2024年, 第53卷, 第9期　
刊出日期：2024-05-10

  

• 全选
  |

专题——轻合金的腐蚀及表面处理
• Select
  铝合金阳极氧化方法及成膜机理的研究进展

  薛合, 刘灿灿, 唐大兴, 王润, 窦文众, 梁军

  表面技术. 2024, 53(9): 1-10. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  对铝合金阳极氧化的发展现状及趋势进行了总结和展望。首先，介绍了阳极氧化工艺的类型，并着重阐述了最常用的酸性阳极氧化以及碱性阳极氧化的特点。随后，概括了阳极氧化膜生长机理的研究进展，包括氧化膜的生长过程及提出的相关理论。此外，对碱性阳极氧化的研究现状进行了归纳，并简要介绍了其与酸性阳极氧化在氧化膜结构特点及生长机理方面的异同。最后，针对当前阳极氧化技术存在的问题和面临的挑战，对其未来的发展趋势做了展望，并指出了阳极氧化技术的发展方向。
• Select
  模拟海洋大气环境下钛铝连接件的电偶腐蚀研究

  董凯辉, 宋影伟, 蔡勇, 韩恩厚

  表面技术. 2024, 53(9): 11-21. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探究海洋大气环境下飞机结构用钛铝连接件的电偶腐蚀行为，分析结构件各位置的电偶腐蚀差异，完善钛、铝金属间的电偶腐蚀机理。方法 通过动电位极化曲线、零电阻电流(ZRA)及中性盐雾试验等，比较浸泡和薄液膜2种测试条件对腐蚀过程的影响。利用有限元模拟(FEM)表征电偶作用在钛铝表面的影响范围，并预测各位置的腐蚀程度，最后通过腐蚀形貌和失重试验加以验证。结果 在模拟海洋大气环境下钛及铝合金的阴极反应速率相较于浸泡条件下有所提高，耦合后两金属间的电偶电流密度由浸泡时的1.52 μA/cm²提升至11.00 μA/cm²，腐蚀形态由局部点蚀凹坑转变为连续网格状腐蚀条纹。另外，钛与铝金属间的电偶电位(Eg=?700 mV, vs. SCE)与阳极铝合金的自腐蚀电位(Ecorr, Al=?680 mV, vs. SCE)接近，两者间较低的电位差使得电偶作用在铝表面的影响距离只有10~15 mm。结论 钛铝连接件的电偶腐蚀主要集中在与钛直接接触的铝合金交界处，但不同边界位置的腐蚀深度也可能相差4倍以上，这主要与电偶作用影响范围内的阴/阳极面积比有关。
• Select
  微弧氧化后Mg-8Li合金表面MgLiAlY-LDHs@GO膜层的生长及耐蚀性能

  周岩, 吴量, 汪安, 汪瑞俊, 姚文辉, 袁媛, 谢治辉, 张欣怡, 吴嘉豪, 陈勇花, 潘复生

  表面技术. 2024, 53(9): 22-33, 74. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 提高Mg-8Li合金的耐蚀性能。方法 首先在Mg-8Li合金表面制备微弧氧化膜(MAO)，然后使用原位水热法在微弧氧化膜表面原位生长掺杂氧化石墨烯(GO)的四元(MgLiAlY)层状双羟基金属氧化物(LDHs)智能自修复膜层。采用SEM、XRD、FT-IR、EDS、ICP等手段研究MgLiAlY-LDHs@GO膜层的形貌、结构以及成分。通过EIS、Tafel以及浸泡试验等研究膜层的耐蚀性能，分析膜层的腐蚀行为，阐释其耐蚀机理。结果 GO的掺杂可以促使LDHs纳米片生长得更加致密，主体层板中具有缓蚀作用的Y³⁺可以提高涂层的耐蚀性，四元LDHs的生长所需要的Mg²⁺、Li⁺、Al³⁺等离子来源于镁锂合金基体以及微弧氧化膜的溶解，其中Li⁺也可以促进LDHs纳米片生长得更为均匀细密。膜层的腐蚀电流密度为6.03×10^–7 A/cm²，比MAO膜层降低了1个数量级，提高了镁锂合金的耐蚀性能。结论 GO的负载使LDHs的耐蚀性能和膜层稳定性均有一定程度的提升，引入稀土元素Y会改变LDHs的骨架，造成晶格畸变，使得LDHs微观形貌呈现褶皱状，剩下部分以Y(OH)3形式存在于涂层表面，可进一步提高膜层的耐蚀性能和稳定性。
• Select
  终电压对铝合金Mo和V黑色微弧氧化膜形成过程的影响

  刘圆敬, 刘丹, 单大勇, 韩恩厚

  表面技术. 2024, 53(9): 34-42. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.004

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 以钼酸盐和钒酸盐为着色剂，探究终电压对黑色微弧氧化膜形成过程的影响。方法 在六偏磷酸钠和硅酸钠的微弧氧化体系中，添加NH4VO3和Na2MoO4作为着色剂，在清洁的6063铝合金表面获得不同终电压下的微弧氧化膜，通过SEM、XRD、XPS分析膜层的形貌、结构和成分，通过色差仪和紫外可见分光光度计表征膜层的颜色特性和吸光率，通过极化曲线和电化学阻抗谱分析膜层的电化学性能。结果 膜层的主要成分为O、Al、P、Si、Mo、V，其中Mo、V以MoO3、MoO2、V2O5、V2O3的形式存在。当终电压从350 V提高至550 V时，微弧氧化膜层的微孔变得少而大，颜色由褐色逐渐变为黑色，L从65.01减小到22.63，对可见光(波长250~800 nm)的吸收率从69.4%增至96.5%以上，膜层厚度和粗糙度从4.00、0.55 μm分别增至35.00、2.41 μm，自腐蚀电流密度降至1.48×10^?6 A/cm²，自腐蚀电位(vs. SCE)正移至?0.07 V，阻抗值大幅提高，达到2.48×10⁵ Ω.cm²。结论 NH4VO3、Na2MoO4是铝合金黑色微弧氧化的有效着色剂，反应生成的V2O5、V2O3、MoO3、MoO2是膜层呈现黑色的根本原因，随着终电压的升高，膜层吸光率和耐蚀性均提高，氧化膜的完整性对膜层性能的影响显著。
• Select
  添加Al(NO3)3对镁合金表面水滑石蒸汽涂层耐蚀性能的影响

  马言耀, 潘仕琪, 张芬, 崔蓝月, 李硕琦, 刘成宝, 曾荣昌

  表面技术. 2024, 53(9): 43-55, 74. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究原位蒸汽法制备层状双金属氢氧化物(LDH)的反应机理，以及添加Al(NO3)3对AZ91D镁合金表面水滑石蒸汽涂层耐蚀性的影响和耐蚀机理。方法 在蒸汽源中添加不同浓度的Al(NO3)3，以提供Al³⁺，采用原位蒸汽法在150 ℃下进行5 h水热反应，在AZ91D镁合金表面制备水滑石蒸汽涂层。使用XRD、FT-IR、SEM、EDS 等测试手段对水滑石蒸汽涂层进行表征，通过动电位极化、电化学阻抗和盐雾试验，研究水滑石蒸汽涂层的生长机理及腐蚀机理。结果 基于不同浓度梯度的Al(NO3)3，在AZ91D镁合金表面成功制备了水滑石蒸汽涂层，涂层的主要组成物相为Mg(OH)2、Mg-Al-NO3^?LDH、Mg-Al-CO3^2?LDH。Al(NO3)3/LDH相较于未添加Al(NO3)3得到的LDH，其生长均匀、结构致密，耐腐蚀性能由大到小的顺序为LDH-100、LDH-200、LDH-50、LDH-20、LDH、AZ91D镁合金。水滑石蒸汽涂层的腐蚀产物主要为Mg(OH)2、MgCO3。结论 在添加100 mmol/L的Al(NO3)3作为蒸汽源时，充足的Al³⁺保证了合成结构致密水滑石的需要，副产物最少，且耐蚀性最好。最后，讨论了水滑石蒸汽涂层的生长机理和腐蚀机理。
• Select
  甘油磷酸钙浓度对钛合金MAO涂层性能的影响

  肖水清, 秦晋, 王学禹, 赵融芳, 张荣发

  表面技术. 2024, 53(9): 56-64. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 提高医用钛合金的生物活性。方法 在含葡萄糖酸钙(CaGlu2)、葡萄糖酸镁(MgGlu2)、植酸钠(Na12Phy)和磷酸(H3PO4)的基本溶液中，分别添加8、10、12 g/L甘油磷酸钙(Ca-GP)，采用MAO方法在Ti-6Al-4V表面制备3种涂层。使用SEM、EDS、XRD、XPS和AFM检测涂层表面形貌、化学成分、物相结构、元素存在状态和表面粗糙度，并测试涂层的接触角、结合强度以及体外生物活性。结果 经过MAO处理后，钛合金表面可成功生长出多孔陶瓷涂层，Ca-GP参与了MAO涂层形成。当Ca-GP的质量浓度为8 g/L时，涂层非常粗糙，Ca和Mg的原子数分数分别为7.56%和1.74%。随着Ca-GP浓度的增加，微孔均匀性变好，表面微裂纹减少，且钙磷原子比(Ca/P)显著提高。在含8、10 g/L的Ca-GP溶液中，制备的涂层以Ti、锐钛矿和金红石型TiO2组成为主;在12 g/L的Ca-GP溶液中生成的涂层，Ca/P原子比可达1.77，含有TiP2O7、Mg3(PO4)2和少量HA。Ca-GP能显著增加涂层的粗糙度，且稍微增加涂层与基体之间的结合强度。接触角测试结果表明，Ca-GP能明显改善涂层的亲水性。结论 随着Ca-GP浓度增加，涂层中钙含量增加，表明钙离子通过扩散进入MAO涂层中。在含12 g/L Ca-GP溶液中制备的涂层，含TiP2O7、Mg3(PO4)2和HA，且Ca/P原子比与HA中的Ca/P原子比接近。模拟体液中浸泡试验结果表明，添加12 g/L Ca-GP制备的MAO样品，表面形成了大量颗粒状HA，表现出优异的体外生物活性。
• Select
  6063铝合金中性无铬转化膜制备及膜层性能分析

  穆松林, 郭加林, 欧云才, 杜军, 樊雨欣

  表面技术. 2024, 53(9): 65-74. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.007

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 提高铝合金微小器件的耐蚀性，开发一种条件温和可控的转化膜成膜工艺。方法 采用中性无铬转化工艺，在6063铝合金表面制备转化膜。通过研究NaF、NH4HF2、KMnO4、十二烷基硫酸钠(SDS)和没食子酸等几种添加剂对转化膜外观与耐蚀性的影响，确定NH4HF2为最佳添加剂。采用电化学方法分析膜层的耐蚀性，用SEM和EDS分析表面形貌及元素组成，并采用XRD和XPS表征膜层晶态结构和化合物组成。基于检测结果，简要分析转化膜的成膜过程。结果 最终得到了中性转化处理的最佳成膜工艺为EDTA-2Na 8.0 g/L，单宁酸1.0 g/L，Na2WO4 6.0 g/L，H2ZrF6 4.0 g/L，NH4HF2 3.0 g/L，pH 6.6，成膜温度为30 ℃，成膜时间为15 min。该工艺所制备的转化膜外观致密均匀，颜色为浅黄色。电化学测试结果表明，转化膜具有良好耐蚀性，自腐蚀电流密度由基体铝合金的16.22 μA/cm²下降为转化处理后的0.87 μA/cm²。EDS能谱分析结果表明，膜层主要由Al、C、F、O、Na、Zr和W元素组成。XRD结果显示，膜层中含有Na3AlF6晶体。XPS分析结果表明，膜层中还含有Al2O3、AlF3、WO3、ZrF4以及金属有机络合物。结论 采用中性转化处理工艺，可以在6063铝合金表面制备有色均匀、耐蚀性良好的转化膜，膜层主要由Al的难溶化合物组成。
• Select
  5056铝箔表面新型三价铬转化膜的形成过程及影响因素

  左浩越, 李铭昊, 闫江蓉, 魏翔, 唐琴, 麻彦龙

  表面技术. 2024, 53(9): 75-84. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 提高5056铝箔的耐腐蚀性能，探究新型三价铬转化膜的形成过程和主要影响因素。方法 在自主研发的新型三价铬转化液中对5056铝箔进行表面处理，通过改变镀膜时间、镀液pH、镀液温度来调控转化膜的结构和性能;通过重铬酸钾点滴测试、电化学测试、接触角测试、中性盐雾试验，对新型转化膜的耐腐蚀性能和表面特性进行表征;采用超薄切片辅助扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱对膜层的结构和成分进行分析。结果 在优化工艺条件下，可在5056铝箔表面获得一层厚度约为80 nm、具有较强疏水特性的化学转化膜，其主要成分为TiO2、ZrO2、Al2O3、Cr(OH)3;经过三价铬转化膜处理后，在中性盐雾试验进行1 632 h后未观察到5056铝箔试样出现明显腐蚀迹象，也未发现三价铬向六价铬的转变。结论 采用新型三价铬镀膜处理可以大幅提高5056铝箔在含NaCl环境中的耐腐蚀性能，随着镀膜时间的延长，合金表面先后经历转化膜的形核、稳定生长、开裂起皮、再生长与开裂起皮动态平衡等4个阶段，当转化膜稳定生长并完全覆盖合金表面时，其耐腐蚀性能最好。
研究综述
• Select
  激光表面织构技术调控材料摩擦学性能的研究进展

  李文轩, 段海涛, 李国政, 詹胜鹏, 章武林, 马利欣, 贾丹

  表面技术. 2024, 53(9): 85-101, 157. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  表面织构是提高工程材料摩擦学性能有效的表面改性方法之一。近年来多种表面织构技术已被应用于提高材料表面减摩耐磨性能，而在众多表面织构化技术中，激光表面织构技术由于具有加工速度快、生产效率高、可控性好等优点而被广泛应用。综述了激光表面织构的最新进展及应用，讨论了目前激光表面织构技术存在的问题及解决方法，总结了3种不同加工原理下的激光处理方法存在的问题，包括形状参数难控制、精度较差及灵活性较低等，并介绍了液相辅助加工技术在激光表面织构技术中的应用，同时分析了不同工艺参数包括密度、形状及深度等对材料摩擦学性能的影响。综述了激光表面织构技术复合涂层技术的研究现状，其中激光表面织构与非金属或金属涂层复合，包括氧化石墨烯填充PTFE涂层复合激光表面织构、复合热丝化学气相沉积增强激光表面织构、复合电液雾化增强激光表面织构及复合激光熔覆技术增强激光表面织构。总结了激光表面织构技术结合不同润滑技术对材料摩擦学性能的影响。最后展望了激光表面织构在各个领域的未来发展方向。
• Select
  医用介入导丝用疏水和亲水涂层的研究进展

  李涛, 马迅, 刘平, 王静静, 张柯, 马凤仓, 杨文艺, 李伟

  表面技术. 2024, 53(9): 102-116. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  医用介入导丝被广泛应用于各类介入手术，是目前经皮冠状动脉成形(PTCA)术及经皮血管成形术(PTA)中常用的医疗器械之一。在医用介入导丝表面添加亲水或疏水涂层，可以减小导丝在临床应用中的组织摩擦和组织损伤，有效提高导丝的通过性、抗菌性和生物相容性，减少炎症。综述了近年来国内外医用介入导丝亲水和疏水涂层材料，介绍了这些涂层的机理、附着力优化、抗菌修饰等方面内容，重点介绍了聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚对二甲苯等涂层材料体系的研究进展，介绍了不同材料体系在医用导丝亲水和疏水涂层的作用机理和实际应用，同时介绍了亲疏水涂层的制备工艺，重点阐述了层层自组装、紫外光接枝、等离子体接枝和化学气相沉积等制备方法的可操作性、优势和劣势。最后在总结前人研究成果的基础上，对医用介入导丝涂层的现状及面临的问题进行了探讨，并对医用介入导丝涂层的发展方向及提高涂层综合性能等方面进行了展望。
摩擦磨损与润滑
• Select
  仿生侵蚀介质对滚刀/大理岩滚动摩擦磨损行为的影响

  杨康辉, 吴志鑫, 苏叶茂, 刘少锐, 郑靖, 周仲荣

  表面技术. 2024, 53(9): 117-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 对比去离子水和仿生侵蚀介质2种工况下，滚刀/大理岩摩擦副在不同法向载荷作用下的滚动摩擦磨损行为，阐明仿生侵蚀介质对大理岩破碎去除和滚刀磨损的影响规律和作用机制，为化学手段辅助提升全断面隧道掘进机(TBM)破岩效率提供参考。方法 表征自制仿生侵蚀介质对大理岩和H13钢滚刀的腐蚀性，基于自制滚压破岩模拟试验机研究滚刀/大理岩摩擦副的滚动摩擦磨损行为。结果 仿生侵蚀介质对滚刀无明显腐蚀性，但会诱导大理岩表面产生次生裂隙和溶蚀孔，弱化岩石表面的力学性能。在法向载荷为45、75、105 N时，相较于去离子水工况，在仿生侵蚀介质工况下大理岩的磨损体积分别提高了25.3%、9.3%、17.5%，滚刀破岩比能分别下降了28.3%、11.4%、20.0%。在法向载荷为45 N时，岩石表面的破坏形式主要为矿物颗粒破碎剥落。在法向载荷为75 N时，岩石的去除量明显增大，表面形成了密实核。在法向载荷为105 N时，岩石表面发生显著开裂和去除现象。结论 仿生侵蚀介质能促进大理岩的破碎和去除，降低滚刀磨损和破岩比能。仿生侵蚀介质的作用受到岩石破坏形式的影响，在法向载荷较低时，岩石表面破坏形式以矿物颗粒剥落和密实核形成为主，仿生侵蚀介质仅作用于岩石表层，其效果有限;在法向载荷较高时，岩石表面会产生裂纹和开裂，有利于仿生侵蚀介质向岩石内部的渗透，刀具的破岩效率显著提高。
• Select
  不同预热温度WC增强镍基合金堆焊层的微结构演化与摩擦学性能

  张春霖, 张丽, 李胜利, 李静, 张诗涵, 解志文

  表面技术. 2024, 53(9): 127-136. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.012

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究不同预热温度(200、400 ℃)条件下硬质颗粒增强镍基合金堆焊层的微观组织结构演化机理，以及对其力学性能、磨损性能的影响规律。方法 采用等离子弧焊接技术在42CrMo钢基体表面堆焊硬质WC颗粒增强镍基强化层，利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、硬度计和摩擦磨损试验机，分析不同预热温度堆焊层的物相组成、微观组织形貌、力学性能和磨损性能，建立堆焊层制备工艺–微观组织结构–力学性能–磨损性能之间的强映射关系。结果 堆焊层主要由γ-Ni/Fe、WC、W2C、M7C3、M23C6、Ni2W4C、Cr3C2等物相组成，在预热温度200 ℃下堆焊层二次碳化物析出较少，发生了严重的WC颗粒沉降现象;在预热温度400 ℃下，堆焊层析出了大量的二次碳化物，WC颗粒沉降减弱，组织均匀性提高。在400 ℃下预热，相较于200 ℃下预热，堆焊层的磨损质量减少了51.85%，磨损率减少了51.89%。结论 高预热温度和长保温时间可促进WC颗粒界面反应，驱动大面积二次碳化物的析出，有效缓解WC颗粒沉降，改善凝固组织中WC颗粒的分布均匀性，从而显著提高堆焊层的硬度和耐磨性。
• Select
  表面织构对滑动电接触界面摩擦学行为的影响

  王东伟, 李发强, 黄起昌, 赵阳, 丁昊昊

  表面技术. 2024, 53(9): 137-147, 179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 利用表面织构减摩抗磨的优良特性，将其应用于电接触摩擦表面，探讨它对滑动电接触界面摩擦磨损及电接触可靠性的影响。方法 利用激光系统制备2种织构，即方坑型表面织构(SPT)和沟槽型表面织构(GT)，并与光滑表面的载流摩擦学信号进行对比分析。利用ABAQUS模拟试验，分析界面接触应力、电压和位移的变化特性。结果 随着试验的进行，GT表面的摩擦因数逐渐增大，并与光滑表面达到同一水平(0.7)，SPT表面的摩擦因数在整个试验过程中始终较低(0.4)。光滑表面在电接触过程中发生了多频振动现象，2种织构表面的振动信号非常微弱，尤其是SPT表面，仅出现了100 Hz的振动频率。光滑表面和GT表面出现较严重的磨损现象，而SPT表面磨损轻微。有限元分析结果表明，表面织构的存在能够避免应力集中现象，GT表面的应力较大(90 MPa)，且始终分布在沟槽棱边。结论 在电接触状态下，2种织构表面均能不同程度地降低界面的摩擦因数和摩擦力，其中SPT表面的减摩降磨效果最显著。GT表面沟槽棱边的损伤和磨屑堆积是导致其逐渐失去减摩效果的主要原因。模拟分析结果证实，SPT表面织构的存在能避免应力集中，有利于改善磨损和降低振动强度。虽然GT表面的最大应力分布也具有时变特征，但是其值较大，且分布在沟槽棱边，导致沟槽织构的减摩效果逐渐减弱。
• Select
  棉纤维股线与303钢线接触摩擦磨损行为分析

  刘园玲, 王红飙, 陈春晖, 马承诺, 王一飞, 张有强

  表面技术. 2024, 53(9): 148-157. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.014

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探究棉纺织加工过程中棉纱线对金属表面的摩擦磨损行为。方法 通过线接触摩擦磨损试验，分析加载力、预加张力、速度和棉纱线股数等因素对金属表面摩擦磨损性能的影响，采用3D表面轮廓仪表征金属表面形貌随磨损时间的变化特征，基于Archard磨损模型对磨损量进行预测。结果 在加载力相同时，棉纱线股数越多，摩擦因数越小;在相同股数下，预加张力对摩擦因数的影响小于加载力，速度对摩擦因数的影响较小。金属表面磨痕深度随着磨损时间的延长而增加，最大磨痕深度为23.158 μm，磨损量随着磨痕体积的增大而增加。与磨损24 h时相比，在48 h时金属磨损严重，磨损量增大了71%;相较于其他磨损时间段，在96 h时磨损量变化较小。在磨损阶段，磨痕面积的变化规律与磨痕体积相似，均与磨损时间呈正相关。在磨损时长达到120 h后，非直接接触区域会发生链式反应，导致损伤面积不断扩大。结论 在连续摩擦条件下，棉纱线会对金属表面造成损伤，基于Archard磨损模型的预测结果与试验结果较为一致。
• Select
  KH550修饰纳米莫来石对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响

  李国涛, 何强, 许泽华, 张磊, 陈勇刚, 杜治材

  表面技术. 2024, 53(9): 158-166. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.015

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究硅烷偶联剂表面修饰纳米莫来石(Mullite)(Al2O3-SiO2体系)作为添加剂，对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响。方法 用硅烷偶联剂(KH550)对纳米Mullite表面进行修饰，分别制备质量分数为0.03%的纳米Mullite和KH-mullite的聚脲润滑脂。采用四球摩擦试验机测试纳米Mullite和KH-mullite作为添加剂对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响，利用扫描电子显微镜(SEM)和三维表面形貌仪观察磨损表面形貌，通过X射线能量色散能谱仪(EDS)分析磨损表面的元素分布，使用X射线光电子能谱(XPS)分析磨损表面润滑膜的元素价态，探究添加剂在聚脲润滑脂中的作用机理。结果 经过修饰后，纳米KH-mullite在聚脲润滑脂中的减摩抗磨性能较优，摩擦因数和磨斑直径分别降低了22.4%、15.6%。通过SEM和三维表面轮廓仪观察磨损表面发现，KH-mullite添加剂能够有效降低磨损表面的粗糙度，修复磨损表面。KH-mullite聚脲润滑脂优良的摩擦学性能归功于两点，首先KH-mullite能够沉积并吸附在磨损表面，在起到修复作用的同时促进了润滑膜的形成;其次，KH-mullite能够进入润滑膜中，将摩擦副之间的摩擦方式变为滚动摩擦。结论 Mullite和KH-mullite都具有提升聚脲润滑脂润滑性能的作用，经硅烷偶联剂修饰后的KH-mullite在减摩抗磨性能方面表现更优越。
激光表面改性技术
• Select
  基于响应面法的Ni60/WC涂层表面织构皮秒分束工艺参数预测研究

  钟林, 伍小龙, 王国荣, 罗敏敏, 王紫萱, 魏刚, 王杰, 冷晓栋, 曾秦涛, 张文超, 敬佳佳

  表面技术. 2024, 53(9): 167-179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.016

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 实现六分束激光在Ni60/WC涂层表面烧蚀目标织构激光加工工艺参数的精确选择。方法 基于CCD响应面法，设计在不同的激光工艺参数下对Ni60/WC涂层表面进行织构烧蚀试验，以激光频率、扫描次数、扫描速度为影响因素，以圆凹坑织构直径、深度及由其直径和深度综合加权所得的综合目标为响应目标，建立目标织构所需激光工艺参数的预测模型，以织构直径、深度及综合目标作为优化条件，对预测模型进行实验验证。结果 扫描次数对织构直径的影响最显著，单个脉冲光斑上所聚集的能量大小是影响织构直径误差的关键因素。对织构深度影响最显著为扫描次数和频率，织构深度与扫描次数、频率呈正相关，不同因素间的交互作用是影响织构加工结果的关键。通过对预测模型所优选的参数进行实验验证发现，以织构直径和深度、综合目标建立的预测模型优选工艺参数所加工圆凹坑织构的质量评价指标与其预测指标的误差率分别为19.37%、3.57%。功率为6 W时，六分束激光加工最优工艺参数为速度5 500 mm/s、频率400 kHz、扫描2次。结论 通过综合目标建立的Ni60/WC涂层表面圆凹坑织构六分束激光加工参数优选预测模型精确程度较高，能够实现Ni60/WC涂层表面加工所需织构激光参数的准确预测，为涂层表面织构加工激光参数精确选择提供了理论依据。
• Select
  激光一次性去除铝合金飞机蒙皮涂层实验与数值研究

  姜苏航, 李多生, 叶寅, 谢非彤, 邱彦钦, 钟宏平

  表面技术. 2024, 53(9): 180-189. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.017

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 研究激光的频率、功率及扫描速度等参数对脉冲激光清洗航空铝合金表面S06-0215油漆涂层的影响，分析脉冲激光清洗的机制，优化工艺参数组合，并设计航空铝合金表面涂层一次性去除方法。方法 以航空铝合金2A12为基材，开展脉冲激光的频率、功率和扫描速度等参数对基材表面涂层烧蚀深度的影响研究，以及烧蚀过程中基材表面最高温度的模拟研究。同时，以表面粗糙度和去除深度为评价指标，对2A12铝合金飞机蒙皮表面涂层进行清洗实验，对采用优化参数清洗后的蒙皮表面进行粗糙度测量、元素含量以及组成成分分析。结果 脉冲激光的扫描速度和频率变大，以烧蚀为主导作用的去除机制逐渐减弱，同时振动机制逐渐增强，并最终转变为主导地位。影响激光去除深度的参数，按权重大小依次为扫描速度、功率、频率。结合模拟与实验结果发现，激光频率125 kHz、功率70 W和速度50 mm/s为表面涂层S06-0215最佳的一次性去除工艺参数组合，此时能量密度大小为1.47 J/cm²，清洗过程中，不损伤2A12铝合金飞机蒙皮基材。通过XRD、SEM以及EDS表征分析表明，氧化膜仅被部分去除。结论 激光清洗铝合金表面油漆涂层采用合适的参数组合可以保留氧化膜，可以实现一次性地去除铝合金表面油漆涂层，同时对基材不会造成损伤。
• Select
  激光内送粉变姿态熔覆非水平熔池流场的数值模拟

  陈海俊, 朱刚贤, 贺继宏, 王丽芳

  表面技术. 2024, 53(9): 190-199, 208. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.018

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 提高激光内送粉变姿态熔覆层成形质量，对变姿态熔覆时非水平熔池流场随基板倾斜角的演变规律进行研究。方法 首先，利用FLUENT软件中离散相模型对喷嘴流场进行模拟，获取粉末频次的分布规律。其次，采用流体体积法耦合熔化/凝固模型对熔池流场进行计算。通过施加质量源项引入同步送粉，施加能量源项模拟激光热输入，选取姿态角为30°、60°、90°进行计算，对熔池流场及熔覆层界面进行追踪分析。最后，基于激光内送粉熔覆工艺进行实验测定。结果 粉斑内粉末量呈“中间均匀，两端密集”的分布规律。熔池流动为“双环流”分布特征，但流动方向受重力影响，产生偏转。取3种姿态角计算时间同为0.3 s时，熔池中心处流体的偏转角分别为2°、4°、6°，并且随着倾斜角的增大，熔覆层高度分别增加了0.28%、0.83%、1.45%，熔覆层宽度减小了1.19%、1.28%、1.73%，熔覆层顶点偏移量增大到48.08、86.54、105.76 μm。最后结合实验测定，数值计算与实验结果一致。结论 Marangoni应力使得激光内送粉熔覆熔池流体产生由中心向边界流动的“双环流”分布特征，非水平熔池流动方向受重力影响产生偏转。随着基板倾斜角增大，熔覆层截面高度增加、宽度降低、顶点偏移量增加。为提高不便摆平非水平基面的激光内送粉变姿态熔覆再制造成形质量提供了指导。
• Select
  选区激光熔化成形NiTi合金工艺参数对表面粗糙度的影响规律

  王俊伟, 贺定勇, 吴旭, 王国红

  表面技术. 2024, 53(9): 200-208. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.019

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 针对选区激光熔化(SLM)制备NiTi形状记忆合金表面粗糙度难以满足实际应用要求，通过优化工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距)以有效地降低表面粗糙度以及研究各工艺参数对表面粗糙度的影响规律。方法 采用L16正交阵列的田口模型设计选区激光熔化制备NiTi样品的工艺参数，通过对表面粗糙度信噪比值进行统计方法分析以及样品表面形貌的表征，研究不同工艺参数对表面粗糙度的影响程度以及影响机理，最终优化出制备低表面粗糙度的工艺参数组合。结果 在激光功率为20 W和30 W时，NiTi粉末不能够充分熔化造成熔道不连续，使得样品表面起伏增大，粗糙度值最大到7.8 μm;增大激光功率到40 W和50 W时，粉末充分熔化，样品表面形貌明显改善;在相同功率下，扫描速度从200 mm/s增加到500 mm/s时，样品的粗糙度值也随之增大。结论 工艺参数对表面粗糙度影响的重要性顺序依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最终优化出的工艺参数组合为激光功率50 W、扫描速度200 mm/s、扫描间距0.07 mm，并在该工艺参数下制备的样品表面粗糙度值为1.38 μm，与模型预测的值1.43 μm接近，相差仅为9.97%。
• Select
  激光熔凝处理对P20钢组织及性能的影响

  李勇, 缪星旭, 张成佳, 姜鹤明, 王坤, 王小瑾

  表面技术. 2024, 53(9): 209-215. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.09.020

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 提高P20模具钢的表面硬度和耐磨性能。方法 采用激光熔凝技术对P20模具钢表面进行强化处理。通过硬度梯度检测和摩擦磨损测试，分别评价熔凝层的硬度分布特征和耐磨性能，并通过光学显微镜和扫描电子显微镜对熔凝层及磨痕形貌进行分析。结果 使用激光输出功率为500 W、光斑直径为2.5 mm、聚焦透镜距离为40 mm、扫描速度为6 mm/s、搭接率为45%、氮气保护的激光熔凝工艺所得熔凝层的组织细小，无脱碳、畸变、裂纹等缺陷，熔凝处理质量高。熔凝过程中单道激光熔凝层呈半椭圆形分布，最大深度为610~620 μm。熔凝处理后表面硬度提升显著，熔凝层的硬度分布与熔凝层的区域位置有关，具有较高硬度且硬度保持基本稳定的熔凝层深度约为400 μm;单道激光熔凝层最高硬度可达460~480HV，重叠影响区即双熔凝区的最高硬度在540~560HV之间，即熔凝层硬度普遍较基体硬度提高了60%以上。此外，P20模具钢经过激光熔凝处理后耐磨性能提升明显，其平均摩擦因数约为0.85，熔凝处理的磨损失重较未处理的试样减少了约61%，其磨损机制主要表现为磨粒磨损和少量的黏着磨损或剥落脱离。结论 激光熔凝处理能够显著提高P20模具钢的表面硬度和耐磨性能，试验采用的激光熔凝工艺可在P20钢表面获得硬度较高且稳定可靠的熔凝层深度在400 μm左右，能将P20模具钢的表面硬度及耐磨性提高60%以上。