2024年, 第53卷, 第4期　
刊出日期：2024-02-25

  

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研究综述
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  喷丸强化对车辆传动齿轮裂纹扩展影响的研究综述

  李杰, 高紫钰, 王晓燕, 胡铮, 兰海, 王志勇

  表面技术. 2024, 53(4): 1-19, 57. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.001

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  疲劳断裂是重载车辆传动齿轮的主要失效形式之一，齿轮底部疲劳裂纹的扩展将缩短车辆传动系统的服役寿命，严重时会导致车辆发生安全事故。延缓裂纹扩展的主要方法是在传动齿轮的表面引入一定大小的残余压应力。喷丸技术是一种冷加工表面强化处理工艺，该技术利用高速弹丸冲击材料表面，使零件表层产生塑性应变的同时，在表面和内部引入残余压应力，从而使裂纹闭合的能力得到强化，达到延缓裂纹扩展的强化效果。为了更好地揭示喷丸引入的残余压应力对疲劳裂纹扩展的影响，首先综述了传动齿轮表面疲劳裂纹产生的原因以及疲劳裂纹的扩展行为对重载车辆服役的影响。从强度因子、J积分以及裂纹闭合效应出发，介绍了传动齿轮表面疲劳裂纹扩展的理论以及残余压应力与疲劳裂纹扩展速率之间的关系。其次概述了目前国内外常用的新型有益于将残余拉应力转化为残余压应力的微粒子喷丸、激光喷丸、超声喷丸方法，并与传统机械喷丸技术相比较，阐述了新型喷丸表面强化技术的优缺点。此外，从数值模拟和试验结果两方面，论述了喷丸速度、喷丸角度、弹丸直径、弹丸材质和覆盖率5个工艺参数对在传动齿轮表面引入残余压应力的改善影响。最后对喷丸强化技术在传动齿轮上的多目标参数优化以及多尺度残余压应力与疲劳性能进行了展望，并结合重载车辆的使用需求，强调需要创新设计一种效率高、价格低、适用性广的喷丸技术，以进一步推动喷丸强化在延缓疲劳裂纹扩展方面的持续发展。
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  金属材料表面纳米化研究与进展

  杨庆, 徐文文, 周伟, 刘璐华, 赖朝彬

  表面技术. 2024, 53(4): 20-33. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.002

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  大多数金属材料的失效都是从其表面开始的，进而影响整个材料的整体性能。研究表明，在金属材料表面制备纳米晶，实现表面纳米化，可以提升材料的表面性能，延长其使用寿命。金属材料表面纳米化是指利用反复剧烈塑性变形让表层粗晶粒逐步得到细化，材料中形成晶粒沿厚度方向呈梯度变化的纳米结构层，分别为表面无织构纳米晶层、亚微米细晶层、粗晶变形层和基体层，这种独特的梯度纳米结构对金属材料表面性能的大幅度提升效果显著。根据国内外表面纳米化的研究成果，首先对表面涂层或沉积、表面自纳米化以及混合纳米化3种金属表面纳米化方法进行了简要概述，阐述了各自优缺点，总结了表面自纳米化技术的优势，在此基础上重点分析了位错和孪晶在金属材料表面自纳米化过程中所起的关键作用，提出了金属材料表面自纳米化机制与材料结构、层错能大小有着密不可分的联系，对金属材料表面自纳米化机制的研究现状进行了归纳;阐明了表面纳米化技术在金属材料性能提升上的巨大优势，主要包括对硬度、强度、腐蚀、耐磨、疲劳等性能的改善。最后总结了现有表面强化工艺需要克服的关键技术，对未来的研究工作进行了展望，并提出将表面纳米化技术与电镀、气相沉积、粘涂、喷涂、化学热处理等现有的一些表面处理技术相结合，取代高成本的制造技术，制备出价格低廉、性能更加优异的复相表层。
腐蚀与防护
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  AZ31B镁合金钒/硅烷复合转化膜的制备与表征

  董丽惠, 王华, 李琳

  表面技术. 2024, 53(4): 34-45. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.003

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  目的 改善钒酸盐转化膜表面形貌，提高单一钒酸盐转化膜的耐蚀性能。方法 使用偏钒酸盐和硅烷通过两步法在镁合金表面制备钒/硅烷复合转化膜，比较不同硅烷制备的复合膜的耐蚀性能，从而确定使用硅烷的种类，采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱(FT-IR)观察转化膜的微观形貌并分析转化膜的组成和结构，通过交流阻抗测试(EIS)、Tafel极化曲线测试和全浸腐蚀实验评价转化膜的耐蚀性能，并采用划格实验和接触角测试评价转化膜的结合力和疏水性。结果 确定使用BTEPST(双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物)作为成膜组分，使用偏钒酸钠和BTESPT在镁合金表面成功制备钒/BTESPT复合膜，复合膜表面均匀平整，致密无裂纹，与基体结合力好，具有疏水性，该复合膜的组成元素为Mg、V、C、O、Si和S，且元素分布较均匀，膜层是包含Si—O—S、Si—O—Mg、Si—O—V等共价键的交联结构。交流阻抗测试结果显示，钒/BTESPT复合转化膜的膜层电阻为1.17× 10⁵ Ω.cm²，电荷转移电阻为1.076×10⁵ Ω.cm²。极化曲线测试结果表明，复合膜的腐蚀电位为?1.457 0 V，腐蚀电流密度为1.498 0×10^–7 A.cm^–2，腐蚀电流密度相较于基体降低约2个数量级，对镁合金的保护效率达到99.6%。复合转化膜在3.5%(质量分数)NaCl溶液中长期浸泡10 d未发生明显腐蚀，全浸实验浸泡14 d腐蚀速率为0.058 0 g/(m².h)，未处理的镁合金腐蚀速率则为0.518 6 g/(m².h)。结论 钒/BTESPT复合膜能进一步提高钒酸盐转化膜对AZ31B镁合金的保护性能。
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  杂质镓对纯铝表面锆钛转化膜的组织及耐腐蚀性能的影响

  辛延琛, 王友彬, 陈志文, 冯济强, 高峰, 汤宏群

  表面技术. 2024, 53(4): 46-57. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.004

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  目的 探究杂质镓对纯铝锆钛转化膜的生长规律和防护性能的影响。方法 采用扫描电化学显微镜(SECM)技术表征了含镓纯铝表面锆钛转化膜在3.5%(质量分数)NaCl溶液中局部腐蚀的演变过程，结合X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等技术分析了镓对纯铝锆钛转化膜的组织及成分的影响规律，采用开路电位法(OCP)、电化学阻抗技术(EIS)以及极化曲线(Tafel)等探究了杂质镓对纯铝表面转化膜的生长和耐腐蚀性能的影响规律。结果 锆钛转化膜主要由冰晶石Na3AlF6、氧化物(如TiO2、ZrO2、Al2O3)和有机金属络合物组成;杂质镓的添加会抑制铝表面转化膜的生长，破坏膜层的完整性。随镓含量(质量分数)从0%增大到0.5%，锆钛转化膜阻抗值从4.75×10⁴ Ω.cm²不断减小到2.49×10³ Ω.cm²，自腐蚀电流密度由0.45 μA增加到13.4 μA，腐蚀电位从?0.485 V降低到?0.890 V，耐腐蚀性能逐渐降低。在锆钛转换膜的SECM微区腐蚀演变过程中，膜层自修复行为会降低膜层的被腐蚀倾向，但富集在表面的镓会抑制自修复膜层的形成，导致基体被严重腐蚀。结论 铝中的杂质镓能够直接影响锆钛膜的完整性，降低对铝基体的保护，导致了铝基体局部腐蚀溶解的发生。
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  LDH预处理溶胶凝胶封闭对铝合金阳极氧化膜耐蚀性的影响

  陈高红, 肖鉴, 杨浩东, 于美

  表面技术. 2024, 53(4): 58-67. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.005

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  目的 开发一种新型LDH预处理溶胶凝胶封闭工艺，以获得高耐蚀性的封闭阳极氧化膜层。方法 用LDH预处理溶胶凝胶封闭法对阳极氧化铝合金进行表面处理，采用场发射扫描电镜、原子力显微镜对封闭前后的氧化膜进行微观形貌表征，通过接触角测试评价阳极氧化膜层表面的润湿性能，通过浸泡实验、电化学阻抗谱对阳极氧化膜的耐蚀性进行研究，并与传统沸水封闭工艺进行比较。结果 经LDH预处理后，膜层表面被一层致密的LDH覆盖，多孔结构和孔洞缺陷均消失。涂覆溶胶凝胶后，膜层表面均匀平整，无明显缺陷。与沸水封闭相比，LDH预处理溶胶凝胶封闭的氧化膜具有更平整均匀的表面和更低的粗糙度，接触角为92.3°，具有疏水性。在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡15 d后，膜层的低频阻抗值仍可达到6.79×10⁶ Ω.cm²，与传统沸水封闭法相比，高出2个数量级。膜层具有良好的长期耐蚀性，其主要机理为LDH的铝合金氧化膜空隙和表面生长出双片层状的LiAl-LDH，表面膜层更致密，片层结构在一定程度上阻挡了腐蚀溶液的入侵，同时使膜层表面存在更多的?OH基团，在溶胶凝胶封闭时提供了更多的反应位点，促进了溶胶凝胶涂层与基体之间的结合，有效阻挡了外界溶液对基体的入侵，因此延缓了腐蚀。结论 LDH预处理溶胶凝胶封闭工艺提高了铝合金阳极氧化膜的致密性和表面疏水性以及膜层的耐蚀性能。
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  硫酸盐还原菌在顶空体积变化条件下所致镍的微生物腐蚀研究

  田原, 蒲亚男, 孙天翔, 侯苏, 陈守刚

  表面技术. 2024, 53(4): 68-76, 97. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.006

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  目的 通过改变厌氧瓶内顶空体积，研究硫酸盐还原菌(SRB)对金属镍的微生物腐蚀(MIC)机理，进而为镍基合金的腐蚀防护提供依据。方法 通过生物学检测技术、表面分析技术和电化学技术，评估了金属镍的MIC行为。结果 随着顶空体积的增大，更多的H2S以气体的形式析出到顶空，液相中硫化物浓度越低，SRB浮游和固着细胞数越高，点蚀坑越深，镍的腐蚀速率越高。在200 mL的固定培养基体积下，顶空体积为90 mL和450 mL的镍试样失重分别是10 mL时的1.1倍和1.4倍，相应的点蚀坑深度分别增加了1.6倍、2.3倍。在孵育7 d后，顶空体积为450 mL时低频阻抗模值最低，同时获得最大的腐蚀电流密度，达到7.64×10^–6 A.cm^–2。结论 利用细胞外镍氧化释放的电子在SRB细胞质中进行硫酸盐还原在热力学上是有利的，SRB所导致的镍的腐蚀属于EET-MIC。
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  异质双丝超音速电弧喷涂涂层的高温氧化行为和机理研究

  任当精, 唐旭, 李雷, 张一凡, 江旭东, 许征兵, 曾建民

  表面技术. 2024, 53(4): 77-88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.007

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  目的 采用异质双丝和同质双丝制备3种超音速电弧喷涂铁基涂层，对比研究3种防护涂层在700 ℃下的抗高温氧化性能。方法 采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对在700 ℃高温氧化前后涂层的微观结构、表面形貌和化学成分以及物相组成进行表征和分析。采用Matlab软件对涂层的孔隙率进行测定，采用显微硬度计测量涂层的显微硬度。结果 制备得到的3种涂层的孔隙率均低于10%，满足电弧喷涂的要求。3种涂层的显微硬度均达到了400HV以上，其中FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的孔隙率最低、显微硬度最高，分别为5.00%和456.91HV。在700 ℃循环氧化下，FeAlCrMoVC、FeAlNiMoCrC和FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的单位面积氧化增重分别为10.67、3.32和2.02 mg/cm²。它们的氧化动力学符合经典的抛物线规律，抛物线速率常数(kp)分别为3.08×10^?10、2.20×10^?11和5.60×10^?12 g².cm^?4.s^?1。从高温氧化后涂层的扫描电镜图观察到，异质双丝法制备的涂层表面氧化膜主要由3种致密形貌组成，结合EDS和XRD分析，推断它们主要由Fe3O4、Fe2O3、Cr2O3和Al2O3以及尖晶石结构的NiCr2O4组成。截面分析发现，异质双丝制备的FeAlCrMoVC/FeAlNiMoCrC涂层的内氧化和表面氧化膜厚度最小，分别约为5.3、24.7和118.2 μm。结论 涂层的内氧化从孔隙和氧化夹杂物等缺陷开始，而生成的致密氧化物能够提高涂层的抗氧化性。超音速电弧喷涂制备的3种涂层都具有良好的抗高温氧化性能，而异质双丝法制备的FeAlMoCrC/FeAlNiMoCrVC涂层的抗高温氧化性能更好。
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  温度对B4C涂层氧化防护性能和防护机制的影响

  胡凯飞, 王佩佩, 孙万昌, 侯兆琪, 易大伟, 罗欢, 任宣儒

  表面技术. 2024, 53(4): 89-97. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.008

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  目的 研究温度对B4C涂层氧化防护性能和防护机制的影响，得出B4C涂层最佳氧化防护温度范围，以及B4C涂层在不同温度的氧化防护机制演变。方法 以石墨为基体，采用放电等离子烧结法在石墨表面制备B4C涂层，通过不同恒温氧化试验(800、1 000、1 200、1 400 ℃)和室温至1400 ℃宽温域动态氧化试验来测试其氧化防护性能，并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对B4C涂层石墨试样氧化前后的物相组成、微观形貌、氧扩散等进行分析。结果 B4C涂层氧化后可生成B2O3玻璃膜，在800、1 000、1 200、1 400 ℃恒温氧化的防护效率分别为98.43%、98.61%、94.4%和92.8%，在室温至1 400 ℃宽温域动态氧化的防护效率为93.1%。B4C涂层在800 ℃以下主要依赖结构阻氧，800至900 ℃由结构阻氧向惰化阻氧转变，900 ℃以上主要依赖惰化阻氧。1 100 ℃以上，随温度升高B2O3玻璃膜的挥发加剧，B4C涂层惰化阻氧能力减弱。结论 B4C涂层的氧化防护效率随温度上升先增大后减小，结构阻氧机制逐渐降低，惰化阻氧机制先升高后降低。B4C涂层在800至1 100 ℃具有良好的氧化防护性能。
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  腐蚀产物中Zn5(OH)8Cl2对纯Zn腐蚀行为的影响

  杨元成, 王友彬, 赵晋玮, 周佳顺, 冯济强, 高峰, 韦悦周

  表面技术. 2024, 53(4): 98-109, 151. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.009

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  目的 探究纯Zn腐蚀产物中碱式氯化锌(Zn5(OH)8Cl2，ZHC)对其腐蚀防护性能的影响以及腐蚀防护机理。方法 通过原位生长法在纯Zn表面制备一层ZHC膜。通过X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)，分析了样品的物相组成和微观形貌。通过电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化曲线(Tafel)，评估了ZHC膜对纯Zn腐蚀防护性能的影响。结果 纯Zn表面先形成了一层致密细小的ZHC纳米片，铺满整个纯Zn表面后，在第一层ZHC上形成第二层较大尺寸的ZHC纳米片。预制备的ZHC膜可以使纯Zn的腐蚀电流密度从78.23 μA/cm²降低到2.08 μA/cm²，腐蚀电位从?1.050 V(vs. SCE)提升到?0.998 V(vs. SCE)，并且随着ZHC制备时间的增加，阴极斜率(βc)逐渐增大，这表明ZHC可以有效阻碍电荷转移，抑制阴极的氧还原，减缓纯Zn的腐蚀速率，对Zn基体的腐蚀起到防护作用。在浸泡腐蚀过程中，ZHC可以抑制HZ的生成，减少絮状腐蚀产物的生成。在短期浸泡过程中，纯Zn的阻抗值随着预制备ZHC的增加而逐渐增大，这是因为生成的腐蚀产物填补ZHC纳米片的空隙，使腐蚀产物膜致密，ZHC膜对Zn基体能起到较好的防护作用。在长期浸泡过程中，ZHC/Zn的阻抗值下降，这是因为ZHC膜破裂，提供了新的腐蚀通道，导致ZHC膜对纯Zn的防护作用下降。结论 ZHC膜可以减缓纯Zn的腐蚀速率。对比纯Zn和ZHC/Zn在浸泡过程中的腐蚀行为可知，在短期浸泡过程中，随着预制备ZHC的增加，对纯Zn的防护性能逐渐提高;在长期浸泡腐蚀过程中，ZHC膜对纯Zn腐蚀的防护作用逐渐下降。
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  电刷镀Ag-Bi合金镀层的结构与耐蚀性能研究

  杜宝帅, 闫芝成, 张忠文, 张都清, 索帅, 李新梅

  表面技术. 2024, 53(4): 110-116, 183. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.010

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  目的 采用电刷镀技术制备Ag-Bi合金镀层，揭示镀层的微观结构特征与耐腐蚀性能。方法 基于酸性硫代硫酸钠无氰镀液体系，利用电刷镀技术在铜基体上制备了纯银以及Ag-Bi合金镀层。利用XRD和SEM分析了镀层的物相组成和微观形貌，采用显微硬度计测试了镀层的硬度，通过极化曲线和电化学阻抗谱对镀层的耐腐蚀能力进行了表征。结果 电刷镀制备的合金镀层均由面心立方结构Ag(Bi)过饱和固溶体组成，在Ag-15.64Bi合金镀层中还形成了六方结构α-Bi相。所制备的镀层具有纳米级晶粒尺寸，范围为13.5~ 21 nm。与纯Ag镀层相比，电刷镀Ag-Bi合金镀层的致密性和平整度明显提高。合金镀层的硬度随着Bi含量的增加而增加，最高为220.7HV。镀层的自腐蚀电位和电荷转移电阻随着Bi含量的增加先增加后减小，腐蚀电流密度呈现相反趋势，Ag-4.52Bi镀层具有最佳的耐腐蚀能力，其自腐蚀电位为?0.189 V，腐蚀电流密度为1.76×10^?2 mA.cm^?2，电荷转移电阻为1 635 Ω.cm²。结论 通过在酸性硫代硫酸钠镀液中加入硝酸铋，可以电刷镀制备Ag-Bi合金镀层。Bi元素含量对镀层的显微硬度和耐腐蚀能力均具有显著影响。随着镀层中Bi元素的增加，固溶强化、细晶强化效应使镀层的硬度明显增加。合金镀层中孔隙和缝隙等结构缺陷的减少阻碍了腐蚀介质的渗入，Bi元素对镀层钝化膜的形成具有促进作用，最终使镀层的耐腐蚀性能得到提升。
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  X60、X70管线钢及其焊接接头氢脆敏感性的对比研究

  王万里, 陈烨, 占先强, 刘俊建, 汤文明

  表面技术. 2024, 53(4): 117-124. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.011

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  目的 开展电解渗氢管线钢及其焊接接头显微组织和力学性能研究，为掺氢天然气管线服役安全可靠性评估提供支持。方法 X60、X70管线钢及其焊接接头试样在100 mA/cm²下进行24 h电解渗氢后，开展有、无渗氢情况下相关试样的显微组织结构、氢热脱附、拉伸力学性能与断口形貌测试分析，揭示渗氢对X60、X70 2种管线钢及其焊接接头氢脆敏感性的影响规律。结果 X60及X70管线钢以细小多边形铁素体为主，其焊缝和热影响区以粗大的粒状或板条贝氏体为主。相对于X70管线钢，其焊接接头具有更高的氢渗透性和稳定性。渗氢导致X60、X70管线钢及其焊接接头试样的强度与塑性降低，渗氢X70焊接接头力学性能衰减最为明显，拉伸断口呈准解理断裂特征。结论 X70管线钢的氢脆敏感性高于X60管线钢，管线钢焊接接头的氢脆敏感性高于母材。
精密与超精密加工
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  端面铣削工件表面粗糙度数学模型与实验验证

  刘德伟, 许芝令, 李长河, 秦爱国, 刘波, 张彦彬, Yusuf Suleiman Dambatta, 安庆龙

  表面技术. 2024, 53(4): 125-139. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.012

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  目的 针对多种表面粗糙度影响因素的耦合作用使轮廓形成机理不清，导致表面粗糙度数学模型存在表面质量智能管控工业应用预测精度不足的技术难题，建立端面铣削工件表面粗糙度数学模型。方法 首先，基于加工运动学机理和刀具几何学分析端面铣削工件表面轮廓形成机理，建立考虑刀具跳动的工件表面轮廓模型以及轮廓高度偏差关于铣削力的补偿函数，并通过卷积神经网络(Convolution Neural Network，CNN)进行解析。其次，建立端面铣削表面粗糙度数学模型。最后，进行可转位面铣刀端面铣削ZG32MnMo的实验验证，分别采集轮廓数据与铣削力信号，建立以铣削力为输入、轮廓高度偏差数据为输出的铣削数据集，训练卷积神经网络解析轮廓高度补偿值并验证理论模型的准确性，对比分析考虑刀具跳动的表面粗糙度数学模型与CNN优化考虑刀具跳动的表面粗糙度数学模型的精度。结果 CNN优化考虑刀具跳动的表面粗糙度数学模型对加工重叠区与非重叠区内沿刀具进给方向的轮廓算术平均偏差Ra的预测误差分别为18.71%和14.14%，与考虑刀具跳动的表面粗糙度数学模型相比，精度分别提高了10.61%和32.83%，CNN优化考虑刀具跳动的表面粗糙度数学模型对轮廓单元的平均宽度Rsm和支承长度率Rmr(c)的预测结果与实验值吻合。结论 考虑刀具跳动以及动态铣削力耦合作用边界条件的表面粗糙度数学模型能够有效预测端面铣削表面粗糙度，可为在质量管控工程中的应用提供理论指导与技术支撑。
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  蓝宝石光学曲面柱形宽缎带磁流变抛光仿真分析及实验研究

  阎秋生, 汪涛, 黄展亮, 黄蓓, 潘继生, 陈缘靓, 夏江南

  表面技术. 2024, 53(4): 140-151. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.013

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  目的 针对目前光滑无损伤光学曲面蓝宝石加工成本高、效率低的问题，对加工过程中磁流变抛光缎带进行流体仿真，进而优化抛光轮表面结构。方法 设计并提出3种表面结构柱形宽缎带磁流变抛光轮，介绍了磁流变抛光轮加工的基本原理，建立了磁流变抛光垫Bingham流体特性加工仿真模型，分析了3种抛光轮表面结构对工件表面磁通密度模、流场流速、流场压力分布的影响。同时对3种抛光轮的抛光效果进行了实验探究，探究了抛光轮表面结构对材料去除率和抛光后表面粗糙度的影响规律。结果 仿真结果表明，抛光轮表面槽型结构具有能增强磁通密度模、增大流体流速和流体压力的特性。实验结果表明，螺旋槽抛光轮的抛光效果最好，在螺旋抛光轮作用下，材料去除率为0.22 mg/h，抛光后蓝宝石表面粗糙度为1.08 nm。最终抛光轮近壁区总压力和速度的乘积结果与抛光轮实验去除率结果具有较好的一致性。结论 槽型结构可以提高抛光液在抛光轮表面的固着效果，影响工件表面流场运动状态，增强工件表面受到抛光垫的作用力。相较于光滑和横条槽抛光轮，螺旋槽抛光轮的抛光效率最高，表面粗糙度最低，可有效提高抛光效果。
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  中断时效对7075铝合金切削表面质量及刀具磨损影响研究

  岳修杰, 王优强, 张平, 于晓, 王雪兆

  表面技术. 2024, 53(4): 152-161. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.014

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  目的 探究中断时效工艺对7075铝合金切削加工性能的影响，为中断时效工艺对材料切削加工性能的改善提供理论依据。方法 选取仅进行T6时效处理的试样作为对照组，通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等手段对已加工表面质量、切削力及刀具磨损进行分析。结果 经不同时效处理后，7075铝合金的主要析出相为η(MgZn2)相，且相较于T6热处理工艺的7075铝合金，7075-T6I4铝合金表现出更高的衍射峰强度及更大的半高宽。在不同的时效处理条件下，表面粗糙度Ra均与切削速度呈负相关关系，而与切削深度、进给量呈正相关关系，仅T6时效处理时，表面粗糙度Ra随切削深度的增大呈先增大后减小再增大的变化趋势，在不同切削速度下，与T6时效处理相比，T6I4中断时效处理的表面粗糙度Ra最大降低了5.8%，而在不同切削深度和进给量下最大降低了1.9%和17.1%，且工件表面主要存在切屑黏附、微裂纹以及微孔洞等缺陷;切削力在切削速度为500~750 m/min时呈增大趋势，随后又逐渐减小，然而与切削深度、进给量之间则呈正相关关系，仅经T6I4中断时效处理后的y向切削力在进给量为0.06~0.08 mm/z时逐渐减小，随后呈增大的变化趋势。增大切削速度以及减小进给量均可有效改善刀具磨损程度，且在切削过程中刀具磨损形式主要表现为崩刃和黏结磨损。结论 与T6时效处理相比，T6I4中断时效处理表现出更好的表面质量、更小的切削力及更轻的刀具磨损，较大的切削速度和较小的进给量、切削深度有助于提高7075铝合金的切削加工性。
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  Cf/C-SiC烧蚀行为及激光复合超声磨削可行性研究

  吴东江, 蔡昕彤, 李正, 董志刚, 马广义, 鲍岩, 康仁科, 牛方勇

  表面技术. 2024, 53(4): 162-174. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.015

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  目的 揭示激光与Cf/C-SiC陶瓷基复合材料相互作用机理，分析激光能量密度对材料形性演变的影响规律。提出Cf/C-SiC陶瓷基复合材料激光复合超声磨削加工方案，探究硬脆材料多能场复合加工的可行性。方法 使用不同能量密度的激光束扫描Cf/C-SiC陶瓷基复合材料表面，以明确材料烧蚀行为。在材料表面预制不同间距的平行纹理沟槽，进而对比传统磨削、超声辅助磨削和激光复合超声磨削的加工效果，同时研究不同扫描间距的预制沟槽对磨削效果的影响规律。结果 陶瓷基复合材料(CMC)在激光作用下可呈现2种截然不同的状态，改性状态时材料以氧化等热化学变化为主，样件内出现热影响区和裂纹区。烧蚀状态时材料以热物理和热机械变化为主，样件内出现烧蚀凹坑、重铸层、热影响区和裂纹区。纤维束中界面经整体脱黏后，裂纹向下延伸并发生偏转。基体中的裂纹多起源于纤维界面处，并在扩展过程中发生偏转、分叉。激光烧蚀作用可改变材料的可加工性，有利于后续超声磨削加工。激光复合超声磨削的两方向磨削力相较传统磨削分别减小了51.4%和56.5%，同时表面粗糙度Sa可降低至4.228 μm。结论 激光复合超声磨削可有效降低磨削力和加工表面粗糙度，从而提高加工质量，该方法在实现硬脆材料高质量低成本加工方面具有较大的潜能。
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  脲醛树脂包覆对片状羰基铁粉电磁吸波性能的影响

  石浩, 高瞻, 杨文飞, 樊伟杰, 宋立英, 孙强, 褚贵文

  表面技术. 2024, 53(4): 175-183. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.016

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  目的 提高片状羰基铁粉(FCI)的吸波性能。方法 采用原位聚合法制备脲醛树脂(UF)包覆片状羰基铁粉核壳复合粒子。通过透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)分别对试验前后样品的微观形貌和物相组分进行表征。采用矢量网络分析仪对处理前后片状羰基铁粉在0.5~18 GHz频率范围内的电磁参数进行测试，基于传输线理论对其反射损耗曲线进行拟合分析。结果 微观形貌及X射线衍射谱结果表明，成功合成了脲醛树脂包覆片状羰基铁粉复合粒子(FCI@UF)。对测得的电磁参数进行分析，与原始片状羰基铁粉相比，包覆后铁粉介电常数和磁导率的实部、虚部均呈下降趋势，电磁波衰减能力减弱，与空气的阻抗匹配能力增强。反射损耗曲线图中，包覆后铁粉能有效吸收频带变宽(以反射损耗小于?10 dB的带宽作为有效吸收频带)，由3.15 GHz变为4.38 GHz，在 13.84 GHz时有最小反射损耗(?20.64 dB)，最小反射损耗向高频移动，最小值降低率达41.38%。结论 使用脲醛树脂对片状羰基铁粉进行包覆，制备了综合吸波性能更具优势的FCI@UF复合粒子，有效提高了片状羰基铁粉的吸波性能。
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  刻蚀法制备高透过率防眩高铝玻璃

  王其琛, 郝霞, 赵竞一, 王闻之, 段佳岐, 赵会峰, 李军葛, 姜宏

  表面技术. 2024, 53(4): 184-192. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.017

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  目的 采用刻蚀法制备了具有高透过率的高铝玻璃，分析刻蚀时间对玻璃表面形貌和性能的影响。方法 将经过HF(2.3 mol/L)溶液酸洗10 min后的玻璃样品清洗烘干，然后放入H2SO4(0.1 mol/L)、HCl(0.4 mol/L)、Na2SiF6(0.02 mol/L)的混合溶液中进行不同时间的表面刻蚀处理，形成了超表面凹坑结构，这种结构使部分光线经过有限次数的反射和折射后成为透射光的一部分，这种凹坑结构也相当于在空气和玻璃之间增加了一个具有梯度折射率的介质层，从而减少反射率、增加透过率。通过扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线能谱仪(EDS)、紫外可见近红外分光光度计等仪器，对刻蚀前后玻璃的表面进行分析研究。结果 随着刻蚀时间的延长，蚀坑的直径逐渐增大，同时致密度也在逐渐增加直至相互融合，而坑深先增大后减小。可见光波长范围内的平均透过率先增加后降低，反射率先降低后增加，且透过率均大于玻璃原片，反射率均小于玻璃原片。刻蚀前后玻璃成分基本不变，铅笔硬度达到9H。结论 刻蚀后，在玻璃表面形成超表面凹坑结构，当刻蚀时间为20 min时，蚀坑直径达到2.5~5.0 μm，深度达到927.2 nm左右，平均透过率达到95.95%，平均反射率达到4.01%。
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  镁合金表面DCPD涂层的制备及其界面结合机制研究

  李沛, 李志, 杨建成, 袁静

  表面技术. 2024, 53(4): 193-199, 210. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.018

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  目的 研究CaHPO4×2H2O(DCPD)与Mg的界面结合机制，以提高DCPD在镁合金表面的界面结合强度。方法 利用电镀法在AZ31镁合金表面制备DCPD涂层，采用SEM、XRD、XPS等对涂层形貌及结构进行表征。同时，运用分子动力学模拟(MD)对DCPD在Mg表面形成机制进行研究，通过统计界面层中不同组分的径向分布函数、密度分布、均力势、总能量等的变化，揭示DCPD/Mg的界面结合能、结合位点及结合方式。结果 通过电镀法形成的DCPD涂层形貌为致密的荷花瓣状晶体，主要成分为CaHPO4×2H2O。模拟结果表明，CaHPO4.2H2O的4个晶面(010)、(?120)、(11?1)、(111)、(?120)与Mg的结合能最强(163.63 kJ/mol)。其中起“铆钉”作用的基团是HPO4^2?和H2O，结合位点主要为O与Mg，即HPO4^2?和H2O通过静电作用及范德华力与Mg形成Mg-HPO4^2?和Mg-H2O偶极对。研究发现，形成的偶极对中HPO4^2?及H2O的配位数分别为0.75和1.16，Mg-H2O的解离能更大，结构更稳定。结论 提出改善DCPD/Mg结合强度的方法，电镀前可将镁合金置于NH4H2PO4溶液中浸泡片刻，促进CaHPO4×2H2O(?120)晶面的形成。
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  原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能

  王晓明, 朱耿增, 金义杰, 贾丹, 段海涛, 詹胜鹏, 杨田, 凃杰松, 章武林, 马利欣

  表面技术. 2024, 53(4): 200-210. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.019

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  目的 设计并研制一种耐火和隔热性能突出的水性膨胀型防火涂料。方法 以碳纳米管(CNTs)、四水合钼酸铵、十六烷基溴化铵(CTAB)、硫脲为原料，通过简单的一步水热法原位生长出一种新型的CNTs@MoS2杂化物，并采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM等手段对复合杂化物进行表征。再将CNTs@MoS2杂化物作为增效剂分散在水性膨胀型防火涂料(CNTs@MoS2/WES)中，通过大板实验和涂层、炭焦层表面分析评价了涂层的耐火和隔热性能。结果 与WES(膨胀倍率为3.90)、CNTs /WES涂层(膨胀倍率为6.04)、MoS2/WES涂层(膨胀倍率为4.59)相比，CNTs@MoS2/WES涂层具有最高的膨胀倍率(8.88)。CNTs@MoS2/WES涂层所涂覆的钢板在燃烧40 min后背面温度最低(133.3 ℃)，这充分表明该涂层具有优异的隔热性能。结论 制备的CNTs@MoS2杂化物表现出稳定的网络交织结构，有效提高了它在涂料中的分散性能。此外，CNTs@MoS2/WES涂层优异的耐火和隔热性能主要归因于:1)CNTs@MoS2/WES涂层及其炭焦层具有更致密和完整的表面，阻隔了热量的传递;2)CNTs的添加增强了炭焦层的致密性，抑制了膨胀过程中产生的气体泄漏，提升了涂层膨胀倍率;3)MoS2提高了膨胀层强度且促进了炭焦层的形成，减少了裂纹和孔隙的产生。
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  车用先进高强钢表面分析及胶接性能研究

  邵蓉, 黎敏, 刘永壮, 曹建平, 郝玉林, 蔡宁, 李学涛

  表面技术. 2024, 53(4): 211-219. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.04.020

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  目的 明确不同先进高强钢表面氧化物形貌、成分及含量对胶接性能的影响规律。方法 本研究采用白光干涉仪、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)观察高强钢表面形貌，通过金相显微镜及X射线衍射仪(XRD)分析其显微组织及物相，采用直读光谱仪、辉光光谱仪(GDS)以及X射线光电子能谱仪(XPS)表征高强钢表面特征元素及氧化物种类。结合接触角测试对比不同高强钢表面润湿性，并分析总结高强钢表面成分对胶接性能的影响规律。结果 DH780表面以膜层状Al基氧化物为主，DP980、DP1180以及CP1180表面以Si、Mn、Cr颗粒状氧化物为主。其中DH780的表面润湿性最差，自由能最小。CP1180钢表面具有最少的氧化物含量及最小的颗粒尺寸，其表面润湿性最好，表面自由能最高。DP钢随强度提高，表面氧化物含量增加，润湿性降低。对于同种焊装胶，DH780胶接剪切强度最小，CP1180剪切强度最大。结论 高强钢表面氧化物富集对表面润湿性及表面自由能具有重要影响，尤其Al基氧化物的存在会明显降低胶接接头的剪切强度。一方面是氧化物导致表面自由能降低，黏附功下降，另一方面氧化物会阻止胶中极性基团与基体表面形成强化学键，而更多地形成氢键。Al基氧化物由于呈薄膜状覆盖于高强钢表面，故对胶接性能的影响最大。