2025年, 第54卷, 第3期　
刊出日期：2025-02-10

  

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研究综述
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  液体注入表面在防污领域的研究进展

  夏雅阁, 杨中天, 张强, 余新泉, 张友法

  表面技术. 2025, 54(3): 1-16. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.001

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  生物污损在船舶及海洋工程、食品工程、医疗卫生等领域广泛存在，造成了严重危害及巨大经济损失，成为亟须解决的难题之一。受猪笼草启发的液体注入表面(LIS)具有优异的疏液性、超低黏附性、自修复性，且绿色、无毒，在防污领域具有较好的应用前景，成为当前的研究热点之一。介绍了LIS表面的构建原则和制备方法，包括LIS制备过程中基底选择和制备工艺，基底修饰剂的选择和化学改性方法，润滑剂的选择及注入工艺等。综述了LIS表面在防污领域的最新应用研究进展。最后，指出了目前LIS表面应用研究中存在的问题，并提出了进一步研究的建议，旨在为发展高效、绿色、广谱的防污表面提供参考。
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  超双疏表面耐久性研究进展及其应用

  覃冰黎, 梅益, 周学湫, 罗鸿, 韦函, 汪希奎

  表面技术. 2025, 54(3): 17-38. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.002

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  超双疏表面通常指对水和油均表现出高接触角和低滚动角的特殊润湿性表面。超双疏表面在日常生活、工业生产、液体运输、航空航天及航海等多个领域具有潜在应用前景，受到了科研人员的广泛关注。由于超双疏表面微纳粗糙结构较为脆弱，一旦表面微结构或化学物质受到破坏，其超双疏性可能会受到影响，甚至失效，因此材料表面的低耐久性是限制超双疏表面规模化推广应用的技术瓶颈，如何提高超双疏表面的机械耐久性，是当前业内亟待解决的重点课题之一。首先概述了超双疏表面的润湿理论和设计基础，并系统总结了包括层层自组装法、模板法、电化学沉积法和气相沉积法在内的多种制备方法，并深入分析了上述制备方法所获得超双疏表面的耐久特性。随后，重点探讨了提升超双疏表面耐久性的技术和方法，如自修复技术、底面复合技术和微结构保护技术等，并阐述了各方法的耐久性提升原理。最后，总结了超双疏表面在自清洁、防冰除冰、防雾、抗黏附和抗菌等领域的应用，分析了当前制约其规模化应用的原因及其解决策略，并对超双疏表面未来的工程应用前景及发展方向进行了展望。
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  过渡金属氮化物PEMFC双极板涂层研究进展

  陈栋, 党博, 杨凯, 孟祥乐, 魏东博, 李淑琴, 张平则

  表面技术. 2025, 54(3): 39-61. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.003

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  双极板是构成质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件之一，具有导热导电、分配反应气体等重要作用，但在酸性工况下易被腐蚀，影响其长期稳定性。通过在金属双极板表面制备涂层来提高其性能是一种具有很大潜力的方法。过渡金属氮化物的晶体结构由于存在共价键、离子键和金属键，使其具有优异的耐腐蚀性、出色的导电导热性和疏水性，在提高PEMFC双极板服役性能方面具有很大的发展前景。首先介绍了不同种类的单层过渡金属(Nb、Cr、Ti等)氮化物涂层的组织结构，研究了不同物相组成对涂层相关性能的影响。此外制备工艺的种类以及相关工艺参数同样会影响过渡金属氮化物涂层的使用性能，如沉积偏压会影响涂层晶粒大小和致密度。随后综述了多层涂层以及异原子掺杂涂层的相关研究，发现其阻断了柱状晶生长，往往具有比单相涂层更优异的耐腐蚀性能;介绍了过渡金属氮化物涂层常用的制备工艺，包括真空蒸镀、磁控溅射和多弧离子镀技术等。最后对过渡金属氮化物PEMFC双极板涂层进行了总结，指出了目前研究的不足以及未来的研究方向。
摩擦磨损与润滑
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  速度对油膜界面滑移及弹流润滑特性的影响

  郭闯, 赵二辉, 权龙, 汪成文

  表面技术. 2025, 54(3): 62-70, 117. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.004

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  目的 研究机械系统摩擦副间相对速度的变化对润滑油膜界面滑移及弹流润滑特性的影响，为探究极限工况下机械传动系统中摩擦副润滑失效的形成和演变机理提供理论依据。方法 建立考虑油膜界面滑移的点接触弹流润滑模型，并进行仿真计算，开展双色光干涉弹流润滑试验，研究速度对弹流润滑中油膜界面滑移的影响，进而研究界面滑移状态下卷吸速度、流体动压、油膜厚度、滑移参数等随速度变化的特性。结果 界面滑移主要发生在润滑入口区域，滑移部位卷吸速度明显下降;界面滑移导致动压变化，二次压力峰减弱，动压分布向滑移区域偏移;界面滑移影响膜厚分布，润滑油堆积导致入口油膜凹陷，在高速工况下出口区域膜厚减小。随着速度的增大，滑移部位向入口区延伸;界面滑移范围占比与平均滑移长度均显著增大;滑移区域动压分布趋于均匀;滑移部位承载能力呈现先略有增大后显著减小的特征;滑移范围占比、平均滑移长度和滑移部位承载能力均趋于稳定。结论 工况速度会对界面滑移产生显著影响，滑移量的增加导致承载能力下降，从而加速机械系统的失效。
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  Nb对激光熔覆NiCrMo/WC涂层组织和耐磨性能的影响

  成伟琦, 崔洪芝, 周明昊, 王辰宇, 吕玉君

  表面技术. 2025, 54(3): 71-79. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.005

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  目的 提高高铁制动盘的耐磨性，研究不同磨损条件下的磨损机制。方法 利用激光熔覆技术制备NiCrMo/WC-xNb复合涂层，研究Nb含量对涂层的物相组成、微观组织、力学性能及不同磨损情况下耐磨性能的影响。结果 复合涂层的物相主要包括γ-Ni、σ-CrMo基体相，以及NbC、WC、MoC、Cr23C6等碳化物相。随着Nb含量的增加，涂层内枝晶组织细化，原位生成四边形和花瓣形的NbC强化相。WC、NbC及基体相的硬度(21.69~10.17 GPa)和弹性模量(457.95~293.32 GPa)呈梯度分布，可以有效传递载荷，减少WC在磨损过程中的破损。NbC与WC协同强化，提高了涂层的硬度和耐磨性，添加质量分数9% Nb的涂层的硬度达到67HRC。与未添加Nb的涂层相比，不同载荷下的磨损体积平均降低了30%。通过添加Nb，在30 N载荷下涂层的磨损机制由黏着磨损和磨粒磨损转变为磨粒磨损;在50 N载荷下，涂层的磨损机制为磨粒磨损。磨损频率的增加导致涂层磨损加剧，其耐磨性下降。结论 在复合涂层内原位生成NbC强化相，可有效提高NiCrMo/WC-Nb复合涂层在不同磨损载荷下的耐磨性。
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  放电等离子烧结CoCrW合金的高温摩擦学行为

  唐晨, 于成涛, 王群昌, 陈明辉, 王福会

  表面技术. 2025, 54(3): 80-89. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.006

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  目的 阐明CoCrW合金在400~800 ℃下的高温摩擦学行为和釉质层的生成及演变机制。方法 通过放电等离子烧结(SPS)工艺制备CoCrW合金，利用往复式摩擦磨损试验机和白光干涉仪测试并表征合金在400~800 ℃下的高温摩擦学性能。采用SEM、EDS、EBSD、EPMA及拉曼光谱等手段表征合金与磨损表面的显微组织、物相组成及元素成分。结果 采用SPS烧结的CoCrW合金的成分、组织均匀，弥散分布的Cr7C3起到了抑制晶粒长大的作用。在温度为400 ℃时，由于无足够的氧化物磨屑在其表面压实及摩擦烧结进而生成釉质层，因此合金表面发生了严重的磨粒磨损，磨损率为2.55×10^?4 mm³/(N.m)。在600 ℃下，合金磨损表面局部生成了具有保护性的岛状氧化膜，减弱了硬磨粒的犁削作用，磨损率为4.03×10^?5 mm³/(N.m)。在800 ℃下，合金磨损表面生成了由Cr2O3、CoCr2O4及Co3O4组成的稳定釉质层，磨损率较400 ℃下降低了91%，为2.36×10^?5 mm³/(N.m)。结论 温度的提升，加速了离子的扩散及磨屑的细化，促进了氧化物颗粒在磨损表面的烧结。在800 ℃下的磨损初期，保护性釉质层的生成阻碍了亚表面的塑性变形，避免了在600 ℃下的磨损初期时变形区的整体断裂。金属离子与氧离子的快速扩散促成了内部富Cr氧化层及表面混合氧化层的形成，在800 ℃下使得合金表面生成了稳定的釉质层。
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  Mo含量对激光熔覆CoCrW涂层摩擦磨损行为的影响

  罗兰, 路世盛, 胥卫奇, 文泽东, 王凌倩, 周健松

  表面技术. 2025, 54(3): 90-100. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.007

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  目的 考察不同含量的Mo元素对激光熔覆CoCrW涂层摩擦磨损行为的影响。方法 采用激光熔覆技术制备不同Mo含量的CoCrW涂层，利用扫描电子显微镜、能谱分析仪和X 射线衍射仪分析涂层的物相及元素组成，通过显微硬度计和高温摩擦试验机测试并分析涂层的硬度和摩擦学性能。结果 不同Mo含量的熔覆层与基材均为冶金结合，涂层组织均匀致密，熔覆层主要由γ-Co和碳化物组成。在激光熔覆过程中，涂层的微观组织结构由中部粗大的树枝晶组织逐渐转变为表面尺寸较小的柱状晶和胞状晶组织。碳化物相的含量随着涂层中Mo含量的增大而增大，显微硬度也随之增加。当涂层中Mo的质量分数为30%(M3涂层)时，显微硬度达到最大值(954HV0.2)。在往复摩擦条件下，与Si3N4对磨时，随着温度的升高，4种涂层的摩擦因数和磨损率均表现出先升高后降低的趋势。在常温下，涂层以磨粒磨损为主。在400 ℃下，黏着磨损加剧。随着温度的升高，磨痕表面氧化物逐渐增多，在600~800 ℃下氧化釉质层逐渐形成，并致密化，改善了涂层的摩擦学性能。其中，M3涂层(Mo的质量分数为30%)在室温至高温范围内的耐磨性能最优异。结论 随着Mo含量的增加，在固溶强化和弥散强化的协同作用下，激光熔覆层的硬度和摩擦学性能显著提高。在高温下，Mo元素促进了氧化釉质层的形成和致密化，对涂层的摩擦学性能改善更为明显。
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  等离子体处理丁腈橡胶表面摩擦学研究

  王新飞, 邢朝阳, 李奥迪, 张斌, 王欣

  表面技术. 2025, 54(3): 101-109. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.008

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  目的 为了降低丁腈橡胶的摩擦系数，提高丁腈橡胶产品使用寿命。方法 使用丁腈橡胶作为基体材料，分别将Ar、Ar+O2、Ar+N2、Ar+C2H2在不同比例下作为等离子体源对丁腈橡胶表面进行改性。使用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、摩擦试验机，分别对试样的表面形貌、接触角大小、官能团及元素价态信息、摩擦系数等进行表征分析。结果 不同气氛等离子体对丁腈橡胶表面形貌产生了明显的影响，对摩擦系数的改变程度具有明显差异，其中Ar+C2H2(4∶1)等离子体处理之后显示出0.266左右的稳定低摩擦系数，同时也显示出约50°的最小水接触角。结论 不同气氛和比例的等离子体源离化后具有不同的能量，对NBR表面的轰击作用力不同，造成表面形貌的差异。相比于含氧和含氮气氛，含乙炔等离子体中的氢元素可能在降低摩擦系数方面起作用，红外图谱显示不同比例碳氢键含量与等离子体源种类相关。具有更高含氢量的乙炔气氛等离子体处理之后有更低的水接触角，可能与NBR表面基团的极性共价键和表面基团与水分子间的作用力有关。
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  等离子原位制备VC增强Al1.5CoCrFeNi高熵合金熔覆层的组织与力学性能

  王虎, 秦晓婷, 王智慧, 贺定勇

  表面技术. 2025, 54(3): 110-117. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.009

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  目的 制备不同含量碳化物增强BCC结构的高熵合金熔覆层，研究碳化物含量对其微观组织和力学性能的影响规律。方法 在Q235钢表面采用等离子原位合成技术制备Al1.5CoCrFeNi(VC)x(x为0、0.1、0.2、0.3)高熵合金熔覆层，研究VC含量对其物相组成、微观组织及力学性能的影响。结果 在x=0时，熔覆层为简单体心立方(BCC)固溶体结构，微观组织呈典型的树枝晶，枝晶内为富含Al、Ni的BCC固溶体，枝晶间为富含Cr、Fe的BCC固溶体。在加入V、C后(x为0.1、0.2、0.3)，物相组成转变为BCC相、原位合成的VC增强相及少量的σ相。VC呈颗粒状、长条状及十字状，主要偏聚于基体的树枝晶间，少数从枝晶内析出，且随着V、C含量的提高，VC的析出量逐渐上升。TEM结果显示，原位合成的VC增强相与基体之间的界面整洁，无反应物生成。当VC的含量x由0提高至0.3时，熔覆层的硬度由529.3HV增至829.8HV，磨损率由34.88 mg/min降至2.45 mg/min。在x=0时，熔覆层的磨损形式以微观切削为主，以多次塑性变形为辅;在原位合成VC增强相后(x为0.1、0.3)，熔覆层的磨损形式以微观切削为主。结论 原位合成VC对高熵合金起到了明显的强化作用，随着VC含量的增加(x为0~0.3)，熔覆层的显微硬度和耐磨性逐渐增加。
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  轮轨硬度匹配对重载贝氏体车轮钢磨损性能的影响

  赵海, 徐海峰, 周霆伟, 袁航, 徐震霖, 何宜柱

  表面技术. 2025, 54(3): 118-129. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.010

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  目的 探究贝氏体车轮材料与不同钢轨材料的硬度匹配行为，为贝氏体车轮服役的安全性和可靠性提供理论参考。方法 将贝氏体车轮与3种轨道进行匹配，结合磨损率、表面磨损形貌及表面硬化程度等，综合评价3种钢轨/车轮硬度比(Hr/Hw)下轮轨材料的耐磨性及损伤行为。结果 随着匹配的轨道钢硬度的增加，贝氏体车轮钢磨损率从0.188 mg/m逐渐升至0.217 mg/m，增加了15.4%;轨道钢的磨损率呈下降趋势，从0.104 mg/m降至0.042 mg/m，下降了59.6%。车轮钢和轨道钢的磨损机理均以黏着磨损和疲劳磨损为主。随着轨道钢硬度的增加，车轮材料分层明显，损伤越来越严重，塑性变形层厚度和表面硬化程度呈上升趋势，表面疲劳裂纹的平均长度和深度依次降低，但平均扩展角度越来越高;轨道材料的分层和微裂纹减少，损伤减轻，且塑性变形层厚度和表面硬化程度呈下降趋势，表面疲劳裂纹长度减少，而扩展深度和角度均增加。接触斑能量耗散值越高，则贝氏体车轮受到轮轨硬度比的影响越明显。当Hr/Hw低于1时，钢轨磨损程度随着Tγ/A的增加越来越严重。结论 随着匹配的轨道硬度的增加，车轮的磨损程度呈相反趋势，前者加剧，后者减轻。此外，与同种轨道匹配时，相较于典型的珠光体车轮钢(CL65)，贝氏体车轮钢具有更加优异的耐磨性和抗疲劳损伤能力。
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  扫描速度对Inconel 625涂层耐磨耐蚀性能的影响

  邹利, 孙文磊, 张团, 卢裕尔, 黎勇, 钟荟玄

  表面技术. 2025, 54(3): 130-141. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.011

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  目的 提升H13热作模具钢表面的耐磨耐蚀性能，延长其使用寿命。方法 使用激光熔覆技术在H13钢表面制备4组扫描速度分别为8、10、12、14 mm/s的Inconel 625涂层试样。通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、EDS能谱仪、显微硬度仪、摩擦磨损仪、电化学工作站仪器分别表征涂层的宏观形貌、物相组成、显微组织、元素分布、硬度、摩擦磨损特性及抗腐蚀性能。结果 在H13钢表面制备Inconel 625涂层后，其耐蚀性和其他力学性能都得到增强。涂层形貌受到扫描速度的影响，随着扫描速度的增大，平整度趋于平整，且金属光泽逐渐增强。采用不同扫描速度进行熔覆，并不会改变熔覆层的物相种类。涂层的主要相为γ-(Fe, Ni)、Fe-Ni-Cr、FeNi3、Cr7Ni3等，涂层的显微组织均为树枝晶。Cr、Mo、Nb、Fe、Ni、Si、C等元素分布均匀，并未发生某种单一元素出现显著偏析的现象。当扫描速度为14 mm/s时，H4涂层取得最大的平均显微硬度(496.51HV0.2)。当扫描速度为12 mm/s时，磨损量最低，仅为基体磨损量的25%，各试件的耐磨性能从大到小依次为H3、H4、H2、H1、Substrate。随着扫描速度的增大，涂层的自腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势，自腐蚀电位呈先增大后减小的趋势。H2涂层具有最正的自腐蚀电位(?0.503 9 V)，H3涂层具有最小的自腐蚀电流密度(3.698 2×10^?5 A/cm²)。各试件的耐腐蚀性能从大到小依次为H3、H4、H2、H1、Substrate。结论 采用激光熔覆技术在H13钢表面制备的4组Inconel 625涂层中，其他工艺参数不变，在扫描速度为12 mm/s时，涂层具有优异的耐蚀性和其他力学性能。
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  送粉量对垂直激光熔覆粉末流场的影响

  范红丽, 刘玉兵, 王治文, 张钊, 郑明军, 韩日宏, 齐海波

  表面技术. 2025, 54(3): 142-151. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.012

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  目的 激光熔覆头与工作面和水平面均垂直是现有激光熔覆粉末输送的主要研究工况，研究垂直激光熔覆粉末流场可以弥补具有倾斜复杂表面特征、不可移动、不可转动的金属零部件修复的理论空缺，拓展增材制造金属零部件修复应用领域。方法 首先构建垂直激光熔覆四路同轴送粉三维气粉耦合模型，基于粉末汇聚焦点和气体流场分布确定基板工作高度和载气流量，然后探究最大粉末浓度、粉斑直径和模拟偏移量随送粉量变化的规律，最后采用单道激光熔覆实验验证模型的准确性，并实现熔覆形貌的预测。结果 在垂直激光熔覆下，随着送粉量的增大，粉末汇聚焦点变化不明显，均在距离喷嘴16 mm处;最大粉末浓度由9.8 kg/m³逐渐提升至19.2 kg/m³;模拟偏移量由0.23 mm逐渐提高至0.62 mm;粉斑直径在送粉电压为12~16 V时从2.8 mm缓慢增至3.2 mm，在16~20 V时从3.2急剧增至4.3 mm;最大粉末浓度、粉斑直径、模拟偏移量与单道激光熔覆层高、层宽、偏移量线性呈正相关，数值模拟预测值与熔覆实验测量值之间的平均相对误差分别为2.15%、1.67%、3.05%。结论 在垂直激光熔覆时，送粉量对粉末流场的影响显著，最大粉末浓度、模拟偏移量和粉斑直径均随着送粉量的增大而增大;垂直激光熔覆粉末流场模型准确可靠，可对熔覆形貌进行准确预测。该研究成果可为垂直激光熔覆工艺参数的选取及优化提供理论指导。
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  超高速激光熔覆CoCrFeNiMn高熵合金涂层的组织和耐磨性研究

  徐进, 杨佳, 陈兆建, 汪成松, 李冬明, 宋涛, 韩天

  表面技术. 2025, 54(3): 152-161. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.013

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  目的 探究超高速激光熔覆技术对高熵合金的适用性。方法 使用超高速激光熔覆技术在Q355D基体上制备CoCrFeNiMn高熵合金涂层。分析不同熔覆速度下CoCrFeNiMn高熵合金涂层的显微组织、元素分布、显微硬度和磨损性能。结果 涂层内部呈现出多层堆叠结构，随着熔覆速度的增加，晶粒逐渐细化，晶粒尺寸降低，涂层厚度逐渐降低，3种涂层的厚度分别为395、342、244 μm。在涂层中，衍射峰的加宽可能是因熔覆过程中快速冷却引起了晶粒细化。涂层元素分布均匀，未发生明显偏析。由于涂层快速冷却，使其具有较低的稀释率。熔覆速度为40 m/min的涂层试样的显微硬度较高，其平均硬度达到240HV。同时，在该参数下，涂层的摩擦因数和磨损率均较低，分别为0.25和4.91×10^?4 mm³/(N.m)。涂层的磨损机制呈现磨粒磨损与黏着磨损混合。结论 对于超高速激光熔覆技术，熔覆速度增加所带来的细小晶粒组织和高密度晶界有效增强了CoCrFeNiMn高熵合金涂层的抗变形能力，从而有效提升了涂层的耐磨性能。
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  激光抛光3D打印景观设计316L构件的表面质量及性能研究

  张兰, 陈敏, 高洁, 李文东, 吴士宾

  表面技术. 2025, 54(3): 162-170, 181. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.014

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  目的 本研究旨在通过激光表面抛光技术，探索提升3D打印景观设计构件的表面质量和综合性能的可行方法。通过优化激光抛光工艺参数，寻找最佳参数以显著降低构件的表面粗糙度，并提升其力学性能和耐蚀性，从而为增材制造景观构件的高效后处理提供技术支持。方法 首先，采用人工神经网络模型对激光抛光工艺参数进行预测和优化，以获得最佳表面粗糙度所需的参数。随后，用该优化参数对激光选区熔化成形的316L不锈钢景观设计构件进行激光抛光，并对抛光后的表面形貌、显微组织、力学性能及耐蚀性能进行系统表征和分析。结果 激光抛光技术有效地将SLM构件表面粗糙度从原始的4 μm降低至0.15 μm以下，并在表面形成约37.6 μm厚的致密抛光层。抛光层由晶粒尺寸从1.37 μm细化至0.88 μm的等轴晶组成，显微硬度提升了26.7%，残余拉应力从55.7 MPa降至4.17 MPa。此外，抛光层使腐蚀电流密度降低了1个数量级，显著提高了构件的耐蚀性能。结论 激光抛光通过快速凝固机制，细化了晶粒尺寸，提升了构件的硬度和耐蚀性，显著改善了SLM构件的表面质量和综合性能。
表面强化技术
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  基于FEM-DEM耦合模型喷丸铝合金薄壁件尺寸稳定性仿真研究

  汪帆星, 汪舟, 曾思明, 孙文革, 段芳芳, 葛久志, 陈艳华, 日孜完古丽, 甘进

  表面技术. 2025, 54(3): 171-181. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.015

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  目的 探究喷丸对铝合金薄壁件残余应力场的影响和应力释放后尺寸稳定性的影响。方法 基于ABAQUS有限元软件建立多弹丸随机撞击薄壁件模型和喷丸薄壁件残余应力释放模型，并对模型预测7075铝合金薄壁件残余应力场的准确性进行验证。通过FEM-DEM耦合薄壁件喷丸+残余应力释放一体化模型，探究喷丸速度、喷丸直径、喷丸质量流工艺参数对7075铝合金薄壁件残余应力场和尺寸稳定性的影响规律。结果 沿层深分布的残余应力试验值和仿真值最大误差在±16%以内，平均误差为6%，证实了模型良好的残余应力预测准确性。随弹丸速度增大，铝合金薄壁件表面残余应力和约束释放后的变形增大，速度为100 m/s时最大残余压应力约为?323 MPa。随弹丸直径增大，表面残余应力缓慢增大，残余压应力层深增加，弹丸直径为0.8 mm时残余压应力层深约为0.42 mm。随弹丸质量流增大，表面残余应力和约束释放后的形变也会小幅增加。增大弹丸质量流对增大最大残余应力和约束释放后的变形的增大效率小于增大弹丸速度和弹丸直径。根据仿真结果建立了喷丸效能评估参数和喷丸工艺参数相联系的预测模型。结论 研究验证了多弹丸随机撞击薄壁件模型和喷丸薄壁件应力释放模型具有良好的预测喷丸薄壁件残余应力场和约束释放后变形的能力，为铝合金薄壁件喷丸强化工艺和成形工艺提供了一种数字化研究思路和实际数据支撑。
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  超声冲击下Q420/ZG300焊接接头表层残余应力场数值分析

  杨波, 甘进, 刘华兵, 张晋晗, 贾青青, 姜传海, 全顺红

  表面技术. 2025, 54(3): 182-192. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.016

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  目的 模拟超声冲击作用下Q420/ZG300厚板异种钢焊接接头残余应力场数值及分布规律，以评估其表层残余应力场改善情况。方法 首先，建立厚板异种钢温度-位移顺序耦合模型，针对厚板焊接模拟难收敛和计算时间长等难题，对焊道进行简化合并和采用瞬间热源模型，模拟得到焊接残余应力场。然后，在此基础上建立焊接-超声冲击耦合模型，分析不同超声冲击工艺对残余应力场的影响。结果 焊后在焊缝和热影响区存在较高的残余拉应力，其峰值可达467 MPa。经超声冲击处理后，过渡区表层一定深度范围内的残余拉应力转变为压应力，最大压应力出现在表层或次表层，随着深度增加，压应力不断减小，直至出现拉应力。在振幅为15 μm和冲击针直径为4 mm时，最大残余压应力为333 MPa，压应力影响深度可达0.96 mm。当振幅和冲击针直径增大时，影响深度也随之增加。当冲击针间距增大时，影响深度先减小后增大，但增大效果不明显。试验测量结果与模拟值具有良好的对应趋势，验证了模拟方法的可靠性。结论 超声冲击能在厚板异种钢接头表层引入残余压应力，振幅和冲击针直径增大可提高压应力影响深度，而冲击针间距需适当控制以保证压应力场效果。
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  航空发动机用双陶瓷热障涂层的残余应力仿真研究

  王敏, 赵伟文, 刘星宇, 余宗键, 袁建辉

  表面技术. 2025, 54(3): 193-201. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.017

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  目的 对YSZ和LaMgAl11O19双陶瓷热障涂层不同预热温度和厚度条件下的残余应力进行仿真研究，指导双陶瓷热障涂层的优化设计。方法 用Abaqus有限元软件模拟双陶瓷涂层样件制备以及冷却过程中的径向、轴向和剪切残余应力。通过在25~275 ℃之间每隔50 ℃选取一个温度点作为样件的预热温度进行仿真，评价不同预热温度下黏结层与双陶瓷层的残余应力值，根据残余应力值确定优化的预热温度为75~ 125 ℃。选取100 ℃预热温度，保持YSZ和LaMgAl11O19双陶瓷层的总厚度为300 μm，以50 μm为一个区间调整双陶瓷层的厚度比值，研究YSZ和LaMgAl11O19的厚度变化对黏结层和双陶瓷层界面残余应力的影响，确定YSZ和LaMgAl11O19的厚度均为150 μm时，获得的残余应力最小。对优化后的陶瓷顶面和不同材料分界面的残余应力进行分析。结果 预热温度以及YSZ和LaMgAl11O19的厚度对涂层残余应力有显著影响，预热温度取75 ℃和125 ℃之间时，残余应力值普遍较小，其最大值仅为8.2 MPa。预热温度取100 ℃，YSZ和LaMgAl11O19的厚度均为150 μm时的残余应力值普遍较小，其最大值仅为55.2 MPa，出现在黏结层和基体材料的界面上。结论 预热温度对样件边缘位置的残余应力具有明显的影响，最大残余应力出现在优化的双陶瓷热障涂层基体和黏结层的界面处，从而降低了陶瓷层剥落的风险。
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  Ni-Cr-B-Si真空和氩气中钎焊金刚石界面特性及热损伤机理

  刘思幸, 张泽辰, 刘明淼, 彭康, 胡红钰, 吴多利

  表面技术. 2025, 54(3): 202-209, 219. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.018

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  目的 通过钎焊试验和表征分析，探讨和揭示Ni-Cr-B-Si合金钎料在真空和氩气气氛中高温钎焊金刚石的界面特性及热损伤。方法 采用Ni-Cr-B-Si合金钎料在真空和氩气气氛中钎焊金刚石/304不锈钢，通过扫描电子显微镜观察钎料/钢基体接头断口和钎焊金刚石的界面微观形貌，使用能量色散光谱仪分析界面的元素扩散分布，利用X射线衍射仪表征界面生成物的物相组成，借助激光共焦拉曼光谱仪分析钎焊金刚石的残余应力与热损伤程度。结果 真空中钎焊的钎料/钢基体接头的拉剪强度最大，为133.05 MPa，氩气气氛中钎焊接头的拉剪强度为125.10 MPa，2种气氛中钎焊的接头断口均主要以脆性断裂为主。在氩气气氛中钎焊后金刚石的界面生成物以条状结构为特征，且金刚石结合界面未产生裂纹，界面组织中未生成硬质点相。氩气气氛中钎焊金刚石的表面残余应力(0.034 GPa)小于真空中钎焊后的金刚石(0.648 GPa)。真空和氩气气氛钎焊金刚石的拉曼特征峰相对强度分别低于原始金刚石的65%和27%。结论 使用氩气气氛钎焊金刚石的研究显示，钎焊金刚石界面组织的均匀性得到改善，熔融钎料表面的硬质点相得到了有效控制，有利于提高金刚石磨粒的结合强度并缓解金刚石的热损伤程度。
热喷涂与冷喷涂技术
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  冷喷涂Ti-Al复合材料的搅拌摩擦加工改性研究

  刘杨, 徐雅欣, 李文亚

  表面技术. 2025, 54(3): 210-219. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.019

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  目的 解决冷喷涂直接沉积钛铝金属间化合物时因金属颗粒硬脆而出现的沉积率极低或无法沉积等问题，针对增材制造钛铝合金的需求，采用冷喷涂和搅拌摩擦加工相结合的方法原位制备钛铝金属间化合物。方法 采用纯铝板为冷喷涂基板，经冷喷涂沉积纯Ti、Al后得到预沉积体，对已沉积的Ti-Al复合材料进行不同参数的搅拌摩擦加工后制备出试样，并采用光镜、扫描电镜、X射线衍射、硬度测试对比研究不同处理状态复合材料的组织和性能。结果 喷涂态沉积体并未形成Ti-Al金属间化合物。经FSP处理后，沉积体中形成了含有细小晶粒的Ti和Ti-Al金属间化合物复合组织。由XRD结果可知，FSP制备的金属间化合物为TiAl3，且复合材料中存在未反应的原始Ti颗粒。冷喷涂沉积体经热处理因Kirkendall效应会产生较大孔隙，但经FSP处理后组织致密，无明显孔隙，硬度显著提高到256HV，复合材料的组织得到细化。结论 通过高压冷喷涂技术和搅拌摩擦加工原位制备了组织均匀且致密、内部结合良好的钛铝金属间化合物，并使用优化后的搅拌摩擦工艺参数完成了良好的钛铝金属间化合物的增材制造，达到试验预期要求。
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  闪烧工艺对YSZ热障涂层结构和耐久性的影响

  张石华, 金洋, 邸宝永, 王者, 丁坤英

  表面技术. 2025, 54(3): 220-229. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.020

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  目的 提高采用等离子喷涂制备的YSZ热障涂层的服役寿命。方法 采用闪烧技术对通过大气等离子喷涂后的热障涂层进行二次处理，以提升其耐久性。使用多种分析表征方法系统地分析闪烧前后热障涂层的孔隙率、力学性能和相组成，并利用热循环和高温氧化实验对比闪烧处理前后涂层的耐久性。结果 经过闪烧处理后，YSZ热障涂层仍呈现为t‘-ZrO2，其表面的孔隙和微裂纹得到有效改善，闪烧处理使得陶瓷层融合，形成板块状，其孔隙率降低了83.68%，脆性指数下降了31.60%。经过重复实验验证，闪烧技术在应用中表现出良好的稳定性。经过100次热循环后，喷涂态涂层的脱落率接近40%，而闪烧涂层最大脱落率仅接近10%。在高温氧化过程中，当氧化温度在1 100 ℃以上时，TGO的生长速率明显加快，经过500 h、1 200 ℃高温氧化，闪烧涂层的TGO层厚度比喷涂态涂层的厚度降低了30.00%，闪烧涂层在500 h的TGO厚度与喷涂态涂层在100 h时相当。结论 闪烧处理有效促进了YSZ热障涂层的致密化，提高了涂层的力学性能，改善了大气等离子喷涂涂层的损伤容限，延长了涂层在热循环下和高温氧化下的耐久性。
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  基于Ni、Ti中间层的316L不锈钢冷喷涂银涂层结合性能提升研究

  张永良, 张科杰, 危胜, 兰海明, 李宏盼, 李羿含, 黄仁忠

  表面技术. 2025, 54(3): 230-239. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.03.021

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  目的 提高多晶硅还原炉内壁316L不锈钢上冷喷涂银涂层的结合强度，并研究其机理。方法 采用钛过渡层的新方案，采用金相显微镜、显微硬度计、SEM、万能拉伸试验机、白光干涉仪等测试手段对比过渡层材料、粉末形貌对涂层显微结构、硬度、界面特性、表面形貌和结合强度的影响，分析阐明分别采用镍和钛过渡层的条件下，银涂层结合强度存在差异的主要原因。结果 直接在316L上冷喷涂银涂层，无法实现有效沉积，而采用镍和钛作为过渡层均能制备致密的银涂层，但是镍过渡层与银涂层的结合强度仅有(32.1±4.1) MPa，而采用不规则形貌的钛粉末作为过渡层原材料，能够将结合强度显著提高至(61.5±5.8) MPa。主要原因为不规则钛粉作为过渡层的表面微结构更多，峰峭度更高，接触表面积更大，比面积达到2.25，有利于涂层发生更强的机械咬合，从而获得较高的结合强度。结论 可为制备高结合强度、长寿命的多晶硅还原炉银涂层提供新的解决方案。