2026年, 第55卷, 第1期　
刊出日期：2026-01-10

  

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精密与超精密加工
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  多孔羰基铁粉对磁性复合流体抛光的影响

  王有良, 郭毅, 段小超, 于璞垚, 张文娟, 尹新城

  表面技术. 2026, 55(1): 1-12. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.001

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  目的 解决磁性复合流体（Magnetic compound fluid, MCF）在抛光时水分流失导致抛光性能降低,从而增加抛光成本的问题。方法 提出一种基于多孔羰基铁粉（Porous carbonyl iron powder, PCIP）的MCF抛光液,探讨羰基铁粉的多孔结构在MCF水分保持、磨粒分布优化等方面的作用。首先,采用点蚀法制备多孔结构羰基铁粉,探究反应时间对物质结构、微观形貌、孔径和磁性能的影响规律;然后,通过抛光实验探究含多孔羰基铁粉的MCF对表面粗糙度和材料去除率的影响规律。最后,通过构建抛光质量-抛光作用力-MCF状态-润湿性-抛光温度的内在联系,探究多孔羰基铁粉对水分的作用机理,研究多孔结构对磨粒分布的影响。结果 通过控制反应时间,可在羰基铁粉表面制备出不同孔径的多孔结构,在3 h内,随着反应时间的增加,PCIP表面孔径和比表面积增大,磁性能下降,但其物质结构并未改变;采用含有PCIP-2的MCF2的抛光效果最优,在抛光60 min后,工件表面粗糙度由337 nm降至22 nm,下降率约为93.5%,相较于MCF0（含无多孔结构的羰基铁粉）,提高了4.9%,材料去除率从4.36×10⁸ μm³/min提升至6.65× 10⁸ μm³/min;MCF2抛光后的形貌状态保持良好,PCIP-2粉体表现出更好的亲水性,抛光区域的温升更小。结论 多孔结构的储液和缓释性能维持了抛光时的润滑和冷却效果,延长了抛光液的使用寿命;通过镶嵌、固定等方式优化了磨粒分布,提升了MCF抛光性能。
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  基于叶脉仿生微结构设计的抛光工具性能研究

  靳淇超, 吕雷, 桑阳, 袁潇, 黑正强, 王嘉伟, 郭磊, 刘晓辉

  表面技术. 2026, 55(1): 13-27. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.002

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  目的 提升光学玻璃表面加工质量。方法 基于荷叶叶脉分支规律,利用迭代函数系统构建具备自相似分支特征的荷叶叶脉仿生微结构模型,并应用于聚氨酯抛光垫表面结构设计。通过计算流体动力学方法对比分析无微结构、同心圆微结构、复合微结构及仿生微结构抛光工具下磨粒分布行为。进一步考虑微结构形貌、有效磨粒数、磨粒接触力、轨迹特征等因素,建立适用于定点抛光的材料去除模型,并使用Matlab编程进行仿真模拟。最后对K9玻璃进行定点抛光实验,验证模型有效性。结果 仿真结果表明,荷叶叶脉仿生微结构在相同时间内能显著提高加工区域内磨粒浓度与分布均匀性。材料去除模拟结果表明,去除深度随径向载荷、主轴转速及磨料浓度提升而增加,其中转速影响最显著。实验结果表明,理论预测与实测数据误差在5.9%~11.2%之间,表面粗糙度最低可降至(0.052±0.004) μm,轮廓趋势与仿真结果一致。结论 所提出的荷叶叶脉仿生微结构抛光工具能有效改善磨粒分布,提高抛光均匀性与表面质量,且所建立的模型具备良好的预测能力。
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  风扇整体叶盘旋振复合抛磨的流场调控与加工效果

  温学杰, 李昆, 李文辉, 李秀红, 王嘉明

  表面技术. 2026, 55(1): 28-42. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.003

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  目的 针对风扇整体叶盘抛磨均匀性不足的问题,开展旋振复合抛磨工艺的流场调控与加工效果研究。方法 提出“容器器壁构形、叶片拓展构形、容器适配回转”的颗粒介质流场调控方案。离散元仿真和抛磨实验分析不同调控方案对风扇整体叶盘型面法向力、磨损深度和表面粗糙度的影响,揭示最优调控方案时的加工效果。结果 相较于调控前,容器器壁构形使得叶背和叶盆型面法向力均匀性分别提高2.58%和7.34%,而叶片拓展构形使得均匀性分别提高55.17%和55.80%。容器适配回转调控后均匀性进一步改善,进而显著提高磨损深度的均匀性,叶背和叶盆型面变异系数分别从1.288和0.573下降至0.258和0.268,同时两型面之间的一致性增强。抛磨后叶背和叶盆型面表面粗糙度值分别从0.939 μm和0.918 μm下降至0.259 μm和0.252 μm,变异系数分别为0.068和0.048,满足抛磨需求。此外,表面完整性指标综合改善,叶背和叶盆型面残余压应力分别从‒359.17 MPa和‒373.86 MPa增加至‒535.30 MPa和‒554.99 MPa,而维氏硬度分别由237.1HV0.5和225.4HV0.5增加至307.3HV0.5和320.5HV0.5。同时,尺寸偏差均低于0.08 mm,各测点数据表明旋振复合抛磨工艺具有较好的加工均匀性。结论 旋振复合抛磨工艺和流场调控方案可综合改善风扇整体叶盘表面完整性指标,并提高叶背和叶盆型面的均匀一致性,且并未破坏其型面精度。本研究为风扇整体叶盘的高表面完整性和均匀一致性抛磨提供研究方法和可行方案。
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  BK7光学玻璃化学机械抛光机理研究

  尹新城, 周宇航, 王有良, 王子恺

  表面技术. 2026, 55(1): 43-57. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.004

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  目的 探究BK7光学玻璃在化学机械抛光（Chemical mechanical polishing, CMP）过程中,相关因素对BK7光学玻璃抛光表面的材料去除率（MRR）、粗糙度（Ra）的影响规律,揭示BK7光学玻璃在二氧化铈（CeO₂）抛光液中的化学机械抛光机理,获得高效、低损伤的表面抛光质量。方法 采用单因素实验法进行CMP实验,比较不同抛光时间、抛光盘转速、CeO₂含量、抛光液pH和柠檬酸含量下的抛光效果,分析不同条件对抛光效果的影响规律,通过正交实验得到最优参数组合。结果 在最优参数组合（抛光时间50 min、抛光盘转速60 r/min、抛光液pH 6、CeO₂磨粒的质量分数0.5%、柠檬酸的质量分数2.0%）下,抛光后表面无明显磨粒残留,MRR值为139.6 µm/h,Ra为2 nm。结合XPS、EDS、纳米压痕测试表征结果,提出了BK7光学玻璃化学机械抛光去除机理,柠檬酸作为还原剂,将CeO₂磨粒表面的Ce⁴⁺还原为Ce³⁺,形成了氧空位。随着Ce³⁺浓度的增加,CeO₂磨粒与硅酸盐离子间的化学吸附增加,形成了Ce—O—Si,Ce³⁺中的自由电子向SiO₂表面迁移,促进Si—O断裂,有利于CeO₂磨粒机械去除抛光表面的软化层,从而提高了抛光效率。结论 通过加入柠檬酸,提高了CeO₂磨粒表面Ce³⁺的浓度,加速了CeO₂磨粒与抛光表面的反应速率,促进了Si—O的断裂,有效提高了抛光效率,对于获得高质量表面的BK7光学玻璃抛光工艺优化及揭示材料去除机理具有一定指导意义。
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  多晶碳化硅纳米磨削机理的分子动力学研究

  田助新, 周星辰, 耿瑞文, 谢启明, 李立军, 吴海华, 章文忠, 双佳俊, 杨志豇

  表面技术. 2026, 55(1): 58-69. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.005

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  目的 满足多晶碳化硅的高精度加工需求,重点探讨纳米磨削中晶界特性和磨粒结构对材料去除行为、损伤机制的影响。方法 采用分子动力学模拟纳米磨削过程,通过Voronoi法构建具有晶粒尺寸和晶界位置可控的结构化多晶模型,定量分析晶界效应;同时,设置不同磨粒前角进行对比仿真。重点分析纳米磨削过程中的磨削力、磨削温度、应力分布、表面形貌及亚表面损伤。结果 多晶碳化硅的平均磨削力低于单晶碳化硅,但在晶界附近容易出现应力集中和局部高温现象。当晶粒尺寸较小时,多晶碳化硅呈现反Hall-Petch效应,材料软化促进去除率提高,但晶粒变形不均会形成晶界台阶,导致表面质量下降。随着磨粒前角的增大,材料去除率上升,磨削力及其波动幅度减小,加工过程更加稳定,表面粗糙度降低。结论 在多晶碳化硅纳米加工过程中,晶粒细化在提升材料去除效率的同时,会因晶界台阶效应而降低表面质量。此外,适当增大磨粒前角,可以有效提高材料去除率和表面质量。
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  激光合金化磨削Ti6Al4V表面硼碳共渗机理研究

  魏永乐, 孙聪

  表面技术. 2026, 55(1): 70-80. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.006

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  目的 激光合金化技术常用于Ti6Al4V零部件表面强化涂层制备。然而,传统制造方法需要对合金化表面进行二次光整加工,导致工艺过程复杂,生产效率低。为实现高性能Ti6AlV表面的高效性-形协同制造,提出一种钛合金表面加工-强化一体化新技术,即激光辅助磨削。方法 制备可分离式B₄C涂层,将激光合金化过程耦合到磨削加工过程中去,在单次进给过程中实现Ti6Al4V磨削表面的硼碳共渗强化。结果 激光余热促进了多磨粒对重熔层材料的协同去除过程,使动态磨削加工更加稳定。与常规磨削方法相比,激光合金化磨削表面的粗糙度S_a降低了30%。激光合金化磨削可以在Ti6Al4V表面形成含有物弥散分布碳化物和硼化的重熔层。重熔层硬度达到710HV,其耐磨性远超Ti6Al4V基体。同时,重熔层可以有效地阻隔腐蚀介质与基体材料接触,加工表面自腐蚀电流密度J_corr仅为基体磨削表面的1/3。结论 在外置B₄C涂层的辅助作用下,激光合金化磨削可实现Ti6Al4V零部件表面的硼碳强化和磨削光整,该技术推动了高性能Ti6Al4V表面性能-精度协同制造向工业化迈进,并为表面抗疲劳领域提供了重要的理论指导。
表界面强化技术
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  基于XRD线形分析法的激光冲击-机械喷丸复合强化齿轮钢微观组织

  朱鹏飞, 朱湘, 严一雄, 葛一波, 李松柏, 陈志

  表面技术. 2026, 55(1): 81-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.007

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  目的 揭示激光冲击-机械喷丸复合强化工艺对齿轮钢表面微观组织的影响机制。方法 采用X射线衍射线形分析（XRDLPA）方法,对比研究不同强化工艺（渗碳磨削、常规喷丸、激光冲击+常规喷丸、激光冲击+常规喷丸+微粒喷丸）对齿轮钢微观组织（位错密度、位错特性、晶块尺寸、微观应变、相含量）的影响,并通过透射电子显微（TEM）技术及三点弯曲疲劳试验分别验证XRDLPA方法的可行性,以及激光冲击-机械喷丸复合强化工艺对齿轮钢疲劳性能的提升效果。结果 通过复合强化工艺,将齿轮钢表面的位错密度由2.73×10¹⁶ m^-2增至3.09×10¹⁶ m^-2,马氏体中位错类型表现为螺型-刃型混合位错,螺型位错发生交滑移,其含量降低,刃型位错含量增加。通过复合强化工艺,促进了齿轮钢表面位错偶极子和位错胞的形成,位错排列参数M由7.3降至5.8;促进了晶块尺寸的均匀分布,平均晶块尺寸由57.1 nm细化至36.7 nm;基于位错增殖分割机制,齿轮钢表面形成了纳米化组织。基于原子滑移程度的不同,(200)晶面晶块尺寸最小,微观应变最大,(222)晶面晶块尺寸最大,微观应变最小。通过复合强化工艺促进了马氏体相变,齿轮钢中马氏体相含量由63.4%增至84%。采用激光冲击-机械喷丸处理后,齿轮钢弯曲疲劳寿命较渗碳磨削态试样提升了33.6倍（540 MPa,应力幅）。结论 基于XRDLPA方法,对激光冲击-机械喷丸复合强化齿轮钢表面微观组织特性进行定量分析是可行的。通过激光冲击-机械喷丸复合强化工艺诱导塑性应变,可促进位错增殖、晶块细化、马氏体相变,多尺度改善了齿轮钢表面微观组织结构,进而有效提升了齿轮钢弯曲疲劳寿命。
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  氮气流量比对三靶高功率脉冲磁控共溅射(TiSiAlCrV)N薄膜结构和性能的影响

  张玉芬, 于涵, 马凯丽, 范海龙, 林铁贵, 强德宇

  表面技术. 2026, 55(1): 96-106. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.008

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  目的 研究氮气流量比（R_N2）对(TiSiAlCrV)N薄膜化学成分、相组成、沉积速率、微观结构及性能的影响,提高65Mn钢的耐磨和耐蚀性能。方法 使用相位可控三靶高功率脉冲磁控共溅射,在不加热条件下制备(TiSiAlCrV)N高熵合金氮化物薄膜,通过掠入射X射线衍射仪、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站分别测试薄膜物相、硬度（H）和弹性模量（E）、耐磨性能、耐蚀性能,并通过扫描电子显微镜、能谱仪和白光干涉仪表征薄膜的化学成分、表面形貌、截面形貌及磨痕形貌。结果 (TiSiAlCrV)N薄膜均具有NaCl（B1）型FCC结构,氮气流量比不影响薄膜物相。随着R_N2的增大,薄膜氮元素含量略有增加,沉积速率逐渐减小,晶格常数逐渐增大,晶粒尺寸逐渐减小;在R_N2为25%时,薄膜的择优取向为(220),其他R_N2薄膜的择优取向为(111);薄膜的H、H/E、H³/E²随着R_N2的增大而增大,当R_N2为66.7%时达到最大值,分别约为14.77 GPa、0.071、0.075 GPa;在R_N2为66.7%时,薄膜的磨损率最低,约为6.84× 10^-6 mm³/(N·m),其磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损,其他R_N2薄膜磨损机制均为磨粒磨损、疲劳磨损和氧化磨损;R_N2为66.7%时薄膜的结构致密,具有最优的耐蚀性能。结论 (TiSiAlCrV)N高熵合金氮化物薄膜可有效提高65Mn钢的耐磨和耐蚀性能,R_N2为66.7%时薄膜具有最优的耐磨和耐蚀性能。
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  微波预处理对低能电子束固化过程中碳纤维/环氧树脂界面黏接性能提升的研究

  王阔, 朱雪东, 苗建伟, 都行

  表面技术. 2026, 55(1): 107-114. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.009

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  目的 通过微波预处理技术,提升低能电子束固化碳纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,以增强其力学性能和耐久性;调控碳纤维表面特性,以优化纤维与树脂之间的化学键合和机械互锁效应。方法 通过调控微波功率、时间和频率等实验参数,对碳纤维进行预处理,实现其表面的可控功能化改性。采用扫描电子显微镜（SEM）观察纤维表面的微观形貌变化,分析微纳结构的形成;利用X射线光电子能谱（XPS）分析纤维表面的化学组成和官能团变化,确定氧/碳原子比。同时,制备低能电子束固化的复合材料试样,测试其层间剪切强度（ILSS）,评估界面性能的改善效果。结果 用微波对碳纤维预浸料进行辐射处理,微波能够穿透树脂包裹的碳纤维表面,实现其表面的可控功能化改性,实验表明,采用微波对碳纤维预浸料进行辐射处理后,有效提高了复合材料层间剪切强度。预处理在纤维表面构建了微纳结构,增强了其机械互锁效应。结论 经微波预处理的复合材料的层间剪切强度（ILSS）相较于未处理样品提高了9.6%。SEM分析结果显示,纤维表面形成了明显的微纳结构,界面结合更为紧密;通过XPS分析证实了表面化学组成的改变。微波预处理通过调控碳纤维表面的化学组成和微观结构,增强了低能电子束固化复合材料的界面性能,为高性能复合材料的开发提供了新途径。
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  前驱体对PECVD制备类金刚石涂层的结构与性能的影响

  黄志宏

  表面技术. 2026, 55(1): 115-121. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.010

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  目的 探究不同含氢量的碳氢前驱体对直流脉冲PECVD制备DLC涂层的结构（化学键、sp³含量）和力学性能（硬度、弹性模量）的影响规律。方法 采用直流脉冲PECVD技术,以乙炔、氢稀释乙炔、甲烷、氢稀释甲烷为前驱体,制备4种类金刚石涂层,即DLC（C₂H₂）、DLC（C₂H₂+H₂）、DLC（CH₄）、DLC（CH₄+H₂）。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和纳米压痕技术系统研究不同含氢量前驱体对涂层厚度、化学键结构、sp³含量、力学性能的影响。结果 DLC（C₂H₂）的沉积速度为0.83 μm/h,是DLC（CH₄）涂层的3倍,氢稀释轻微影响涂层的沉积速度。随着前驱体含氢量的升高,总体趋势是DLC涂层的I_D/I_G降低,G峰红移,sp³含量增加,硬度和弹性模量下降。DLC（C₂H₂）具有最大的I_D/I_G（3.1）、最高的G峰峰位（1 567 cm^-1）和较低的sp³含量（6.1%）。同时,DLC（C₂H₂）表现出最大的硬度和弹性模量,分别为26.9、240 GPa。结论 采用C₂H₂制备DLC涂层具有优质、高效的特点,C₂H₂是硬质DLC涂层最佳的前驱体。前驱体含氢量提高了DLC涂层中sp³-CH_n含量,未提高sp³-CC含量,而sp³-CH_n终止CC网络,导致DLC涂层的力学性能下降。氢掺入减小了DLC涂层中sp²团簇尺寸,同时增大了键角无序度。
装备表面工程
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  空间太阳电池阵用激光防护膜研究进展

  高正源, 单贤昊, 胡洁, 孙鹏飞, 罗梓康, 张明鑫, 任重, 王帅, 冯相超

  表面技术. 2026, 55(1): 122-135. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.011

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  随着高能激光武器的快速发展,它严重威胁着航天器的安全。空间太阳电池阵作为航天器的重要组成部件,因其面积大、外露时间长,从而成为易受激光攻击的目标,亟须发展有效的防护技术。首先介绍高能激光武器对太阳电池阵的威胁,分析连续激光（热效应为主）和脉冲激光（热-力复合效应）对电池的损伤机理。其次,现有防护技术中的主动防护成本昂贵、系统复杂,而被动防护中的激光防护膜具有成熟、高可靠性和低成本的优点,重点讨论激光防护膜的设计和制备,指出材料的选择需要兼顾高激光反射率、空间环境适应性和热稳定性,基于干涉原理和矩阵导纳法对多层膜结构进行优化设计,可以使薄膜同时实现对激光波段高反射率和太阳电池阵工作波段高透射率,进一步满足空间太阳电池阵用激光防护膜应用需求。薄膜的制备以物理气相沉积技术为主,包括热蒸发、磁控溅射和离子束辅助沉积等技术,此3种方法各有优劣 ,需根据应用场景进行选择。最后介绍激光防护膜的典型应用。为了应对未来多波段、高功率激光武器对太阳电池阵的升级威胁,需研发超宽谱高折射率新材料,融合智能自适应算法,优化薄膜结构,实现多波段、轻量化激光防护膜的设计制备。
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  基于有序电磁谐振单元的可见光透明吸波电磁功能超材料吸波体

  王琛瑞, 黄文彬, 李天昊, 薛雄, 张馥麟, 刘伟建

  表面技术. 2026, 55(1): 136-144. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.012

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  目的 设计并制备一种在可见光波段具有高透过率、同时在微波频段具备强吸收性能的电磁功能超材料吸波体,以实现“透光-吸波”一体化功能,为新一代多功能电磁兼容材料的发展提供技术路径。方法 采用“结构设计-参数优化-制备验证”的系统研究方法,基于有序电磁谐振单元构型,设计了以PC为基体层、PVC为中间介质层、ITO电阻膜为功能层的多层超材料结构。采用遗传算法对PC基体层厚度、超材料单元结构的关键几何参数以及ITO电阻膜的方阻值进行多目标协同优化,在保证可见光透过率高于80%的前提下,寻求最优的吸波性能。运用超快激光微纳制造技术,实现方环型超材料结构单元微纳米级的精准成型。结果 本研究制备的优选超材料样件在7.24~17.65 GHz的宽频带范围内,实现了反射率低于‒10 dB的有效电磁波吸收,吸收带宽达到10.41 GHz。通过超材料电磁场分析发现,方环结构单元在谐振频点处引发了显著的电场聚集效应,其局部电场密度显著提升并导致了功率损耗密度集中,证实了电磁能量被高效地转化为热能而耗散。结论 基于有序方环型ITO谐振单元的超材料结构,能够通过激发结构谐振来有效调控与耗散入射电磁波能量。遗传算法的优化设计是实现宽频带吸波与高可见光透过的关键。透明超材料吸波体在保持高光学透明度的同时,具备优异的宽频微波吸收性能,为解决特定场景下的电磁兼容与光学透视矛盾问题提供了一种有效的技术方案。本研究进一步证明了基于遗传算法结合超快激光微纳制造的技术路径,在开发更复杂多功能电磁材料方面具有巨大的潜力和应用价值。
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  激光增材制造Nb-30Ti-20W合金在酸碱盐溶液中的室温电化学腐蚀行为

  谢增, 季亚奇, 赵玲, 史雁行, 梁传辉, 刘学

  表面技术. 2026, 55(1): 145-156. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.013

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  目的 探究Nb-30Ti-20W合金的室温耐蚀性能。方法 采用激光增材制造技术制备Nb-30Ti-20W合金块体,用电化学工作站分别测试合金在质量分数3.5%的NaCl溶液、1 mol/L的HCl溶液、0.5 mol/L的H₂SO₄溶液、1 mol/L的NaOH溶液中的开路电位、动电位极化曲线及交流阻抗。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等手段表征合金表面腐蚀形貌及钝化膜成分。结果 合金在质量分数3.5%的NaCl溶液、1 mol/L的HCl溶液、0.5 mol/L的H₂SO₄溶液、1 mol/L的NaOH溶液中均出现钝化,但仅在NaCl溶液中出现点蚀击穿现象。合金在4种腐蚀介质中生成的钝化膜的成分均为TiO₂、Nb₂O₅、WO₃,在NaCl溶液中的点蚀坑内主要生成TiO₂、TiCl₃。通过Tafel曲线获得了腐蚀电流密度,计算得到Nb-30Ti-20W合金在质量分数3.5%的NaCl溶液、1 mol/L的HCl溶液、0.5 mol/L的H₂SO₄溶液、1 mol/L的NaOH溶液中的平均腐蚀速率分别为0.017、0.009 7、0.006 2、0.172 mm/a,合金在NaCl、HCl、H₂SO₄溶液中的腐蚀速率远小于在NaOH溶液中。用软件拟合交流阻抗曲线电路图,并通过动电位极化曲线外推法计算极化电阻R_p,推测合金在NaOH溶液中的电荷转移阻力较小。此合金相较于其他耐蚀合金,它在质量分数3.5%的NaCl溶液中呈现出更高的点蚀电位（E_pit）和更低的维钝电流密度（J_pass）,在1 mol/L的HCl溶液、0.5 mol/L的H₂SO₄溶液、1 mol/L的NaOH溶液中呈现更高的自腐蚀电位（E_corr）和更低的自腐蚀电流密度（J_corr）,因而合金在此4种溶液中具有更优异的室温耐蚀性能。结论 在室温环境下,Nb-30Ti-20W合金在耐酸碱盐水溶液中的腐蚀性能良好,在NaCl、HCl溶液中可生成钝化膜,从而阻止反应进一步进行,具有在海洋等严苛工况下服役的应用价值和发展潜力。
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  钛合金钝化膜结构及钝化动力学机理研究进展

  王泽政, 查小琴, 房坤, 孙晓栋, 徐阳, 罗先甫, 王佳, 孙绪鲁, 张欣耀

  表面技术. 2026, 55(1): 157-176. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.014

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  钛合金的优异耐蚀性得益于其良好的钝化及再钝化能力。在自然环境中,钛合金表面会自发形成一层纳米级钝化膜,其在遭受破坏后会快速修复,有效隔离基体与腐蚀介质的接触,显著提升材料耐蚀性;但在海洋工程等复杂的服役工况下,钝化膜的“溶解-成膜”动态过程对稳态膜结构有较大影响,从而决定其耐蚀性,为此,表征钛合金钝化膜结构并探究其在环境中的钝化动力学行为对于分析钛合金服役安全性、可靠性及优化钛合金耐蚀性具有重要意义。针对这一需求,本文首先综述了钛合金钝化膜结构表征技术研究现状,并在此基础上详述了钝化膜的厚度、组分、形貌表征及结构模型构建的最新研究成果;其次探讨了典型的金属动力学模型特点,包括高场模型、原子位置交换模型和点缺陷模型,总结出点缺陷模型是融合了微观粒子迁移机制和长程缺陷运动的物理模型,其理论框架更为完善;最后结合钛合金未来在海洋环境中推广应用需要,基于点缺陷模型分析了海洋环境用钛合金成分、组织以及氯离子、pH值、溶解氧含量、静水压力和温度等海洋环境主要因素对膜结构及耐蚀性影响规律,为分析钛合金在海洋环境中的钝化动力学行为及研究其耐蚀性提供理论支撑。
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  航空弹药常用材料选用原则及腐蚀特性综述

  胡坚江, 易航, 杜冲, 何平乐, 彭碧寰

  表面技术. 2026, 55(1): 177-187. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.015

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  研究航空弹药常用材料的选用原则及其腐蚀特性。采用长期户外试验数据跟踪、统计、测试等方法,根据众多学者的研究进展,重点分析航空弹药常用材料选用原则,以及腐蚀类型、腐蚀率、腐蚀等级、耐腐蚀性能等指标。航空弹药常用材料在不同使用环境中呈现不同的腐蚀类型,合金结构钢易出现氧化、点蚀、均匀腐蚀、应力腐蚀等,强度越高,则其耐腐蚀性能越差,应力腐蚀敏感性越高。不锈钢易出现点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀等。铝合金的腐蚀通常从表面点蚀开始,逐渐发展为晶间腐蚀和应力腐蚀。镁合金对点蚀和常见腐蚀敏感。添加磷、硫、铬等元素对钢材的耐腐蚀性能有着显著影响。非金属材料的腐蚀主要以物理、化学和生物作用引起的材料性能退化为主。在航空弹药设计过程中,充分考虑材料的腐蚀特性,结合其受力情况,合理设计结构、选材,能够显著提升产品的使用寿命和可靠性。
热喷涂与冷喷涂技术
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  B元素对大气等离子喷涂CuNi涂层微观组织及微动磨损性能的影响

  朱永胜, 任媛, 董昕远, 雒晓涛, 李成新, 李长久

  表面技术. 2026, 55(1): 188-197. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.016

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  目的 利用大气等离子喷涂制备一种具有优异耐微动磨损性能的CuNi涂层,以替代传统CuNiIn涂层。方法 通过粉末B合金化设计,利用B元素在喷涂过程中具有清除CuNi熔滴飞行氧化的作用,采用大气等离子喷涂在不锈钢基体表面制备CuNi4B涂层。通过SEM、EDS等表征手段,系统研究B合金化对CuNi涂层微观组织结构的影响,并结合硬度测试和微动磨损试验,检验B合金化对CuNi涂层抗微动磨损性能的提升效果。结果 添加B元素能够显著抑制大气等离子喷涂过程中CuNi熔滴的飞行氧化,减少涂层中的氧化物夹杂,从而形成致密且粒子间结合良好的CuNi涂层。涂层中残余的B元素通过提高硬度,提升了涂层的抗黏着磨损能力。与CuNiIn涂层和CuNi块材相比,CuNi4B涂层的平均摩擦因数为0.65,相较于CuNiIn涂层,降低了34%。经过10 000次微动磨损循环后,CuNiIn涂层的磨损量达到6 μm³,磨损机制为黏着磨损、氧化磨损和粒子间疲劳脱层;CuNi4B涂层的磨损量仅为0.83 μm³,主要表现为轻度黏着磨损,同时伴有氧化磨损。CuNi4B涂层在磨损循环次数为10 000时的磨损量仅为传统CuNiIn涂层的1/6。结论 B元素的掺入显著提升了CuNi涂层的抗微动磨损性能,可为CuNi4B涂层替代传统CuNiIn涂层提供理论依据。
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  双层结构黏结层热生长氧化物近指数生长机理研究

  王飞, 董会, 伊静, 冯玉坤

  表面技术. 2026, 55(1): 198-207. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.017

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  目的 热生长氧化物（TGO）增厚是导致热障涂层（TBCs）失效的主要因素之一。前期制备的含双层结构黏结层的TBCs虽可有效减缓TGO的生长,但尚未明确该体系下TGO缓慢生长的机理,故开展相关研究,以揭示其近指数缓慢生长的内在机制。方法 采用高温氧化、拉曼光谱内应力评估等技术,表征双层结构黏结层表面TGO的形貌、完整性,以及内应力随氧化时间的演变规律,揭示其近指数缓慢生长机理。结果 双层结构黏结层具有梯度热膨胀系数特征,靠近基体的多孔黏结层的热膨胀系数约为12.0×10^-6 K^-1,靠近陶瓷的氧化黏结层的热膨胀系数约为11.6×10^-6 K^-1,有效降低了涂层间的热膨胀失配应力。与传统涂层相比,双层结构黏结层能够降低其表面TGO内部应力约50%。经500 h高温氧化后,传统TBCs 黏结层表面TGO出现贯穿性微裂纹,而双层结构黏结层表面TGO未出现贯穿性微裂纹,厚度均匀性和完整性优异,有效抑制了高温元素的扩散。结论 在缓冲热膨胀失配应力、阻隔元素扩散双重机制协同作用下,双层结构黏结层表面的TGO生长动力学曲线显著低于传统涂层TGO,呈现近指数生长。
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  CeO₂对WC-Co-Cr基涂层组织及摩擦学性能的影响研究

  徐瑞, 张帅, 尹高天, 李飞, 李慧, 刘树峰, 鲁飞

  表面技术. 2026, 55(1): 208-216. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.018

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  目的 采用热喷涂工艺制备WC基硬质涂层,是基材表面强化领域的一种高效技术手段。传统WC基涂层存在高温脱碳问题,耐磨损性能不足,亟需开发新的材料组分及技术手段以提升涂层的综合性能。方法 通过机械混合制备不同稀土添加量的稀土复合WC-10Co-4Cr-xCeO₂（x=0%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%,质量分数）喷涂粉体。采用等离子喷涂技术,制备稀土改性WC-Co-Cr基涂层,系统研究了CeO₂对复合涂层微观结构、硬度、结合强度及耐磨损性能的影响,分析了CeO₂加入对喷涂涂层高温脱碳行为的影响规律。结果 试验结果表明,引入CeO₂并未改变涂层的物相组成,当CeO₂添加量为2.0%时,WC-10Co-4Cr-2.0%CeO₂涂层硬度达到1 464HV0.5,相较未添加稀土的WC-10Co-4Cr涂层提升了42%,改性 WC涂层的结合强度较原始涂层提升了28.9%。此外,稀土改性形成的CeO₂-Cr-WC连续包覆结构,并辅以热处理,通过降低局部氧分压和物理阻隔的共同作用,有效抑制了WC的高温脱碳。经热处理后,WC-10Co-4Cr-2.0%CeO₂涂层的磨损量最低达1.8 mg,摩擦系数同步降低至0.547,表现出最佳的耐磨损性能。结论 CeO₂加入可以有效提升涂层的硬度和耐磨损性能,稀土CeO₂复合WC涂层可替代传统WC基涂层进行基材表面强化。
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  网状AlN/Al复合涂层的原位构筑及其抗激光烧蚀性能

  高珊, 于振宇, 贺志帅, 朱文辉, 殷凤仕, 马霞, 赵永峰

  表面技术. 2026, 55(1): 217-230. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.019

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  目的 提升军事装备在高温环境下的激光防护性能。方法 利用超音速火焰喷涂技术,在7A52铝合金表面制备一种三维网状AlN/Al复合涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪等表征工具,对涂层的物相组成、微观结构、元素分布进行表征。使用密度计、激光导热仪、显微硬度计及拉伸试验机等设备,对涂层的物理性能和力学性能进行测试。利用光纤激光器,测试涂层的抗激光烧蚀性能。结果 制备的三维网状AlN/Al复合涂层组织致密,AlN粒子为纳米级,且彼此相连,呈三维网状分布。涂层的厚度在64~188 μm范围内,硬度在130.7HV~201.3HV范围内,与基板的界面结合强度高于61.3 MPa。激光烧蚀结果显示,在激光辐照初期,涂层内网状AlN形成了连续的热传导通道,使热量均匀分布,抗激光烧蚀性能良好;随着激光辐照时间的延长,累积热输入超过了网状AlN散热阈值,涂层受热变形,但厚涂层中网状AlN的骨架支撑作用仍得以保持,可继续保护基板;在激光辐照后期,涂层中的AlN高温粗化呈棒状形貌,三维网状构型被破坏,涂层彻底失效。结论 较厚的三维网状AlN/Al复合涂层可保持涂层的结构完整性,从而提高涂层的激光防护性能,可为新一代军事装备的防护涂层设计提供理论依据。
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  流磁固耦合超音速冷喷涂铁粒子数值模拟研究

  胡文杰, 许竞元, 曹婷婷, 谭锟

  表面技术. 2026, 55(1): 231-239. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.020

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  目的 超音速喷嘴为冷喷涂技术的核心部件,针对直线型喷嘴难以喷涂转折处、复杂区域或深筒状内壁的难题,其解决办法之一是利用弯管喷嘴,但它在工作时面临喷嘴内部粒子在弯曲段处碰壁及黏结堵塞,同时粒子动能损失至无法正常喷涂等问题。方法 利用磁场探究弯管内流-磁-固多物理场耦合下均匀球形铁粒子的运动轨迹,同时引入磁泳效应。由于铁粒子的相对磁导率远大于载气的相对磁导率,因此在非均匀磁场中微米级粒子在正磁泳效应下偏转到磁场梯度较高处。计算使粒子发生偏转时所需的磁场梯度及粒子在改变运动轨迹的核心点处所受的磁泳力,并建立COMSOL Multiphysics多物理场耦合自定义模块,对喷嘴内部粒子的运动轨迹进行数值模拟。结果 多维度模拟结果显示,针对弯曲角度为90°、60°的2种弯管喷嘴,在施加磁场梯度为780 T/m的磁场时,粒子在喷嘴内部流-磁-固多物理场的影响下皆有效偏转、运动,显著降低了粒子撞击弯曲段内壁的概率。同时,在粒子束的出口速度为600 m/s左右时,满足铁粒子沉积要求。结论 通过在不同弯管喷嘴的弯曲段处搭建线圈,通入相应的电流,以形成合适的磁场梯度,能够有效改变喷嘴内粒子的运动轨迹,降低粒子撞击壁面的概率。可为冷喷涂技术弯管喷嘴领域提供一定的理论基础参考。
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  冷喷涂Al/Ni-Al₂O₃复合材料显微组织和腐蚀性能研究

  石磊, 秦玉升, 冀露露, 韩亚辉, 姜爱龙, 王高民, 伍启华, 谢迎春

  表面技术. 2026, 55(1): 240-249. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.01.021

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  目的 研究Al₂O₃含量对冷喷涂Al/Ni-Al₂O₃复合材料显微组织和耐腐蚀性的影响规律。方法 通过冷喷涂技术在铸铁表面制备不同Al₂O₃含量的Al/Ni复合涂层,利用SEM、显微硬度计、万能试验机、电化学工作站和盐雾试验箱等分析涂层的组织结构、结合强度与腐蚀性能。采用调节Al₂O₃含量的方法,研究不同金属和不同Al₂O₃含量对涂层组织和性能的影响。结果 Al/Ni-Al₂O₃复合涂层结构致密,且孔隙率均小于0.5%。Al-Al₂O₃复合涂层的显微硬度在50HV0.3附近波动,Ni-Al₂O₃复合涂层的显微硬度平均值为262HV0.3。在Al-Al₂O₃复合涂层中,Al₂O₃含量20%涂层具有最佳的耐腐蚀性;而Ni-Al₂O₃复合涂层中,同样是Al₂O₃含量20%涂层的腐蚀速率最低,相比于基材降低96%。结论 经456 h盐雾试验后,Al/Ni-Al₂O₃复合涂层表面出现轻微腐蚀,并未出现裂纹和剥落现象。