2025年, 第54卷, 第11期　
刊出日期：2025-06-10

  

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研究综述
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  磁场辅助金属涂层制备的研究进展

  王慧鹏, 沙树润, 郭伟玲, 周龙龙, 邢志国, 王海斗

  表面技术. 2025, 54(11): 1-16. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.001

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  涂层的使役性能在大型机械及精密零部件中的要求日益严苛，在涂层制备过程中不可避免地会产生孔隙等缺陷。磁场能够抑制涂层制备过程中缺陷的生成，并改善涂层内部的微观组织结构，从而延长其使役寿命。采用磁场辅助制备金属涂层具有重要的研究价值，目前仍缺乏系统性综述。首先，综述了磁场辅助激光熔覆、热喷涂、电沉积等3种涂层制备技术对成形涂层缺陷的影响。由于涂层的成形方式不同，因此磁场能够通过不同作用机理减少涂层缺陷的生成。其次，阐述了磁场类型、方向、强度等磁场参数的变化对涂层微观结构的改善情况。磁场参数的变化会改变磁场力的大小、方向及磁场的作用时间，在金属涂层的缺陷减少的同时，涂层中晶粒尺寸得到不同程度的细化。最后，总结了磁场对涂层的力学性能和使役性能的提升效果，并展望了未来磁场在涂层强化领域的发展方向。磁场能够提高涂层的平均显微硬度和结合强度等力学性能，同时减小磨损和腐蚀电流密度，从而提升涂层的耐磨性和耐腐蚀性等使役性能。概括了磁场辅助制备金属涂层的研究现状，有助于深入理解磁场对金属涂层成形的影响机制，为后续磁场强化涂层性能领域的发展提供了依据，从而推动磁场技术在其他工业制备领域的应用。
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  质子交换膜电解水制氢双极板涂层的研究进展

  谢逍原, 董猛, 郑志强, 李涛, 陈明, 张广安, 王福

  表面技术. 2025, 54(11): 17-31. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.002

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  质子交换膜电解水(Proton Exchange Membrane Water Electrolysis，PEMWE)制氢技术具有响应速度快、氢气纯度高、电流密度大、适应波动性可再生能源等优点，是绿色制氢技术的重要发展方向。金属双极板作为PEM电解水电堆的重要组件，在运行过程中会发生氧化、腐蚀等反应，引起界面接触电阻的增加，从而缩短电堆寿命以及降低水电解效率。因此，在双极板表面制备低成本、高性能的防护涂层已成为PEM制氢技术的重要研究方向。在该技术背景下，概述了电解水制氢技术原理及现状，介绍了PEM制氢双极板材料及其特性，系统总结了PEM制氢双极板防护涂层的研究进展，包括金属、金属氮化物、导电氧化物、金属磷化物和非晶碳基涂层的制备方法、结构，及其在PEM电解水模拟工况下的耐腐蚀性能、接触电阻和应用验证等数据。从制备成本、腐蚀前后接触电阻变化、耐高电位腐蚀性能等方面阐述了不同涂层的主要优点和缺点，并对PEM制氢双极板涂层及其制备技术的发展趋势进行了展望，为今后PEM电解水制氢双极板涂层材料的设计开发和应用提供借鉴。
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  三维石墨烯晶体膜可控制备策略及其超级电容器的应用

  钟厉, 徐政, 康俊, 任凯翔

  表面技术. 2025, 54(11): 32-49. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.003

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  三维石墨烯晶体膜具有高晶体质量、大比表面积和高导电性，成为理想的碳基超级电容器的电极材料。然而，传统石墨烯电极材料受限于表面活性位点数量和宏观尺度下的电化学体积效应，难以达到理论性能。为此，重点介绍通过高能束流(如CO2激光和高能电子束)诱导技术制备宏观厚度的三维石墨烯晶体膜，并探讨其修饰与复合方法。在此基础上，详细阐述CO2激光和高能电子束制备三维石墨烯晶体膜的基本原理及其可控制备策略。采用CO2激光，通过调节激光参数和前驱体材料，能够实现石墨烯晶体膜的厚度调控和结构优化。高能电子束具有高穿透力和低反射特性，能够在宏观尺度下制备均匀的三维石墨烯薄膜。此外，还介绍了通过非金属原子掺杂、金属氧化物和导电聚合物复合等方法，进一步提升三维石墨烯晶体膜的电化学性能等方面的研究内容。在超级电容器应用中，三维石墨烯晶体膜表现出优异的体积比电容和循环稳定性，具有广阔的应用前景。然而，随着厚度的增加，三维石墨烯晶体膜的体积效应和离子传输效率等问题仍需解决，提出通过构筑梯度孔道和优化孔隙结构来增强离子传输能力的解决方案。最后展望了三维石墨烯晶体膜在商用超级电容器中规模化应用的机遇与挑战。
摩擦磨损与润滑
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  高速铁路钢轨波磨激励下轮轨瞬态响应分析

  王文静, 闫伟, 吴波文, 崔晓璐, 潘家保, 胡焰, 王雪飘, 王力红, 夏仕敏

  表面技术. 2025, 54(11): 50-62. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.004

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  目的 研究高速铁路波磨激励下的轮轨瞬态响应。方法 建立了高速铁路轮轨系统瞬态滚动接触有限元模型，提出了一个改进的轮轨瞬态滚动接触模拟方案，改进的方案采用混合拉格朗日/欧拉方法在静态分析中为轮对施加转速，获得稳态滚动接触解，可以避免传统方案在动态分析中施加转速引起的强烈初始扰动。基于该模型研究了高速铁路钢轨波磨激励下轮轨垂向力、纵向力以及接触斑内应力的变化特征，并讨论了波磨波长和波深对轮轨瞬态响应的影响。结果 当速度提高到500 km/h时，轮轨接触解稳定所需的动态松弛区长度仅为1 250 mm。轮对以300 km/h的速度滚过65 mm的波磨时，轮轨垂向力和纵向力振动频率相同，但相位存在差异。在轮对通过波磨波峰和波谷之间的位置时，接触斑中心向靠近波磨几何一侧转移。波长为65 mm的波磨深度增长到105 μm时，轮重减载率为0.65。波磨波长为65 mm和125 mm时，轮轨垂向力和纵向力均呈现单波长特征。结论 改进的模拟方案在较短的动态松弛区内即可获得稳定的接触解;波磨会激起强烈的轮轨动作用力;波磨深度越大，激发的轮轨动作用力越强烈。垂向力和纵向力峰谷值与波磨深度成线性关系。波磨波长与轮轨力振动幅值不存在简单的线性关系。
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  激光冲击强化与表面织构协同作用对活塞环-缸套副摩擦性能的影响

  钟林, 陈俊名, 王国荣, 康桂蓉, 魏刚, 廖文玲

  表面技术. 2025, 54(11): 63-73. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.005

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  目的 针对储气库压缩机活塞环-缸套副的磨粒磨损和黏着磨损失效，创新性地提出利用激光冲击强化与表面织构协同来提升PTFE/42CrMo活塞环缸套副的润滑及耐磨性能的新方法。方法 针对42CrMo缸套试样，首先采用脉冲能量为5 J、光斑直径为3 mm、脉冲宽度为10 ns、搭接率为50%的激光工艺参数进行冲击强化处理;其次，在冲击强化后的42CrMo试样表面，采用激光烧蚀出直径约800 μm、深度约100 μm、面积比20%的均布圆形凹坑。基于UMT高频线性往复模块，在模拟载荷200 N、频率5 Hz、固相粉尘粒径10~20 μm、质量分数1%的ISO VG 32润滑油浸没环境下，开展PTFE/42CrMo活塞环缸套副单元摩擦磨损试验研究，以摩擦因数、磨损量和磨损形貌等特征综合分析评价织构、激光冲击强化和二者协同作用下配对副的摩擦学性能。结果 在模拟测试工况下，未作处理试样的平均摩擦因数为0.140 6，总磨损量为1.188 mg，而经激光冲击强化与表面织构协同作用后，试样的平均摩擦因数为0.069 9，总磨损量为0.670 mg，协同作用可使PTFE/42CrMo活塞环缸套副的摩擦因数降低约50%，耐磨性能提升了约43%，主要归因于织构可捕捉储存磨损产生的磨粒及激光强化可降低黏着磨损的协同作用，另一方面，激光冲击强化作用产生的表面残余压应力能够中和激光烧蚀织构区域的部分残余拉应力，从而有效消除了织构边缘的热效应缺陷，表面硬度的提升有效提升了配对副的抗磨性能。结论 该研究为储气库压缩机复杂介质条件下活塞环-缸套副润滑及耐磨性能的提升提供了创新的解决思路。
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  改善牵引绞盘绳槽减张力性能的超声辅助电镀方法

  赖贞华, 舒欣, 葛攀, 朱鹏程, 赵忠

  表面技术. 2025, 54(11): 74-82. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.006

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  目的 改善牵引绞盘绳槽摩擦力，优化牵引绞盘绳槽对缆绳张力的释放性能，防止其断裂磨损。方法 采用超声辅助电镀改性方法，在绞盘绳槽表面镀覆纳米晶镍涂层，设计多级变摩擦系数绳槽，改善绞盘绳槽缆绳张力释放效果。采用超声辅助电镀方法改善纳米晶镍镀层的晶体结构，明晰镀层晶体结构对绳槽摩擦系数的影响规律，在绳槽表面镀覆不同摩擦系数的镀层，均化缆绳张力衰减率。结果 超声辅助电镀方法能够优化镀层晶粒尺寸，改善绳槽摩擦系数，避免缆绳张力集中。研究结果表明，超声功率从0 W增大到300 W时，镀层晶粒尺寸从19.1 nm增大到35.1 nm。绳槽与缆绳摩擦系数从0.09增大到0.23。负载为20 kN、摩擦包角为3π时，定摩擦系数绳槽缆绳张力为7.6 kN，缆绳张力衰减率为62%;变摩擦系数绳槽缆绳张力为11.6 kN，缆绳张力衰减率为41%。与定摩擦系数绳槽相对比，变摩擦系数绳槽前3道绳槽张力衰减率减小21%，缆绳张力衰减均匀。结论 超声辅助电镀改性方法能够改善绞盘绳槽减张力性能，避免缆绳张力突变，有效保护缆绳，防止其断裂磨损。
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  露天矿重型卡车制动摩擦温升特性及其智能预测模型

  张航, 鲍久圣, 阴妍, 曹婷, 胡德平, 苏文胜, 朱晨钟, 曹靖雨, 顾永华

  表面技术. 2025, 54(11): 83-99, 172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.007

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  目的 针对露天矿重型卡车摩擦制动温升特性不明、危及行车安全的问题，研究其鼓式制动器在制动过程中的温升特性，并建立预测模型。方法 通过理论计算、仿真分析和试验研究相结合的方法，分析重型矿用卡车的制动模式，采用直接耦合法建立其鼓式制动器的热-力耦合模型;分析紧急制动、持续制动和循环多次制动等3种模式下，不同纵坡坡度、总质量和制动初速度对制动温升的影响;在实验室搭建矿车制动温升模拟试验系统，对仿真结果进行验证，在持续制动和循环多次制动模式下开展27组正交试验，获得8 876个样本数据;基于CNN-LSTM-Attention算法构建制动温升的智能预测模型，利用智能预测模型对3组新工况下的36个制动温升数据进行预测分析。结果 在持续制动模式下，平均预测误差为5.2 ℃，3种工况的相对误差不超过7%;在循环多次制动模式下，平均预测误差为4.79 ℃，3种工况的相对误差不超过5%。结论 所设计的智能预测模型具有较高的预测精度，适用于解决露天矿重型卡车的行车安全问题。
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  基体偏压对中频磁控溅射TiBx涂层结构及性能的影响

  谷佳宾, 周永涛, 金杰, 李刘合, 王纪武, 王珊珊

  表面技术. 2025, 54(11): 100-110. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.008

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  目的 改善TiBx涂层的致密性，提高TiBx涂层的力学性能。方法 采用中频磁控溅射技术制备TiBx涂层，探究TiBx涂层的结构和性能在不同基体偏压下的演变规律，并分析TiBx涂层的抗氧化性能和摩擦磨损性能。通过扫描电子显微镜对涂层的表面形貌和断面形貌进行表征。利用电子探针分析涂层的化学成分，采用X射线衍射仪测试TiBx涂层的择优取向，并利用sin²ψ法评估TiBx涂层的残余应力。通过纳米压痕仪测试TiBx涂层的纳米硬度和弹性模量。通过划痕法和洛氏压痕法来评价TiBx涂层的膜基结合强度。结果 在不同基体偏压下，采用中频磁控溅射技术制备的TiBx涂层均表现出TiB2-(001)择优取向，涂层的柱状晶结构随着基体偏压的升高逐渐细化，涂层的致密性得到显著提高。涂层的残余应力(绝对值)和纳米硬度随着基体偏压的升高逐渐增大，涂层的硬度最高达到39.1 GPa。涂层的膜基结合强度随着基体偏压的升高逐渐降低，在偏压不高于100 V时，涂层的膜基结合强度为HF1级。在退火温度不高于600 ℃时，TiBx涂层中未发现新相的形成，且该涂层仍具有明显的TiB2-(001)择优取向。随着环境温度的升高，TiBx涂层的摩擦因数呈先升高后降低的趋势。涂层的摩擦因数在温度500 ℃时达到最高值(0.82)，在温度600 ℃时降至0.65，涂层在不同环境温度下的磨损量均约为0。结论 随着基体偏压的升高，成膜离子的轰击作用增强，TiBx涂层的晶粒细化，其致密性提高，导致涂层的残余应力和纳米硬度逐渐升高，结合力逐渐下降。在温度不高于600 ℃时，TiBx涂层具有优异的抗氧化性能和摩擦磨损性能。
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  多尺度SiC颗粒对Ni-SiC复合镀层组织及性能的影响

  王苗明月, 田晓东

  表面技术. 2025, 54(11): 111-118. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.009

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  目的 研究多种尺度SiC颗粒对Ni-SiC复合镀层组织、显微硬度、耐磨性、耐蚀性的影响，并分析其影响机理。方法 利用电镀技术在纯铝表面制备Ni-SiC复合镀层，添加的SiC颗粒由2 μm、500 nm、40 nm等3种不同粒径及其组合而成。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机和电化学工作站，对镀层组织结构、物相组成、表面形貌、硬度、摩擦磨损、耐腐蚀性能进行表征和分析。结果 当添加的SiC颗粒的平均尺寸由2 μm逐渐向40 nm转变时，镀层中Ni晶粒在(200)晶面方向上的择优取向逐渐减弱，直至消失;在Ni-SiC复合镀层中，SiC的含量随着添加SiC颗粒平均尺寸的减小而逐渐增大，导致复合镀层中Ni的平均晶粒尺寸由29.8 nm逐渐减至15.6 nm，镀层的显微硬度随之升高，由原来的347.2HV0.1增至610.6HV0.1，约提升了75.9%;镀层组织的细化和硬度的增加，进一步提高了Ni-SiC复合镀层的耐蚀性和耐磨性。当添加的SiC颗粒的平均尺寸为40 nm时，所得镀层的平均摩擦因数和磨损速率最低，分别为0.082和0.2×10^?5 g/(N.m)，相较于添加SiC颗粒平均尺寸为2 μm时镀层的平均摩擦因数下降了67.1%，磨损速率下降了99.2%。结论 在Ni-SiC复合镀层中添加的SiC颗粒粒径由2 μm逐渐向40 nm转变时，有效改善了Ni-SiC复合镀层的晶粒组织，提升了镀层的显微硬度、耐磨性、耐蚀性。
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  NACA2412翼型表面粗糙度对气动特性影响研究

  王飞, 张康康, 何端阳, 齐迹, 明晓添, 张杰, 肖朋

  表面技术. 2025, 54(11): 119-129. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.010

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  目的 为获取宽飞行工况下表面粗糙度对翼型气动特性和流场特性的影响，指导翼型设计和开发，对翼型不同表面粗糙度开展数值仿真研究。方法 利用CFD数值模拟方法，采用SST k-ω湍流模型，以NACA2412翼型为研究对象，开展了不同表面粗糙度下翼型的气动特性数值模拟与分析，得到了不同表面粗糙度下翼型摩擦阻力系数、总阻力系数、升力系数等变化规律以及各工况下的翼型流场分布。结果 当翼型表面粗糙度小于敏感粗糙度kcr时，翼型表面摩擦阻力系数急剧增大，升力系数急剧减小，当翼型表面粗糙度大于kcr值时，翼型气动特性对粗糙度不敏感。Ma=0.2时，翼型表面敏感粗糙度kcr为0.25 mm，随着粗糙度的增加，翼型的临界攻角逐渐减小;敏感粗糙度下，临界攻角为13°，较光滑翼型减小了3°，其升力系数在各攻角下较光滑表面降低8.7%~31.2%。随着马赫数增大，翼型表面敏感粗糙度kcr减小，临界攻角减小。Ma=0.6时，翼型表面敏感粗糙度kcr为0.15 mm，临界攻角随粗糙度变化不大，各粗糙度下翼型临界攻角已减小至8°;敏感粗糙度下，8°攻角及以下，升力系数较光滑表面降低8.3%~11.8%，超过8°攻角后，由于粗糙翼型和光滑翼型均达到临界攻角，翼型升力系数受粗糙度影响较小。结论 随着翼型表面粗糙度的增加，翼型摩擦阻力系数和总阻力系数增大，但随着攻角和马赫数增大，摩擦阻力占翼型总阻力比例逐渐减小，翼型总阻力增长不大;随着翼型表面粗糙度的增加，翼型升力系数减小，翼型边界层厚度增大，翼型表面发生流动分离、产生失速现象的临界攻角减小。研究内容对不同飞行速度下飞行器翼型表面粗糙度等翼型设计和开发具有一定的指导意义。
激光表面改性技术
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  WC-Ni金属陶瓷激光辅助射流电化学加工去除机理

  郑亚风, 王贺超, 黄天天, 马勇博, 田懿, 王晔, 吴国龙, 姚建华

  表面技术. 2025, 54(11): 130-143. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.011

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  目的 探讨激光辅助射流电化学加工(LAJECM)过程中激光对WC-Ni金属陶瓷材料组织钝化的影响，并阐明其材料去除机理。方法 在中性电解液中开展LAJECM实验，并结合电化学测试、激光共聚焦显微镜、示波器、扫描电子显微镜(SEM)及X射线能谱(EDS)等分析方法。结果 在激光辐照作用下，加工截面轮廓从“W”形转变成“U”形，提高了加工深度和定域性，材料去除率和加工电流增大，加工表面质量得到改善。激光加速了钝化层的脱落，促进了材料的均匀溶解。同时，在激光辐照下，表面钝化层组织的成分发生了变化，WO3的比例降低，而WC的比例升高。结论 在JECM过程中，同时发生了溶解和钝化，Ni相优先溶解，而WC易被氧化生成钝化层。在LAJECM过程中，激光诱导的冲击力效应导致阳极平衡电位发生阴极偏移，增大了加工电流密度;激光的热效应使得电解液的温度急剧升高，导致水分蒸发和盐浓度增加，从而加快了电化学反应速率;激光热-力耦合作用共同促进了物质的传递，使离子加速通过表面钝化层，并渗透至基体，进而削弱了钝化层与基体的结合力，加速了钝化层的脱落，促进了材料的均匀溶解。在激光脉冲间歇期，电化学反应重新主导加工过程，加速了钝化层的再生，加工区域呈现钝化层破坏与再生交替进行的动态平衡，实现了材料的持续高效去除。
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  激光-超高频感应复合沉积Inconel 625合金涂层凝固过程与微观组织研究

  乔宇航, 孙瑞, 刘淑琨, 王晓岗, 刘国梁, 杨勇

  表面技术. 2025, 54(11): 144-158. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.012

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  目的 研究激光-超高频(UHF)感应复合沉积过程中超高频感应热源对微观组织的影响规律。方法 建立微观相场(PF)模型，对凝固过程中枝晶的生长进行数值模拟。采用熔池演化的宏观模型为微观相场模型提供凝固参数和流动条件，模拟沉积过程中枝晶的生长过程，评价激光-超高频(UHF)感应沉积工艺对枝晶生长的影响。结果 在沉积过程中，随着超高频感应热源电流密度的增加，熔池固液界面的温度梯度和冷却速率逐渐增加。在电磁力的作用下，熔池中部产生了强烈的对流，其最大流速达到0.106 m/s。在枝晶生长模型中观察到，枝晶的生长速度出现周期性振荡现象，通过快速傅里叶变换(FFT)分析可知，在加入超高频感应热源后，枝晶的生长速度和振荡幅度均有所增加。此外，随着电流密度的增加，激光-超高频感应复合沉积层的一次枝晶臂间距逐渐减小。溶质分布结果表明，在激光-超高频感应复合沉积过程中，枝晶间Nb元素的平均质量分数从10.26%降至9.71%，且溶质分布更加均匀，这有助于提高枝晶间的过冷度，降低一次枝晶臂间距。最后，通过沉积实验对仿真结果进行了验证。结论 随着电流密度的提高，激光-超高频感应复合沉积层具有更精细的微观组织和更弱的元素偏析。该工作为激光-超高频感应复合沉积过程中枝晶生长的模拟提供了一个有效的模型，为确定最佳沉积工艺参数提供了参考。
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  界面结构对薄壁件表面异质熔覆层铣削稳定性的影响规律

  张培荣, 张霞, 胡顺睿, 苏国胜, 杜劲, 夏岩, 刘战强

  表面技术. 2025, 54(11): 159-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.013

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  目的 解决熔覆层-基体异质界面导致后续机械加工过程中容易产生加工振动的问题。方法 通过仿真研究界面结构对加工应力应变演化的影响，通过实验研究界面结构对铣削稳定性的影响，并对界面结构进行优化。通过模态分析、切削振动和粗糙度测试对铣削稳定性进行评价，利用稳定性叶瓣图对铣削稳定域进行预测。结果 通过增加界面结构，减小了界面应力差和应变增量。在矩形界面下，工件刚度的降低幅度和一阶固有频率最大，其次为等腰梯形、半圆形和三角形。刚度随着形状因子的增大呈先减小再增大的趋势，随着界面深度(间距)的增加而减小(增大)。当界面深度较浅(深)时，固有频率随着形状因子的增大而增大(减小)，同时固有频率随着界面深度(间距)的增加而增大(减小)。对切削振动及粗糙度的改善作用从大到小依次为三角形、矩形、等腰梯形和半圆形。形状因子对振动加速度和表面粗糙度的影响最大，界面深度次之，界面间距的影响最小。当形状因子和界面间距越小，界面深度越大时，加工稳定性越强，表面粗糙度越低。优化界面结构为形状因子0.06、界面深度3 mm、界面间距0 mm，其铣削稳定域相较于直线界面增加了117%。结论 通过在基体表面预先加工界面结构，可以提高薄壁件表面异质熔覆层的后续铣削加工稳定性，从而提高加工质量。
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  激光冲击强化对增材制造镁合金表面完整性的影响

  王文泉, 赵新甜, 于文慧, 郑宏宇, 王宗申

  表面技术. 2025, 54(11): 173-183. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.014

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  目的 改善增材制造镁合金的表面完整性。方法 利用激光冲击强化技术对选区激光熔化制备的AZ91镁合金板材进行不同冲击次数的表面后处理。通过扫描电子显微镜与激光共聚焦显微镜、显微硬度测量和残余应力测试分析，分别评价增材制造镁合金的表面形貌及粗糙度、显微硬度和残余应力水平，并通过光学显微镜、电子背散射衍射和X射线衍射对增材制造镁合金的微观组织和气孔缺陷进行分析。结果 激光冲击强化后，试样表面未熔颗粒及其团聚现象得到改善，表面区域平整光滑，粗糙度随冲击次数的增加逐渐降低(由初始的15.47 μm降低至8.87 μm)，降幅约43%;表面显微硬度由103.04HV提高至160.81HV，提高幅度约为56%，截面显微硬度沿深度方向呈梯度分布且在冲击2次时最为显著，影响深度约为400 μm;表面残余压应力由初始的3.52 MPa增至24.02 MPa。同时，激光冲击强化试样内部孔洞缺陷数量大幅下降且孔洞形态发生改变，并在近表层形成梯度微观结构与晶粒细化。结论 在激光诱导的高温高压等离子体冲击波的力学效应与热效应的共同作用下，增材制造镁合金试样的表面完整性得到显著改善。
表面强化技术
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  激光冲击强化TC17钛合金叶片高周疲劳强度评估模型

  尚一博, 伏宇, 张璇, 周留成, 何云, 沈庆阳, 王晨, 易敏, 何卫锋, 张学宝, 高伟思

  表面技术. 2025, 54(11): 184-194. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.015

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  目的 预测和评估激光冲击强化TC17钛合金叶片的高周疲劳强度。方法 测试表面激光强化后的硬度和残余应力分布，开展拉伸和振动疲劳试验，分析硬度和残余应力演化规律，基于内部疲劳极限理论和临界距离理论，建立考虑表面完整性的强化叶片疲劳极限预测模型，结合有限元模态数值仿真，对表面强化后的钛合金叶片高周疲劳强度进行预测。结果 板状拉伸试样的疲劳试验结果表明，表面强化后钛合金材料的疲劳极限提升13.41%。模拟叶片试样的弯曲振动疲劳试验结果表明，表面强化后叶片的疲劳极限提升7.77%。基于内部疲劳极限理论，结合硬度和残余应力试验结果，确定危险点位于距表面80 μm处。针对危险点处，基于临界距离理论开展叶片疲劳极限预测，模型预测精度误差不超过15%。结论 表面激光强化可以有效提升TC17钛合金材料和叶片的高周疲劳极限。本文建立的表面强化叶片疲劳极限预测模型，能够精确预测具有复杂曲面结构的表面强化叶片的高周疲劳极限，可以为喷丸强化、激光强化、激光冲击+喷丸复合强化等多种强化方式的叶片疲劳性能评估提供参考。
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  电阻缝焊滚压对AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金微观组织及力学性能的影响机制

  尚智坚, 王文琴, 朱训, 王德, 陈云霞, 裴星淇, 黄伟, 陈吉根, 徐永东

  表面技术. 2025, 54(11): 195-202. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.016

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  目的 探究电阻缝焊滚压后处理工艺对铸态AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金(Eutectic high entropy alloy，EHEA)微观组织和力学性能的影响。方法 使用电阻缝焊设备对铸态试样进行表面滚压处理，通过X射线衍射仪、扫描电镜表征电阻缝焊滚压前后物相的变化、组织转变、元素分布趋势。使用维氏硬度计、原位拉压试验机、往复摩擦磨损试验机分析合金表面硬度、强塑性、耐磨性能的变化。结果 经滚压处理后，合金维持FCC和BCC的双相结构，但存在共晶片层结构被FCC相取代的现象，FCC相的含量增加，共晶相片层间距缩小了25.8%。合金的力学性能显著增强，屈服强度、抗拉强度和伸长率分别从741.83 MPa、1 011.63 MPa、17.86%提高至966.87 MPa、1 343.24 MPa、28.81%，断裂模式由韧脆混合型转变为韧性断裂。经滚压后，合金的平均硬度由264.3HV提升至331.4HV，平均摩擦因数(Friction coefficient, COF)从0.549 4降至0.514 8，磨损机制为磨粒磨损和分散化的氧化磨损。结论 在滚压过程中，压力和电脉冲两大效应(热效应和非热效应)的耦合作用促进了异质变形诱导(Heterogeneous deformation induced，HDI)硬化，增大了长程背应力和正向应力。由电阻缝焊滚压引起的加工硬化，由电脉冲的非热效应造成的表面氧化磨损分散化都促进了合金耐磨性能的提升。
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  基于纳米压痕的IP防腐涂层本构模型反演分析

  吕源, 易聪, 周留成, 王凌峰, 潘熙祥, 王一凡, 王岩, 陈军吉

  表面技术. 2025, 54(11): 203-210. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.017

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  目的 得到IP防腐涂层的本构模型。方法 通过连续刚度法对涂层表面进行纳米压痕试验，得到硬度和弹性模量，输出载荷-位移曲线。利用量纲分析法的 定理，建立各本构参数之间的无量纲函数，确定涂层的本构模型，最后将本构模型代入有限元模型，模拟纳米压痕试验，对比仿真与试验的载荷-位移曲线，验证本构模型的准确性。结果 涂层的硬度为5.49 GPa，弹性模量为69.31 GPa。有限元仿真时，若特征应变偏小，在加载阶段，曲线随硬化指数减小而下移;在卸载阶段，曲线随硬化指数的增大而左移。特征应变偏大时，载荷-位移曲线表现则相反。经对比试验与有限元仿真得到的载荷-位移曲线，二者较为一致。结论 涂层具有较高的表面硬度，表面抗变形能力较好。特征应变偏小时，载荷-位移曲线变化是因为硬化指数变大，加载阶段塑性功增加，总功也增加;特征应变偏大时的相反趋势是因为计算的屈服强度大幅度下降和特征应力点后移导致的塑性功增加。获得的涂层本构模型具有较高的精度且该方法具有可靠性。
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  电参数对AlSn20Cu表面微弧氧化陶瓷层的制备和结合强度的影响

  马春生, 张子钰, 于长鑫, 刘学, 姜波, 李霖森, 付景国

  表面技术. 2025, 54(11): 211-220, 242. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.018

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  目的 适应发动机装置高功率密度、高可靠性和轻量化的发展需求，提高发动机滑动轴承的主要原料——铝锡铜合金的表面综合性能，促进铝锡铜合金表面强化处理技术的发展。方法 利用控制变量法，探究电源频率、正向占空比对AlSn20Cu表面微弧氧化陶瓷层结合强度的影响，将频率设置为300、600、900、1 200、1 500 Hz，将正向占空比设置为11%、30%、50%、70%、89%。利用扫描电镜、Image J软件和光学轮廓仪对陶瓷层的微观形貌、厚度、孔隙率、平均孔径、表面粗糙度等进行表征，结合电流变化曲线对陶瓷层生长过程和结合状态进行分析，采用大载荷划痕仪对陶瓷层结合强度进行表征，并进一步利用显微维氏硬度计、X射线衍射仪、X射线法、微纳米力学测试系统等对陶瓷层的表面硬度、物相组成、平均晶粒尺寸、表面应力和弹性模量等指标进行分析。结果 通过改变电源频率和占空比，改变脉冲电流单个周期内有效工作总时间(频率升高总时间缩短，占空比升高总时间增加)，从而影响陶瓷层的生长过程，进而使得陶瓷层的厚度、表面硬度、表面应力和弹性模量等指标随着反应的剧烈程度呈现相应的升降趋势，最终导致陶瓷层结合强度发生显著变化。结论 当频率和占空比达到一定水平时，陶瓷层凭借适合的生长速率、晶粒尺寸、表面应力和弹性模量等表现出良好的结合强度。在电源频率900 Hz、占空比30%下制备得到的陶瓷层具备较高的结合强度。
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  Mo含量对Stellite21堆焊层组织与性能的影响

  骆芳, 胡金昕, 宣丹枫

  表面技术. 2025, 54(11): 221-230. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.019

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  目的 提高三偏心蝶阀硬密封面Stellite21钴基合金堆焊层的耐磨性和耐蚀性。方法 使用行星角磨机充分混合Stellite21粉末和钼(Mo)粉，并采用等离子弧堆焊技术在WCB铸钢上制备了不同质量分数Mo(5.5%、7.5%、10%、12.5%、15%)的堆焊层，使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)，对堆焊层的金相组织、成分分布和物相组成进行分析，并通过维氏硬度测试、摩擦磨损、电化学腐蚀试验和浸泡腐蚀试验，探究不同Mo含量对堆焊层硬度、耐磨性和耐蚀性的影响。结果 随着Mo含量的增加，堆焊层中柱状晶的持续生长受到抑制，形成了更多短小的枝晶和等轴晶;Mo2C相集中在晶界处，Co7Mo6和Co3Mo相的含量增加，而Cr23C6型碳化物相的含量相对减少;堆焊层的硬度随着Mo含量的增加而提高，当Mo质量分数达到15%时，显微硬度达到最高值398HV，与含5.5%Mo的堆焊层相比，硬度提高了约19.5%;当Mo质量分数为10%时，堆焊层的摩擦系数和磨损量最低，分别降低了约17.2%和79.1%，且堆焊层也表现出高腐蚀电位和低腐蚀电流密度，分别为?0.999 V和1.552× 10^?5 A/cm²，浸泡腐蚀完后的失重系数K降至最低，K值为1.54%。结论 加入4.5%Mo粉，使Stellite21钴基合金的Mo含量达到10%(质量分数)，能有效提升密封面堆焊层的硬度、耐磨性和耐蚀性，延长三偏心蝶阀的工作使用寿命。
热喷涂与冷喷涂技术
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  TiAl合金表面等离子喷涂制备新型热障涂层沉积过程的热应力演化有限元模拟

  谢玲玲, 方天宇, 牛亚然, 洪督, 王子昱, 祝世超, 郑学斌

  表面技术. 2025, 54(11): 231-242. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.020

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  目的 揭示TiAl合金表面等离子喷涂热障涂层沉积过程热应力的分布和演化规律，降低因残余应力过大导致涂层开裂失效的可能性，为制备新型TiAlCrY/YSZ TBCs应力状态精确可控涂层提供指导。方法 基于有限元模拟，针对TiAl合金表面等离子喷涂TiAlCrY/YSZ新型热障涂层的沉积过程，采用逐道逐层喷涂的方式进行三维热力耦合模拟，获得较好的热应力分布和演变规律。结果 在TiAlCrY过渡层和YSZ涂层的喷涂过程中，对于x、y方向的应力，熔道的大部分区域均为压应力，但在熔道起始位置存在较小的拉应力，在熔道末尾位置存在很大的压应力;对于z向应力，熔道表面为拉-压应力交替，在熔道末尾存在较高的拉应力。由于材料的属性存在明显差异，因此各层材料的界面处存在应力突变现象。在喷涂过程中，由于层与层、道与道之间存在相互的热影响，因此沉积过程中存在多次热应力循环过程，尤其是沉积过程中出现的拉应力和压应力峰值均明显高于冷却至室温后的残余应力。结论 不同材料的界面处是应力发生突变的区域，且在沉积过程中多道、多次热应力循环会产生拉应力和压应力峰值，这更易导致涂层发生开裂。
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  等离子喷涂制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层的组织与性能

  关琦, 宫文彪, 李于朋, 孟庆臣, 董俊言, 崔恒

  表面技术. 2025, 54(11): 243-251. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.021

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  目的 提高铝合金的表面耐磨性能，分析AlCoCrFeNi高熵合金涂层的微观结构、力学性能及耐磨性能。方法 采用大气等离子喷涂技术在7005铝合金基体上制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层，分析高熵合金涂层的硬度、孔隙率及耐磨性能，并通过扫描电子显微镜、X射线衍射和激光共聚焦显微镜对涂层的微观结构进行表征。结果 涂层呈现典型的层状结构，Fe、Co、Cr、Ni元素均匀分布在涂层中，而Al元素则偏聚在一起，原始粉末相主要由体心立方相(BCC)组成，而涂层则新增了面心立方相(FCC)。评估了涂层的力学性能，涂层的平均硬度为512.2HV，而铝合金基体的平均显微硬度为120.7HV，涂层的最低孔隙率为3.23%。摩擦磨损测试结果表明，基体的体积磨损率为7.67×10^?4 mm³/(N.m)，涂层的体积磨损率为3.02×10^?5 mm³/(N.m)。在干摩擦条件下，涂层的磨损破坏机制为磨粒磨损和氧化磨损，还伴随着黏着磨损和疲劳磨损。结论 FCC相的形成归因于APS过程中HEA粉末中的铝发生了迁移或偏聚，造成局部因Al元素耗尽而发生BCC向FCC的相变。与基体相比，HEA涂层的体积磨损率显著降低了96.06%，表现出优异的耐磨性能。采用APS技术制备的HEA涂层不仅提升了铝合金的表面耐磨性能，且具备良好的力学性能，适用于要求较高的耐久性工业领域。
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  超音速火焰喷涂金刚石/Ni60复合涂层的耐磨性能

  周昊东, 刘洪军, 叶建中, 曹驰, 张雷

  表面技术. 2025, 54(11): 252-263. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.11.022

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  目的 通过在超音速火焰喷涂(HVAF)的Ni60涂层制备中引入镀镍金刚石，并优化摩擦副材料，以提升涂层的耐磨性，延长锁渣阀的使用寿命。方法 采用HVAF技术制备了不同镀镍金刚石质量分数的金刚石/Ni60复合涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射和能谱分析等手段对涂层的微观结构和物相进行分析。通过往复摩擦磨损实验，评估涂层的耐磨性，研究不同摩擦副条件下的磨损行为。结果 采用HVAF超音速火焰喷涂工艺可以制备得到完整且结合良好的金刚石/Ni60复合涂层，金刚石颗粒均匀分布于Ni60合金相中，部分颗粒发生破碎。Ni60及3种金刚石/Ni60复合涂层的孔隙率分别为0.647%、0.962%、0.913%、1.555%。4种涂层在氧化铝磨球下的相对磨损量分别为0.06、4.61、4.54、16.2，而在氮化硅磨球下的相对磨损量分别为0.01、1.33、2.50、0.33。在氧化铝和氮化硅磨损条件下，摩擦因数曲线均呈现先增加后减小的趋势。结论 适量金刚石的加入，显著提高了涂层的硬度和耐磨性，但金刚石的含量过高会导致涂层的孔隙率增大，从而降低涂层的耐磨性能。在金刚石的质量分数为37.5%时，金刚石/Ni60复合涂层的耐磨性能最佳。氮化硅作为配套密封面材料，与复合涂层具有更好的兼容性。氮化硅-金刚石/Ni60复合涂层的磨损机制为磨粒磨损、氧化磨损及一定的疲劳磨损。氧化铝-金刚石/Ni60复合涂层的磨损机制主要是磨粒磨损和少许黏着磨损，以及一定的疲劳磨损。