2026年, 第55卷, 第11期　
刊出日期：2026-06-10

  

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摩擦磨损与润滑
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  高温条件下YSZ-CaF₂涂层摩擦磨损试验与仿真研究

  段爱玲, 黄兴睿, 靖建农, 王权, 王志伟, 莫继良

  表面技术. 2026, 55(11): 1-11. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.001

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  目的 揭示高温条件下YSZ-CaF₂涂层摩擦磨损行为演变规律及机理,提升航空发动机高温运动机构服役可靠性与寿命。方法 通过等离子喷涂技术制备YSZ-CaF₂高温自润滑耐磨涂层,结合航空发动机运动机构摩擦副的实际服役工况,利用高温摩擦试验装置开展不同温度条件下涂层的摩擦磨损试验,获取摩擦系数、磨损率、微观形貌等特征。在此基础上,建立考虑热机耦合效应的球/涂层摩擦副有限元模型,并提出融合摩擦系数和磨损率随温度变化的磨损仿真方法,进而开展不同温度条件下接触压力、摩擦磨损等行为的准确模拟,探究高温下YSZ-CaF₂涂层摩擦学行为演变规律及机制。结果 有限元仿真与赫兹理论解析解获取的接触压力结果一致,不同温度下涂层磨损体积仿真结果与试验结果的误差均小于3%,验证了有限元模型和磨损仿真方法的有效性。此外,随着温度升高,涂层表面ZrO₂、Al₂O₃耐磨相和CaF₂润滑相含量增加,并在涂层表面生成较为连续的起保护作用的氧化层,使得界面接触压力分布更为均匀、摩擦系数降低且磨损减小。结论 制备的YSZ-CaF₂涂层在高温条件下具有较好的减摩抗磨性能,且提出的磨损仿真方法准确有效,可用于涂层摩擦学行为演变规律研究及磨损预测。
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  金刚石/类金刚石复合涂层在模拟海水环境中的摩擦学性能研究

  杨成业, 宋惠, 李赫, 穆媛媛, 杨世豪, 郭鹏, 江南, 毛信表, 西村一仁

  表面技术. 2026, 55(11): 12-24. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.002

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  目的 针对海洋旋转密封装置使用到的碳化硅机械密封环存在的高磨损问题,对表面改性防护涂层的“高硬度-低摩擦-耐磨损”协同性能提出要求。方法 本研究采用热丝化学气相沉积（HFCVD）与磁控溅射辅助离子束沉积复合工艺,设计并制备了金刚石/类金刚石碳（DLC）复合涂层。首先通过HFCVD技术在碳化硅基底表面制备具有不同晶粒尺寸的微晶金刚石（MCD）、超细纳米晶金刚石（UNCD）涂层,随后利用磁控溅射辅助离子束沉积在其表面构筑DLC润滑功能层,形成“刚性底层-润滑表层”的双层结构,旨在协同金刚石的超高硬度与DLC的低摩擦特性,克服单一涂层的性能局限。随后,系统研究复合涂层在模拟海水环境中的摩擦学性能。结果 类金刚石可以改善金刚石涂层的表面形貌,而且通过将二者结合起来可以有效弥补各自的短板,实现协同性能需求,最终使金刚石/类金刚石复合涂层在模拟海水环境中拥有比单一金刚石涂层更优的摩擦性能。结论 DLC的引入使MCD基底粗糙度从155.33 nm降至123.77 nm、UNCD基底的粗糙度从92.43 nm降至81.90 nm,且MCD/DLC的稳态摩擦系数与比磨损率分别降低32.08%、12.22%,UNCD/DLC的分别改善26.67%、20.92%。结合扫描电镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）及X射线光电子能谱（XPS）对摩擦前后涂层表面形貌与结构分析,揭示表层的类金刚石碳膜能够有效减弱界面剪切应力,从而增强边界润滑效应,而且DLC的存在加速了摩擦引起的石墨化过程。
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  Ni含量对NiTi合金涂层组织及摩擦学性能的影响

  张淇, 岳赟, 张鑫, 杜三明, 平静艳, 邓四二, 张永振

  表面技术. 2026, 55(11): 25-37. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.003

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  目的 改善钛合金表面耐磨性能。方法 采用等离子熔覆技术在TC4表面制备不同成分的NiTi涂层,通过扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、维氏硬度计以及MS-M9000摩擦磨损实验机,对涂层的宏微观组织、物相组成、硬度以及摩擦学性能进行表征和测试分析。结果 当Ni含量（质量分数）在60%~67%范围内,涂层组织致密,未观察到裂纹、气孔等缺陷,而当Ni含量（质量分数）达到70%时,涂层中出现明显的裂纹。各涂层的平均厚度均超过1.2 mm,其物相均由不同成分的NiTi韧性相和Ti₂Ni增强相组成。随着稀释率逐渐增大,涂层中的实际Ni含量逐渐降低,其中67NiTi涂层的实际Ni含量最低,其Ti₂Ni增强相的数量最多,硬度最高（677.41HV0.2）,是基体硬度的2.05倍。在不同载荷下,各涂层平均磨损率均显著下降,并随着粉末中Ni含量升高,呈现先降低后升高的趋势,其中在20 N载荷下,67NiTi涂层的耐磨性提升最为显著,较基体提升了65%,其磨损机制为轻微的磨粒磨损和黏着磨损。结论 综合组织结构、硬度、摩擦学性能试验等结果分析,所有NiTi涂层中性能表现最佳为67NiTi涂层,该涂层表现出的高硬度、良好的耐磨性能等优点,有效地改善了钛合金表面的耐磨性能。
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  环境温湿度对碳刷/集电环载流摩擦学特性的影响

  赵新泽, 李阳, 吴海林, 李宛庭, 李晨诗, 徐翔, 赵美云, 杨伟

  表面技术. 2026, 55(11): 38-49. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.004

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  目的 提出水轮发电机组碳刷/集电环工作环境的优化,提高碳刷-集电环载流摩擦系统的运行可靠性。方法 在可控气氛载流磨损试验设备上,开展45钢（集电环）/碳（电刷）在20~40 ℃温度和40%~60%湿度下的载流摩擦磨损试验,分别评价其摩擦学性能与载流性能,并通过影响的显著性和表面损伤进行分析。建立环境温湿度对载流摩擦磨损影响的机理图,以及接触电阻等效模型。结果 环境温度和湿度对载流摩擦特性有着显著的影响。在35 ℃、50%RH环境下,平均摩擦系数最小为0.129 7,相较于25 ℃、55%RH环境下,平均摩擦系数（最高为0.242 7）降低了46.6%。在25 ℃、50%RH与40 ℃、45%RH环境下,平均接触电阻最小为1.52 Ω,相较于25 ℃、40%RH环境下,平均接触电阻（最高为2.27 Ω）降低了49.3%,磨损率在环境湿度为50%下最小。当湿度不变时,随着温度的增加,摩擦副的接触温度先增加、后减小、再增加,大致呈“N”形变化。湿度一定时,提高环境温度,有利于氧化反应的进行,但高温下会导致水汽减少,并且摩擦表面水分子脱附,不利于水膜的形成。温度为30 ℃时,摩擦系数、磨损率和接触电阻达到较小值。当温度不变时,湿度增加碳刷表面粗糙度越小,表面越光滑。结论 水汽是影响磨粒磨损和黏着磨损的一个关键因素。在相对湿度为50%附近,黏着磨损程度最低。高温或高湿环境下,不利于碳刷/集电环的载流摩擦性能。
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  宽温域下NM500钢耐磨性能及磨损机制研究

  麻衡, 李振伟, 王中学, 李文权, 张庆普, 韩文政, 何康, 崔洪芝

  表面技术. 2026, 55(11): 50-61. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.005

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  目的 为了提高耐磨钢NM500的服役寿命,需对宽温域NM500摩擦磨损行为进行探究,以阐明磨损温度对耐磨性能的影响机制,为耐磨钢性能提升提供理论依据。方法 通过高温摩擦磨损试验机进行NM500钢在-50~600 ℃宽温域的摩擦磨损测试,使用SEM和EBSD对NM500钢组织进行表征,使用XRD、SEM、3D激光共聚焦显微镜对磨损后的磨痕进行分析,进而讨论宽温域内耐磨钢的磨损机制。结果 NM500随着磨损温度升高,磨损表面氧化物增多,摩擦系数降低,最低为0.3,较低温磨损下降低50%。低温磨损表面主要是为犁沟形貌和少量磨粒组成,高温磨损表面较为光滑,存在少量的磨料和裂纹。磨损轨迹三维形貌显示低温磨损程度较轻,高温磨损深度较大,同时磨损轨迹两侧凸起。低温磨损以磨粒磨损为主,伴随少量黏着磨损,磨损率仅为1.29×10^-6 mm³/(N·m),高温磨损主要是黏着磨损、氧化磨损和磨粒磨损,100、200、300、600 ℃磨损率分别为18×10^-6、22.7×10^-6、46.7×10^-6、128× 10^-6 mm³/(N·m),磨损温度升高加剧了磨损行为。结论 NM500钢具有细小板条状马氏体组织（晶粒尺寸7.08 μm）,因而具有较高的硬度和优异的耐磨性。模拟了在高低温磨损工况下的磨损机制,在低温下,磨损机制以磨粒磨损为主导;随着温度升高到室温以上,磨损机制受氧化磨损的影响逐步加大,磨粒磨损和氧化磨损主要机制,磨损表面产生连续的氧化膜降低磨损率;温度为600 ℃时,摩擦热效应显著增强、氧化膜增多,同时织构强度降低,易发生氧化膜剥离,导致磨损量和磨损率增加,磨损机制转变为以氧化磨损为主、黏着磨损为辅。
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  齿面椭圆微织构的优化设计与润滑摩擦性能研究

  王炎, 罗善明, 方一鸣, 常雪峰

  表面技术. 2026, 55(11): 62-76. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.006

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  目的 改善齿轮啮合过程中的润滑状态,减少齿面磨损与胶合失效,提升传动系统稳定性和使用寿命。方法 提出在齿面制备椭圆微织构的方法,通过计算流体力学（CFD）仿真与圆柱滚子正交试验,系统分析织构参数对润滑行为的影响规律,确定各参数的显著性并优选出椭圆织构的尺寸参数;随后,制备具有优化织构的齿轮试样,开展摩擦磨损试验。结果 椭圆织构的设计参数对其润滑性能具有显著影响。润滑性能随面积率的增加而提升,且在椭圆率不变时,长轴较长的椭圆织构更有利于降低摩擦。通过CFD仿真与摩擦磨损正交试验,优选出椭圆织构的最佳参数组合为深度h=20 μm、长轴半径r_a=150 μm、椭圆率γ=0.7、偏转角度θ=0°。齿轮试验表明,引入该优化织构后,齿面磨损机制由严重黏着磨损转变为轻微划痕,最大与最小损伤面积率分别降低81.11%和76.97%。结论 合理设计参数的椭圆微织构可显著改善齿轮齿面润滑状态,抑制磨损与胶合失效,有效提升摩擦学性能。本研究为齿轮表面改性提供了理论依据与工艺参考,对高性能齿轮传动系统的可靠性设计具有重要工程意义。
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  波浪形织构对凸轮挺柱减摩抗磨性能的影响

  谢瀚翀, 陈文刚, 尹玫月, 冯金明, 张翼鹏, 杨志金, 陈赞聪, 郑丽丽, Dongyang LI

  表面技术. 2026, 55(11): 77-87. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.007

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  目的 降低挺柱接触疲劳风险并提升其使用性能。方法 采用激光表面织构技术在GCr15钢表面制备仿生波浪形织构,通过改变织构间距,探究不同面积占有率对材料摩擦磨损性能的影响。通过球-盘式摩擦试验机模拟凸轮-挺柱副的点接触状态,采用AISI 1045钢球作为对磨副,在设定10 N载荷、接触应力1.038 GPa、速度150 r/min、油润滑条件下进行摩擦学测试,实时监测摩擦系数并计算磨损率,并综合运用扫描电子显微镜、三维形貌仪、能谱仪等检测了磨损前后试样的表面形貌及元素组成等。同时用Fluent软件构造了织构的有限元仿真模型,模拟不同间距下的油膜压力分布。结果 在仿真模拟和试验中表明,本试验条件下所有织构试样摩擦学性能均优于基体,其中面积占有率为15%~20%的试样效果最佳,相比基体摩擦系数降低约50%、磨损率降低60%;油膜压力较9.75%占有率织构提高20%。Fluent仿真模拟结果和试验结果是一致的。这是因为过高的织构面积占用率会增加接触应力和磨损,而过低的织构面积占用率会导致油膜压力低和流体动力压力效应差。结论 激光制备的仿生波浪形表面织构是提升GCr15钢摩擦磨损性能的有效手段,其机制包括磨粒储存和流体动压增强,织构面积占有率在15%~20%范围内具有最优性能。
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  Ti/Mo掺杂65Mn钢犁面喷丸/仿生织构多改性层的摩擦学特性

  缑雨顺, 刘承洲, 王瑞瑞, 徐泽华, 华孙铭樯, 孔得通, 王远

  表面技术. 2026, 55(11): 88-96. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.008

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  目的 针对65Mn钢犁面在砂质/黏土耕作中因磨粒磨损、土壤黏附导致的快速磨损失效问题,通过Ti/Mo掺杂、喷丸强化和仿生织构三重协同改性,提升其在水土溶液润滑下的摩擦学性能,延长其服役寿命。方法 采用真空熔炼炉熔铸未掺杂Ti/Mo和（0.1% Ti+0.2% Mo,质量分数）掺杂的65Mn钢铸锭,通过正火、淬火和回火热处理优化基体组织与性能。采用0.35 MPa的超声喷丸,以300%覆盖率强化构建硬化层。基于穿山甲鳞片的正弦结构,采用精度为0.1 μm的光纤维激光打标机加工织构率为37%仿生织构。利用HSR-2M摩擦磨损试验机,完成各试样在法向载荷20 N和50 N,水土溶液润滑下的摩擦学性能实验。通过XRD、金相组织观察、表面粗糙度和硬度测试表征相组成和性能,通过SEM分析磨损机制。结果 Ti/Mo掺杂促进晶粒细化,形成TiC析出相产生钉扎效应,使硬度从未掺杂试样的414.7HV提升496.9HV;喷丸强化使掺杂试样的表面粗糙度Ra从0.027 μm升至0.173 μm,硬度从496.9HV升至579.7HV;单一的掺杂、喷丸和仿生织构改性都不同程度地增强了65Mn钢犁面的摩擦学性能;掺杂、喷丸和仿生织构多改性层在2种载荷下的摩擦因数和磨损率分别低至0.104、0.112和0.91×10^-5 mm³/(N·m)、1.24×10^-5 mm³/(N·m),比原试样的降幅分别高达28.7%、25.3%和84.8%、85.9%。结论 Ti/Mo掺杂通过细晶强化、析出强化提升基体性能,喷丸硬化层抑制摩擦磨损,仿生织构优化界面润滑状态。“强基体-硬表层-减摩界面”的三重协同改性体系,为农机触土部件延寿设计提供了新方案。
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  旋耕刀表面织构化激光熔覆涂层设计与田间试验

  朱宸, 姜芙林, 熊佳军, 杨发展, 李玉环

  表面技术. 2026, 55(11): 97-109. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.009

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  目的 提高旋耕刀耐磨性,降低激光熔覆粉末成本,提高旋耕机工作效率。方法 采用激光熔覆技术在245型65Mn钢旋耕刀表面设计制备4种带有沟槽的非搭接式织构化Ni60A-WC（20%）复合涂层,分别为垂直/平行于刀刃、垂直/斜交叉,通过沟槽设计实现土壤自填充强化涂层。采用离散元（EDEM）对旋耕刀耕作时累计接触力和接触能进行仿真,确定熔覆强化位置,结合田间试验与激光共聚焦显微形貌分析织构化复合涂层磨损机理,并与搭接式涂层进行对比。结果 通过离散元仿真确定,应力集中部位为旋耕刀正切刃和侧切刃以及正切刃与侧切刃的交界处。田间试验结果表明,垂直交叉织构耐磨性能最优,该织构旋耕刀磨损率仅2.33%,相比普通旋耕刀降低80%,且对比搭接熔覆粉末用量减少67%（垂直交叉织构熔覆量4.1 g,而传统搭接为18.6 g）。同时田间试验磨损数据与仿真累计接触力结果相吻合。激光共聚焦显微形貌结果显示,旋耕刀相同部位垂直交叉织构磨损面积（852.559 μm²）仅为垂直于刀刃织构的18%。结论 通过制备带有沟槽的织构化Ni60A-WC（20%）复合涂层,使土壤混合物在涂层沟槽之间填充,在旋耕刀表面形成了平行于切削方向的具有梯度性质的软硬交替自填充耐磨涂层。利用沟槽实现土壤填充-磨损-再填充的动态循环过程,降低粉末用量的同时,有效提高了旋耕刀耐磨性。
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  3种织构对超高强钢表面磨损性能与机理影响

  李淑青, 丛大龙, 彭冬, 杨炳东, 马国佳

  表面技术. 2026, 55(11): 110-119. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.010

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  目的 超高强钢材料（AF410）具备优异的强度和耐磨耐蚀性能,从而被广泛应用于先进装备运动构件,然而,随着装备性能不断提升以及服役工况的苛刻性不断增加,对超高强钢构件表面的抗摩擦磨损性能提出了更高的要求,传统表面工艺方法目前无法满足技术需求,如何有效提升超高强钢表面减摩耐磨性能成为研究重点。方法 针对AF1410超高强钢,采用超快激光工艺在其表面完成了3种不同织构造型的设计与制备,对带织构材料表面的抗摩擦磨损性能进行研究,并对其磨损机理进行分析。结果 在干摩擦磨损条件下,带有沟槽织构、位错沟槽织构以及位错式正六边形织构的试样表面质量磨损率分别为无织构基体材料试样表面质量磨损率的82.7%、42.8%以及20.1%。带织构造型的表面磨损机理主要以犁沟切削、磨粒磨损为主,并存在少量黏着磨损,表面犁痕越浅越平整,抗摩擦磨损性能越优;而无织构的基体表面塑性切削严重,犁痕深,伴有磨粒磨损和黏着磨损。无论无织构基体表面还是带织构造型表面,均未发生氧化磨损。结论 与无织构造型的基体材料相比较,本研究中的3组织构造型对超高强钢材料表面的抗滑动摩擦磨损性能皆有提升,其中正六边形织构造型的提升作用尤其显著。
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  Mo元素对Cr27高铬铸铁堆焊层组织与摩擦磨损性能的影响

  张文扬, 胡磊, 袁霖

  表面技术. 2026, 55(11): 120-128. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.011

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  目的 探究Mo元素对高铬铸铁药芯焊丝堆焊层组织及性能的影响。方法 采用CMT电弧堆焊工艺分别制备了含Mo元素与不含Mo元素的Cr27高铬铸铁堆焊试样。通过渗透检测、SEM、EBSD和销盘磨损实验等方法,研究了Mo元素的添加对堆焊层宏观形貌、显微组织和耐磨性能的影响规律。结果 Mo元素的添加导致堆焊过程中飞溅显著增加,并诱发横向裂纹形成。2种堆焊层均主要由(Fe, Cr)₇C₃共晶碳化物与奥氏体基体组成,但Mo元素的添加显著细化了堆焊层奥氏体晶粒,并提高了M₇C₃碳化物的体积分数。与不含Mo元素堆焊层相比,添加Mo元素堆焊层奥氏体晶粒细化约38.6%,堆焊层平均硬度从690HV提高至740HV,提升约7%,堆焊层平均摩擦系数由0.645降至0.395,磨损量降低约50%,耐磨损性能显著提升。结论 Mo元素在凝固过程中先析出了高熔点的Mo₂C,作为异质形核核心提高了奥氏体的形核率,并且在凝固后期Mo₂C还可以钉扎晶界,阻止奥氏体长大,从而细化奥氏体晶粒。此外,Mo元素的添加还会降低C元素在奥氏体中的固溶度,使更多C元素参与共晶反应,从而提高M₇C₃碳化物含量。碳化物含量的增加和晶粒细化使堆焊层硬度提高。2种堆焊层的磨损形式均以黏着磨损与磨粒磨损为主,但Mo元素的添加显著降低了摩擦系数与磨损失重,提高了耐磨性。
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  Co添加对Fe-Cr-Si合金组织与摩擦磨损性能的影响

  史海江, 马占山, 韩尚达, 蒋德华, 龙海洋, 贵永亮, 徐连波, 李鑫磊

  表面技术. 2026, 55(11): 129-139. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.012

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  目的 探究Co含量对Fe-Cr-Si合金组织形貌以及摩擦磨损性能的影响规律,改善Fe-Cr-Si合金在室温环境下的耐磨性能。方法 利用电弧熔炼工艺制备Fe18Cr10SixCo、Fe18Cr10Si4CxCo（x=0, 1, 2, 3, 4）2种不同Co含量的Fe-Cr-Si合金,通过光学显微镜、扫描电镜、显微硬度测试和摩擦磨损试验,分别测试合金的显微组织、显微硬度和耐磨性能。结果 Fe18Cr10SixCo合金均由单相（Fe, Cr）固溶体构成,随Co含量的增加,合金硬度逐渐小幅度上升,摩擦系数和擦损率逐渐增大,Fe18Cr10Si1Co合金的耐磨性最好,其磨损率和摩擦系数分别为1.55×10^-4 g/m、0.495 3。磨损机制由氧化磨损、黏着磨损和磨粒磨损转变为严重的剥落磨损和磨粒磨损,耐磨性逐渐下降。Fe18Cr10Si4CxCo合金均由树枝晶（Fe, Cr）固溶体和枝晶间富Cr碳化物（Cr₇C₃、Cr₃C₂）组成,随着Co含量的增加,枝晶间碳化物逐渐形成,合金硬度逐渐提高,摩擦系数和磨损率逐渐减小,Fe18Cr10Si4C4Co合金的耐磨性最好,其磨损率和摩擦系数分别为1.34×10^-4 g/m、0.505 1。磨损机制中氧化磨损程度不断加深,黏着磨损和磨粒磨损相对减弱。结论 添加Co有利于促进Fe18Cr10Si4CxCo合金碳化物的生成,C、Co协同了其硬度和耐磨性。
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  机械研磨处理对医用Zn-Li-Er合金表面组织演化规律及磨损行为研究

  张源, 李泽明, 闫家宝, 刘芸, 田亚强, 陈连生

  表面技术. 2026, 55(11): 140-152. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.013

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  目的 提升医用锌合金植入件在人体长期服役过程中的磨损性能及安全性能。方法 借助高能球磨机、光学金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、三维激光共聚焦显微镜（3D/CLM）及摩擦磨损试验机等设备,系统探究了不同研磨球直径（3、5、7、9 mm）对医用Zn-Li-Er合金表面形貌、显微组织及摩擦磨损性能的影响。结果 经过表面机械研磨处理后,锌合金表层组织在外力作用下发生了强烈的塑性变形并逐渐细化。与此同时,随研磨球直径增加（3、5、7、9 mm）,SMAT影响层（严重变形层+变形过渡层）的厚度显著增加,表面粗糙度参数如表面均方根偏差（S_q）、算术平均粗糙度（S_a）、轮廓算数平均差（Ra）等分别由2.098、4.977、5.997 μm增加至2.929、7.036、9.033 μm。在干摩擦条件（大气环境）下,经直径7 mm研磨球处理后的锌合金表现出最低磨损率,其值为0.85×10^‒3 g/(N∙m);在湿摩擦条件（Hank's模拟体液）下,经直径5 mm研磨球处理后的锌合金表现出最优的磨损性能,磨损率仅为0.28×10^‒3 g/(N∙m)。其原因在于较大的研磨球直径给基体造成了相对较深的细晶梯度结构,合金表面的高硬度使其难以被压入或切割,进而降低了碎屑颗粒对基体表面的磨损。过大直径的研磨球虽然能显著提高合金的表层硬度,但同时会劣化其表面形貌。同时较高的粗糙度会导致磨损区域的实际接触面积变小,局部接触压强升高,最终导致合金的摩擦系数和磨损率增加,促使材料更易发生磨损。结论 随着SMAT研磨球尺寸的增大,Zn-Li-Er合金表面硬度逐渐提升,但表面粗糙度也随之增大,在模拟体液环境下锌合金的抗磨损能力呈“先上升后下降”的趋势。当研磨球直径为5 mm时,锌合金材料表现出最优的磨损性能。
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  相同硬度下不同显微组织对TC4钛合金磨损机理的作用机制

  邵旭奇, 孙胃涛, 刘美芹, 章健, 张振强

  表面技术. 2026, 55(11): 153-165. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.014

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  目的 厘清在剥夺硬度变量后显微组织构型对TC4钛合金摩擦学性能的主导作用。方法 采用真空电弧熔炼（铸态）、激光粉末床熔融（细晶强化）及固溶时效热处理（沉淀强化）,制备了2种硬度相近（≈395HV）但组织迥异的试样,并进行球-盘往复摩擦试验（载荷5、15 N,频率1、3 Hz）。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）等手段重点分析试样的摩擦学行为。结果 尽管硬度水平相当,不同组织试样表现出显著差异的摩擦响应,在5 N+1 Hz条件下,细晶强化试样因超细组织呈现最低摩擦系数（0.41）;当频率升高至3 Hz时,沉淀强化试样因形成稳定氧化膜,摩擦系数降至最低（0.40）,磨损机制以氧化磨损为主;细晶强化试样因缺陷与脆性α′相作用,摩擦系数急剧升高（0.58）并出现疲劳剥落;铸态试样则发生黏着磨损主导的转变。在高载条件下,组织稳定性成为影响耐磨性能的关键,沉淀强化试样凭借细密基体有效抑制裂纹扩展,磨损率最低;细晶强化试样因缺陷处疲劳扩展加剧磨损;铸态试样则因组织粗大发生严重黏着与材料转移。结论 微观组织的“构型质量”（均匀性、稳定性、完整性）是比宏观硬度更关键的抗磨因素,本研究为面向特定工况的耐磨材料设计提供组织选型准则。
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  不同粒径分布影响下煤粉界面力链构型演化及接触刚度研究

  杨辛未, 张佳宝, 陈洪月, 王东

  表面技术. 2026, 55(11): 166-182. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.015

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  目的 揭示不同粒径分布的煤粉颗粒在法向载荷下的力链构型演化对其结合面接触特性的影响机制,建立含颗粒介质结合面接触刚度计算方法。方法 首先对接触表面的微观形貌进行了提取,然后通过相关实验对颗粒-颗粒间和颗粒-接触面间的相关接触参数进行标定,并基于改进的JKR接触理论与Tavares UFRJ破碎模型,通过FEM-DEM耦合方法建立了三体接触模型,然后分析了不同粒径分布下煤粉层的力学特性、接触表面的应力分布状态和接触刚度的变化,最后采用实验进行了验证。结果 小颗粒体系在不同载荷下的破碎效应都相对平缓,能形成均匀的密集力链网络来分散载荷的传递,使接触表面的应力分布均匀。而大颗粒体系能够形成方向性强的集中性力链,且随着载荷增大其破碎效应愈发显著,破碎后的小颗粒会逐渐填充间隙诱发力链网络的调整,逐渐形成以强力链主导、弱力链弥散分布的承载结构,使接触表面产生多处高应力区,在载荷加载稳定后的接触刚度会超过小颗粒体系,20~40 μm和20~100 μm分布模型在载荷0.05 MPa时的接触刚度分别3.536×10⁸、3.956×10⁸ Pa/m。结论 本研究明确了煤粉颗粒的初始粒径分布和破碎效应会共同影响其力链网络构型,进而导致结合面的接触刚度变化。建立了有效的含颗粒介质结合面接触刚度计算方法,为探究含颗粒介质界面的接触演化规律与动力学行为提供了理论依据。
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  WCB阀门材料气固冲蚀实验与模拟研究

  石维渺, 程金亮, 肖杰, 周念涛, 卢俊安, 黄玖辉, 何龙, 林元华

  表面技术. 2026, 55(11): 183-195. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.016

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  目的 通过气-固实验和冲蚀模拟来探究排污阀现场材料WCB的气固冲蚀特性。方法 以现场的阀门-WCB材料作为研究对象,采用符合ASTM G76标准的高速气体射流冲蚀实验装置,系统考察冲击角度（45°~90°）、气流速度（36~72 m/s）和颗粒质量流量（2~4 g/min）对材料冲蚀行为的影响;结合扫描电子显微镜、白光干涉仪、激光粒度分析仪和硬度计等表征手段,分析损伤形貌与材料性能响应机制;基于实验数据对Ahlert冲蚀模型进行重新标定,构建了WCB材料的冲蚀速率方程,将其嵌入CFD数值模拟的壁面回弹条件,建立能够准确反映实际冲蚀规律的预测模型。结果 材料冲蚀速率随冲击速度和颗粒质量流量的增大而单调递增,而与冲击角度呈负相关,在45°时材料损失最为严重。微观分析表明,冲蚀机制随角度增加发生明显转变：中低角度（45°~60°）下表现为以塑性犁削为主、脆性微裂纹为辅的混合模式;高角度（75°~90°）下则转为颗粒嵌入引起的表面压实与层状剥落为主导。数值模拟验证了入口压力与冲蚀速率呈正相关,同时表明颗粒粒径和形状系数（球形度）均与冲蚀速率呈负相关。结论 WCB阀门材料的冲蚀机制随冲击角增大呈现典型的“韧-脆”转变特征,90°垂直冲击时脆性剥落成为主导失效模式。所建立的冲蚀速率方程预测精度高,模拟与实验趋势一致,研究结果可为页岩气开采过程中阀门的抗冲蚀设计提供依据。
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  F-DLC涂层润湿性对面接触油膜润滑影响的实验研究

  于永安, 付永强, 郭峰, 王加荣

  表面技术. 2026, 55(11): 196-209. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.017

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  目的 优化固/液界面的表征参数以准确描述其对油膜润滑的影响。方法 本研究基于钢（Steel）滑块-二氧化硅（SiO₂）玻璃盘面接触润滑油膜测量系统,探究全膜润滑状态下固/液界面润湿性对润滑油膜厚度与摩擦力的影响机制。使用MS-0808高密度等离子体应用平台,通过调控四氟化碳（CF₄）气体单位体积流量,制备了4种不同润湿性的氟化类金刚石涂层（F-DLC）滑块表面。结合原始滑块形成5种润湿性差异的固体表面,测量不同速度下基础油与相应甘油水溶液对这些表面的膜厚与摩擦力。也测量了5种表面的表面能、润滑剂在这些表面上的接触角和接触角滞后,并计算了相应的黏附功、势能垒和铺展系数。结果 F-DLC涂层表面能要低于原始表面,特别是其极性分量部分降幅明显。油膜润滑试验中,当润滑油为甘油水溶液时,在SiO₂/F-DLC界面产生的油膜厚度和摩擦力明显低于SiO₂/Steel界面;但当润滑油为PAO时,油膜厚度和摩擦力区别并不明显,该现象可以归因于固体表面能（极性分量）差异以及润滑油极性强弱导致的界面处滑移程度的不同,此时铺展系数对固/液界面润湿差异与实验膜厚和摩擦力的关联性要优于其余表征参数。结论 在面接触流体动压润滑条件下,固/液界面的润湿性明显影响油膜厚度与摩擦力,低润湿性的界面往往会生成更薄的润滑油膜,同时伴随更小的摩擦力。界面表征参数接触角、接触角滞后和势能垒对于大多数试验结果呈现一定的关联性,但铺展系数拥有近乎理想的皮尔逊相关系数（r=0.99）,表明其能更有效地表征固/液界面润湿性对流体动压润滑行为的影响。
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  氮化硅环/块自配副在不同润滑介质中的摩擦学行为与润滑机制

  张东东, 梁鹏, 候继涛, 李书义, 姜芙林, 刘晓玲, 白清华, 朱忆玺

  表面技术. 2026, 55(11): 210-222. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.018

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  目的 探究氮化硅陶瓷摩擦副在不同润滑介质中的摩擦学性能。方法 利用高速环/块试验台开展了Si₃N₄自配副的摩擦磨损试验,基于多种表征手段对磨损表面进行分析,研究了不同润滑介质对Si₃N₄自配副摩擦学行为的影响。结果 1% 浓度H₂O₂润滑时的磨合期最短（仅170 s）,去离子水润滑时稳定摩擦系数最低（0.012）,其余介质润滑下的摩擦系数由低至高分别为1%浓度H₂O₂（0.019）、50 %浓度海水（0.027）、100%浓度海水（0.030）。在NaCl及KCl溶液作为润滑介质时摩擦副稳定阶段的摩擦系数上升,而MgCl₂溶液介质中磨合期相对NaCl介质缩短,CaCl₂与NaHCO₃介质中稳定阶段的摩擦系数下降。结论 Si₃N₄自配副在水润滑条件下由于抛光作用形成的光滑平面以及摩擦化学反应生成的自润滑SiO₂胶体使其摩擦系数下降。1%浓度H₂O₂中磨合期的缩短归因于其强氧化作用使Si₃N₄表面的反应活性提高,加快了具有减摩功能的自润滑泥SiO₂胶体的生成速度。海水润滑时可在摩擦过程中生成Mg(OH)₂和CaCO₃,两种化合物的“叠加效应”具有缩短磨合时间、填充表面凹坑的功能,并且作为边界润滑膜降低摩擦。Na⁺和K⁺的存在增加了环/块磨合时间及摩擦系数,两种离子会与原本不溶于水的Si(OH)₄反应生成易溶于水的Na₂SiO₃与K₂SiO₃,从而降低了泥状Si(OH)₄的自润滑效果。相对于去离子水中SiO₂的溶胶状态,海水中由于表面SiO₂的凝聚以及盐离子的存在导致界面中剪切强度及润滑剂的黏度上升而引起摩擦系数上升。
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  钢-聚酰胺渐开线短齿变位齿轮的瞬态弹流润滑分析

  李太旭, 王优强, 倪陈兵, 安恺, 郑义

  表面技术. 2026, 55(11): 223-232. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.019

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  目的 研究钢-聚酰胺短齿变位齿轮在实际工况下的最小膜厚与最大压力分布特性,提出一种通过改变齿廓形状的短齿变位齿轮结构,以避免齿顶干涉、节省安装空间并提升弹流润滑性能。方法 基于无限长线接触弹流润滑理论,建立钢-聚酰胺齿轮副的短齿变位齿轮弹流润滑数值模型,并对最小油膜厚度的数值解进行了有效性验证。对钢-聚酰胺标准齿轮进行等温瞬态弹流润滑分析,研究不同转速、载荷及压力角对最小膜厚和最大压力的影响规律。进一步分析了4种不同传动方式对齿轮副弹流润滑特性的影响规律。针对短齿正变位齿轮,选取单齿啮入点、节点及单齿啮出点3个典型位置,分析膜厚与压力的瞬态分布特征。最后比较短齿变位齿轮、短齿齿轮和标准齿轮最大压力和最小膜厚沿啮合线的变化规律。结果 数值解与经验解的相对误差为1.87%~5.09%,验证了模型的准确性。在不同传动形式中,正传动齿轮的最小膜厚最大、最大压力最小。短齿变位齿轮的最小膜厚随转速升高而增大,随载荷增加而减小,随压力角增大而增大,最大压力变化趋势相反。综合对比表明,短齿变位齿轮的整体最小膜厚最大、最大压力最小,润滑性能最优。结论 在考虑避免齿顶干涉及空间受限的情况下,正变位、高转速、低载荷条件下的钢-聚酰胺短齿齿轮副表现出更优的弹流润滑性能,有助于改善其承载能力与运行稳定性。
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  集油拒水润滑轨道的脂润滑增效研究

  刘成龙, 赵志发, 鞠超, 张天锐, 平庆余, 郭峰, 李霞

  表面技术. 2026, 55(11): 233-244. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.020

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  目的 在海水侵入条件下,不同润滑脂均表现出一定的润滑衰退特性,通过构建表面织构与超疏水涂层协同的集油拒水润滑轨道表面,以实现海水侵入工况下的脂润滑增效与防水作用。方法 利用飞秒激光刻蚀技术在金属表面诱导制备梳齿形微织构,长度为1.2 mm,宽度为0.2 mm,梳齿间距为0.2 mm,最小深度为1 μm。在织构区域覆盖30 μm厚的聚四氟乙烯薄膜,并烧蚀在织构沟槽内,织构部分油滴初始接触角为39°,水滴初始接触角为163°。在脂润滑条件下,通过在润滑轨道附近布置海水液滴,以模拟海水侵入条件,探究复合织构的防水以及润滑增效作用。结果 海水侵入降低了润滑脂的表观黏度,10 μL的海水使锂基润滑脂在卷吸速度为4 mm/s时的膜厚较无海水工况下降了30%~50%。而聚脲润滑脂的成膜性能优于锂基润滑脂,得益于其优秀的抗水性能。通过对比普通表面与制备有复合织构表面的锂基润滑脂的膜厚测量结果,发现复合织构阻碍了水侵入接触区并提升了润滑轨道自集油能力,在严重乏油时,依然可以维持较高的膜厚,膜厚提升最高达4倍。结论 梳齿形微织构与超疏水涂层相结合制备而成的复合织构阵列表面有效防止了海水液滴与接触区润滑脂混合,并加强了接触区轨道的自集油能力,实现了润滑增效,降低了表面的摩擦磨损。将该织构制备到轴承滚道两侧,测量对比了有无织构轴承的摩擦力矩,发现有织构轴承的摩擦力矩最大降低了68%。
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  航空柱塞泵仿生柱塞副微观界面润滑机理研究

  杜媛英, 赵海荣, 冀宏, 王文山, 郑世佳

  表面技术. 2026, 55(11): 245-259. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.021

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  目的 针对航空柱塞泵柱塞副在微观界面处的润滑状态尚不明确、润滑机理尚未系统揭示等问题,开展仿生微结构对柱塞副微观界面润滑行为影响机制的研究。方法 利用激光共聚焦显微镜提取虎斑蛤表面形貌特征,据此设计半椭圆形与矩形2种仿生微结构。通过数值模拟方法研究微结构内部流场动力学特性,系统分析形貌特征与尺寸参数对润滑性能的影响机制,揭示其润滑行为随表面形貌的演化规律,进而阐明仿生微结构对航空柱塞泵柱塞副微观界面润滑机理的调控作用。结果 在不同微结构深度、壁面移动速度、入口距离及微结构阵列协同条件下,2类微结构在压力分布上表现相似,而在速度流线方面,半椭圆形微结构流线更为平顺,矩形微结构尖角处则易产生流动分离。半椭圆形微结构在承载能力方面始终优于矩形结构,当深度为0.30 mm、壁面移动速度为6 m/s、入口距离为0.06 mm、间距为0.30 mm时,其承载力达到最优。在摩擦性能方面,2类结构的表现因尺寸与工况而异,当深度大于0.25 mm且壁面速度低于4 m/s时,半椭圆形结构摩擦性能更优;而当深度小于0.25 mm且速度高于4 m/s时,矩形结构表现出更低的摩擦系数,不同入口距离下矩形结构保持较优特性,而在阵列协同条件下,半椭圆形微结构展现出更显著的减摩效果。结论 微动压效应、壁面速度主导的微惯性效应、不同入口距离引发的入口卷吸效应以及微结构阵列的协同效应共同影响柱塞副微观界面的润滑特性;相比矩形微结构,半椭圆形微结构在综合润滑性能方面表现更优。本研究结果可为航空柱塞副仿生微结构的设计及其微观界面润滑性能优化提供理论支撑。
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  聚异丁烯丁二酰亚胺分散剂对自动传动液低速摩擦控制性的影响机理研究

  李媛, 狄泽超, 马永宏, 黄东升, 崔海涛, 姜禹, 赵治宇, 徐晶晶, 张伟光

  表面技术. 2026, 55(11): 260-272. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.022

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  目的 探究聚异丁烯丁二酰亚胺（DIS1）和硼磷化聚异丁烯丁二酰亚胺（DIS2）对自动传动液（ATF）中偏酯类摩擦改进剂（FM0）与含钙清净剂（DET0）体系的低速摩擦控制性的影响。方法 采用盘盘型摩擦试验机（WAZAU）和耗散型石英晶体微天平（QCM-D）系统探究DIS1和DIS2对FM0+DET0体系的低速摩擦控制性的影响,并采用扫描电镜（SEM）观察摩擦表面微观形貌,同时结合X射线能谱分析（EDX）技术对表面元素组成进行检测分析。结果 单独添加DIS1或DIS2均会大幅降低原体系抗颤性,而DIS1与DIS2复配比例为1∶1时,抗颤失效时间达118.2 h,接近FM0+DET0体系120 h的抗颤耐久性标准。QCM-D的结果表明,DIS1与DIS2对原有（FM0+DET0）体系的物理吸附不影响抗颤性,而是分子结构以及后续的摩擦化学反应决定了低速摩擦控制性。结论 较长的PIB链定向排列在摩擦中会发生构型变化导致抗颤性失效。DIS2中的B和P与DET0中的S和Ca通过摩擦化学反应生成P-B-Ca-S摩擦膜,有利于抗颤性的维持。同时还推测,摩擦中生成适量纳米级硼酸盐微球会支撑PIB链结构使其不发生构型变化,也有利于抗颤性。本研究不仅阐明了DIS1与DIS2对FM0+DET0复配体系低速摩擦抗颤性的作用机制,还为开发ATF配方提供了理论依据和实践指导。
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  激光织构与固体润滑剂协同作用下WC-NiMoCrFeCo-B₂O₃复合涂层在25 ℃与800 ℃下的抗氧化与减摩效应研究

  孟庆荣, 张钰航, 胡永俊, 刘敏, 李双建, 范秀娟, 李康, 王乘风

  表面技术. 2026, 55(11): 273-288. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.023

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  目的 WC基金属陶瓷涂层因高硬度、抗磨损性能好和耐腐蚀性能好的特点广泛应用于船用柴油机和船用燃气轮机的轴系部件（如推力轴承）与阀类产品（如燃油控制阀、放气阀）,上述部件在海洋环境服役时面临高温摩擦、磨损的问题,将制约船舶动力装置在长周期、高可靠性要求场景下的应用。但WC基涂层在高温下易氧化的问题有待解决,且涂层的润滑性能不足亦有待提升。方法 为赋予WC基涂层高温抗氧化性能与自润滑性能,利用超音速火焰喷涂技术在Ti6Al4V钛合金表面制备WC-NiMoCrFeCo涂层(S1),结合激光织构与高温真空浸渍工艺制备WC-NiMoCrFeCo-B₂O₃复合涂层（S2）。对S2涂层分别在25、800 ℃下进行摩擦学性能研究。结果 复合涂层（S2）在800 ℃下被B₂O₃覆盖区域未被氧化,S2涂层表面的B₂O₃展现优异的高温抗氧化性能。未改性涂层（S1）表面在800 ℃下发生氧化反应,氧化产物的主要成分为NiWO₄和WO₃。B₂O₃在高温下呈现熔融液态,湿润性好,流体覆盖于涂层表面可以隔绝空气,与涂层紧密贴合阻碍氧化。复合涂层（S2）在25 ℃和800 ℃时较未改性涂层（S1）均展现更优异的润滑性能。复合涂层（S2）在25 ℃和800 ℃下的平均摩擦系数分别为0.195和0.123,较未改性涂层分别降低55.7%和63.2%。B₂O₃具备良好的润滑性能,润滑机制为“扩散系数-界面反应”。结论 激光织构与B₂O₃润滑剂协同作用的复合涂层表面设计赋予WC-NiMoCrFeCo涂层高温抗氧化与润滑性能,这项研究成果有望为金属陶瓷涂层在海洋工程领域的深入应用提供一定的理论参考。
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  陶瓷轴承纳米润滑剂的微观润滑机理研究

  杨子卿, 朱禹川

  表面技术. 2026, 55(11): 289-297. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.11.024

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  目的 陶瓷轴承以其独特的减阻耐磨及抗干扰性在精密机械领域得到了广泛的应用,然而润滑剂在轴承中的使用有效提高了轴承使用寿命。本研究针对在陶瓷轴承中使用新型纳米润滑剂对轴承性能影响的微观机理进行研究。方法 采用分子动力学模拟方法,拟在陶瓷轴承晶体表面构建含有不同粒径与不同浓度的Fe₃O₄纳米润滑剂模型,对其进行吸附性能的研究,同时考虑润滑剂分散效果,并计算颗粒间的作用能,提出纳米润滑剂的最佳制备方案。结果 Fe₃O₄纳米颗粒质量分数不变时,油基与水基润滑剂中的颗粒粒径为1~2.2 nm,Al₂O₃晶体表面吸附能绝对值均值大幅提高;油基润滑剂中,相同粒径的双颗粒粒径在1~2.2 nm时,颗粒间相互作用能绝对值均值明显提高,吸附能绝对值均值于 1.2 nm时达最大;颗粒初始中心距在1.7~6.7 nm 时,相互作用能绝对值均值在 2.5~4.2 nm 区间内为 0,吸附能绝对值均值在4.2~5 nm时最大。粒径1.2 nm、浓度（质量分数）5.5%的纳米润滑剂,温度升至 498 K时吸附能绝对值显著下降。结论 粒径1.2 nm的Fe₃O₄纳米颗粒以一定质量分数分散于润滑剂中,可提高润滑剂的吸附能力,环境温度对该吸附能力有明显影响,同时颗粒团聚是影响纳米润滑剂性能的主要因素,通过计算纳米颗粒间的相互作用能,分析团聚现象的成因,避免团聚的发生。