增加先增强后减弱。当纳米钛基杂化材料质量分数为10%时，涂层最为致密，涂层的腐蚀电位最高，为?1.024 9 V，腐蚀电流密度最小，为8.09×10^?8 A/cm²，涂层低频部分的阻抗模值最大，为7.6×10⁵ Ω.cm²，较纯水性环氧树脂涂层提升了3倍，并且在60d的盐雾试验后涂层表面状况最佳，表现出良好的防腐性能。结论 纳米钛基杂化材料可以明显改善环氧树脂乳胶颗粒团聚的现象，提升涂层的致密性，增加涂层的铅笔硬度，增强涂层的防腐性能。
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  超声振动辅助激光熔覆IN718-Hf涂层的抗高温氧化性能

  嵇春艳, 黄蕾, 徐家乐, 蔡杰, 张腾, 孟宪凯, 黄舒, 周建忠

  表面技术. 2023, 52(9): 199-208. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.016

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  目的 基于航天航空领域对IN718合金的抗高温氧化性能需求，通过活性元素(RE)掺杂与物理场辅助，提升IN718合金的抗高温氧化性能。方法 采用超声振动辅助激光熔覆工艺，在IN718合金表面制备IN718-Hf熔覆层，研究涂层的微观结构演变，以及在800 ℃下长达100 h的氧化行为。利用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针显微分析仪(EPMA)研究涂层的显微组织、氧化膜结构和元素分布。通过X射线衍射仪(XRD)分析物相。结果 在不同Hf含量(均以质量分数表示)的涂层中，IN718-Hf(0.3%)涂层中的氧化层最薄、最均匀。Hf的高化学活性使得它很容易与其他元素发生反应，增加了成核粒子数量，使涂层中的微观结构细化。超声振动的施加提升了熔池的过冷程度，同时打碎了熔池中粗大的柱状枝晶，从而达到了细化晶粒的目的。晶粒细化有利于形成致密均匀的氧化层，从而增强材料的抗高温氧化性。氧化层具有双层结构，外层为MnCr2O4尖晶石，内层为Cr2O3。Hf的掺杂和超声振动的施加促进了MnCr2O4尖晶石氧化物和Cr2O3的优先生成。超声振动辅助IN718-Hf涂层的氧化增量(0.349 mg/cm²)、氧化速率常数(1.21×10^–3 mg².cm^–4.h^–1))与IN718涂层相比，分别减少了46%、69%。结论 Hf的掺杂和超声振动促进了涂层微观结构的细化，提升了抗高温氧化性能，扩展了IN718合金在航天航空领域的运用。
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  Q235碳钢表面SiO2/PDMS超疏水涂层的制备及防腐性能研究

  于元昊, 董玉花, 邢静, 陈亚敏, 宁浩良, 赵彤, 彭淑鸽

  表面技术. 2023, 52(9): 209-219. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.017

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  目的 提高Q235碳钢的耐腐蚀性能。方法 在Q235表面先提拉聚二甲基硅氧烷(PDMS)，预固化后再次提拉含疏水气相二氧化硅的PDMS分散液，完全固化后在Q235表面构建一个SiO2/PDMS超疏水涂层。通过扫描电镜、激光共聚焦显微镜、能谱、接触角、砂纸磨损、划格试验对涂层的形貌、结构和表面性质进行分析;采用电化学工作站对涂层的耐腐蚀性和耐久性进行评价。结果 SiO2纳米粒子被镶嵌在PDMS中，在Q235表面形成了一种微纳粗糙结构，平均粗糙度为2.2 μm;涂层表面能仅为5.6 mJ/m²，接触角为152.6°;涂层机械稳定性和结合力优异，砂纸磨损15个周期及划格试验30个周期后，仍保持超疏水。电化学研究表明，在Q235表面引入SiO2/PDMS后，阻抗提升了2个数量级，电容降低了6个数量级;腐蚀电位正向移动了0.419 2 V，腐蚀电流密度降低了3个数量级;涂层对Q235的防腐效率高达99.8%，呈现出优异的耐腐蚀性。在腐蚀液中浸泡一周后，SiO2/PDMS涂层仍保持超疏水和优异的耐腐蚀性，表明涂层耐久性良好。结论 以PDMS为疏水层，纳米SiO2为填料构筑粗糙表面，通过条件控制实现防腐底层和超疏水表层间的界面融合，从而引入稳定的SiO2/PDMS超疏水涂层，提高了Q235的耐腐蚀性和耐久性。本研究为在金属表面构筑稳定的超疏水涂层提供了一种方法，有望拓展金属在恶劣环境中的应用。
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  抗微生物腐蚀管材在SRB/CO2环境中膜特征及其腐蚀行为

  赵国仙, 丁浪勇, 刘冉冉, 王映超, 张思琦, 董博星, 宋洋

  表面技术. 2023, 52(9): 220-231. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.018

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  目的 通过试验观察硫酸盐还原菌(SRB)/饱和CO2对抗微生物腐蚀管材的腐蚀特征，探究SRB对CO2腐蚀的影响。方法 通过细菌计数得到有、无饱和CO2环境中浮游SRB的生长曲线。通过浸泡试验，获得SRB、饱和CO2、SRB+饱和CO2(3种不同环境)对腐蚀速率的影响。采用SEM、EDS及XRD对试样在3种不同环境中腐蚀后的表面形貌、腐蚀产物的成分及物相组成进行分析。通过腐蚀电化学测试，研究3种不同环境中对抗微生物腐蚀管材腐蚀的影响。结果 CO2腐蚀和SRB腐蚀相互抑制，同时CO2作为SRB生长的迟效碳源，为SRB的二次生长提供能量。整个腐蚀过程受CO2腐蚀、细菌正常生长代谢形成生物膜、膜层易开裂和脱落等影响。浸泡15 d后，极化电阻呈现Rp(SRB)>Rp(SRB+饱和CO2)>Rp(CO2)规律。在含SRB环境中，由于SRB参与腐蚀反应后，将硫酸盐还原产生H2S，H2S与Fe²⁺反应生成FeS，少许FeS与空气接触会生成单质S，使得该环境中检测出的S元素比无菌环境中高。结论 SRB+饱和CO2环境中，生物膜的形成提高了腐蚀产物膜的结合力，导致穿越膜层的腐蚀性离子减少，减缓了腐蚀，所以SRB的存在对抗微生物腐蚀管材的CO2腐蚀具有明显抑制作用。
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  稀土元素Ce、Y在Mg-Mn-RE镁合金腐蚀中的作用及其差异

  王熠玮, 郭锋, 胡文鑫, 刘亮, 赵学平

  表面技术. 2023, 52(9): 232-240, 264. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.019

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  目的 探究Ce、Y稀土元素在Mg-Mn-RE镁合金腐蚀中的作用及其差异。方法 制备不同稀土含量的Mg-Mn-Ce和Mg-Mn-Y合金，采用在NaCl溶液中浸泡的方法，考察合金的腐蚀性能及腐蚀类型。测试合金的电化学性质，分析合金的腐蚀与缓蚀机制。基于合金显微组织的变化，讨论Ce、Y元素在合金腐蚀中的作用及其差异。结果 Mg-Mn-Ce和Mg-Mn-Y合金的腐蚀率随浸泡时间的增加而减小。当Ce、Y的质量分数分别为1.0%和0.5%时，合金的腐蚀质量损失最小。Mg-Mn-Ce合金中的Ce几乎全部形成了Mg12Ce化合物，并以共晶体的形式分布于晶界，合金优先在晶界发生微电偶腐蚀，表现出典型的晶间腐蚀形貌。随着Ce含量的提高，Mg-Mn-Ce合金的微电偶腐蚀加剧。Mg-Mn-Y合金以基体的阳极溶解为主，基体从固溶应力较大的腐蚀活性点优先开始腐蚀，合金表现出带有微坑的均匀腐蚀形貌。随着Y含量的提高，Mg-Mn-Y合金的阳极溶解腐蚀加快。Ce、Y元素能提高合金的膜电阻和电荷转移电阻，但Ce和Y分别在提高膜电阻和电荷转移电阻方面具有更明显的作用，且分别通过提高腐蚀产物膜的致密性和固溶体的电位对合金的腐蚀产生减缓作用。结论 Mg-Mn-Ce和Mg-Mn-Y合金的显微组织以及Ce、Y在合金腐蚀中的作用不同，导致合金的腐蚀和缓蚀机制存在明显的差别。
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  Cr涂层Zr-4合金包壳的高温空气氧化/扩散行为

  李志平, 宋鹏, 张瑞谦, 李青

  表面技术. 2023, 52(9): 241-246, 264. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.020

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  目的 在Zr合金包壳表面制备Cr涂层，以提高Zr合金包壳在事故环境下的抗高温氧化性能。方法 采用多弧离子镀技术在Zr-4合金包壳上制备约17 μm的Cr涂层，通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)和电子探针(EPMA)等方法，分析试样氧化前后的相组成、微观形貌和扩散行为，并评估试样在1 100、1 200、1 300 ℃空气环境中氧化后的高温氧化性能。结果 沉积态Cr涂层显微结构致密均匀，(110)面有很强的织构。Cr涂层在高温空气中氧化60 min后，保持了涂层结构完整性。氧化后的Cr涂层Zr合金系统均为多层结构，包括外部Cr2O3层、中间Cr涂层、内部Cr-Zr扩散层和Zr合金基体。在涂层/基体界面上形成了具有Laves相的金属间ZrCr2扩散层，ZrCr2层下方的区域出现了大量分散的沉淀相。在Cr-Zr中间层和Zr合金界面处的不对称原子扩散导致Kirkendall空位生成，空位的聚集和合并导致空穴的形核和生长。结论 Cr涂层表面形成了致密的Cr2O3层，提高了Zr-4合金的抗高温氧化性能。通过研究高温空气中Cr涂层Zr-4合金包壳材料的高温空气氧化/扩散行为，可为耐事故涂层的开发、制备和应用提供一定的理论指导和技术支持。
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  溶蚀型海洋防污涂料制备及其性能

  于雪艳, 高鹏, 陈正涛, 康思波, 张华庆, 王效军, 刘术辉, 丛巍巍, 张凯, 桂泰江

  表面技术. 2023, 52(9): 247-252. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.021

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  目的 合成具有溶蚀性能的丙烯酸基体树脂，用该树脂制备中期效短期效溶蚀型海洋防污涂料。方法 自由基聚合法合成具有溶蚀性能的丙烯酸基体树脂，用该基体树脂配以市场价格较便宜性价比较高的有机类防污剂代森锌、吡啶硫酮锌、敌草隆等，颜填料，助剂等制备溶蚀型海洋防污涂料。通过实海挂板试验、耐淡水浸泡测试、涂层微观样貌对涂层进行表征。结果 丙烯酸基体树脂聚合物的数均分子量控制在25 000左右较为合适，即聚合反应温度控制在110 ℃，引发剂用量为4份时较为合适。羧酸单体的含量为25%~30%时，基体树脂具有较好的溶蚀性能。制备的溶蚀型防污涂料经24个月实海挂板试验验证，具有优异的防污期效，经过12个月淡水浸泡，涂层不起泡、不脱落。防污涂层表面微观样貌表征，基体树脂的溶蚀性能，防污剂溶出后，涂层表面粗糙度增大，表面留有孔洞。结论 该溶蚀型防污涂料具有优异的防污性能，能够防止海洋附着生物对船底和其他海洋设施的污损，可适用于中小型渔船对短期效海洋污损防护需求。
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  锌铝镁镀层不同表面处理体系成分分析及耐蚀性研究

  邵蓉, 黎敏, 刘永壮, 曹建平, 李学涛

  表面技术. 2023, 52(9): 253-264. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.022

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  目的 分析锌铝镁镀层不同表面处理体系的成分，考察表面处理膜层的耐蚀性，明晰不同表面处理方式的防腐机制。方法 通过白光干涉仪和扫描电镜(SEM)对3种表面处理方式下锌铝镁钢板不同表面微观形貌进行观察，通过辉光光谱(GDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及傅里叶变换红外反射吸收光谱(FTIR)对表面处理膜膜层厚度及成分结构等进行表征，并结合家电板实际使用条件，考察不同钝化膜层的耐蚀性。结果 涂油样品表面存在约10 nm厚、以烃类基础油和钙盐缓蚀剂等成分为主的油膜。三价铬钝化膜为厚度约50 nm，以Cr2O3、Cr(OH)3及ZnO为主的致密不溶性氧化物膜层，无铬钝化膜为厚度约3 μm、以氨基硅烷-树脂为主成膜物质的有机钝化膜。XPS及FTIR结果表明，硅烷-树脂在钢板表面发生了交联反应，形成了三维立体网状结构，同时钝化膜与镀层Zn之间形成了强化学键作用。电化学试验结果表明，三价铬钝化以及无铬钝化样品具有更小的自腐蚀电流密度及更大的电化学阻抗。在中性盐雾环境中，三价铬钝化膜具有更好的平面耐蚀性。无铬钝化膜具有更优异的划叉耐蚀性。结论 三价铬钝化处理以及无铬钝化处理锌铝镁板的腐蚀倾向均小于涂油处理锌铝镁板的，相关研究可为锌铝镁镀层材料在家电板市场的推广应用提供理论支撑。
精密与超精密加工
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  单晶铜在不同温度下的纳米切削机理研究

  张彭, 李新建, 张健生, 张毅, 黄小光, 叶贵根

  表面技术. 2023, 52(9): 265-277. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.023

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  目的 虽然纳米切削是21世纪超精密加工技术的重要发展方向之一，但现有的纳米切削机理仍不完善。因此，采用数值模拟方法，从晶体结构、力学和粒子运动等方面对纳米切削机理进行补全。方法 首先，基于分子动力学方法对纳米尺度下的单晶铜进行了拉伸模拟，总结其在不同温度下的韧脆性特征;其次，对纳米尺度下的单晶铜进行了切削模拟，系统性地研究了切削过程中晶体结构、切削力、应力应变分布，以及原子运动特征在不同材料韧脆性下的变化规律。结果 拉伸模拟结果表明，低温下单晶铜脆性特征显著，但仍具有一定的韧性。随着温度的升高，单晶铜脆性减弱，韧性增强。切削模拟结果表明，靠近工件自由面的材料沿主剪切方向发生持续的剪切滑移和周期性的长距离错动，形成多种晶体结构有序分布的块状切屑。靠近刀具的材料在推挤作用下由晶体结构变为非晶结构，之后持续流动形成切屑。随着切削温度的升高，块状切屑中的长距离错动频率提高，通过剪切形成的块状切屑尺寸减小，而通过推挤形成的流动状切屑厚度增加。结论 切屑的形成方式包括剪切和推挤2种类型。低温下，剪切切屑形成过程占据主导地位，切屑呈现明显的块状。随着温度升高，切屑形成机理从剪切向推挤转变。
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  面向绿色高表面质量制造的硬态车削工艺多目标参数优化

  迟玉伦, 范志辉, 葛爱丽, 李怡霖

  表面技术. 2023, 52(9): 278-293. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.024

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  目的 为了进行硬态车削绿色制造与工艺性能协同优化研究，提出一种同时考虑碳排放量和表面粗糙度的多目标优化方法。方法 首先，通过分析硬态车削过程中切削参数、工件材料、刀具材料等因素对切削功率的影响建立碳排放目标函数，针对工件的表面粗糙度受到切削条件、工件材料、刀具材料等诸多因素的影响，利用正交试验和广义回归神经网络建立轴承硬态车削表面粗糙度目标函数。然后，考虑加工过程中机床特性和硬车实际工况等约束条件，建立以切削参数为优化变量，以碳排放量和表面粗糙度为优化目标的多目标优化模型，引入权重系数将其转化为单目标优化模型。最后，利用遗传算法对优化模型进行优化求解，深入分析切削参数对优化目标的影响。结果 在工厂实际轴承产品硬车试验中验证了优化模型的有效性，结果表明，切削速度为225 m/min、进给量为0.08 mm/r、背吃刀量为0.10 mm时，碳排放量和表面粗糙度的综合优化指标最低。相比优化前，虽然碳排放量上升了13.05%，但表面质量提升了34.44%。结论 研究结果对面向绿色制造的轴承硬车工艺参数优化提供理论方法有重要意义。
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  GCr15轴套纵扭超声磨削表面形貌预测及试验研究

  楚帅震, 牛赢, 王壮飞, 焦锋

  表面技术. 2023, 52(9): 294-305, 339. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.025

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  目的 构建纵扭超声磨削(LTUG)表面形貌预测模型，分析工艺条件和参数对表面粗糙度Ra值的影响，揭示GCr15轴套LTUG内圆表面形成机理。方法 基于弹性变形对LTUG单颗磨粒运动轨迹的影响，根据切削厚度概率密度函数和相邻磨粒轨迹重叠效应，建立了多磨粒超声振动作用下的最大未变形切削厚度模型，利用表面残余材料高度公式建立了GCr15轴套内圆磨削形貌预测模型，以LTUG和普通磨削(OG)方式对GCr15轴套内圆进行试验，采用正交试验验证表面形貌模型的准确性，观察并分析LTUG和OG作用后的GCr15轴套内圆表面形貌，最后利用所建立的表面形貌模型，研究磨削参数和超声振幅对表面Ra值的影响。结果 结果表明，基于所建立的表面形貌模型计算而得的表面Ra值与试验结果间的误差在13.2%以内，与OG相比，LTUG作用下的表面沟槽磨痕更均匀;LTUG作用下的表面轮廓呈现规律的周期性波动，且随振幅的增大，表面轮廓顶峰之间的间距逐渐增大;LTUG作用下的表面Ra值均低于OG，表面Ra值的降低幅度最大达到20%，随振动幅值的增大，表面Ra值逐渐减小，当振幅增大到一定程度时，表面Ra值呈现增大趋势。结论 建立的LTUG形貌预测模型具有良好的准确性，在合适的工艺参数下，LTUG可明显降低表面Ra值，与OG相比，在相同时间内，LTUG作用下的磨粒运动轨迹长度更长，且LTUG区域的弹性变形对磨粒运动轨迹和最大未变形切削厚度均有不同程度的影响。
表面功能化
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  覆冰损伤后天然超疏水表面湿润性恢复机理研究

  胡琴, 杨航, 蒋兴良, 舒立春

  表面技术. 2023, 52(9): 306-312. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.026

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  目的 针对目前缺乏超疏水表面损伤后的湿润性恢复机理，揭示覆冰损伤后天然超疏水表面湿润性的恢复机理，以期为制备自恢复超疏水表面提供理论依据。方法 将荷叶置于低温低压人工试验室中，在不同“覆冰–脱冰”循环损伤次数后，使用共聚焦显微镜分别测量样品的湿润性、粗糙度，分别评价荷叶植株在“覆冰–脱冰”损伤后的湿润性及表面粗糙度的恢复过程，根据恢复过程特征分析恢复机理。结果 经“覆冰–脱冰”循环处理后的样品，其静态接触角降至105.34°~123.07°，滚动角增至39.5°~70.2°，表面算术平均高度（Sa）降至3.123~2.624 μm，表面均方根高度（Sq）降至3.542~3.113 μm；对于“覆冰–脱冰”循环损伤1次的荷叶植株，在48 h后其静态接触角恢复到150°以上。滚动角在24 h后降至10°以下。经3次“覆冰–脱冰”循环（约72 h）后，静态接触角、滚动角恢复到初始值。经过5次“覆冰–脱冰”循环损伤后，荷叶无法完成恢复过程，部分恢复湿润性后逐渐枯萎。结论 荷叶表面的静态接触角和滚动角恢复过程由表皮细胞重新扩张、表皮蜡层恢复2个因素决定。植株存活且表面局部损伤后，其静态接触角和滚动角都完全恢复，静态接触角更依赖于植物细胞和表皮蜡层所形成的微观粗糙度，而滚动角更依赖于微观粗糙度之上的纳观粗糙度，即滚动角比静态接触角更依赖于纳观粗糙度的恢复。
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  基于载能离子束技术制备超薄无胶挠性覆铜板

  张一凡, 闫维卿, 李倩, 袁恒, 沈永清, 陈琳, 庞盼, 欧阳潇, 廖斌

  表面技术. 2023, 52(9): 313-321. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.027

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  目的 开发超薄的无胶二层挠性覆铜板(2L-FCCL)。方法 融合MEVVA离子注入、磁过滤阴极真空弧和化学电镀技术在柔性聚酰亚胺表面构筑梯度金属化结构，并为超薄无胶二层挠性覆铜板的制备提供解决方案。结果 通过XPS、ATR-FTIR光谱及反应分子动力学(ReaxFF-MD)模拟证明了Ni⁺注入过程中聚酰亚胺亚表层互键连网络的形成，这种离子螯合反应带来的机械互锁效应能够极大提高界面附着强度。此外，磁过滤阴极真空弧技术制备的γ (Ni-Cr)合金过渡层具有良好的柔韧性和延展性，有助于Cu膜的后续生长，并增强协同变形能力。通过45°剥离试验测得NiCr合金层与聚酰亚胺基底之间的附着强度为(1.75±0.16)N/mm，而精细化挠性覆铜线路经历1 000次弯折试验后在其高变形区域未观察到裂纹萌生或线路剥落现象。结论 通过MEVVA离子注入与磁过滤阴极真空弧技术的耦合可以显著提升挠性覆铜板的机械稳定性，有望应用于高端挠性覆铜板的工业化制备。
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  不同活化方式对橡胶沥青-集料黏附性的影响

  谢娟, 陈学儒, 罗浩宸, 赵勖丞, 贺文

  表面技术. 2023, 52(9): 322-330. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.028

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  目的 通过对橡胶粉进行活化处理，提升橡胶沥青-集料的黏附性。研究不同活化方式对橡胶沥青黏附性的影响，探究橡胶沥青与集料的吸附方式。方法 用接枝活化和涂覆活化的方法对橡胶粉进行预处理，通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)对活化橡胶粉进行表征。分析了橡胶粉经过活化预处理对橡胶沥青黏附性产生影响的原因。通过接触角试验、表面能理论和水煮法试验，分别评价了3种橡胶沥青的表面自由能(Surface Free Energy, SFE)、能量比(Energy Ratio, ER)和黏附等级，并通过红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)对3种橡胶沥青与集料的吸附方式和黏附机理进行分析。结果 普通橡胶沥青(Crumb Rubber Modified Asphalt, CRMA)、涂覆活化橡胶沥青(Coating Activated Crumb Rubber Modified Asphalt, AC-CRMA)和接枝活化橡胶沥青(Grafting Activated Crumb Rubber Modified Asphalt, AM-CRMA)表面自由能分别为:13.28 mJ/m²、13.79 mJ/m²和15.77 mJ/m²;涂覆活化橡胶沥青能量比相较于普通橡胶沥青提高了4.0%，接枝活化橡胶沥青能量比相较于普通橡胶沥青提高了18.5%，接枝活化橡胶沥青能量比相较于涂覆活化橡胶沥青提高了13.9%;普通橡胶沥青的黏附等级为4级，接枝活化橡胶沥青和涂覆活化橡胶沥青的黏附等级均为5级。结论 对橡胶粉进行活化预处理可以有效改善橡胶沥青的黏附性，同时，接枝活化对橡胶沥青黏附性的提升要优于涂覆活化。
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  低共熔溶剂中超疏水结构的一步电沉积制备及性能研究

  李梦情, 崔偎偎, 白子龙, 徐银杏, 于会珠, 李瑞乾

  表面技术. 2023, 52(9): 331-339. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.029

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  目的 实现电沉积镀层表面微纳分级结构的简单构筑，赋予其优异的超疏水特性。方法 以氯化胆碱-尿素低共熔溶剂为溶剂，加入一定比例的氯化镍和硬脂酸溶解后得到电解液，通过调节电沉积时间得到一系列不同形貌的硬脂酸镍镀层。利用SEM、FTIR和XPS等表征技术研究了沉积时间对所制备镀层形貌和组成的影响，利用接触角测量仪探究了不同形貌硬脂酸镍的超疏水性和化学稳定性，利用电化学工作站考察了超疏水镀层的耐腐蚀性。结果 在低共熔溶剂中通过一步电沉积法得到不同形貌结构的硬脂酸镍镀层，其表面形貌与沉积时间密切相关。沉积初期呈现纳米片状结构，随着沉积进行，硬脂酸镍纳米片逐渐堆积、交叉，最终形成花状微纳分级结构。得益于其独特的微纳分级结构和自身低表面能特性，花状硬脂酸镍镀层不仅具有优异的超疏水性(θWCA=(157.3±1.9)°，θSA=(3.6±1.1)°)和自清洁特性，还对强酸、强碱以及盐溶液表现出优异的化学稳定性。与纳米片状和零散花状的硬脂酸镍相比，花状微纳分级结构的硬脂酸镍的耐腐蚀性(Jcorr=1.75×10^?6 A/cm²)分别提高了20倍和7倍。结论 以低共熔溶剂为电解液，通过控制沉积时间可实现镀层表面微纳分级结构的调控与构筑，进而获得性能优异的超疏水镀层。
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  两种硅烷偶联剂修饰的铝合金表面超疏水性能研究

  李文艳, 杨含铭, 夏祖西, 彭华乔, 石涛

  表面技术. 2023, 52(9): 340-350. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.030

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  目的 探究硅烷偶联剂对铝合金超疏水表面性能的影响。方法 通过化学刻蚀并结合硅烷偶联剂修饰，在AMS 4037铝合金上制备超疏水表面。首先，通过HCl/H2O2混合液对铝合金进行刻蚀，在其表面构造具有多级蜂巢状的微/纳复合结构，再分别采用硅烷偶联剂和含氟硅烷进行疏水改性。详细研究2种改性剂的浓度对刻蚀铝合金表面润湿性的影响。采用接触角测量仪对材料表面润湿性和表面自由能进行测试，通过扫描电镜、能谱仪、激光共聚焦显微镜对表面微观结构和化学成分进行表征。同时，对2种硅烷偶联剂修饰的铝合金超疏水表面进行液滴冻结时间、防覆冰及自清洁行为测试。结果 铝合金表面的疏水性并不总是与改性剂的浓度呈正相关。当改性剂的质量分数为0.5%时，经硅烷偶联剂修饰后其刻蚀表面的接触角为156.3°，但滚动角大于30°，而经含氟硅烷修饰后其表面的接触角可达164.4°，滚动角为6°。液滴在硅烷偶联剂和含氟硅烷修饰后的超疏水表面的冻结时间分别为37、45 s。结论 相较于硅烷偶联剂修饰的刻蚀表面，含氟硅烷改性后其表面能更低，疏水效果更好。相较于未处理的铝合金表面，经硅烷偶联剂修饰后铝合金超疏水表面可显著抑制液滴的冻结过程，具有更长的冻结时间和延迟覆冰的能力，并且含氟硅烷修饰后表面的防冰性能更佳。自清洁实验也证明经含氟硅烷修饰后的表面具有更好的自清洁性能，其表面的微小灰尘颗粒更易被带走。
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  四棱锥复合梯度表面液滴的定向移动

  王湘涵, 弯艳玲, 楚顺顺, 许金凯, 吴庆堂

  表面技术. 2023, 52(9): 351-357, 407. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.031

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  目的 探究出能使液滴移动距离达到最大的复合表面制备手段，以及液滴在其表面的移动机理及影响因素。方法 采用电火花加工技术在H62黄铜表面制备四棱锥结构构建结构梯度，并通过化学刻蚀在四棱锥表面制备润湿梯度，从而形成复合梯度结构。分别使用扫描电子显微镜和高速摄像机观察复合表面的微观结构与试件表面液滴的移动过程。结果 复合结构表面不仅具有不对称几何形状引起的拉普拉斯压力，其上的液滴还会受到不平衡表面张力的作用。润湿梯度提供的不平衡表面张力与结构梯度形成的拉普拉斯压力共同组成驱动合力，令液滴在相较单一梯度表面表现出更强的移动性能。对比分析侧面夹角等因素对液滴定向移动的影响规律后得出，经化学蚀刻后的复合表面，液滴移动距离提升明显，并且移动距离增加量与夹角β成正比。在结构梯度与润湿梯度的共同作用下，液滴在β=5°的试件表面上定向移动距离达到最大，最大移动距离Lmax=6.96 mm。结论 相较于单一梯度表面，复合型液滴定向移动表面可以获得最长的移动距离，表现出良好的应用前景。制备方法上，电火花线切割与化学刻蚀操作简单，成本低廉，有助于推动制备大批量液滴定向移动复合表面的相关研究。
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  水下超疏油不锈钢网的制备及其油水分离性能研究

  武金龙, 付玉坤, 李郝琪, 施冬梅, 范瑞娟, 张永兰, 谭梦妍, 王鹏

  表面技术. 2023, 52(9): 358-367. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.032

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  目的 利用简便工艺，得到具有抗菌和可循环性的油水混合物高效分离用水下超疏油不锈钢网(SSM)材料。方法 将酸洗预处理后的不锈钢网依次浸入羧甲基纤维素、海泡石分散液和壳聚糖季铵盐溶液中改性处理，得到可高效分离油水混合物的水下超疏油不锈钢网。利用接触角测量仪、扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪等设备对改性后不锈钢网的微观形貌结构、润湿性、稳定性、抑菌性以及油水分离效果进行了测试分析。结果 改性后不锈钢网表面被成功地构筑了一层具有微/纳米级结构的绿色亲水涂层，在空气中水接触角可达到0°，水下对不同油的接触角都可达到150°以上(在经酸、碱、盐溶液腐蚀浸泡8 h及物理刮擦20次后依然如此);对于不同种类的油水混合物分离效率都可达到98%以上，经过20次循环分离及酸碱盐溶液腐蚀浸泡8 h后分离效率仍大于97%，且对于金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌效果。结论 通过浸涂与液相沉积方法简便环保地在不锈钢网表面构筑了具有抗菌性的水下超疏油涂层，对于多种油水混合物都表现出优异的分离性能，本研究为超亲水-水下超疏油分离材料低成本绿色简便制备提供了新的思路。
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  碳材料改性的Ag/AgCl海洋电场探测电极的孔隙率研究

  肖海舰, 宋玉苏, 李红霞

  表面技术. 2023, 52(9): 368-376, 429. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.033

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  目的 制备石墨烯、活性炭及碳纤维改性Ag/AgCl海洋电场探测电极，研究改性电极的孔隙率变化及孔隙率对电极极差性能的影响。方法 首先将3种碳材料与Ag粉、AgCl粉末混合，并采用粉压法将其压制烧结成电极，并对电极进行吸水率测试、孔隙率计算、极差测试以及表面形貌观察。结果 经过石墨烯改性的电极性能提升最明显，吸水率可达0.026，孔隙率可达4.15%，相比于未改性的电极(吸水率0.003，孔隙率0.071%)有较大的提高，且极差减小至0.072 mV，极差稳定时间缩短至约3 h。采用超景深三维显微系统对4种电极表面形貌进行观察，石墨烯、活性炭的加入有效提高了电极表面孔的数量以及微观高度差的大小，GO-Ag/AgCl电极的表面孔洞较大且分布均匀，微观高度差达到41.27 μm。结论 孔隙率与电极极差、极差稳定时间有较大的相关性，在一定范围内，孔隙率越大，电极极差越稳定且越小，极差稳定时间越小，且石墨烯的引入可有效提升Ag/AgCl电极的孔隙率，对其极差性能有较大提高。
激光表面改性技术
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  激光沉积CoCrFeNiSi-(Al,Ti)非等原子比高熵合金涂层腐蚀行为研究

  唐延川, 王友星, 刘德佳, 焦海涛, 胡勇, 唐兴昌, 赵龙志

  表面技术. 2023, 52(9): 377-387, 396. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.034

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  目的 研究Al、Ti元素对激光沉积CoCrFeNi系高熵合金涂层耐蚀性能影响，并对影响程度进行比较。方法 采用激光沉积技术在316L不锈钢表面制备CoCrFeNiSi0.5、CoCrFeNiSi0.5Al0.5、CoCrFeNiSi0.5Ti0.5、CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5等4种成分的高熵合金涂层，并通过X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FESEM)以及电化学工作站等设备对高熵合金涂层凝固组织形貌、微观组织形貌、微区成分分布、耐腐蚀性能等方面进行分析研究。结果 激光沉积CoCrFeNiSi0.5高熵合金涂层物相由单一面心立方(FCC)相构成;CoCrFeNiSi0.5Al0.5高熵合金涂层的主要物相变成体心立方(BCC)相，并形成沿晶界网状分布的Cr3Si相;CoCrFeNiSi0.5Ti0.5高熵合金涂层的主要物相仍为FCC相，但枝晶间区域内形成G相(Ni16Ti6Si7)，枝晶内区域形成长条状Cr15Co9Si6相;CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5高熵合金涂层的主要物相为BCC相，枝晶间区域G相含量较CoCrFeNiSi0.5Ti0.5合金涂层有所降低，枝晶内区域形成弥散分布的方形纳米Fe3Al相。激光沉积CoCrFeNiSi-(Al,Ti)非等原子比高熵合金涂层在0.5 mol/L H2SO4溶液中的耐蚀性大小依次为CoCrFeNiSi0.5Ti0.5>CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5>CoCrFeNiSi0.5>CoCrFeNiSi0.5Al0.5。浸蚀后，CoCrFeNiSi0.5高熵合金涂层以均匀腐蚀为主，CoCrFeNiSi0.5Al0.5涂层产生严重的晶间腐蚀，CoCrFeNiSi0.5Ti0.5涂层主要为枝晶间区域的点蚀，CoCrFeNiSi0.5Al0.5Ti0.5涂层枝晶间区域的点蚀程度明显高于CoCrFeNiSi0.5Ti0.5涂层，且枝晶内区域的纳米第二相颗粒发生脱落。结论 在酸性溶液环境中，相较于Al元素，Ti元素可更有效地提升激光沉积CoCrFeNi系高熵合金涂层的耐蚀性能。
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  激光冲击光整对2024铝合金铣削平面表面质量的影响

  李海洋, 赵喆, 郑超, 季忠, 赵国群

  表面技术. 2023, 52(9): 388-396. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.035

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  目的 减小铝合金铣削平面的表面粗糙度，满足工程应用中对构件高质量表面的需求。方法 通过铣削加工获得3种具有不同初始表面粗糙度的平面试样，试样的Ra分别为1.439、0.614、0.220 μm。采用短脉冲、高功率密度激光对表面进行光整处理，利用激光共聚焦显微镜观察光整后试样的表面形貌，采用粗糙度仪检测试样的表面轮廓和表面粗糙度，分析光斑搭接率和激光能量对铝合金铣削平面表面质量的作用规律。结果 在脉冲宽度为12 ns、波长为1 064 nm、工作频率为1 Hz、光斑直径为2 mm的平顶光束作用下，试样的表面形貌发生重塑。当光斑搭接率为30%、50%、70%时，对于Ra=1.439 μm的试样，在冲击后其表面轮廓变化幅值分别为6.88、6.71、6.20 μm，表面粗糙度变化率分别为?70.8%、?72.9%、?73.2%;对于Ra= 0.614 μm的试样，在冲击后其表面粗糙度变化率分别为?58.0%、?58.8%、?66.1%。当激光能量为1.5、2.5、3.5、4.5 J时，对于Ra=1.439 μm的试样，在冲击后其表面轮廓变化幅值分别为6.92、6.71、5.22、6.18 μm，表面粗糙度变化率分别为?68.1%、?72.9%、?74.6%、?73.8%;对于Ra=0.614 μm的试样，在冲击后其表面粗糙度变化率分别为?49.2%、?58.8%、?54.4%、?58.1%。结论 合理增大光斑搭接率和增强激光能量，能够有效去除铣削刀痕，改善试样表面形貌的均匀性。光斑搭接率和激光能量对表面粗糙度的影响与试样的初始表面粗糙度有关。对于Ra=1.439 μm和Ra=0.614 μm的试样，增大光斑搭接率和增强激光能量均能显著降低其表面粗糙度;对于Ra=0.220 μm的试样，在文中的激光冲击参数范围内均不能有效提高其表面质量。
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  激光加工工艺参数对Invar 36合金表面微织构质量的影响

  王斌, 郭岩宝, 张政, 王经鑫, 王德国

  表面技术. 2023, 52(9): 397-407. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.036

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  目的 提高微织构的加工效率和加工质量，为改善Invar 36合金的表面性能及微织构加工工艺参数提供理论依据。方法 为了保证该研究的合理性和可行性，采用光纤激光加工技术并结合正交试验法研究了激光功率，激光频率，激光扫描速度和扫描次数4种不同加工参数对微织构凹槽表面形貌结构尺寸及加工质量的影响，并通过摩擦学试验方法测试了其对应的摩擦学性能。最后，通过三维形貌测试仪和扫描电子显微镜对微织构加工结果进行测量表征。结果 微织构凹槽的加工质量与激光扫描次数和扫描速度的关系更大，随着激光扫描次数的增加，微织构的深度明显增加，但是其宽度逐渐减少。当扫描次数在5~15次时，随着扫描次数的增加，微织构表面及边缘熔融物不规则凸起逐渐平整。激光扫描速度与微织构凹槽的宽度成正比，但是与微织构凹槽的深度及边缘不规则凸起的高度成反比关系。此外，当激光扫描次数为15次，激光扫描速率为400~500 μm/s时，加工的微织构表面粗糙度更低，且根据摩擦试验结果，发现该条件下加工的微织构摩擦副的减摩耐磨效果更佳。结论 激光扫描次数和激光扫描速度是影响凹槽型微织构加工质量和表面性能的关键因素，试验结果表明在适当的激光加工工艺参数下(P=0.04 W，f=20 kHz，v=500 μm/s，n=15)微织构凹槽具有较高的加工质量，从而有效改善Invar 36合金的摩擦学性能，对未来进一步提高Invar 36合金的表面性能及加工质量具有一定的指导意义。
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  不同含量WC颗粒增强激光熔覆截齿涂层性能研究

  刘东刚, 梁国星, 郝新辉, 贾文婷, 杨世清, 黄永贵, 赵建, 吕明

  表面技术. 2023, 52(9): 408-419. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.037

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  目的 解决截齿磨损失效问题，研究不同WC颗粒含量对42CrMo截齿激光熔覆Co基/WC复合涂层表面形貌及裂纹率、显微硬度、耐磨/耐腐蚀性能的影响机制。方法 通过在42CrMo截齿基体上制备Co基/WC复合涂层，利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦磨损试验仪及电化学工作站测试不同WC颗粒含量对熔覆层性能的影响。结果 Co基/WC复合涂层表面较为平整，当WC颗粒质量分数大于30%时，熔覆层表面开始出现交错裂纹;当WC质量分数为80%时，裂纹率增加35%。Co基/WC复合涂层的显微硬度皆高于42CrMo基体(378HV0.2)，随着WC颗粒含量的增加，熔覆层平均显微硬度从448HV0.2提升到890HV0.2。Co基/WC复合涂层的摩擦系数、磨损量均小于42CrMo基体，WC颗粒质量分数增加到80%时，熔覆层平均摩擦系数为0.270，为基体(0.567)的50%，磨损量仅为1.0 mg，相比于42CrMo基体(18.6 mg)降低了约95%，低WC颗粒含量以黏着磨损为主，高WC含量以磨粒磨损为主。熔覆层耐腐蚀性能随WC含量的增加先增大、后减小，WC质量分数为30%时，熔覆层的耐腐蚀性能最好，具有最小的电流密度(1.465×10^–7 A/cm²)，相比基体电流密度(8.031×10^–6 A/cm²)降低了98%。结论 WC颗粒含量对Co基/WC复合熔覆层的裂纹敏感性有显著影响，WC颗粒的细晶、弥散及固溶强化使熔覆层的显微硬度、耐磨/耐腐蚀性能得到明显改善。
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  18CrNiMo7-6齿轮钢表面激光熔覆及其胶合承载性能研究

  杜佳俊, 米佳良, 师陆冰, 陈超, 刘忠明, 王文健, 丁昊昊

  表面技术. 2023, 52(9): 420-429. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.038

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  目的 基于激光熔覆技术提高18CrNiMo7-6齿轮钢的胶合承载性能。方法 以不同比例的ZrO2、MoS2和Ni基合金粉末为熔覆材料，采用同轴送粉激光熔覆技术在18CrNiMo7-6齿轮材料表面制备2种激光熔覆合金层，分析熔覆层的微观组织与显微硬度，并利用MJP-30A滚动接触摩擦磨损试验机对激光熔覆试样和渗碳试样进行胶合承载性能模拟试验。结果 NiCr20-3%ZrO2(质量分数，下同)熔覆层主要由枝晶组织和胞晶组织组成，其表面硬度约为620HV0.5;NiCr20-3%ZrO2-1%MoS2熔覆层相组成物有胞状晶、树枝晶和黑色的花形状颗粒，其表面硬度约为486HV0.5;NiCr20-3%ZrO2和NiCr20-3%ZrO2-1%MoS2 2种熔覆试样的临界失效载荷较渗碳试样的分别提高了8.41%和44.86%;其中，渗碳试样为典型的热胶合损伤，临界闪温为207 ℃;NiCr20-3%ZrO2熔覆试样未达到胶合临界闪温条件，其失效机制为熔覆层材料的疲劳剥落;NiCr20- 3%ZrO2-1%MoS2熔覆试样在达到胶合临界闪温后，其表面的自润滑效果抑制了胶合的快速发展，当持续增大载荷至临界失效载荷后，随着表面疲劳裂纹的萌生与扩展最终形成局部材料脱落进而失效。 结论 与齿面渗碳强化相比，齿面NiCr20-3%ZrO2-1%MoS2激光熔覆强化更能有效提高胶合承载性能。
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  激光熔覆(Ni60+NbC)+h-BN@Cu涂层组织与性能研究

  黄旭, 徐伟麒, 张家诚, 江吉彬, 练国富, 黄文泰, 胡新新, 玉津宇

  表面技术. 2023, 52(9): 430-438, 468. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.039

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  目的 通过添加铜包覆六方氮化硼(h-BN@Cu)粉末，改善激光熔覆Ni基NbC涂层的性能。方法 采用激光熔覆技术，使用添加不同质量分数铜包覆六方氮化硼的镍基碳化铌复合粉末，在45钢基体表面沉积镍基复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)设备，研究h-BN@Cu对Ni60/NbC的激光熔覆镍基复合涂层微观结构的影响，利用显微硬度计和布鲁克UMT-2摩擦磨损试验机及白光干涉模块，测量熔覆层的显微硬度、摩擦磨损系数和磨痕宽度。结果 熔覆层中的主相为Ni-Cr-Fe，除此之外还存在FeNi3、CrB、M7C3、NbC、M23C6、Cr2Nb等多种相。研究发现，添加的润滑相h-BN@Cu与硬质相NbC会发生部分分解，Nb原子和B原子进入熔池，与熔池中的Cr原子反应，生成CrB、Cr2Nb等，这些金属间化合物具有硬度高、耐磨性好等特点。当h-BN@Cu的质量分数为10%时，熔覆层的显微硬度为650HV1.0，摩擦系数为0.4，磨痕宽度为0.406 mm。结论 相比于不添加h-BN@Cu的Ni60/NbC熔覆层，添加h-BN@Cu的Ni60/NbC熔覆层的平均硬度略微下降，但熔覆层硬质相分布更加均匀，此时硬度仍为45钢基体硬度的3.1倍，摩擦系数降低约27%，磨痕宽度减小约21%。
热喷涂与冷喷涂技术
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  爆炸喷涂工艺参数对AlCuFeSc准晶涂层力学性能的影响

  李彰, 田浩亮, 王长亮, 肖晨兵, 金国, 王浩, 魏世丞

  表面技术. 2023, 52(9): 439-450. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.040

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  目的 研究爆炸喷涂工艺参数对AlCuFeSc准晶涂层力学性能的影响规律，进一步提升铝合金表面AlCuFeSc准晶涂层的性能。方法 采用爆炸喷涂工艺制备准晶涂层，以正交试验方法对爆炸喷涂氧燃充枪比、喷涂距离、喷涂频率3个影响涂层性能的关键参数进行优化。借助显微硬度计、拉力试验机研究涂层的力学性能。采用SEM、XRD、EDS等手段表征粉末及涂层的微观物相结构。结果 在试验参数范围内，以涂层的表面硬度和结合强度性能为主要判定指标，各因素对涂层性能的影响从大到小依次为氧燃充枪比、喷涂距离、喷涂频率。综合考量涂层表面硬度和结合强度2个指标，得到了AlCuFeSc涂层的最佳制备工艺，氧燃充枪比为56%，喷涂距离为210 mm，喷涂频率为1次/s。在该最佳工艺参数下制备的准晶涂层致密且与铝合金基体结合良好，涂层表面硬度为583.4HV0.3，结合强度为63.24 MPa，孔隙率为0.648%，准晶相的含量为69%。结论 采用最佳工艺参数制备的AlCuFeSc准晶涂层相较于非最佳工艺参数喷涂涂层，其性能得到较大提高，可为未来准晶涂层的应用提供参考。
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  喷嘴下游形状对冷喷涂粒子加速行为影响的数值模拟研究

  李尊甲, 周红霞

  表面技术. 2023, 52(9): 451-458. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.041

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  目的 冷喷涂过程中喷嘴内流道关键尺寸是影响粒子加速的重要因素。虽然喷嘴下游长度与扩张比是喷嘴的2个最重要参量，但目前对喷嘴优化设计的研究仍有深入空间，比如喷嘴下游形状。方法 本文利用计算流体动力学的软件ANSYS/Fluent进行数值模拟研究，在与传统锥形下游相比较后，设计了钟形下游与喇叭形下游喷嘴。同时研究了喷嘴下游形状对气流与粒子加速行为的影响。结果 对于钟形下游喷嘴，其气流速度在过喉部后迅速增加到较高数值，随后变化缓慢;对于喇叭形下游喷嘴，其气流速度在过喉部后先增加缓慢，直至截面积开始快速增加时，气流速度迅速增加;喷嘴下游形状对粒子撞击基板时的速度有一定影响，且随着喷嘴下游长度和粉末粒度的变化而改变。对于Cu粉，当为下游100 mm短喷嘴时，锥形下游喷嘴对10~20 μm的粒子加速效果最好。当粉末在20 μm以上时，喇叭形下游喷嘴的加速效果最好。对于下游220 mm长喷嘴，钟形下游喷嘴对10~30 μm的粒子加速效果最好。当粉末在30 μm以上时，锥形下游喷嘴的加速效果最好。对于Al粉，当为下游220 mm长喷嘴时，钟形下游喷嘴对10~50 μm的粒子加速效果最好，喇叭形下游喷嘴加速效果最差。结论 冷喷涂喷嘴下游形状对气体与粒子加速有显著的影响。
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  等离子喷涂FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层制备及性能研究

  陈东, 卢静, 孙澄川, 吴应东, 李挺

  表面技术. 2023, 52(9): 459-468. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.042

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  目的 提高风机等机械设备关键部件的耐磨损性能，延长设备的使用寿命。方法 以304不锈钢为基体，利用等离子喷涂技术，制备FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层。采用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计，分别对涂层的微观组织、物相、显微硬度进行表征。利用摩擦磨损试验机，对FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的磨损性能进行研究，并分析其磨损机理。结果 FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层表面均由致密光滑区域和较为疏松的半熔融颗粒等组成，涂层与基体结合得较为紧密，界面处无明显裂纹，结合强度较高，2种涂层的结合强度分别为69.5、69.1 MPa。FeCrBC涂层和FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的显微硬度相当，分别为823.3HV0.1、810.8HV0.1。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的磨损体积为0.11 mm³，与FeCrBC涂层相比，复合涂层的磨损率减小了38.1%，具有良好的耐磨损性能。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层的磨损机理主要为磨粒磨损和疲劳磨损。结论 复合涂层中TiB2与FeCrBC相和NiAl相的润湿性良好，结合紧密。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层因其存在均匀分布的TiB2、(Fe, Cr)2(B, C)、(Fe, Cr)3(B, C)等硬质相，显著提高了涂层的耐磨性能。FeCrBC-NiAl-TiB2复合涂层可以有效提高基体的耐磨损性能，具有良好的应用前景。
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  8YSZ热障涂层结构设计及其结合强度变化规律

  张文展, 肖和, 裘承, 邱小林, 全才兵, 廖丹, 周冬兰, 刘定荣, 陈秋香

  表面技术. 2023, 52(9): 469-477. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.043

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  目的 探究不同厚度的黏结层和陶瓷层对8YSZ热障涂层结合强度的变化规律。方法 采用大气等离子喷涂技术(APS)在Ti-6Al-4V合金基体表面分别制备了不同厚度的黏结层和陶瓷层等6种双层结构涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和X射线荧光分析仪(XRF)等检测手段对喷涂粉末和涂层的相组成、微观结构及化学成分变化进行表征。借助万能材料试验机分别对6种不同厚度涂层的结合强度进行测量和评估。结果 不同厚度的8YSZ陶瓷粉末在喷涂过程中主要从单斜相(M)向四方相(T)转变。此外，不同厚度的热障涂层都呈现出典型的层状结构，涂层表面存在着完全熔融态、半熔融态和未熔态等3种复杂状态，且都存在不同程度的裂纹和孔隙。涂层结合强度随黏结层厚度的增加会有些许增大，而随陶瓷层厚度的增加逐渐下降，且陶瓷层厚度越大结合强度下降得越缓慢。在所有涂层试样中，当黏结层最厚且陶瓷层最薄时涂层结合强度最大，超过29.7 MPa;而当黏结层最薄陶瓷层最厚时涂层结合强度最低。 结论 8YSZ热障涂层的黏结层和陶瓷层厚度变化对涂层的物相组成以及化学成分无明显影响，而对涂层结合强度以及断裂方式产生显著影响。