2025年, 第54卷, 第1期　
刊出日期：2025-01-10

  

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专题—高强韧PVD硬质防护及功能涂层
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  电弧离子镀涂层大颗粒缺陷控制与抑制技术研究进展

  张泽, 张远涛, 张林, 赵栋才, 张腾飞, 张世宏

  表面技术. 2025, 54(1): 1-16. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.001

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  电弧离子镀是当前应用最广泛的物理气相沉积技术，其制备的涂层具备高硬度、高沉积效率和良好的结合力等优点，在刀具及模具涂层领域展现出显著优势。然而，该技术存在涂层表面大颗粒缺陷的问题，严重限制了其在高精密加工、高致密性防护涂层以及传感器绝缘膜等领域的推广应用。因此，如何有效减少涂层表面大颗粒缺陷的数量和密度已成为相关机构关注的重要研究方向之一。总结了电弧离子镀技术在大颗粒缺陷控制和抑制方面的最新进展和应用，探讨了当前存在的问题及解决方案。对大颗粒产生、传输和到达3个阶段下的产生/运动机理和控制手段进行了总结。针对大颗粒产生过程，通过优化弧源设计，改善磁场分布，提高弧斑运动速度，实现了更加均匀、快速的弧斑运动轨迹，减少了大颗粒生成概率;在传输过程中，采用物理屏蔽/磁过滤与辅助阳极辅助等手段有效控制了离子和大颗粒运动轨迹;在基体区域沉积阶段，通过增加基体偏压来调控到达基体的大颗粒数目。此外沉积参数的改变也广泛用于减少大颗粒缺陷。这些方法思路和研究进展将为解决电弧离子镀技术中存在的大颗粒缺陷问题提供新思路，并有望推动该项技术在各个行业中得到更广泛的应用。
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  类金刚石碳薄膜在摩擦纳米发电机中的应用进展

  李伟业, 王欣, 张素荣, 许春林, 陈丽, 张斌

  表面技术. 2025, 54(1): 17-31. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.002

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  在众多新能源技术中，摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator，TENG)因其独特的能量收集机制和广泛的应用前景而备受关注。如何提高TENG的服役寿命，成为当前的研究热点之一。首先总结了TENG的发电原理，提出了耐磨寿命的紧迫需求。然后分析了类金刚石碳(Diamond-like Carbon，DLC)薄膜优异的耐磨性、化学稳定性和电子特性，探讨了超润滑DLC薄膜在减少摩擦和磨损的同时，如何提高能量转换效率和设备耐久性，以及TENG在自供能传感器、可穿戴设备、环境能量收集、微型电子设备和智能物联网(IoT)等领域的应用。进一步从DLC薄膜材料表面改性、多层结构设计、掺杂改性和复合结构设计等展开了TENG性能优化策略的讨论。展望了超润滑DLC-TENG技术面临的挑战和未来的研究方向，包括开发新型高效、低成本的超润滑DLC复合材料，探索创新的结构设计，实现TENG的智能化和环境能量综合利用，期待其在未来实现更广泛的应用。
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  Mo含量对AlCrMoSiN涂层微观结构和性能的影响

  张冬青, 刘艳梅, 王子铭, 张晓松, 李壮, 曹凤婷, 范其香, 王铁钢

  表面技术. 2025, 54(1): 32-41, 52. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.003

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  目的 解决AlCrSiN涂层在高速干切削工况下耐磨性不足，其服役寿命大幅降低的难题。方法 采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合技术，对AlCrMoSiN涂层中的Mo含量进行优化，研制一系列具有不同Mo含量的AlCrMoSiN涂层，通过调节CrMo靶溅射功率，改变涂层中的Mo含量。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、纳米压痕仪、纳米划痕仪、高温摩擦磨损试验机等检测设备对涂层微观形貌、物相组成、力学性能、摩擦学行为进行表征。结果 随Mo含量的增加，AlCrMoSiN涂层的晶粒尺寸增大，涂层厚度增加;XRD衍射峰向大角度偏移，并在(111)和(200)晶面上择优取向明显，涂层中逐渐形成以fcc-(Al,Cr,Mo)N固溶相为主的结构。Mo元素的掺杂使涂层内部出现晶格畸变现象，在一定程度上增强了涂层的韧性。当涂层中Mo的原子数分数达到21.3%时，涂层的特征值H/E和临界载荷达到最高，分别为0.059和67.62 N，涂层的摩擦因数为0.54，磨损率最低为7.97×10^–4 μm³/(N.μm)。结论 Mo元素的掺杂提高了AlCrMoSiN涂层的结晶度，当Mo的原子数分数为21.3%时，涂层的耐磨损性能最佳。
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  HVOF/AIP技术制备耐磨蚀涂层及性能研究

  于大千, 王乘风, 纪任山, 石亮, 刘增斌, 李富强, 李海庆, 王启民

  表面技术. 2025, 54(1): 42-52. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.004

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  目的 采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术和电弧离子镀(AIP)技术制备耐磨蚀防护涂层，延长45^#钢结构件在煤粉供料系统的服役周期。方法 通过HVOF、AIP和HVOF/AIP复合技术分别在45^#钢表面制备了WC-10Co4Cr涂层、CrN涂层和WC-10Co4Cr/CrN复合涂层，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、激光共聚焦显微镜等仪器，分析了不同涂层的微观形貌、物相组成、耐蚀性和耐磨性。结果 WC-10Co4Cr、CrN和WC-10Co4Cr/CrN 3种涂层与基体之间界面结合状态良好。HVOF技术制备的WC-10Co4Cr涂层的耐腐蚀性稍弱，AIP技术沉积的CrN涂层有良好的耐腐蚀性能，复合技术沉积的WC-10Co4Cr/CrN涂层中，CrN涂层较好地覆盖了WC-10Co4Cr涂层的孔隙，大幅提升了WC-10Co4Cr涂层的耐腐蚀性。划痕测试结果表明，WC-10Co4Cr/CrN复合涂层的结合力优于单一的CrN涂层，硬度和摩擦磨损测试表明WC-10Co4Cr/CrN复合涂层的硬度、韧性和耐磨性均远优于单一的CrN涂层。结论 HVOF制备的WC-10Co4Cr涂层具有良好的承载能力，在此涂层表面通过AIP法制备的WC-10Co4Cr/CrN复合涂层，可以提升45^#钢基体的耐磨、耐腐蚀性能，从而有效延长工件的使用寿命。
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  Al含量对TiZrNbMoAlx难熔高熵合金薄膜高温抗氧化的影响

  王林青, 蒲春林, 张艳, 王军军

  表面技术. 2025, 54(1): 53-61, 73. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.005

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  目的 探讨Al含量对TiZrNbMoAlx难熔高熵合金(Refractory High-entropy Alloys，RHEAs)薄膜结构和高温抗氧化性能的影响，并讨论TiZrNbMoAlx RHEAs薄膜的氧化机理。方法 利用双靶磁控共溅射技术，以90°扇形的Ti、Zr、Nb、Mo靶拼接而成的靶材和Al靶材作为溅射靶材，通过调节Al靶溅射功率，制备不同Al含量(原子数分数0%、14%、18%、24%、28%)的TiZrNbMoAlx RHEAs薄膜，并将这些薄膜置于600 ℃大气环境中进行氧化试验。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能量色散光谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)等，对氧化前后薄膜的物相组成和微观结构进行分析。对比不同Al含量的TiZrNbMoAlx RHEAs薄膜的抗氧化性能，并分析其氧化机理。结果 薄膜的微观结构和高温抗氧化性能与Al含量密切相关。不含Al时，薄膜呈现出(110)择优取向的BCC单相固溶体结构;Al原子数分数为14%~24%时，薄膜表现为无定形相结构;Al含量较高(原子数分数为28%)时，薄膜中出现了AlZr3二次相。在600 ℃环境退火后，Al氧化生成了Al2O3，这有效提升了TiZrNbMoAlx RHEAs薄膜的抗氧化性能。然而，过量的Al含量(原子数分数为28%)会导致应力集中并产生裂纹，降低薄膜的高温抗氧化性能。结论 Al含量对TiZrNbMoAlx RHEAs薄膜的高温抗氧化性能具有重要影响，适量的Al含量可改善TiZrNbMoAlx RHEAs薄膜的抗氧化性能。
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  HiPIMS制备Cr/CrxCy梯度过渡层对DLC薄膜结构及性能的影响

  滑利强, 苏峰华, 李吉, 林松盛

  表面技术. 2025, 54(1): 62-73. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.006

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  目的 探究高功率脉冲磁控溅射功率制备Cr/CrxCy梯度过渡层对DLC薄膜性能的影响，以制备具有优良结合强度、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能的DLC薄膜。方法 利用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和直流磁控溅射(DCMS)在304不锈钢和YG6硬质合金表面制备具有Cr/CrxCy梯度过渡层的DLC薄膜，研究不同HiPIMS电源功率下制备的Cr/CrxCy过渡层对DLC薄膜的结构和性能的影响。采用SEM、AFM对薄膜的表面、截面形貌进行观察。利用UMT-Tribolab摩擦磨损划痕实验机测试薄膜的膜基结合强度和摩擦磨损性能，利用光学显微镜观察划痕，并测算结合力，分析磨损机制。利用电化学工作站对制备的DLC薄膜进行耐腐蚀试验。结果 随着HiPIMS电源功率的提升，Cr/CrxCy梯度过渡层的厚度随之增加，最厚为200 nm，薄膜的表面粗糙度随之下降，由对照组S1的4.69 nm降至S5的1.15 nm。薄膜的纳米硬度出现逐渐升高的现象，由S1的18.76 GPa升至S5的23.77 GPa。薄膜的膜基结合力表现出先减小后增大的趋势，S5组样品的膜基结合力最大，为22.19 N。薄膜的摩擦因数随着HiPIMS功率的升高而降低，最低为S5组的0.032 2，对应薄膜的磨损率为4.2×10^?7 mm³/(N.m)。电化学试验结果表明，当HiPIMS电源功率为2.4 kW时，所制备的DLC薄膜具有最低的腐蚀电流密度和最高的界面电荷转移电阻，其耐腐蚀性能最优。结论 利用高功率脉冲磁控溅射技术制备DLC薄膜的Cr/CrxCy梯度过渡层可以有效提高薄膜的表面质量，提高薄膜的膜基结合力，降低薄膜的残余应力，同时降低薄膜的摩擦因数，提高薄膜的耐磨性。采用HiPIMS制备的Cr/CrxCy梯度过渡层DLC薄膜具有较低的腐蚀电流密度和较高的界面电荷转移电阻，其耐腐蚀性能得到提升。
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  机器学习辅助设计高强韧(TiZrNbCrSi)N高熵氮化物涂层

  黄中庆, 彭爽, 孙德恩, 邱恒鑫, 崔芹, 张健, LIU Shiyu

  表面技术. 2025, 54(1): 74-83, 160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.007

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  目的 通过机器学习构建(TiZrNbCrSi)N体系的硬度算法模型和韧性算法模型，结合高通量制备完成对兼具高硬度和高韧性的高熵氮化物涂层的成分设计和高效筛选。方法 采用磁控溅射多靶共沉积技术制备强韧一体化的(TiZrNbCrSi)N高熵氮化物涂层。采用热场发射扫描电镜和能谱仪对涂层表、截面形貌及成分进行分析，利用纳米压痕仪测量涂层的硬度和弹性模量，采用压痕法定量表征涂层的韧性。同时，引入高通量制备技术大幅缩短样品制备周期，采用随机森林算法构建机器学习模型，对涂层的成分和性能进行高效分析和预测。结果 (TiZrNbCrSi)N涂层的厚度约为720 nm，呈现柱状晶结构，其晶体结构为FCC。涂层的硬度为12~28 GPa，韧性值为1~10 MPa.m^1/2。机器学习对涂层硬度预测的均方根误差为1.118 GPa，对韧性预测的均方根误差为1.292 MPa.m^1/2。结论 通过机器学习构建的硬度算法模型及韧性算法模型，对(TiZrNbCrSi)N涂层体系的性能预测结果具有较高的准确性。筛选获得的(Ti0.079Zr0.081Nb0.089Cr0.119Si0.068)N0.564高熵氮化物涂层兼具高硬度和高韧性，其硬度为25.6 GPa、韧性值为8 MPa.m^1/2。
研究综述
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  铜金属化中扩散阻挡层的研究进展

  李荣斌, 康旭, 周滔, 张如林, 蒋春霞, 王璐

  表面技术. 2025, 54(1): 84-96. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.008

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  随着第四次工业革命的到来，集成电路尺寸的微小型化是其发展的必然结果。铜互连取代铝互连在集成电路后道工艺中取得了革命性变革，为推动集成电路产业迈向新的发展阶段注入了强劲动力。然而，随着半导体器件尺寸的减小，铜原子向硅界面的快速扩散行为严重阻碍了铜金属化的发展。该领域重要的目标是制造超薄尺寸、低电阻率和热稳定的新型铜扩散阻挡材料，以实现铜/硅界面的可靠耦合。从4个方面总结了铜金属化中扩散阻挡层的研究进展，首先讨论了铜金属化取代铝金属化面临的关键问题及其解决方案;随后，介绍了铜金属化中扩散阻挡层的制备方法，主要包括气相沉积技术、原子层沉积技术和电沉积技术等;然后着重对铜互连中扩散阻挡层的常用材料(金属基、碳材料、自组装分子层及高熵合金)进行了讨论，系统综述了不同材料的阻挡特性，理清了扩散阻挡层材料结构与扩散阻挡性能的构效关系;最后展望了亚纳米厚度的高性能扩散阻挡层的材料筛选策略，以及制备方法的选择。
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  镍及其合金超精密抛光技术研究进展

  韩嘉茹, 蒋淼锦, 陈倚, 魏雅晓, 乔冬升, 徐姿仪, 弓爱君

  表面技术. 2025, 54(1): 97-109. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.009

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  镍及其合金作为高新技术领域的重要基础材料，对其表面质量的要求日益提升。然而，由于其韧性高、硬度高、导热系数小，可加工性较差，传统表面加工方法存在加工硬化、表面划痕、加工效率低等问题，因此对镍及其合金进行超精密抛光已成为一个极其重要的研究方向。聚焦于高效率、高质量、低损伤抛光，综述了应用于镍及其合金加工的电化学抛光(ECP)、化学机械抛光(CMP)、磁流变抛光(MRF)与激光抛光(LP)技术的原理、特点以及国内外研究现状。从表面质量、抛光效率、形状限制、环境污染以及加工成本这几个方面对各超精密抛光技术进行了对比，并概述了不同抛光技术的优缺点，分析了不同种类镍合金所适用的抛光方法。归纳总结发现，ECP与CMP成本较低，是目前加工镍及其合金的主流方式，但其抛光液存在污染。MRF与LP对环境友好，可用于复杂形状表面的抛光，但操作过程复杂、成本较高。最后基于目前镍及其合金超精密抛光所存在的问题与现有的技术，对超精密抛光技术的发展趋势进行了展望，以期为进一步研究镍及其合金的超精密抛光提供理论指导。
摩擦磨损与润滑
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  B4C-60Ni添加量对WC-B4C-Ni复合涂层耐磨性能的影响

  滕达, 高珊, 刘运峰, 周秉文, 张兴国

  表面技术. 2025, 54(1): 110-119. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.010

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  目的 改善TC4钛合金表面的耐磨性能，延长其使用寿命。方法 通过超音速火焰喷涂(HVAF)技术在TC4钛合金上制备含不同质量分数B4C-60Ni的WC10Co4Cr-B4C-60Ni复合涂层，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、维氏硬度测试和摩擦磨损实验，分析B4C-60Ni含量对复合涂层的相组成、微观形貌、元素分布、显微硬度、耐磨性能的影响，以及复合涂层的磨损机制。结果 复合涂层的相组成相似，B4C-60Ni的添加使得复合涂层组织更加致密，涂层孔隙率小于1%;涂层硬度随着B4C-60Ni质量分数的增加而降低，其中B4C-60Ni的质量分数为10%的复合涂层具有最高的显微硬度(1 228HV0.3)，约为基体的4倍;涂层的摩擦因数均低于0.5，且涂层的磨痕深度小于15 μm，磨损量随着B4C-60Ni质量分数的增加而增大。其中，WC10Co4Cr-10B4C-60Ni涂层的耐磨性最好，其体积磨损率仅为4.588×10^–7 mm³/(N.m)，相较于TC4基体(3.059×10^–4 mm³/(N.m))降低了3个数量级。结论 适量添加B4C-60Ni可提高涂层的致密度，B4C-60Ni能够与金属黏结相相互支撑和填充，形成相互间钩爪式的锁定结构，涂层表现出优异的耐磨性。但是添加过量的B4C-60Ni会导致WC分解，摩擦性能下降。
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  用于双层管井下水力举升的双喷嘴射流泵冲蚀磨损特性研究

  唐洋, 徐嘉庆, 张吴镝, 熊浩宇, 王国荣

  表面技术. 2025, 54(1): 120-131. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.011

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  目的 研究双喷嘴射流泵在井下水力举升过程中的冲蚀磨损特性，探究影响冲蚀磨损特性的因素及其规律。方法 结合固液两相流的冲蚀模型和计算流体力学(CFD)方法对射流泵泵芯在流场中的冲蚀磨损行为进行模拟，预测易发生冲蚀磨损的区域，并通过实验验证，进一步探究颗粒直径、质量流量、动力液流量等参数对泵芯冲蚀特性的影响规律。结果 射流泵泵芯的易冲蚀区域为喉管入口内壁面、喉管出口内壁面、扩散管入口附近内壁面等3个位置，通过实验验证了仿真模型的准确性。在控制单因素变量条件下，粒径从0.05 mm增大到1.1 mm时，喉管入口锥面冲蚀位置由闭合圆环状变为三角状，扩散管入口处冲蚀区域面积逐渐减小。质量流量从0.005 kg/s增至0.01 kg/s时，易冲蚀区域最大冲蚀率和冲蚀面积随之增大，喉管入口锥面的最大冲蚀率增大了2倍，喉管-扩散管的最大冲蚀率增大了1.93倍。动力液流量从11 L/s增至15 L/s时，易冲蚀区域的最大冲蚀率随之增大，喉管入口锥面的最大冲蚀率增大了14.2倍，喉管-扩散管的最大冲蚀率增大了1.3倍。结论 对最大冲蚀率的数值和增长倍数进行综合分析发现，动力液流量是冲蚀率增长的主要驱动因素，该研究能够为双喷嘴射流泵的设计和应用提供参考。
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  高速列车偏心车轮踏面的高阶多边形磨耗机理研究

  康熙, 宫巍容, 刘锐涵, 赵洋, 陈翔, 陈光雄, 崔晓璐, 禄盛

  表面技术. 2025, 54(1): 132-139. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.012

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  目的 研究高铁车轮几何偏心与车轮踏面高阶多边形磨耗之间的关系。方法 在匀速运行期间对高速列车轴箱体的三向振动加速度进行测试，并分析功率谱密度;建立轮对-钢轨系统有限元模型，采用瞬时动态法计算车轮不同几何偏心工况下轮轨力的波动情况;采用复特征值法分析轮轨在饱和纵向蠕滑力激励下系统的稳定性，预测引起车轮高阶多边形磨耗的轮轨不稳定振动，并研究对列车运行速度和运营环境的影响。结果 高速列车以237 km/h的速度运行且轮轨摩擦因数为0.23时，0.7 mm及以上的车轮几何偏心量会导致轮轨最大纵向蠕滑力达到饱和状态，引起614 Hz的轮轨系统不稳定振动，造成车轮24~25阶多边形磨耗的形成。当车速从200 km/h分别增至300、400 km/h时，引起纵向蠕滑力饱和的车轮几何偏心临界值从0.8 mm分别减至约0.67、0.56 mm。当轮轨间摩擦因数为0.21及以上时，饱和纵向蠕滑力激励的轮轨系统614 Hz不稳定振动的等效阻尼比随着轮轨摩擦因数的增大而减小。在摩擦因数0.21~0.27范围内，该振动的发生趋势线性增强。当摩擦因数降至0.21以下时，该振动趋于稳定。结论 在列车高速运行时，超过一定临界值的车轮几何偏心可引起轮轨纵向蠕滑力周期性饱和，激发轮轨系统不稳定振动，从而引起踏面高阶多边形磨耗。车速的提高会导致车轮几何偏心临界值的降低，轮轨摩擦因数增大会造成不稳定振动的发生趋势线性增强，进而引发更为严重的车轮高阶多边形磨耗。
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  不同几何尺寸SiC微粒对机床导轨材料GCr15的磨损机制

  王奔, 史忠澳, 祝天龙, 张棋

  表面技术. 2025, 54(1): 140-149. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.013

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  目的 探究不同几何尺寸SiCf/SiC陶瓷基复合材料切屑对机床精密部件磨损性能的影响机制及磨损机理，为机床防护提供理论参考。方法 以机床精密部件——导轨运动副为例，利用SiC磨粒代替SiCf/SiC陶瓷基复合材料切屑，采用机床导轨运动副材料GCr15轴承钢，在不同几何尺寸磨粒条件下进行销盘摩擦磨损试验，采用宏观摩擦因数和微观磨损形貌对磨损表面进行表征，探究磨损机制。结果 相较于无磨粒条件下，在加入磨粒后其摩擦因数更高、更不稳定。在磨粒条件下，GCr15轴承钢的磨损表面存在大量的平行凹槽和不规则压痕，并伴随着少量的剥落坑。随着磨粒尺寸的增加，损伤加重，平行凹槽磨损更深、更宽，表面材料的剥落坑更密集，同时，磨粒几何尺寸的增加导致更深的磨痕深度及更高的磨损量。结论 磨粒在摩擦界面存在游离和结合等2种运动形式，磨损机制为滚动挤压磨损与滑动开槽磨损的结合，且随着磨粒几何尺寸的增大，磨损机制由磨粒滚动挤压过渡为滑动开槽主导;1 μm和5 μm磨粒对摩擦进程的影响主要体现在剧烈磨损阶段，而10 μm和20 μm磨粒对整个进程都有明显影响，且大尺寸磨粒的加入会使摩擦副提前进入剧烈阶段;对比不同条件下的磨损形貌、摩擦因数及磨损量可知，1 μm和5 μm的磨粒对摩擦的影响较小。
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  微/纳结构Cr3C2-NiCr陶瓷涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀磨损行为

  南鹏娟, 贾均红, 焦小雨, 张宗宇, 徐艺飞, 张庆庆

  表面技术. 2025, 54(1): 150-160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.014

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  目的 设计并制备微/纳结构Cr3C2-NiCr陶瓷涂层，以改善机械部件的耐腐蚀磨损性能。方法 采用行星式球磨机结合喷雾造粒仪制备了微/纳结构Cr3C2粉体，造粒得到的Cr3C2粉体与NiCr粉混合均匀后通过等离子喷涂技术，在316L不锈钢基体上制备了微/纳结构Cr3C2-NiCr复合涂层。利用球-盘式往复摩擦磨损试验机结合电化学工作站，研究了3.5%NaCl水溶液中复合涂层的腐蚀磨损性能。利用扫描电镜观察了复合粉体、复合涂层和复合涂层腐蚀磨损后的微观形貌，利用X射线衍射仪分析了复合粉体和复合涂层的相变。结果 复合粉体表面大小颗粒随机分布，表面结构致密。4种复合涂层显微结构致密，未见明显孔隙及裂纹生成。WNC3(纳米Cr3C2含量)复合涂层的孔隙率低至0.7%，显微硬度为853.26HV0.3。WNC3涂层所遭受的腐蚀程度最小。复合涂层动态下的自腐蚀电流密度相较于静态下有所升高，磨损和腐蚀的共同作用导致滑动接触下涂层的腐蚀速率大于静态下的涂层腐蚀速率。WNC3复合涂层的平均摩擦因数(约0.20)和磨损率(约9.7×10^?7 mm³/(N.m))均最低。在摩擦过程中，磨损痕迹内部的腐蚀电流密度较高，腐蚀溶液通过涂层的缺陷不断向涂层内部扩散，导致局部剥落面积扩大。结论 添加50%纳米Cr3C2晶粒使涂层内部更加致密，涂层孔隙率降低，显微硬度增加，在3.5%NaCl水溶液中表现出优异的耐腐蚀磨损性能。复合涂层在3.5%NaCl水溶液中腐蚀磨损时，腐蚀会降低复合涂层的机械性能，增加复合涂层的磨损;而磨损会导致复合涂层暴露出更多的缺陷，进而增加腐蚀发生的可能。
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  TC4表面织构化DLC薄膜摩擦学特性研究

  崔坤杰, 孙耀, 陈祖亮, 王涛, 时礼平, 李蒙

  表面技术. 2025, 54(1): 161-170. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.015

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  目的 研究TC4钛合金基体表面织构设计对类金刚石薄膜(DLC)的摩擦学性能影响。方法 利用激光加工和物理气相沉积组合技术，在TC4钛合金表面制备凹坑织构阵列与DLC薄膜的复合结构，研究其在甘油溶液下的协同摩擦学性能。通过微观划痕和纳米压痕试验对织构化DLC薄膜进行力学性能表征，利用ABAQUS对有无织构下DLC薄膜的失效过程进行仿真对比分析。结果 表面织构可以有效地增加TC4表面DLC薄膜“低摩擦”效应的作用时间，延长其使用寿命。不同织构参数设计对DLC薄膜耐磨时间有显著影响，其中直径200 μm、面积率20%的织构化DLC薄膜的性能最佳，对比光滑DLC薄膜，其耐磨寿命提升了7.52倍。力学表征及仿真分析表明，表面织构增强了DLC薄膜与TC4基体之间的“机械锁合”程度，并存在“应力扩散”现象，能够有效提升DLC薄膜与TC4基体间的力学性能。对比光滑DLC薄膜，织构化DLC薄膜试样涂层与基体之间的结合力最大可提升1.9倍。结论 表面织构化设计可以有效地提升DLC薄膜与基体的力学性能，在摩擦过程中调节接触界面的应力分布，增强DLC薄膜耐磨性能，延长DLC薄膜使用寿命。研究结果将为新型人工关节表面设计提供理论支撑。
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  空化效应对非对称织构化滑动轴承摩擦性能的影响

  王保民, 钱斯凯, 王慧心, 杜雪兵, 陈欣

  表面技术. 2025, 54(1): 171-180. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.016

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  目的 通过改变滑动轴承及其表面非对称织构的相关参数，探究空化效应对非对称织构化滑动轴承摩擦学性能的影响。方法 基于N-S流体计算方程，采用Schnerr-Sauer空化模型，建立三角形非对称织构化滑动轴承数值分析模型，并进行求解，分析微织构排布位置、非对称性、宽深比及轴承偏心率等不同时，空化效应对滑动轴承摩擦学性能的影响。结果 非对称织构布置在最大油膜压力附近时，空化效应对滑动轴承承载力和摩擦因数的影响最大;空化效应对非对称织构化滑动轴承摩擦性能的影响大于对称性织构;非对称织构的宽深比过大或过小均不利于空化区域的形成，会降低滑动轴承的空化面积率;滑动轴承的偏心率越大，空化面积率越大，空化效应对非对称织构化滑动轴承摩擦性能的影响程度也随之增大。结论 在计入空化效应条件下，三角形非对称织构化滑动轴承的摩擦力均不同程度地提高，摩擦因数均不同程度地降低。空化效应对三角形非对称微织构化滑动轴承摩擦性能的提升程度与空化面积率有关，即空化面积率越大，空化现象越明显，提升程度越高。
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  润湿梯度表面限量润滑油挤压铺展与回流特性仿真研究

  刘明海, 李书义, 郭峰, 梁鹏, 安钰坤

  表面技术. 2025, 54(1): 181-190. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.017

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  目的 机械运动副中普遍存在着限量润滑油受挤压铺展与回流现象，其直接关系接触副供油状态，而表面润湿性是影响润滑油流动的关键因素，进而对接触副润滑性能产生重要影响。基于此，十分有必要研究润湿性梯度表面润滑油流动特性，并揭示其运行机制。方法 基于VOF模型结合动网格技术，建立微量润滑油在润湿梯度表面挤压铺展与回流动态模型，运用数值模拟方法，探索亲油轨道两侧疏油区接触角、轨道宽度、润滑油黏度对油滴铺展与回流过程的影响。结果 润湿性梯度表面的润滑油在受挤压后快速铺展，而一旦挤压作用消失润滑油就会自动回流，并且在回流阶段发现润滑油内部存在较大的压力梯度与速度漩涡。通过调整疏油区接触角(从67°至130°)改变轨道两侧疏油程度，发现润滑油最大铺展系数β与最大润湿面积An分别减小23.6%和14.3%，液膜中心高度系数hn增长时间点提前57.2%，完全回流时间减小76.9%。通过增加轨道宽度，发现无量纲轨道宽度wn从0.8增至1.4时，最大β与hn增长时间点保持稳定，但最大An增大64.2%，完全回流时间减小39.4%。在润滑油物性参数方面，增大润滑油黏度(从0.032 Pa.s至0.108 Pa.s)时，最大β与最大An分别减小13.5%和12.9%，但hn增长时间点延后72.2%，完全回流时间延长58.3%。此外，低黏度区间内，虽然相邻黏度值增幅最小(0.032 Pa.s至0.046 Pa.s)，但润滑油回流速度与An减小速度降幅最大。结论 润湿性梯度表面可以抑制润滑油铺展，促进回流，其中内部压力梯度是回流的主要原因之一。随着轨道两侧疏油程度增加，抑制铺展和促进回流的效果进一步增强，回流速度增大，完全回流时间减小。增大亲油轨道宽度可提升稳定后的润湿面积，缩短完全回流时间，但轨道宽度过大导致油液分布过于分散，过小则使回流时间延长。此外，在低黏度区间，润湿性梯度表面对润滑油回流影响更显著，润滑油黏度增大导致最大铺展系数与最大无量纲润湿面积均减小，回流距离缩短，液膜中心高度系数增长点相对延后，完全回流时间延长。
激光表面改性技术
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  7050铝合金阳极氧化后表面激光清洗参数优化

  姜远茂, 王守仁, 王高琦, 肖振, 李沛凝, 张路雨

  表面技术. 2025, 54(1): 191-204. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.018

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  目的 明确激光清洗7050铝合金阳极氧化膜的工艺参数。方法 采用高斯脉冲光纤激光器对7050铝合金阳极氧化后表面进行激光清洗，通过改变激光功率以及扫描次数来探究去除阳极氧化膜的最佳参数，并对不同参数激光清洗后表面的各项性能进行研究，同时分析激光清洗铝合金阳极氧化膜的清洗阈值以及机理。结果 经过合理激光参数清洗的样品，表面氧化膜被完全去除，对基体没有明显损伤。单次扫描最佳与2次扫描最佳的样品的显微硬度分别提升到182.86HV、187.36HV，相对于基体分别提升了7.9%、10.6%。单次扫描最佳与2次扫描最佳样品的自腐蚀电流密度量级相对于基体均从10^–4减小到10^–5，两者差值仅有10^–6。单次扫描最佳与两次扫描最佳样品的磨痕深度相对于基体分别减少6.3、6.8 μm，摩擦因数均小于0.3。激光清洗前后试样的磨损机制均是磨粒磨损、黏着磨损以及氧化磨损相互结合的混合磨损，区别可能在于三者所占比重以及发生的时间和位置不同。结论 激光清洗7050铝合金阳极氧化膜的清洗阈值在150~180 W，最佳参数是170 W扫描2次。在合适的激光清洗参数下，材料的各项性能优于基体。高斯脉冲激光清洗7050铝合金阳极氧化膜的机理是以振动为主，烧蚀为辅。
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  WC粒度配比对316L激光熔覆层耐磨/抗冲击性能的影响

  董刚, 王敏捷, 古青, 包海斌, 王永强, 冯敏敏, 迟一鸣, 张群莉, 姚建华

  表面技术. 2025, 54(1): 205-217. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.019

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  目的 通过调控熔覆层的凝固组织，在提升316L激光熔覆层耐磨性的同时，减小添加WC颗粒对冲击韧性的削弱。方法 将316L粉末与WC颗粒球磨混合，采用激光熔覆技术，在316L钢基体表面制备3种质量分数为30%的不同WC粒度(75~150 μm颗粒的WC(L)组，25~45 μm颗粒的WC(S)组，混合粗细粒度颗粒的WC(L/S)组)增强的合金复合涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪等对复合涂层的微观组织和物相进行分析，并使用摩擦磨损试验机和冲击韧性试验机测试室温下的摩擦磨损和冲击韧性。结果 混合粒度WC颗粒在316L熔覆层中的使用能有效减少大粒径WC颗粒在凝固过程中的沉降现象，提升了颗粒分布均匀性，平均自由粒子间距离(λ)从WC(L)组的230 μm减至WC(L/S)组的160 μm，降低了30.43%。根据电子背散射衍射(EBSD)结果可知，WC颗粒及其分解产物在凝固过程中能够阻碍晶粒长大，并提供非均质形核点，从而细化晶粒。熔覆层的摩擦磨损性能随着WC颗粒粒度的变化而变化，WC(L/S)组熔覆层的磨损体积仅为无WC组的3.33%，WC(L)组体积损失率的76.60%，WC(S)组体积损失率的73.02%。混合粒度WC的使用降低了WC颗粒对熔覆层韧性的削弱，在相同质量分数下，WC(L/S)组熔覆层的冲击功分别为WC(L)组的104.86%，为WC(S)组的117.97%。结论 在使用微米尺寸WC颗粒且质量分数均为30%时，WC颗粒的粒度配比对熔覆层的摩擦磨损性能和冲击韧性均有显著影响，其中粗、细混合的粒度配比是一种较好的选择。
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  连续激光抛光钛合金表面的磨损性能研究

  尹衍恒, 赵朕, 李庆, 刘大猛, 李伟青

  表面技术. 2025, 54(1): 218-227. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.020

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  目的 系统探索连续激光参数对Ti6Al4V抛光表面摩擦磨损性能及抛光精度的影响规律。通过精细调控激光参数，揭示钛合金表面精密抛光与磨损性能提升的关键技术和深层物理机制，满足航空航天、医疗器械等高端应用领域对高性能材料的严格要求。方法 采用连续激光抛光技术对Ti6Al4V钛合金表面进行激光处理。通过改变实验条件(包括离焦距离、激光功率和扫描速度)，系统研究激光参数对钛合金表面形貌、表面粗糙度及摩擦因数的影响规律。结果 经连续激光抛光处理后，Ti6Al4V钛合金的表面粗糙度由原始状态显著降至0.412 μm，降幅约为87%，而摩擦因数降低了约16%。通过理论分析进一步揭示了热毛细效应调控和晶粒细化机制在材料表面处理中的关键作用，指出这2种机制分别对提高材料抛光效果和降低摩擦因数起到了决定性作用。结论 通过优化连续激光参数(功率P=30 W，扫描速度v=1 000 mm/s，离焦距离z=2 mm，光斑直径d=0.035 mm)，采用连续激光抛光技术不仅能显著降低钛合金表面的粗糙度，同时也有效提升了其摩擦磨损性能，为Ti6Al4V钛合金在航空航天、医疗器械等精密机械领域的应用，提供了一种新的表面处理策略。
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  单/双脉冲飞秒激光冲击强化对表面性能的影响

  石晓波, 苏子龙, 解恩涵, 冯诗和, 龙雨, 周柱坤

  表面技术. 2025, 54(1): 228-241. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.01.021

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  目的 探究单/双脉冲飞秒激光冲击钛金属对其表面质量和表面硬度的影响。方法 利用飞秒激光对钛金属表面直接进行冲击，通过超景深显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、SEM能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计等仪器，表征和分析样品的微观形貌和力学性能。结果 单脉冲主要产生鱼鳞状结构，双脉冲主要产生凹坑状结构，在相同功率下，单脉冲加工后的表面粗糙度低于双脉冲。重复频率和加工次数的增加能提高低脉冲能量下的表面质量。经低功率飞秒激光冲击后，在钛表面观察到激光诱导周期性结构(LIPSS)，经多次加工后出现了颗粒和团簇等氧化结构。在表面粗糙度Ra低于1.6 μm时，采用双脉冲fs-LSP可将钛表面显微硬度的提高幅度达到42%，并且在极高重复频率(5 MHz，8.1 W)下，表面显微硬度的提升幅度约为85%，而单脉冲fs-LSP的最大提升幅度为32%。在相同参数下，双脉冲能植入更高的残余压应力。增加加工次数能进一步细化晶粒，并在热积累受限时提高残余压应力。结论 脉冲能量及其与材料的作用时间是影响表面形貌和硬度变化的主要因素，它受到激光功率、重复频率和加工次数的综合影响。双脉冲可以有效增大飞秒激光对钛金属表面的冲击压力，从而植入更大的残余压应力。fs-LSP表面硬度的提升来源于加工硬化、细晶强化和氧化层硬化的综合作用。