2025年, 第54卷, 第9期　
刊出日期：2025-05-10

  

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研究综述
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  金刚石表面增透技术的研究进展

  刘朝平, 孟彬, 袁其龙, 王跃忠, 宋惠, 孙鹏, 尚鹏, 李赫, 江南, 西村一仁

  表面技术. 2025, 54(9): 1-17. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.001

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  金刚石因其卓越的力学、热学和光学性能，被认为是高功率激光器输出窗口和红外光学窗口等领域的理想材料，然而金刚石较高的表面反射损耗限制了其作为光学材料的应用范围。在金刚石表面镀制增透膜和构造减反射微结构是提高金刚石透过率的2种有效方法。首先，介绍了2种金刚石增透方法的基本原理，金刚石表面增透膜方法可以通过调整膜的成分、厚度和结构等，使金刚石表面的反射光相互干涉抵消，达到减反射的效果;减反射微结构通过在金刚石表面形成亚波长微结构，无法分辨入射光，其结构层可等效为折射率渐变的薄膜，可减少折射率突变引起的反射，实现增透。然后，重点综述了近年来金刚石表面增透膜和减反射微结构等技术的研究进展，详细阐述了单层、双层、多层增透膜及减反射微结构对金刚石实际透过率的影响规律，分析了不同增透技术的影响因素，其中增透膜的材料和结构对增透效果的影响较大，微结构的增透效果主要取决于尺寸、周期和占空比。同时，总结了增透膜和微结构的各类制备技术特点，对比了2种增透技术的优缺点。最后，展望了金刚石表面增透膜和减反射微结构技术的应用前景和未来发展趋势。
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  超疏水表面润湿行为的分子动力学模拟研究现状

  晁睿, 叶霞, 杨晓红, 武煜尧, 周燚, 何宇航, 赵玉洁

  表面技术. 2025, 54(9): 18-29. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.002

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  近年来，超疏水表面因其优异的自清洁、防污、抗冰等性能，在生物医药工程、环境科学及能源等领域展现出巨大潜力，受到越来越多研究者的关注。然而，目前关于超疏水表面的研究主要集中于实验阶段，其润湿机理在微观尺度上的解释尚不明确。随着分子动力学模拟技术的发展，通过分子模拟手段有望更清晰地揭示超疏水表面的润湿性机理。因此，本文综述了近年来关于表面润湿性的分子动力学模拟研究进展。首先介绍了分子动力学模拟润湿行为的基础理论，分析了当前研究中常用的模拟方法以及接触角的计算方法。随后，从表面粗糙结构、固液相互作用能及外部因素等不同影响因素出发，总结了分子动力学模拟在超疏水表面润湿性研究中的进展，探讨了各因素对超疏水表面润湿性的影响机制，并介绍了在分子动力学模拟指导下超疏水表面的应用场景，如生物医学、油水分离和动态润湿等。最后，展望了分子动力学模拟在润湿领域的未来研究方向，为超疏水表面的进一步开发与应用提供了参考和启示。
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  铅基快堆用不锈钢结构材料耐LBE腐蚀涂层研究进展

  黄洪涛, 李志刚, 李金凤, 张宝, 周娜, 王倩文, 薛云, 赵弘韬

  表面技术. 2025, 54(9): 30-42. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.003

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  铅铋共晶(LBE)作为一种潜在核冷却剂材料，是铅冷快堆(LFR)和加速器次临界驱动(ADS)系统的候选冷却剂材料之一。LBE对不锈钢结构材料具有严重的侵蚀性，会导致不锈钢结构材料的性能恶化，在不锈钢结构材料表面制备耐腐蚀涂层是提高反应堆结构材料耐腐蚀能力的有效方式之一。首先，系统总结了FeCrAl基涂层、高熵合金涂层、陶瓷涂层和ODS型合金涂层等多种耐LBE腐蚀涂层的制备策略，包括磁控溅射技术、热喷涂技术、脉冲激光沉积技术等，对多种耐LBE腐蚀涂层沉积策略的优缺点进行了比较。其次，总结对比了多种耐LBE腐蚀涂层在不同腐蚀环境下的性能，依靠FeCrAl基制备的合金涂层具有良好的耐LBE腐蚀性能，如添加一定量的Ti、Si元素;高熵合金涂层具有与大块高熵合金相似的优异性能，但是各种元素之间可能存在复杂的交叉影响;陶瓷涂层具有优异的力学性能和耐腐蚀性，包括单涂层和复合陶瓷涂层;ODS型合金涂层是一种添加弥散氧化物颗粒的强化相涂层，少量Y2O3的加入能够显著提高结构材料的综合性能。相对于裸露基材，涂层材料在一定程度上为基材提供了良好的抗腐蚀和磨损保护，同时具有优异的耐辐照能力。最后对耐LBE腐蚀涂层的发展前景进行了展望，以推动铅基快堆用不锈钢结构材料的进一步发展。
摩擦磨损与润滑
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  油溶性离子液体添加剂的研究进展:从结构设计到工程应用

  陈强, 秦建, 刘骁, 郭平霞, 蔡美荣, 周峰

  表面技术. 2025, 54(9): 43-69. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.004

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  离子液体作为一类新型润滑剂和添加剂，自2001年被首次应用于摩擦领域以来，迎来了快速发展的时期。在众多报道的离子液体添加剂中，备受关注的季磷盐和铵盐型离子液体因其独特的结构特征而展现出优异的油溶性能和润滑性能。本文旨在清晰梳理离子液体作为非极性烃类基础油(如矿物油、合成油)添加剂的研究进展，并为开发新型油溶性离子液体添加剂提供设计思路。文中总结了自2012年首例油溶性离子液体报道以来，常见的油溶性季磷盐和铵盐型离子液体及其多功能添加剂的研究进展。探讨了离子液体分子结构(包括阴阳离子类型、取代基大小、阳离子结构对称性等)对其油溶性、热稳定性和摩擦学性能的影响，并概述了季磷盐和铵盐型离子液体与传统添加剂ZDDP在不同工况下的摩擦学性能差异。此外，还引述了季磷盐和铵盐型离子液体与传统添加剂ZDDP及有机钼添加剂相容性的研究。最后，针对当前润滑添加剂领域存在的挑战与问题，展望了未来离子液体添加剂可能的发展方向。
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  球-盘点接触下有机摩擦改进剂对矿物油润滑特性的影响

  安丰阳, 郭峰, 刘成龙, 鞠超, 王晓波

  表面技术. 2025, 54(9): 70-78. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.005

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  目的 探究在全膜润滑状态下，矿物油中不同官能团极性的有机摩擦改进剂分子原位吸附对球-盘点接触润滑状态的影响。方法 利用球-盘油膜润滑试验机对500SN和分别含有质量分数为4%油醇、4%油酸酰胺和4%油酸的500SN(分别标记为500SNOH、500SNCONH2和500SNCOOH)进行油膜厚度和摩擦因数的测量，通过接触角测量仪(CA)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和原子力显微镜(AFM)对吸附在钢球表面上的有机摩擦改进剂进行表征。结果 在相同试验工况下，500SNOH、500SNCONH2和500SNCOOH的中心膜厚和摩擦因数均低于500SN，并且降幅随着有机摩擦改进剂分子官能团极性的增强而增加。其中，在卷吸速度为32 mm/s、滑滚比为0.05的工况下，500SNOH、500SNCONH2和500SNCOOH的中心油膜厚度与500SN相比分别下降了15.32%、22.58%和26.61%;在滑滚比为0.05的工况下，500SNOH、500SNCONH2和500SNCOOH在卷吸速度为1~512 mm/s范围内的平均摩擦因数降幅最高，与500SN相比分别下降了6.07%、15.79%和24.57%。结论 验证了不同官能团的有机摩擦改进剂分子均能够在钢球表面通过原位吸附形成疏油边界膜，从而降低了润滑剂对钢球表面的润湿性。同时也验证了有机摩擦改进剂分子官能团极性越强，疏油边界膜的润湿性越差。
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  基于海洋贝类结构的仿生水润滑轴承增载减摩性能的仿真研究

  金磊, 梁鹏, 郭峰, 李书义, 张晓寒, 马旭, 朱忆玺

  表面技术. 2025, 54(9): 79-90. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.006

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  目的 提高水润滑轴承的承载性能和减摩性能。方法 在水润滑轴承表面设计不同形状的海洋贝类织构，基于流固耦合理论对仿生水润滑轴承进行研究，分析织构形状、织构位置、织构密度及织构轴向分布率对轴承润滑特性的影响。结果 通过比较仿生轴承和光滑轴承，发现具有仿生织构的轴承承载力显著提高，且泥蚶织构轴承的承载力最大(78.76 N)。3种海洋贝类织构形状差异会影响微动压效应，泥蚶织构、菲律宾蛤仔织构和文蛤织构使得水膜“高压区”分别呈现“子弹形”“U形”和“圆斑形”。织构密度的增加可提升轴承的承载能力和减摩效果，在讨论的织构密度中，当织构密度为34.7%时，增载减摩性能最优。随着织构轴向分布率的增大，产生微动压效应的区域由轴承中部向两端逐步扩展，分布率达到90%时，最大水膜压力可提升19.45%且摩擦因数低于0.01进入“超低摩擦”状态。结论 与其他2种贝类织构相比，泥蚶织构对水润滑轴承性能的提升最大，且织构分布于光滑轴承主承载区“下游”位置最能发挥织构的附加动压效应，织构密度和轴向分布率的增大均能提升轴承的承载性能及减摩性能。
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  超声振动对高应力装配接触面摩擦磨损的影响

  王奔, 李昕旸, 赵哲, 张棋, 张皓, 祝天龙

  表面技术. 2025, 54(9): 91-101. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.007

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  目的 发动机风扇盘组的装配质量直接影响发动机的可靠性和安全性，目前风扇盘组采用传统压入式装配，导致风扇盘组接触面间的摩擦力过大，磨损程度严重，影响其装配效率与装配质量。为解决上述问题，本研究采用超声振动辅助压装技术，探究其对风扇盘组高应力装配过程中接触面间摩擦力与磨损程度的影响。方法 首先建立了接触滑动数学模型以及微凸体磨损模型，其次对基于模拟风扇盘组结构的试验组件进行超声压装试验，观测不同超声振幅下组件接触面间的摩擦力以及磨损程度。结果 与超声振幅为0 μm时相比，超声振幅为15、28、41、58 μm时，组件接触面间的摩擦力分别降低21.9%、22.6%、41.1%、58.9%。当超声振幅为0 μm时，接触面上有明显的连结成片的黏着磨损，磨痕表面有宽而深的犁沟。施加超声后，随着振幅增大，接触面上的黏着磨损面积与深度先减小后增大，振幅增加至28 μm时黏着磨损程度达到最低，相较普通压装分别降低85.8%、82.1%。此外，磨痕表面的犁沟宽度与深度的减小趋势在振幅达到28 μm时趋于平稳。由于组件接触面间存在振动，该振动将产生大量摩擦热，因此组件接触面出现烧蚀，当振幅高于41 μm时，烧蚀程度从局部轻度演变为大面积重度。结论 在一定超声振幅下，随着振幅增加，超声振动能降低组件接触面间的摩擦力并提高接触面质量，振幅为28 μm时对改善高应力装配接触面质量效果最佳。
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  不同对偶材料对石墨-铜材料磨损性能的影响

  王能慧, 王传锋, 许文虎, 吴海红, 李宏生

  表面技术. 2025, 54(9): 102-111, 129. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.008

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  目的 为优化石墨-铜复合材料耐磨设计及对偶材料选择，为实际工程应用提供理论和试验指导。方法 将石墨-铜复合材料与不同硬度的铜基对偶材料组成干摩擦副，研究对偶材料对石墨-铜摩擦磨损行为的影响。采用多功能摩擦磨损试验机、激光共聚焦显微镜、电子扫描显微镜等表征手段，分析复合材料的摩擦行为与磨损形貌，并通过能谱仪分析石墨-铜磨损表面的元素分布和含量，揭示对偶材料硬度对石墨-铜磨损性能与机理的影响规律。结果 当对偶材料硬度从70HV提高至200HV时，石墨含量为30%(质量分数)的石墨-铜材料表面粗糙度增加了28.1%，磨损率上升了70.2%，但是摩擦副的平均摩擦因数并没有出现明显改变，其值为0.25~0.3。此外，在使用高硬度对偶材料时，45%(质量分数)石墨-铜合金的磨损率是30%(质量分数)石墨-铜合金的1.8~8.4倍。结论 对偶材料硬度增大，其在石墨-铜材料表层的压入深度增加，导致剥层磨损现象加剧，从而使得石墨-铜材料表面的塑性变形和材料脱落现象增多。在一定的石墨含量范围内，提高铜含量可在不改变石墨-铜材料自润滑特性的前提下，增强石墨-铜材料对不同硬度对偶材料的耐磨损能力。
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  基于层流等离子体束的Q235表面强化机理研究

  王林, 曹修全, 何家荣, 胡光忠, 李超

  表面技术. 2025, 54(9): 112-120. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.009

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  目的 Q235钢作为一种常用工业钢材，被广泛用于各类机械零件加工，但其在实际服役工况中经常因磨损导致零件失效。为了增强该类零件的耐磨性，延长其服役寿命，采用层流等离子体表面强化技术增强Q235零件表面抗磨损性能。方法 首先，基于自制的层流等离子体表面强化系统，采用单因素控制变量法，探索了不同工作电流(90~120 A)和不同淬火距离(40~70 mm)对Q235钢表面耐磨性和硬度的影响规律。然后，通过金相显微镜、扫描电子显微镜、维氏硬度测试仪、超景深3D显微镜和白光干涉仪等，对硬化前后的微观组织、硬度和耐磨性进行表征与分析。结果 深入揭示了层流等离子体表面淬火强化Q235钢的硬化机理，Q235钢表面淬硬区具有致密的板条状马氏体组织;在其他参数不变的情况下，硬化的深度、宽度、硬度、耐磨损性能随着工作电流的增加而增加，随着淬火距离的减少而增加。Q235钢表面淬硬层深度可达1.58 mm，相比基体而言，表面硬度提升了63%，摩擦因数下降了0.108~0.234，磨损率下降39%以上。结论 层流等离子体表面硬化能有效提高Q235钢的硬度和耐磨性能，有助于延长Q235工件的服役寿命;同时，工件的耐磨性和硬度与工作电流呈正相关，与淬火距离呈负相关。
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  Mo-DLC/Mo薄膜在甲醇中的摩擦学性能研究

  苏永要, 彭浩, 徐照英, 张腾飞, 王锦标, 余伟杰, 阮海波

  表面技术. 2025, 54(9): 121-129. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.010

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  目的 甲醇燃料的应用给内燃机喷射系统关键运动部件的稳定、高效运行带来了挑战。基于关键部件在减摩抗磨方面的迫切需求，在高速钢表面设计并制备Mo掺杂的类金刚石(Mo-DLC)薄膜。方法 采用磁控溅射技术，在高速钢表面制备具有Mo过渡层的Mo-DLC/Mo薄膜，并与未制备过渡层的Mo-DLC薄膜进行对比研究。利用激光拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等检测设备，对薄膜的微观结构、形貌、力学性能、摩擦磨损性能进行系统研究。结果 Mo-DLC/Mo薄膜的内应力约为1.85 GPa，膜基结合力约为210 mN。与未制备过渡层的Mo-DLC薄膜(2.18 GPa，100 mN)相比，内应力降低了约15%，膜基结合力提高了110%。此外，Mo-DLC/Mo薄膜还具有优异的耐磨损性能和环境适应性，在空气和甲醇中的磨损率均较低，分别为4.6×10^?8、5.8×10^?8 mm³/(N.m)。结论 Mo过渡层对Mo-DLC的力学性能、摩擦学性能的影响显著，Mo-DLC/Mo薄膜在甲醇中展现出优异的摩擦磨损性能，可为低应力DLC的制备及其在醇类内燃机行业的应用提供理论基础和技术储备。
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  30CrMnSiNi2A火箭橇滑靴与不同轨道配副时的摩擦磨损特性分析

  闫华东, 程明灿, 朱晓, 孟鑫

  表面技术. 2025, 54(9): 130-137. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.011

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  目的 研究30CrMnSiNi2A滑靴在不同火箭橇轨道上运行时的摩擦磨损特性。方法 在U71Mn火箭橇轨道和贝氏体火箭橇轨道上，各开展1发工况一致的超声速单轨火箭橇试验，将每发试验后的30CrMnSiNi2A前滑靴作为研究对象，采用共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射分析仪和维氏硬度计对2个滑靴磨损表面的形貌、成分、相组成和截面的硬度、组织结构进行对比分析。结果 不管30CrMnSiNiA滑靴是在U71Mn轨道上运行，还是在贝氏体轨道上运行，均会发生晶粒细化，出现加工硬化现象，使得滑靴局部区域的硬度增大。在贝氏体轨道上运行后，滑靴的表面硬度由390HV提高到795HV，在U71Mn轨道上运行后，滑靴的表面硬度由390HV提高到720HV。在滑靴的磨损表面可以观察到犁沟、凹坑、剥落坑和微裂纹等特征，磨损形式以磨粒磨损为主，伴随着黏着磨损、疲劳磨损和氧化磨损。在U71Mn轨道上运行时，滑靴的磨损表面粗糙度更大，其值为1.90，约是贝氏体轨道上运行时滑靴的2倍，剥落坑更多且磨痕更深，并且在其磨损横截面的变形层更厚，约为12 μm。同时，在变形层中能够观察到更多的富含氧、硅等元素的孔洞。结论 30CrMnSiNi2A滑靴在贝氏体轨道上运行时，其抵抗磨损的性能更优，使用30CrMnSiNi2A滑靴的橇车应优先考虑在贝氏体轨道上开展试验。
激光表面改性技术
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  TiNbZr难熔中熵合金激光熔覆过程温度场和流场模拟

  陈育钒, 刘晋, 刘艳, 胡登文, 杨川, 王雷

  表面技术. 2025, 54(9): 138-151. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.012

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  目的 激光熔覆可以通过精确控制熔池中能量的分布和熔池的流动，改善涂层的凝固特性和成分分布。基于其快速熔化凝固过程的复杂性，难以实时监测熔池的熔凝行为，数值模拟成为研究熔池演化的重要工具。方法 结合数值模拟与实验验证，建立考虑熔池传热、流体动力学和自由表面的激光熔覆三维有限元模型，模拟在TC4上熔覆TiNbZr难熔中熵合金的过程。结果 通过模型和实验对比发现，成形参数平均偏差为5.15%，最大偏差为8.88%。研究了激光热源、对流换热、辐射散热和基体热传导对熔池温度场和熔池轮廓的影响，表明基体中热传导是主要的热损失方式。进一步分析熔池凝固界面可知，从熔池底部到顶部，形态参数(G/R)逐渐减小，而冷却速率(G×R)逐渐增大，验证了凝固组织从平面晶向柱状晶，最后到等轴晶的变化情况，且尺寸逐渐减小。结合涂层各位置元素分析的物理实验结果可知，马兰戈尼对流导致熔池两侧及底部存在拐点，阻碍了元素的混合，基体中V元素在熔池中心偏聚，粉末中的Zr元素在熔池上边缘偏聚，发生宏观偏聚。结论 基于数值模拟和物理实验，对温度场和速度场进行了定量评估，激光熔池中的热传导对涂层的凝固形貌具有显著影响。平顶光束激光源的独特能量分布影响了熔池内的质量传输，进一步对涂层的成分分布产生了影响，这种定量评估有利于精确控制熔池中的能量分布和流体流动，以预测并改善涂层的凝固特性和成分分布。
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  三相AlCrNiCuSix激光熔覆涂层设计及其减摩耐磨特性研究

  黄华, 尹存宏, 吴家柱, 张大斌, 刘西霞

  表面技术. 2025, 54(9): 152-163, 203. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.013

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  目的 研究不同Si含量对AlCrNiCuSix激光熔覆涂层组织结构及摩擦磨损性能的影响规律，为提高Ti-6Al-4V合金表面的摩擦磨损性能提供理论基础。方法 基于价电子浓度和混合焓相结构形成理论，设计AlCrNiCuSix高熵合金涂层。将金属粉末按照AlCrNiCuSix(x为0、0.1、0.3、0.5)实验设计的物质的量之比混合，并采用激光熔覆技术制备涂层。采用具有能谱和EBSD模块的扫描电子显微镜及X射线衍射仪对涂层的组织进行分析，利用显微硬度计测试涂层截面的显微硬度分布，并使用多功能摩擦磨损实验机和激光共聚焦显微镜测试表征涂层的摩擦磨损特性。结果 Si0涂层含有BCC1、BCC2、FCC相，Si元素的添加使得Si0.1涂层中的Cr、Cu元素逐渐溶解，同时涂层晶界处开始析出Cr3Si相，分布不均匀;Si0.3涂层的Cr3Si相和富Cu相变得十分细小而弥散，组织变得致密;Si0.5涂层中Ti的溶解量增加，在基体相中析出了大量的Cr3SiTi2相。AlCrNiCuSix涂层的最高平均显微硬度为683.07HV0.5，最低平均摩擦因数为0.325 3，最低磨损率为6.761×10^?6 mm³/(N.m)。结论 加入适量的Si能够明显提高涂层的显微硬度和耐磨性。然而，加入过量的Si会导致涂层中金属间化合物偏析和长大，从而降低涂层的性能。Si0.3涂层具有最佳的耐磨性能，其主要磨损机制为氧化磨损和轻微的磨粒磨损。
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  道间冷却对DD5单晶合金激光沉积CoCrW涂层的组织与性能的影响

  卞宏友, 谭煜凯, 刘伟军, 李强, 王蔚

  表面技术. 2025, 54(9): 164-174. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.014

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  目的 DD5单晶合金涡轮叶片齿冠区域易发生磨损，通过激光沉积技术制备耐磨层，以提高其耐磨性能。基于激光沉积技术的工艺特点，其加工工艺会对成型后的耐磨层产生影响，探究冷却对激光沉积CoCrW耐磨层的影响对于增强耐磨层的力学性能具有重要意义。方法 采用激光沉积制造技术在DD5单晶合金表面制备道间无冷却和道间冷却的CoCrW耐磨层，分析耐磨层的表面温度、宏观形貌、显微组织、物相组成、显微硬度和磨损性能。结果 添加道间冷却60 s后，表面温度约为37 ℃，耐磨层高度整体下降，宏观形貌变得更为平整，耐磨层的枝晶组成未明显变化，但重熔区粗化晶粒区域面积明显下降，整体晶粒细化，CoCx、M7C3、M23C6碳化物强化相增多，冷却后的CoCrW耐磨层的平均硬度由477HV0.5提升至534HV0.5，硬度约提升了11.95%，摩擦因数由0.4降至0.35，磨损量由4.8 g降至4.0 g。结论 通过道间冷却，CoCrW耐磨层因连续激光沉积带来的热量累积量减少，重熔区的晶粒得到细化，从而提升了耐磨层的硬度和耐磨性能。
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  激光熔覆FeCoCrNiMn高熵合金涂层的工艺探索

  王凯, 盛颖航, 高鹏, 崔彤, 李复丽, 王志全, 孙步功, 陈思颖, 李博, 国洪建

  表面技术. 2025, 54(9): 175-188. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.015

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  目的 优化FeCoCrNiMn高熵合金涂层的激光熔覆工艺参数，提升涂层的抗磨损和抗腐蚀性能。方法 利用激光熔覆技术在316L不锈钢表面制备FeCoCrNiMn高熵合金涂层，基于三因素三水平正交试验法对激光功率(600、800、1 000 W)、扫描速度(6、7、8 mm/s)、送粉速率(17、21、25 g/min)等3个关键工艺参数进行优化，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、光学显微镜表征涂层的微观组织结构。通过显微硬度计、摩擦磨损试验机及电化学工作站考察涂层的相关性能。以涂层的稀释率、显微硬度、磨损率、耐腐蚀性为性能指标，探索不同工艺参数对其性能指标的影响规律，以最佳工艺参数进行实验验证。结果 涂层的物相主要由单一的FCC相构成，组织主要由等轴晶和柱状晶构成，工艺参数对涂层综合质量的影响从大到小依次为激光功率、扫描速度、送粉速率，激光功率是涂层质量的主要影响因子。得到了FeCoCrNiMn高熵合金涂层的最佳工艺参数，激光功率为600 W，扫描速度为6 mm/s，送粉速率为25 g/min。结论 采用激光熔覆技术，可显著改善涂层的微观组织和性能，在最佳工艺参数下制备的FeCoCrNiMn高熵合金涂层的性能得到较大提升，可为316L不锈钢表面制备高质量的FeCoCrNiMn高熵合金涂层提供理论依据和技术参考。
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  TC4钛合金表面激光熔覆AlCoCrFeNi高熵合金的组织与性能

  李峰光, 程一凡, 廖露海, 刘建永, 杨伟, 顿亚鹏

  表面技术. 2025, 54(9): 189-203. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.016

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  目的 钛合金的抗高温氧化性较差、硬度低、耐磨性差等缺点限制了其实际应用，通过激光熔覆技术对钛合金进行表面改性，提升钛合金的表面性能，扩大其应用范围。方法 在TC4钛合金表面通过激光熔覆制备AlCoCrFeNi高熵合金熔覆层，表征其微观组织和性能，测试熔覆层和基体的硬度、抗高温氧化性及耐磨性，利用OM、SEM、EDS、XRD观察试样，分析高熵合金熔覆层在激光熔覆过程中的组织演变规律，以及对TC4基体性能进行改善。结果 在激光工艺参数为1 400 W、12 mm/s时，熔覆效果最好。通过SEM、EDS结果可得出熔覆过程中组织转变的规律，自基体向上依次为热影响区、平面晶区、柱状晶区、等轴晶区。在800 ℃条件下，AlCoCrFeNi熔覆层的氧化表面形貌良好，TC4基体表面出现了较厚的氧化膜且脱落开裂，TC4基体和AlCoCrFeNi熔覆层的氧化增量速率分别为28.546、1.318 mg/cm²。熔覆层的平均硬度达到677.0HV，是基体平均硬度的1.95倍;在常温条件下，TC4基体和AlCoCrFeNi熔覆层的摩擦因数分别为0.398、0.473，但是对比磨损量可知TC4钛合金的磨损更严重，且磨损形貌更差。结论 在TC4钛合金表面激光熔覆AlCoCrFeNi高熵合金可以显著增强TC4钛合金的抗高温氧化性能，有效提高基体的硬度和耐磨性。
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  激光织构复合等离子体表面处理对PA66胶接性能的作用机理研究

  薛景辉, 高东, 张桂, 周王凡

  表面技术. 2025, 54(9): 204-213, 259. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.017

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  目的 提高聚酰胺66(PA66)的胶接强度。方法 利用脉冲激光在PA66板材表面进行激光织构，再对激光织构后的PA66板进行等离子体表面处理，通过单搭接拉伸剪切试验评价胶接强度。通过激光共聚焦显微镜观察分析表面形貌，利用X射线光电子能谱仪分析PA66表面的元素分布，并通过测量接触角研究PA66表面的润湿性。结果 未经表面改性的PA66的胶接强度为0.44 MPa。激光织构的最佳参数为激光功率P=7 W、线间距h=50 μm、扫描速度v=1 500 mm/s，等离子体表面处理的最佳参数为功率P=750 W、喷头高度H=11 mm、喷涂速度v=2 mm/s，在此参数下经激光织构和等离子体表面处理后其胶接强度分别提高到6.58 MPa和7.45 MPa。经激光织构复合等离子体表面处理后，胶接强度为8.67 MPa，相较于激光织构处理和等离子体表面处理分别提高了31.76%、16.38%。同时，相较于单等离子体表面处理，采用复合处理具有更好的工艺稳定性。经复合处理后，PA66的表面粗糙度显著提升，表面含氧量从2.92%提高到28.47%，表面接触角从89.7°降至13.9°。结论 通过激光织构在PA66表面制备了周期性沟槽结构，通过等离子体处理在PA66表面引入了大量的极性基团和含氧基团，在机械互锁力、对胶黏剂的吸附能力和化学键合力的协同作用下，PA66的胶接强度显著提升。
表面强化技术
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  不同表面处理方法对9310钢弯曲疲劳性能的影响

  朱文林, 李俊霖, 沈瑞, 孙忠武, 陆凤霞

  表面技术. 2025, 54(9): 214-224. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.018

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  目的 探究不同表面修复处理方法(渗碳、镀铬、喷涂碳化钨)对9310钢齿轮轴磨损表面修复后基体弯曲疲劳性能的影响，为齿轮轴磨损表面的修复提供科学依据和实用指导。方法 采用四点弯曲疲劳试验方法和升降法，开展渗碳、镀铬、喷涂碳化钨WC-17Co和喷涂碳化钨WC-10Co4Cr等4种不同表面处理方法对9310钢试样的弯曲疲劳极限对比试验和数据分析，探究不同表面处理方法对9310钢弯曲疲劳性能的影响规律，并对疲劳断口进行失效分析，揭示试样疲劳失效机理。结果 采用升降法得到浅渗层(0.7～0.9 mm)试样的弯曲疲劳极限值为731.2 MPa，深渗层(1.25～1.50 mm)试样的弯曲疲劳极限值为887.5 MPa，深渗层试样的弯曲疲劳极限相较于浅渗层提高了约21.38%，试样的疲劳裂纹起源于表面。镀铬试样的弯曲疲劳极限值为368.7 MPa，与同渗层深度的9310钢试样相比，其弯曲疲劳极限值下降了58.5%。疲劳强度随着镀铬层厚度的增加而降低，疲劳裂纹起源于试样本体与镀层之间的结合面。喷涂WC-10Co4Cr试样的弯曲疲劳极限值为720.8 MPa，相较于同渗层深度的9310钢试样的弯曲疲劳极限值下降了18.78%，疲劳裂纹起源于试样本体与镀层之间的结合面。喷涂WC-17Co试样的弯曲疲劳极限值为875 MPa，相较于同渗层深度的9310钢试样，2种状态弯曲承载能力基本相当，疲劳裂纹起源于涂层表面。结论 镀铬和喷涂碳化钨WC-17Co试样的疲劳裂纹起源于本体与镀层之间的结合面，对9310钢试样弯曲疲劳极限的影响较大。表面喷涂WC-17Co试样的疲劳裂纹起源于涂层表面，对9310钢试样弯曲疲劳极限的影响较小，可以广泛用于9310钢齿轮轴磨损区域的修复。
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  前混合水射流组合喷丸的机理与试验研究

  马泳涛, 张越江, 刘兰荣, 李春凡, 孙万顺, 孙宝成

  表面技术. 2025, 54(9): 225-238. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.019

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  目的 对18CrNiMo7-6渗碳钢进行不同丸粒条件下的混合射流喷丸研究。方法 基于Hertz理论分析，构建一次喷丸工艺的残余应力场解析预测模型，并进行试验验证，在此基础上获取达到残余应力场近饱和的喷丸试验参数;选择不同的丸粒类型、压力等试验参数来探究二次微细喷丸处理渗碳钢对其残余应力、表面质量的影响规律。结果 在一次喷丸(First-shot peening)处理获得饱和残余应力场的条件下，采用?0.1 mm的铸钢丸和?0.05 mm的强化钢丸/玻璃丸进行二次喷丸(Secondary-shot peening)时，随着喷丸强度的提高，铸钢丸喷丸处理出现了过喷，并发生残余应力消退(消残)现象，在最高强度下残余应力最大值所在深度降低了约50 μm，总影响深度降低了约120 μm，表面粗糙度Ra随之增大，由0.78 μm升至1.78 μm;微细强化钢丸未对已有残余应力场造成过大的影响，表面粗糙度先减小后增大，最低为0.81 μm;微细玻璃丸对试样的残余应力场、表面粗糙度的影响不大。铸钢丸在压力2 MPa、喷嘴移速16 mm/s，或微细强化钢丸在6 MPa、4 mm/s时，其喷丸效果更好。结论 二次喷丸工艺中，在适宜的喷丸强度下使用微细丸粒不仅能增强原有的残余应力场，还可以显著提高一次喷丸处理后的表面质量。
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  喷丸强化对4Cr5Mo2V钢离子渗氮层结构和性能的影响

  石璧琮, 王昕宇, 吴昊轩, 吴晓春

  表面技术. 2025, 54(9): 239-247. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.020

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  目的 通过调控离子渗氮层的结构和性能，获得具有良好韧性和疏松度的离子渗氮层，同时提高化合物层和有效硬化层的厚度。方法 在温度520 ℃下对4Cr5Mo2V钢进行离子渗氮（Plasma Nitriding, PN）前，采用不同工艺条件进行3次喷丸处理（Triple Shot Peening, TSP）。通过调整喷丸处理的实验参数，探索它们对渗氮层结构和性能的影响规律。使用光学显微镜、扫描电子显微镜、光学轮廓仪、X射线衍射仪、显微硬度计对渗层的截面显微组织、物相、硬度、韧性、疏松度进行测试分析。结果 与PN处理相比，经TSP3+PN处理后，试样的粗糙度为1.12 μm，化合物层和有效硬化层的厚度分别增加了13.9%和5.4%，韧性和疏松度较好；经TSP2+PN处理后，试样的粗糙度为1.21 μm，ε-Fe2-3N相的含量降低，γ‘-Fe4N相的含量显著提高，化合物层和有效硬化层的厚度分别增加了37.5%和10.7%，韧性和疏松度最佳；经TSP1+PN处理后，试样表面破裂严重，粗糙度为1.46 μm，化合物层和有效硬化层的厚度仅分别增加了1.1%和1.8%，化合物层破损。结论 经预喷丸处理后，表面位错密度提高，晶粒细化，促进了氮原子的扩散，能够提高渗氮层的厚度、硬度和韧性，但喷丸强度过高，则粗糙度过大，会降低喷丸强化作用，渗氮效果不佳。选择TSP2工艺进行预喷丸处理，生成的离子渗氮层γ‘-Fe4N相明显增多，其硬度、韧性和厚度更高。
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  深冷处理对轴承钢及其磨削加工表面质量的影响

  冯硕, 丁腾威, 李娜, 蔡圣阳, 王利梅, 乔阳, 王相宇

  表面技术. 2025, 54(9): 248-259. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.09.021

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  目的 减少GCr15轴承钢在热处理和磨削加工后因残余应力释放造成的变形。方法 对退火态试样进行淬火+回火(QT)、淬火+回火+深冷处理(QTC)、淬火+深冷处理+回火(QCT)等3种不同方式的热处理，选取经3种不同工艺处理后的轴承钢进行磨削加工试验，研究不同处理试样的硬度、微观组织、残余应力和物相组成。结果 经过QTC处理后，试样的残余奥氏体含量降低，位错密度增大，残余应力增加，其中QTC-12 h试样内0.2~0.4 μm的碳化物占比增加了12.55%。经QCT处理后，试样内残余奥氏体含量和位错密度均有所降低，其中QCT-6 h试样内残余应力降低了30.62%。通过正交试验发现，对平行于磨削进给方向残余应力的影响从大到小依次为进给速度、磨削深度、热处理工艺、砂轮线速度;对垂直于磨削进给方向残余应力的影响从大到小依次为磨削深度、进给速度、热处理工艺、砂轮线速度。在磨削深度为0.07 mm及以上时，QTC处理试样表面出现微裂纹，QCT处理试样表面出现明显的烧伤痕迹。结论 回火前后深冷处理均有利于减少轴承钢内部残余奥氏体的含量。在深冷处理后进行回火处理可以降低因深冷处理带来的残余应力，回火后深冷处理试样在增大磨削深度时其表面表现出更低的残余应力，更有利于磨削加工后残余应力的控制。