2026年, 第55卷, 第13期　
刊出日期：2026-07-10

  

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摩擦磨损与润滑
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  农机触土功能部件减阻强化技术研究进展

  韩传龙, 史孝杰, 杨化伟, 王树城, 刘洪浩, 卢绪振, 王少伟

  表面技术. 2026, 55(13): 1-15. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.001

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  农田作业（如耕作、播种、作物管理和收获）中直接与土壤相互作用触土功能部件的高耕作阻力显著降低了土壤作业的效率和质量,增加了燃料消耗和有害气体排放,对可持续农业的发展产生了负面影响。因此,寻找减阻强化的解决方案已成为学者们的重要研究领域。本文系统展示了典型农机触土部件及其分类,针对耕作、播种、作物管理及收获4个环节,分别梳理了土壤-触土部件减阻的研究方法及内在机制。同时,分析了减阻强化技术在农机触土部件的应用,重点围绕曲线和曲面设计、非光滑表面结构、振动减阻、表面功能化和复合减阻策略五大性能优化方向展开对照与探讨。基于文献分析与仿生研究,系统介绍了用于生物表面关键特征提取与表征方法,从生物表面、行为和结构三重视角探讨了仿生触土部件的发展趋势,并阐述了各类生物仿生技术减阻特性对触土部件耕作阻力的影响。最后,展望了减阻强化技术的未来研究方向,旨在为推动可持续农业发展提供新思路和启示。
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  轴承套圈滚道子口径化学机械抛光研究

  陈佳怡, 彭武茂, 贺春灿, 王荣沛, 魏宇廷, 周辽, 韩艳君, 江亮, 钱林茂

  表面技术. 2026, 55(13): 16-25. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.002

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  目的 高性能滚动轴承工作面的精度和表面完整性直接决定装备的性能、质量和可靠性。已有的全口径化学机械抛光虽然可以实现较高的抛光效率和精度,但通用性有待改善。为此,本文提出了子口径化学机械抛光。方法 以一款典型的圆柱滚子轴承的内套圈外滚道为研究对象,介绍其抛光原理,采用有限元仿真分析抛光压力分布,建立材料去除速率模型和形状演化模型,并通过抛光实验验证模型。采用白光干涉仪、圆度/圆柱度测量仪,分别检测抛光前后滚道表面形貌、平均表面粗糙度及形状精度。结果 有限元分析显示,加工时滚道中心约90%区域压力分布均匀,可实现均匀抛光。材料去除速率模型表明,其与抛光垫径向位移、转速呈线性关系。形状演化模型表明,抛光可降低滚道表面凹凸不平,改善形状精度。经过2 h抛光,平均表面粗糙度S_a由141.97 nm下降至7.42 nm,降幅达94.8%。圆度误差RONt由2.03 μm下降至1.88 μm,降幅达7.4%,圆柱度误差CYLt由5.83 μm下降至5.18 μm,降幅达11.1%。结论 本文提出了一种子口径化学机械抛光,实现了套圈滚道的高精度抛光,为轴承套圈滚道这类典型回转表面的高精度加工提供了一种通用性强的方法。
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  珩磨网纹角度对甲醇发动机缸套摩擦性能的影响

  李直, 姬韶鑫, 陈岩, 元虎, 张宏

  表面技术. 2026, 55(13): 26-36. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.003

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  目的 甲醇发动机工作时因其燃料特性易导致润滑油稀释、酸值升高,生成甲酸、甲醛等腐蚀性产物,严重恶化缸套-活塞环的摩擦性能,导致摩擦损耗增多,此时珩磨缸套网纹形貌能起到一定的抑制作用。方法 为探明这种影响机理,在缸套网纹形貌设计的基础上建立缸套-活塞环摩擦副的有限元数值计算模型,探究了缸套-活塞环摩擦副在不同表面形貌特征下磨损量、摩擦应力的变化规律。选用MMW-1000型立式万能摩擦磨损试验机进行销-盘摩擦副试验研究,验证有限元仿真分析结果的可靠性和准确性,研究分析在不同转速与载荷条件下,表面形貌特征对摩擦副摩擦性能的影响。结果 在甲醇燃料导致的润滑稀释前提下,不同转速与载荷的珩磨缸套网纹表面的摩擦系数整体低于光滑表面,珩磨角度为45°时的磨损量为0.001 4 g,表面磨损量较光滑表面降低了39.13%,相较于其他珩磨角度的数据更为优异。结论 珩磨网纹形貌设计显著降低了缸套表面的磨损量和应力应变程度。其中珩磨角度为45°时表现出更好的摩擦学特性,为甲醇发动机缸套-活塞环摩擦副的珩磨形貌设计提供了理论依据。
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  复合滑移表面对滑动轴承摩擦性能的影响分析

  王保民, 李俊楠, 王慧心, 黄洋

  表面技术. 2026, 55(13): 37-46. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.004

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  目的 探究复合滑移对滑动轴承摩擦性能的影响机理。方法 在滑动轴承表面设计滑移与无滑移相结合的复合滑移表面,基于修正Reynolds方程和二元滑移模型。在考虑空化条件下建立具有滑移边界条件的滑动轴承数值分析模型,并进行求解,揭示复合滑移对滑动轴承摩擦性能的影响及作用机理并进行试验验证,分析复合滑移滑动轴承的空化效应,以及滑移与空化协同作用对轴承摩擦性能的影响。结果 边界滑移使近壁面润滑油获得较大的流动速度,一定程度上增加了润滑油的流量。对于本文所设计的5种滑移类型,滑移面轴向长度为28 mm、周向长度为圆周长度1/2的E滑移类型的复合滑移能较好地提升轴承摩擦性能。结论 计入空化条件下,边界滑移滑动轴承的承载力均大于未计入空化条件,摩擦系数均小于未计入空化条件,且与未计入空化相比。计入空化后,复合滑移滑动轴承的最大油膜压力进一步提高,油膜破裂位置发生后移,从而使得轴承正压区进一步扩大。复合滑移表面的摩擦学实验结果与数值仿真结果保持一致,验证了数值分析结果的正确性。
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  踏面制动双粗糙界面闪温特性与机理分析

  范文明, 孟宪国, 丁颖, 温富龙, 吴磊

  表面技术. 2026, 55(13): 47-60. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.005

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  目的 针对微观尺度下重载列车踏面制动摩擦闪温行为的研究需求,构建能够表征真实粗糙界面的微观轮瓦模型,并分析工况参数与粗糙形貌对摩擦闪温演化行为及其机理。方法 基于W-M分形函数生成三维双粗糙表面模型,建立具有随机形貌的微观摩擦界面,采用有限元热力耦合方法开展摩擦瞬态计算。通过接触力学与摩擦温升对模型进行验证,分别模拟压力、速度与粗糙形貌随机性下的摩擦过程,分析闪温时空特性。结果 随着制动压力增大,微凸体接触斑点由离散向连通演化,局部应力极值点发生迁移,导致热影响深度加深,闪温波动幅度增大且演化周期延长;滑动速度提升主要通过增强摩擦热流输入抬升闪温水平,使闪温峰值升高、波动频率增加并提前出现,但热影响深度随速度增大而减小,高速工况下热载荷更集中于材料表层。在相同粗糙度等级和分形参数条件下,仅由微凸体空间分布随机性引起的闪温峰值波动可达4.0%~30.5%,其影响量级与制动压力或速度变化相当,显著改变温度场的时空分布特征。结论 构建的三维双粗糙界面热力耦合模型能够描述光滑、单粗糙与统计学模型难以反映的非均匀、随机闪温行为。研究表明,微观形貌随机性与制动工况参数共同决定闪温强度及其时空演化特征,是踏面制动中金属镶嵌易发的重要微观热触发机制。该方法为重载列车制动界面闪温安全边界评估及形貌敏感性分析提供了新的建模思路与理论依据。
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  GNS对3% MoS₂-Ni₃Al基摩擦材料组织及摩擦性能的影响

  付传起, 李家祥, 李万万, 张欢枝, 王通

  表面技术. 2026, 55(13): 61-75. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.006

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  目的 优化3% MoS₂-Ni₃Al基摩擦材料的力学性能与摩擦学性能,满足航空航天等领域对极端工况材料的需求。方法 采用粉末冶金技术冷压成型+烧结工艺制备含0%~2%（质量分数）纳米石墨烯片（GNS）的复合材料,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等手段分析材料物相组成、微观形貌及表面化学态,结合力学性能测试与环块磨损试验,探究GNS含量对材料力学性能、室温及500 ℃下摩擦性能的影响规律,并通过磨痕形貌与磨屑成分分析揭示不同工况下的磨损机理。结果 GNS的加入使3% MoS₂-Ni₃Al基摩擦材料密度随其含量增加呈下降趋势,抗压强度和硬度呈先升后降趋势;室温及500 ℃下,材料摩擦系数和磨损率均随GNS含量增加呈先降后升趋势,且500 ℃下各配比试样摩擦系数较室温提升 20%~25%、磨损率提升25%~30%,转速依赖性也更显著。当GNS含量（质量分数）为1.5%时,材料综合性能最优,布氏硬度达168HBS、抗压强度达392 MPa,室温1 400 r/min工况下摩擦系数降至0.284,磨损率较基体降低54%;500 ℃下该配比试样仍为各转速下最优,磨损率维持在4.0×10^‒7~6.5×10^‒7 mg/m,其室温1 400 r/min下磨损机理为氧化磨损和黏着磨损。GNS含量不足时,材料润滑效果不佳,含量（质量分数）超2%则出现团聚,导致材料致密性下降、力学与摩擦学性能劣化,且500 ℃下团聚的负面影响被进一步放大。结论 石墨烯对3% MoS₂-Ni₃Al基摩擦材料的组织与性能具有显著调控作用,在石墨烯含量（质量分数）为1.5%时,摩擦材料性能最优。
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  Ti靶电流对AlCrTiN-DLC复合涂层性能的影响

  贾永菲, 邓彩林, 张震, 徐经英, 郝静, 许宇轩, 刘艳梅, 王铁钢

  表面技术. 2026, 55(13): 76-88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.007

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  目的 在现代机械加工中,难加工材料的应用使刀具面临极端工况,刀具涂层性能直接决定刀具寿命、加工效率与质量。本研究的核心目的是提升刀具涂层极端工况综合性能,解决涂层相关刀具失效问题,为涂层优化升级提供技术参考,拓展刀具在难加工材料切削中的应用。方法 采用电弧离子镀技术,通过调控Ti靶电流参数,制备了DLC涂层、AlCrN-DLC复合涂层及三种不同Ti含量的AlCrTiN-DLC复合涂层,系统探究Ti含量对涂层微观结构、力学及摩擦学性能的影响。结果 Ti靶电流对涂层结构与性能影响显著,电流参数为90 A时制备的AlCrTiN-DLC涂层形成致密非晶-纳米晶复合结构,其晶粒尺寸最小（13.22 nm）,力学性能最优（硬度39.7 GPa,结合力临界载荷52.45 N）,摩擦学性能最佳（摩擦系数0.267,磨损率为1.29×10^-6 mm³/(N·m)）,磨痕最浅窄。Ti靶电流达100 A时,涂层相分离,结构与性能明显下降。结论 研究明确了Ti含量对涂层结构与性能的影响机制,确定90 A为制备高性能AlCrTiN-DLC复合涂层的最优Ti靶电流,该涂层可提升刀具极端工况服役性能。成果丰富了复合涂层制备理论,为涂层配方设计与工艺改进提供了理论依据,对其实际应用具有重要指导意义。
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  不同Cr合金化和溅射功率制备的智能螺栓Ag电极涂层的组织和高温性能

  杨保建, 刘文韬, 张钦莹, 焦梦丹, 胡志刚, 马文昊, 袁涛, 万强

  表面技术. 2026, 55(13): 89-98. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.008

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  目的 为解决传感器Ag电极高温环境下高频率接触带来的摩擦磨损问题。方法 本文采用磁控溅射技术,通过Cr合金化策略,在不同功率下制备3种不同比例AgCr涂层,测试其电阻与硬度、摩擦性能,确认Cr含量与溅射功率对涂层电极性能影响,同时开展退火处理,确认其性能演变规律。结果 扫描电子显微镜测得射频功率为250 W时使用Ag₃Cr₇、Ag₅Cr₅、Ag₇Cr₃靶材沉积的涂层厚度分别为313.56、400.06、427.15 nm;当射频功率为500 W时,沉积得到的涂层厚度分别为681.18、778.49、892.02 nm。Ag原子含量更高时涂层沉积更快。EDS结果表明,Ag原子和Cr原子含量的比例大致符合靶材中两种原子的比例。涂层的维氏硬度结果表明,铬含量的增加能有效提升涂层的硬度;随着溅射功率从250 W升高至500 W,涂层的维氏硬度增大,涂层摩擦系数则出现下降。经过700 ℃真空退火处理后涂层硬度出现下降,摩擦系数同时下降,这是因为退火后Ag涂层发生了软化。高温退火后的涂层摩擦系数相较于高温退火前的摩擦系数更低。沉积在AlN表面的不同的AgCr涂层电阻随Cr含量升高而增大,高功率沉积AgCr涂层电阻较小。结论 结合高温退火前的试验结果,确定Ag₅Cr₅靶材在500 W功率下制备的涂层在高温前后具有最优异的摩擦学和电学性能,有望成为螺栓轴向力测量传感器高温环境服役的潜在电极材料。
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  考虑纳米SiO₂颗粒作用的Cu-SiO₂-Cu接触界面摩擦性能研究

  马金兰, 张肖, 佟瑞庭, 张皓宸, 张润成

  表面技术. 2026, 55(13): 99-110. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.009

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  目的 为揭示空间尘埃环境纳米SiO₂颗粒侵入软金属接触界面后的摩擦机理,本文系统研究了颗粒尺寸、形貌等因素对接触界面摩擦行为的影响,为空间机构Cu润滑膜的设计与防护提供理论依据。方法 采用分子动力学方法构建Cu-SiO₂-Cu三体纳米接触模型,将Cu视为比较厚的软金属润滑膜,引入不同形貌的SiO₂颗粒,在不同条件下开展研究。结果 颗粒尺度对界面摩擦具有显著的尺寸效应,当颗粒半径为1 nm时,强黏附与局部变形导致平均摩擦力最高;随着颗粒半径增大至2 nm,滚动作用增强,摩擦力降低;当继续增大颗粒尺寸时,接触面积增大、滚动被抑制,摩擦力开始回升。下压深度增加会导致接触区塑性变形与犁削作用增强,使摩擦力大幅度上升。滑动速度对摩擦力的影响表现出先减小后增大的特征。相较于光滑球形颗粒,具有表面凸起的近球形颗粒在接触表面会产生更强的应力集中与犁沟效应,并伴随温度急剧上升,导致摩擦水平进一步增加。结论 SiO₂颗粒作为第三体时,对于颗粒适中且表面平滑的情况,体系可形成滚-滑混合运动并表现出“纳米轴承效应”;颗粒过小或形貌尖锐时,黏附与犁沟共同主导摩擦,能量耗散加剧;过大尺寸、过大下压深度以及过高滑动速度则通过几何约束、剪切集中和热效应使摩擦力升高。
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  焊后热处理对钢轨闪光焊接头冲击磨损与损伤行为影响研究

  胡雨欣, 陆鑫, 徐昆宇, 张沭玥, 王文健, 丁昊昊

  表面技术. 2026, 55(13): 111-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.010

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  目的 研究闪光焊焊接接头经过不同方式焊后热处理后冲击磨损性能的改变。方法 对未经过热处理的焊接接头和分别进行余热淬火、去应力退火和正火热处理的4种焊接接头进行不同区域的微观组织和力学性能分析。然后利用冲击磨损试验机对焊接接头进行冲击磨损试验,最后探讨焊后热处理的焊接接头冲击损伤机理。分析了不同焊接接头各区域的冲击磨损与损伤性能。结果 焊后热处理细化了焊接接头微观晶粒大小,焊后热处理不同程度地提高了焊接接头硬度,其中热处理后细晶区平均硬度在450~500HV0.5,较热处理前提高了10%以上。此外通过冲击磨损形貌分析,发现焊后热处理后材料剥落和裂纹都明显减少,在软化区表现尤为明显,磨损体积减少了30%以上。结论 焊接接头片层间距和晶粒大小直接影响硬度大小,片层间距和晶粒大小越大,硬度越低,且晶粒大小与硬度的对应性更好。焊接接头的抗冲击磨损性能与硬度密切相关,硬度越高,冲击损伤和氧化损伤越轻微,同一焊接接头中,软化区的冲击磨损现象最严重。焊后热处理可以改善焊接接头微观组织和抗冲击磨损性能,使焊接接头整体力学性能更集中,余热淬火后焊接接头抗冲击磨损性能改善效果显著,其次是正火,最后是去应力退火。
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  水态下增黏颗粒类型对轮轨黏着与损伤行为影响研究

  王超, 徐文, 王文健, 丁昊昊, 郭俊, 张沭玥

  表面技术. 2026, 55(13): 127-141. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.011

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  目的 寻求一种既能有效增黏又能降低损伤的硬质增黏颗粒。方法 以微米级二氧化硅和氧化铝粉末为原料,制备未烧结二氧化硅、烧结二氧化硅（烧结温度1 100 ℃）、未烧结氧化铝、烧结氧化铝（烧结温度1 650 ℃）等4种增黏颗粒,并与传统石英砂和氧化铝颗粒进行对比。通过单轴压缩试验和轮轨滚动接触模拟试验,系统研究水态颗粒的破碎特性及其对轮轨黏着、磨损与损伤的影响。结果 烧结颗粒（烧结二氧化硅、烧结氧化铝）的破碎强度（烧结二氧化硅为48 MPa、烧结氧化铝为67 MPa）均高于未烧结颗粒（未烧结二氧化硅为11 MPa、未烧结氧化铝为20 MPa）,烧结颗粒较未烧结颗粒轮轨增黏效果更佳,但导致的轮轨磨损损伤也更严重。氧化铝型颗粒的增黏效果普遍优于二氧化硅型颗粒,但导致的磨损更严重。烧结氧化铝颗粒的增黏效果与天然氧化铝接近（较石英砂提升约14%）,但磨损率更低（较石英砂高92%,而天然氧化铝高150%）。结论 硬质颗粒进入轮轨界面后发生破碎,颗粒破碎后的犁沟作用是轮轨增黏核心机制。烧结氧化铝颗粒和氧化铝颗粒都具有较高的破碎强度,破碎后微粒较为分散,不易团聚,犁沟作用明显,所以具有较高的轮轨黏着系数提升效果。较天然氧化铝颗粒,烧结氧化铝结构致密,内部缺陷尺寸小,破碎后产生的微粒尺寸较小,且棱角圆钝,能有效减轻轮轨磨损与损伤。烧结氧化铝颗粒因优化了破碎特性与微观结构,在实现高增黏效果的同时显著降低了轮轨磨损与损伤,是水态下最优的增黏颗粒选择。
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  ZrN/GO-ZnNi复合镀层在盐溶液中腐蚀磨损行为研究

  王俊, 李慧, 王受和, 李滢滢, 甘莹莹, 王浩, 张留艳

  表面技术. 2026, 55(13): 142-149. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.012

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  目的 针对镁合金耐磨性和耐蚀性不足的问题,本研究采用冷喷涂复合电沉积技术,在镁合金表面先冷喷涂一层铜过渡层后,沉积了氮化锆（ZrN）和氧化石墨烯（GO）协同增强的新型ZnNi基复合镀层（ZrN/GO-ZnNi）,以提高镁合金在腐蚀介质中的耐磨性。方法 借助扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射分析（XRD）对镀层成分和结构进行表征。通过多功能磨损机和3D激光共聚焦仪评价ZrN/GO复合相对镀层在3.5% NaCl溶液中的磨损行为的影响。结果 SEM和XRD显示,ZrN成功负载在GO表面,ZrN/GO复合相共沉积后显著细化ZnNi镀层结构的同时有效提升了其致密性,有利于增强镀层耐蚀性。在3.5% NaCl溶液中进行磨损实验表明,相比ZnNi镀层和GO-ZnNi镀层,ZrN/GO-ZnNi复合镀层表现出更优异的耐腐蚀磨损性能,其摩擦系数低至0.20,磨损率为7.6×10^-6 mm³/(N·m),且表面没有腐蚀现象;而ZnNi镀层发生腐蚀磨损和磨粒磨损混合形式,其摩擦系数大,磨痕宽且深,磨损率高,且磨痕中存在腐蚀层开裂破坏现象;GO-ZnNi镀层耐蚀性和润滑效果相对较好,但镀层硬度低、耐磨性相对较低。结论 ZrN/GO-ZnNi复合镀层在在3.5% NaCl溶液中具有优异腐蚀磨损特性,归因于镀层的致密细晶结构、GO的润滑特性及ZrN分散相的强化作用。
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  镀层重量对铝硅镀层组织和性能的影响

  徐闻慧, 吕家舜, 杨洪刚, 王永明, 张峰, 徐承明

  表面技术. 2026, 55(13): 150-159. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.013

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  目的 探究镀层重量对Al-10Si镀层冷成形钢板组织与性能的影响规律,阐明镀层防护作用与加工成形性能之间的平衡关系,为优化镀层工艺提供依据。方法 采用热镀锌模拟器制备单面镀层重量分别为30、40、50、75 g/m²的钢板;利用扫描电镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机及激光共聚焦显微镜等分析镀层微观组织、硬度、摩擦磨损行为、划痕特性及冷弯性能。结果 随镀层重量增加,合金层厚度由1.67 μm增至2.35 μm,镀层硬度由55.7HV升至81.2HV;摩擦失效时间由248 s延长至大于300 s;磨损量由2.79×10⁶ μm³增至12.25×10⁶ μm³;冷弯后表面裂纹密度与缝隙增大,但镀层未剥落。结论 增加镀层重量可提升硬度与耐磨性,但过重会导致摩擦力波动加剧、划痕稳定性下降及冷弯裂纹扩展;合理控制镀层重量可在保证耐蚀性的同时避免加工开裂。
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  长大坡道区段钢轨波磨多维度磨耗演化特性研究

  崔晓璐, 黄俊, 王仕琦, 钟言明, 令狐俊, 钟建科, 董睿玺

  表面技术. 2026, 55(13): 160-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.014

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  目的 长大坡道区段是山地城市地铁钢轨波磨的高发区段,以重庆地铁十号线的波磨高发区段作为研究对象,结合现场调研和数值仿真对长大坡道区段钢轨波磨的磨耗演化特性展开全方位研究。方法 首先,依据现场调研总结了钢轨波磨在长度-宽度-深度-相位多维度的磨耗演化规律;然后,构建了轮轨接触的瞬态分析有限元模型和钢轨磨耗的计算模型;最后,基于摩擦耦合振动理论和摩擦功理论分别从振动响应和磨耗特性角度探究了钢轨波磨的多维度磨耗演化特性。结果 钢轨波磨磨耗呈现多维度演化趋势：在一个月内,长度呈现明显向两端延伸的趋势,延伸幅值接近2倍;宽度呈现缓慢拓展的趋势,扩展幅值达13.6%;深度呈现出明显加剧的趋势,加剧幅值达到1倍;相位呈现出缓慢偏移的趋势,总偏移量为1.95 mm。结论 钢轨波磨长度的延伸主要是由于轮轨振动能量的扩展;钢轨波磨宽度的拓展主要是由于轮轨横向滑移的增大;钢轨波磨深度的加剧主要是由于轮轨局部振动能量的放大;钢轨波磨相位的偏移主要是由于钢轨波磨波峰前后的摩擦切应力不均衡。本研究不仅揭示了长大坡道区段钢轨波磨磨耗演化特性,还为山地城市地铁运维提供了科学依据,对其可持续发展具有重要意义。
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  考虑接触热导的滚珠丝杠副磨损特性分析

  李玲, 彭驰, 李瑶, 张旺

  表面技术. 2026, 55(13): 173-184. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.015

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  目的 为了对滚珠丝杠接触热导及磨损进行深入的研究,为滚珠丝杠的设计优化提供理论指导。方法 本文将建立考虑摩擦因数的滚珠丝杠接触面接触热导模型。以三维分形理论为基础,对滚珠丝杠粗糙接触表面进行建模,通过分析滚珠丝杠粗糙表面接触的变形状态与滚珠丝杠表面接触特征,建立了滚珠丝杠粗糙表面接触热导模型。通过球盘磨损等效实验得到了滚珠丝杠磨损系数与载荷以及转速的关系,修正了传统Archard模型。分析了分形参数,摩擦系数与实际接触面积之间的影响,探究了分形参数,摩擦系数与滚珠丝杠接触表面接触热导的关系,并获得了接触载荷对接触表面接触热导的影响规律。结果 分形维数与接触热导以及实际接触面积呈正相关关系,同时随着摩擦因数的增大,接触面间的接触热导减小。分形维数大于2.6时,可以看出,考虑摩擦时接触热导明显大于没有考虑摩擦接触的情况,分形维数约等于2.8附近图像出现拐点,接触面的接触热导开始减小。结论 分形维数的增加能够提高实际接触面积及界面传热能力,但摩擦效应会削弱界面有效热传导能力。摩擦因数对接触热导的影响呈现明显的非线性特征,在D≈2.8附近出现临界转折现象说明界面热传导能力并非随分形维数单调增强,而是在高分形维数区间受到摩擦-热耦合作用的显著影响。此外,工程实际中考虑摩擦时,会去除表面氧化膜等,使得丝杠本身的金属材料暴露,从而有高的导热率。
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  高速列车制动盘用Cr-Ni-Mo合金钢摩擦磨损特性

  贾雨波, 康皓, 王亚琦, 刘宁, 冯刚珍

  表面技术. 2026, 55(13): 185-195. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.016

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  目的 为揭示高速列车制动盘用Cr-Ni-Mo合金钢在不同温度与转速条件下的摩擦磨损规律及磨损机制演变特征。方法 在干摩擦条件下,于25、300、500 ℃及400、800 r/min转速下进行试验。通过摩擦系数、比磨损率及系统表征分析其摩擦学行为。核心方法创新在于：为克服传统表面能谱分析因粗糙度导致的元素信号模糊问题,本研究采用基于机械抛光的摩擦断面能谱分析技术;通过高纯试剂与对比验证以控制制样污染,并对EDS数据中的固有背景信号（如环氧树脂中的C）进行识别与扣除,从而实现了对摩擦层内O、Cr、Fe等关键元素梯度与分布的高精度表征。进一步结合断面形貌与能谱分析,实现了对脱落物来源及其分布特征的精准判别。结果 摩擦系数与比磨损率随温升呈先降后升趋势,在300 ℃、800 r/min时达到最低值,而在500 ℃、400 r/min下波动最为剧烈。磨损机制由磨粒磨损为主,转变为氧化磨损为主,高温下因氧化膜失稳进而引发疲劳磨损共同作用。结论 本研究通过方法创新,明确了氧化膜稳定性是调控摩擦性能的关键,揭示了摩擦层结构演变与磨损机制间的内在联系,为高速列车制动盘材料的耐磨设计与性能优化提供了更精准的实验依据与理论支持。
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  气力输送V型球阀-弯管组合段冲蚀分析

  张建文, 曹金成, 陈丰田, 苏国庆, 洪晓庆

  表面技术. 2026, 55(13): 196-211. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.017

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  目的 研究气力输送系统中阀门与弯管组合段的气固两相流动及壁面冲蚀特性,揭示汽油脱硫过程中氮气输送吸附剂颗粒对管道设备的冲蚀规律及形成机制。研究对象为V型球阀与弯管组合段。方法 采用计算流体力学-离散相模型（CFD-DPM）建立三维数值模拟模型,并进行了几何建模、网格划分及边界条件设置。模拟阀门在全开及部分开启（20%、40%、60%、80%）不同工况下的流场结构、颗粒分布及壁面冲蚀特性,分析阀门开度对多相流动和冲蚀行为的影响。结果 数值模拟结果显示,当阀门全开时,冲蚀主要集中于第二弯管及直管段,最大冲蚀速率可达4.48×10^-7 kg/(m²·s)。这是由于阀门为V型且第一弯管上游存在凸起结构,使流动分布不均,颗粒在第一弯管处与壁面的撞击角度相对较小,而在第二弯管及直管段撞击角度相对较大,从而在全开工况下第二弯管及直管段呈现最大冲蚀速率。阀门部分开启时,节流区高速射流显著增强颗粒动能,使冲蚀主要集中于阀芯迎流面及出口区域,其中60%开度工况下冲蚀最为显著,最大冲蚀速率为1.10×10^-6 kg/(m²·s),其形成机制与阀门节流区流速增大、颗粒受流体曳力加速及撞击角度变化密切相关。进一步分析显示,流体对颗粒的速度及曳力作用在阀门及弯管段呈非均匀分布,使冲蚀强度随阀门开度及位置产生显著差异。结论 本研究揭示了阀门开度对阀门-弯管组合结构冲蚀行为的系统耦合影响规律,可为气力输送系统关键构件的防冲蚀设计与运行参数优化提供理论依据。
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  制备剪切速率/制备温度对轨顶水基FM黏着性能影响研究

  张国宇, 李佳辛, 李亚鹏, 王文健, 丁昊昊

  表面技术. 2026, 55(13): 212-223. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.018

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  目的 明确轨顶水基摩擦调节剂（FM）制备过程中剪切速率与制备温度对产品黏度特性、微观形貌及轮轨黏着性能的影响规律,确定关键工艺参数的优化区间,为国产化FM稳定制备提供依据。方法 在团队自研轨顶水基FM的配方基础上,通过对比不同制备剪切速率和不同制备温度FM的黏度特性、微观形貌和黏着性能,分析制备剪切速率和制备温度对FM黏着性能的影响机理。首先制备不同剪切速率和温度的FM,研究FM的表观黏度并分析其黏度特性规律;然后利用轮轨滚动接触疲劳试验机开展滚动接触模拟试验,分析不同制备参数下FM黏着性能变化规律。结果 FM黏着性能与制备剪切速率密切相关,随着制备剪切速率增加,FM黏着性能保持转数呈先上升后下降趋势;制备剪切速率为4.0 m/s时,黏着性能保持转数最高且最低黏着系数稳定,黏着性能最佳。FM的黏着性能与制备温度成反比,随温度升高,黏着性能保持转数和最低黏着系数先稳定后下降;制备温度为30 ℃时,FM的黏着性能最优,温度超过45 ℃时FM会因结构破坏而失效。综上,FM制备的最佳工艺参数为4.0 m/s的制备剪切速率、30 ℃的制备温度,该工艺参数下FM的黏着性能提升约57.14%。结论 FM黏着性能受制备剪切速率与制备温度共同影响,并与黏度变化趋势一致,合理的剪切速率和温度组合能够保持FM的稳定性,提升FM的轮轨黏着性能。
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  两种磷酸酯类离子液体润滑钛合金的摩擦学性能对比

  胡帅, 孙瑜辰, 张朝阳, 孙爽, 王行伟, 刘玉, 杨爽爽, 于强亮, 蔡美荣

  表面技术. 2026, 55(13): 224-232. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.019

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  目的 合成一种磷酸酯胺盐离子液体AW,对比其与基础油PAO 10和商用添加剂AW6110润滑钛合金的摩擦学性能。方法 将PAO 10、AW6110和AW作为钢/钛摩擦副的润滑剂,采用同步热分析仪测定3种润滑剂的热稳定性,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机测定其在室温和高温下的摩擦性能,并使用非接触三维表面轮廓仪测量磨损体积。通过SEM、XPS对摩擦实验结束后的磨斑进行表面形貌和元素组成分析。结果 合成的离子液体AW在室温和高温下均表现出最为优异的减摩抗磨能力,相比于AW6110的磨损体积,其在室温和高温下分别减少了14.38%和22.03%。在对磨斑的元素组成分析中检测出了离子液体中具有的活性元素N和P。结论 离子液体AW具有明显优于基础油PAO 10的摩擦学性能,且通过摩擦学性能对比发现可替代商用添加剂AW6110,通过对磨斑进行XPS测试,可以得出离子液体在摩擦过程中与钛合金发生了摩擦化学反应,在钛合金表面生成了一层具有保护作用的润滑膜,有效减少了钛合金的摩擦磨损现象,表现出所合成离子液体优异的摩擦学性能,这对于后续钛合金的高效润滑剂研究提供了一定思路,对钛合金材料的应用范围拓展也具有重要意义。
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  聚合物短齿变位齿轮的时变热弹流润滑分析

  李太旭, 王优强, 倪陈兵, 安恺

  表面技术. 2026, 55(13): 233-241. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.020

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  目的 揭示聚合物短齿变位齿轮在时变热弹流润滑条件下的润滑变化规律及其影响机理,明确短齿变位设计在聚合物齿轮热弹流润滑中的优势。方法 基于无限长线接触理论建立聚合物短齿变位齿轮的时变热弹流润滑模型。综合分析齿轮副材料、传动方式、变位系数对油膜特性的影响,对比短齿变位齿轮在热条件与等温条件下膜厚与压力分布变化,对比热条件下标准齿轮与短齿变位齿轮沿啮合线的膜厚变化。结果 Steel-PA（聚酰胺）齿轮副因其较低弹性模量和导热系数,在相同工况下形成的油膜厚度最大,润滑性能优于Steel-PEEK（聚醚醚酮）与Steel-Steel齿轮副。正传动的最小膜厚与中心膜厚均明显高于其他传动方式,负传动反之。随着变位系数x_∑从0.3、0.5增至0.7,最小膜厚呈上升趋势,摩擦系数与最高温升明显降低,提高了弹流润滑的热稳定性。热效应的引入使油膜厚度显著减小,黏度下降导致承载能力减弱,最小膜厚较等温条件下降幅度在10%左右。同时,温升抑制了局部压力峰,但整体油膜稳定性下降。与标准齿轮相比,短齿变位齿轮沿啮合线方向分布的中心膜厚和最小膜厚分均高于标准齿轮。结论 聚合物齿轮副较金属齿轮副具有更优的润滑与承载性能,而短齿变位设计进一步增强了油膜稳定性并降低了接触应力。然而,热效应引起的油膜厚度减小仍是不可忽视的关键因素。
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  机械密封织构化表面润滑-泄漏协调优化设计

  李昆, 高云龙, 李晓莹, 史铠宾, 代松杰, 张辉

  表面技术. 2026, 55(13): 242-254. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.021

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  目的 为实现机械密封润滑性能与泄漏性能的协同提升,缓解传统设计中润滑增强与泄漏增加相互牵制的问题,从而提升其在高转速与长时稳定运行工况下的综合性能。方法 构建基于雷诺方程的动压润滑模型,选取圆形凹坑作为织构单元,通过权重系数k_p将润滑与泄漏指标耦合为协调优化目标函数,并结合遗传算法对织构排布进行优化设计。以油膜承载力、摩擦系数与泄漏率为评价指标,系统研究k_p、织构周期角与织构深度对性能的影响规律。随后采用飞秒激光加工制备织构化机械密封试样,开展摩擦磨损实验对仿真结果进行验证。结果 优化结果表明,在k_p=0.5、周期角30°、织构深度5 µm条件下可获得综合性能较优的织构排布。仿真结果显示,相较非织构化表面,油膜承载力提升216.9%,摩擦系数降低58.3%。相较全织构排布,泄漏率降低75.9%。实验结果与仿真在参数变化趋势及优选方案上保持一致,验证了优化设计的有效性。结论 本研究建立了面向润滑与泄漏协同目标的织构优化设计框架,阐明了关键几何参数对机械密封性能的影响规律,所获优化方案具备加工可行性与工况稳定性,可为高性能机械密封的结构设计提供理论依据与实验支撑。
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  仿生汗腺正弦微流道钛合金表面摩擦学性能与润滑机理研究

  赵亚利, 杨慷, 周文倩, 孙玉福

  表面技术. 2026, 55(13): 255-264. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.022

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  目的 针对钛合金在干摩擦或边界润滑条件下易磨损,界面润滑膜难以实现稳定润滑的问题,提出了仿生汗腺闭环式正弦微流道自润滑设计,以此实现润滑剂亚表面储存、表面补给、亚表面供给与表面润滑剂需求间的平衡。方法 采用金属3D打印制备含闭环式正弦微孔结构的钛合金试样,在真空放电等离子烧结设备中融渗SnCuAg-Graphene（SG）复合固体润滑剂于正弦微孔结构,获得具有正弦微流道的Ti-S、Ti-SG-1、Ti-SG-2、Ti-SG-3、Ti-SG-4试样（Graphene质量分数分别为0%、0.50%、1.00%、1.50%、2.00%）。随后开展球-盘式干摩擦试验,载荷分别为3、6、9、12、15 N,每组至少重复3次取平均值,结合FESEM/EDS与三维轮廓仪分析磨痕形貌、元素分布与磨损特征。结果 与未融渗试样相比,融渗后的试样摩擦系数与磨损率整体降低,表明亚表面微流道可有效改善钛合金摩擦学性能。与仅含SnCuAg的Ti-S相比,SnCuAg-Graphene复合润滑体系在相同载荷下表现出更低的摩擦系数与磨损率。通过调控复合润滑剂组成,当Graphene为1.50%时,Ti-SG-3试样综合摩擦学性能最佳,在12 N载荷下平均摩擦系数约0.27,磨损率约3.03×10^‒4 mm³/(N·m),磨痕表面更加光滑（S_q=0.23 μm,S_a=0.18 μm）。结论 闭环式正弦微流道能够提供连续的储存-输运路径,并能促进摩擦界面润滑剂持续补给,使复合固体润滑剂亚表面供给与表面需求达到平衡。SnCuAg抑制了Graphene氧化并促进SnCuAg塑性流动,Graphene增强了SnCuAg的承载能力,提高了固体润滑膜的摩擦学性能,增强了钛合金在苛刻工况下的减摩抗磨能力与服役可靠性。
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  仿生坑槽组合微结构表面减阻特性研究

  李嘉浩, 张超锋, 庞列辉, 孙守乐, 王双利

  表面技术. 2026, 55(13): 265-272. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.023

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  目的 针对现有定截面沟槽与凹坑结构整体减阻有限的问题,探明定截面与非定截面对流场调控以及减阻性能的差异,以剑鱼皮肤微结构为仿生对象,研究定截面到非定截面结构演化及其对应的减阻效应。方法 运用水洞实验和采用雷诺平均N-S方程结合RNG k-ε湍流模型数值模拟的对比方法,对仿生坑槽组合结构在不同来流速度下的减阻性能进行对比分析。结果 研究发现非定截面的等宽坑槽与收缩坑槽不具有减阻效果,而非定截面斜坡坑槽凭借“类滚珠效应”在低速下具有减阻效果,且在0.5 m/s时减阻峰值高达7.5%,高于定截面沟槽的减阻峰值5.5%。本研究提出了非定截面水下微结构减阻表面设计思路。结论 证实了非定截面在特定结构和尺寸下具有一定的减阻优势,“类滚珠效应”为表面减阻提供了新的方向,为水下潜航器的减阻优化设计提供一定的借鉴。
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  基于晶体塑性理论的车轮滚动接触疲劳裂纹萌生行为研究

  梁栋, 林东敏, 黄孝卿, 王文健, 丁昊昊, 张沭玥, 刘启跃

  表面技术. 2026, 55(13): 273-286. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.024

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  目的 车轮滚动接触疲劳裂纹萌生的有限元模拟多采用各向同性模型,未考虑晶粒尺寸和取向的影响。然而,车轮材料的疲劳行为与其晶粒尺寸、取向等微观特征密切相关。方法 鉴于此,基于晶体塑性理论,建立了考虑晶粒取向和晶粒尺寸的有限元模型,结合Jiang-Sehitoglu多轴疲劳准则和内聚力模型,模拟车轮材料晶界上的滚动接触疲劳损伤行为,分析了轴重、摩擦系数和随机晶粒取向对车轮疲劳损伤分布、疲劳参数P_F和裂纹萌生寿命的影响规律。结果 疲劳损伤首先在接触表面累积,呈现明显的不均匀性,且主要集中在表层0.2 mm深度内;随着循环次数增加,损伤沿深度方向发展,最终在接触表面晶界处萌生微裂纹。随着摩擦系数增大,P_F最大值增加101.1%,裂纹萌生寿命降低85.2%;随着轴重增大,P_F最大值增加34.9%,裂纹萌生寿命降低51.2%;不同随机晶粒取向对应的P_F最大值最大差幅为9.5%,裂纹萌生寿命最大差幅为13.0%,整体差异较小,但微裂纹萌生具体位置存在明显不同。结论 随着轴重和摩擦系数的增大,车轮材料晶界上的P_F均不断增大,疲劳损伤加剧,裂纹萌生寿命显著降低;晶粒取向对P_F和裂纹萌生寿命的整体影响较小,但会显著改变P_F的分布和集中位置,从而影响疲劳损伤演化位置并使微裂纹萌生位置发生变化;与晶粒取向因素相比,摩擦系数和轴重对裂纹萌生寿命的影响较大。
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  重载铁路道岔区动力学特性与滚动接触疲劳损伤研究

  刘洋, 王泓豪, 林强, 丁昊昊, 王梁, 张群莉, 姚建华, 王文健

  表面技术. 2026, 55(13): 287-299. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.13.025

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  目的 研究重载铁路道岔区侧向通过时的极端动力学特性,精准定位易发生滚动接触疲劳（RCF）的区域,并量化心轨垂直磨耗对疲劳损伤演化的影响。方法 结合线性变截面拟合技术与Kik-Piotrowski多点接触算法,建立了高精度的重载车辆-道岔多体动力学模型。通过基准工况与极限工况（30 t轴重、50 km/h）下的多参数对比,严格验证了模型的通用性与可靠性。选取60 kg/m钢轨12号单开道岔,系统分析了不同速度、轴重对轮轨作用力的响应规律,基于材料安定图与表面疲劳指数定性评估了道岔滚动接触疲劳易发生区域,并引入3~6 mm的渐进式心轨垂直磨耗以探究其损伤加速效应。结果 重载货车侧逆向过岔时,垂向力随速度和轴重的增加而显著增大;横向力在尖轨上随参数增加而增大,但在心轨上受复杂接触游移影响而在20 kN左右低幅波动。RCF高危区域精确定位于距尖轨尖端1.24 m处及理论心轨尖端后方262 mm处。受非对称轮载转移与接触斑形态非线性重构的影响,心轨疲劳指数峰值并未随速度和轴重呈现单调变化趋势。此外,心轨垂磨深度的增加迫使疲劳指数最大值所在位置后移,且损伤程度显著高于无磨耗状态。结论 重载侧向过岔时,RCF极易在心轨变截面区萌生。心轨塑性压溃导致的垂直磨耗是加速疲劳失效的关键驱动因素,深度磨耗会显著提升严重疲劳损伤的风险。在实际重载运营中,除了控制轴重与限速等机械边界外,还需警惕热-机及环境介质等多因素耦合对疲劳演化的成倍放大效应,及时对心轨进行视情打磨与维护。