2026年, 第55卷, 第15期　
刊出日期：2026-08-10

  

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精密与超精密加工
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  WEDM多次走刀对DZ125表层损伤及摩擦学性能的影响机制

  倪敬, 周博立, 张浩翰, 蒙臻, 刘国振

  表面技术. 2026, 55(15): 1-15. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.001

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  目的 DZ125定向凝固高温合金作为航空发动机高压叶片的核心材料,其表面性能直接影响发动机的服役寿命。因此,针对DZ125加工表面损伤与摩擦学性能关联机制不明的问题,研究电火花线切割（WEDM）多次走刀加工表面及亚表面损伤的演变规律,进而揭示表层损伤与摩擦学性能之间的内在关联机制。方法 以DZ125为研究对象,利用WEDM的多次走刀去除工艺制备一次走刀到五次走刀5组对比样件。通过往复式摩擦磨损试验,分析不同样件的抗摩擦磨损性能。并结合3D光学轮廓仪、SEM、EDS、XRD等,系统地表征不同走刀次数下的表面特征。结果 随着走刀次数从一次增加到五次,表面算术平均高度S_a从4.46 μm降至1.26 μm,表面偏斜度S_sk在三次走刀时由正转负。表明表面质量逐渐优化但存在边际效益递减规律。热影响区厚度变化趋势与残余应力并未随走刀次数线性减小。从一次走刀的38.27 μm降至三次走刀的最低点7.5 μm,随后反升至五次走刀的12.92 μm,残余应力同样在三次走刀时达到最小值33.1 MPa,这主要归因于热损伤的“去除效应”与“累积效应”之间的竞争与平衡。摩擦试验结果显示,三次走刀样件因具备优化的表面形貌与最小的亚表面损伤,表现出最优的减摩抗磨性能。五次走刀样件虽然表面最光洁,但因表面硬度下降及热损伤累积,耐磨性反而下降。结论 多次走刀能够有效改善表面完整性,但过度加工会加剧内部热损伤,进而降低其服役性能。因此,三次走刀是平衡加工效率、加工质量和工件性能的最佳加工策略。
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  竖直振动抛磨工艺参数对TC4试件表面完整性的影响

  程田, 程思源, 王嘉明, 李文辉, 刘嘉俊, 李秀红

  表面技术. 2026, 55(15): 16-28. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.002

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  目的 探究竖直振动抛磨工艺参数对TC4试件表面完整性的影响规律。方法 采用单因素试验分析振幅、频率、埋入深度、安装角度、颗粒介质直径及加工时间对TC4试件表面残余应力、表面粗糙度及应力集中系数的影响,结合离散元仿真分析作用机制,优选工艺参数。结果 加工时间90 min内各指标变化显著,之后趋缓并进入稳定阶段;颗粒介质直径的影响最大,随颗粒介质直径增大,试件表面残余压应力、粗糙度下降率、应力集中系数下降量均呈先升后降趋势;增大安装角度,残余压应力减小,但粗糙度下降率、应力集中系数下降量增大;增大振幅、频率,残余应力、粗糙度、应力集中系数均显著提升,但超过一定程度后改善幅度减小,甚至出现回落;增大埋入深度,残余压应力小幅增加,粗糙度与应力集中系数变化微小。结论 优选工艺参数为：振幅3.5 mm,频率40 Hz,埋入深度40 mm,安装角度45°,颗粒介质直径4 mm。在该参数下,试件表面残余压应力由-82.75 MPa提升至-438.73 MPa,Ra值自0.837 μm降至0.189 μm,应力集中系数从1.036降至1.005。
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  基于WO₃/Fe³⁺的可见光催化SiC化学机械抛光工艺研究

  陈芝向, 张志旭, 冯铭, 方正, 蒋民, 李敏

  表面技术. 2026, 55(15): 29-39. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.003

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  目的 探究一种新型的可见光催化SiC化学机械抛光方法,实现单晶SiC在可见光照射下的高效、超精密加工。方法 通过甲基橙褪色实验,电化学实验,浸泡腐蚀实验以及抛光实验,分析不同反应体系（Fe³⁺/H₂O₂、Vis/TiO₂/H₂O₂、Vis/WO₃/H₂O₂、Vis/TiO₂/Fe³⁺/H₂O₂、Vis/WO₃/Fe³⁺/H₂O₂）抛光液的氧化性以及对SiC抛光效果的影响,揭示基于WO₃/Fe³⁺的可见光催化SiC化学机械抛光机理。在最佳反应体系条件（Vis/WO₃/Fe³⁺/H₂O₂）下,引入金刚石/SiO₂混合磨料,通过有无光源的抛光对比实验,初步验证金刚石/SiO₂混合磨料可见光催化SiC抛光的可行性。结果 在5种不同反应体系溶液中,Vis/WO₃/Fe³⁺/H₂O₂反应体系溶液的甲基橙褪色时间最短、电化学腐蚀电位最大,浸泡腐蚀后SiC表面氧元素含量（原子数分数）最高（9.48%）,溶液氧化性最强,在该反应体系下使用SiO₂磨料抛光SiC的材料去除率为279.83 nm/h,表面粗糙度S_a为55.73 nm,抛光效果最好。相较于无光源的金刚石/SiO₂混合磨料SiC抛光,有光源的SiC抛光效果更好,材料去除率进一步提高,抛光0.5 h后,表面粗糙度S_a由120 nm显著降低至0.861 nm。结论 在可见光的照射下,Fe³⁺有利于WO₃光催化效率的提高,形成了可见光催化反应与芬顿反应的协同作用,显著提升了抛光液对SiC的氧化能力和抛光效果,同时,初步验证了金刚石/SiO₂混合磨料在可见光催化体系下抛光SiC的可行性,获得了材料去除率高和表面质量较好的SiC晶片。
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  磁动压抛光盘三段式弧形流道结构优化研究

  汪召佩, 冯铭, 陈芝向, 方正, 蒋民, 李敏

  表面技术. 2026, 55(15): 40-52. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.004

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  目的 提出一种弧形流道优化的磁动压抛光方法。方法 基于动压润滑理论,设计了一种集成三段式弧形流道的抛光盘结构。采用Python编程进行拉丁超立方采样（LHS）,结合Scikit-learn机器学习库构建流道几何参数（X₁, X₂, X₃）与最大动压力P_max多项式回归预测模型,并基于SLSQP算法求解约束优化问题;利用ANSYS Fluent软件建立三维稳态流场模型,进一步分析了转速比、工作间隙及磨粒浓度对工件表面动压分布特性及承载力F_c的影响规律。结果 通过Python回归预测与SLSQP算法寻优,获得了优化区域最优流道结构参数的组合。与传统梯形流道相比,优化后的弧形流道使工件表面平均动压提升了35%左右。工艺参数仿真结果显示：当抛光盘与工件转速比$|i|$=10时,动压不均匀系数M_p达到最小值56.93%,分布均匀性最佳;当工作间隙为100 μm时,抛光区承载力F_c达到峰值1.3 N;动压与承载力随磨粒浓度的增加而显著提高。结论 本研究提出的基于Fluent仿真与Python优化算法相结合的流道结构优化方法是有效可行的。优化后的弧形流道结构及工艺参数能够显著提升抛光区的动压效应、承载能力及动压均匀性,为实现铌酸锂晶片的高质量、低损伤加工提供了思路。
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  转速比参数对非球面玻璃镜片抛光精度的影响

  王卓桢, 王晗, 谢宇, 张嘉荣, 马帅杰, 姚洪辉, 邝家琪, 吴泽杰

  表面技术. 2026, 55(15): 53-64. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.005

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  目的 提高非球面玻璃镜片的抛光面型精度。方法 针对非球面玻璃镜片抛光加工中存在面型补偿精度差的问题。采用聚氨酯作为磨头的抛光方式,通过分析抛光工具与工件的接触状态和速度关系,考虑了不同位置抛光路径积分弧长的差异,构建去除函数模型;探究抛光工具与工件的转速比对去除函数廓形高斯分布特性程度及各点等驻留时间下整体去除量均匀性的影响;分析不同转速比的面型补偿驻留时间及补偿精度,最后采用最优转速比对非球面玻璃镜片进行抛光实验。结果 证明了转速比为1时去除函数廓形高斯特性、整体去除量均匀性最佳,均匀系数为0.068。对非球面玻璃进行面型补偿抛光仿真与实验。结果表明最优转速比条件下的驻留时间最平稳,且仿真的补偿面型精度最高。通过抛光面型补偿实验将非球面玻璃镜片γ_PV从6.275 3 μm降低至0.220 3 μm,γ_RMS从1.949 5 μm降低至0.036 4 μm。结论 以转速比1作为参数可以提升去除廓形高斯分布特性程度及整体去除量均匀性。与其他转速比相比,转速比为1的面型补偿驻留时间更平缓,加工面型精度更高。证明了最优转速比对非球面玻璃镜片面型精度提升与驻留时间平稳控制的有效性。
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  工艺参数对纵扭超声ELID磨削GCr15钢表面粗糙度的影响

  张弘引, 焦锋, 介亚鹏, 李成龙, 崔福锴, 牛赢, 童景琳

  表面技术. 2026, 55(15): 65-77. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.006

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  目的 探究工艺参数对纵扭超声ELID磨削GCr15钢表面粗糙度的影响,提高轴承套圈滚道磨削加工质量。方法 采用纵扭超声振动与ELID磨削相结合的方法,在理论分析纵扭超声ELID复合磨削对工件表面粗糙度影响的基础上,进行纵扭超声ELID复合切入式成形磨削GCr15轴承套圈滚道的试验研究。通过不同修整方式的砂轮磨削试验对比,探究施加超声振动对砂轮在线修整效果和工件磨削表面质量的影响。通过正交试验和单因素试验,从表面形貌的角度探究磨削工艺参数对工件表面粗糙度的影响。结果 不同修整方式的砂轮磨削试验结果表明,施加纵扭超声振动对砂轮在线电解修整效果和磨削表面质量均有提升作用。正交试验结果表明,加工参数在轴承套圈滚道纵扭超声ELID复合磨削中对工件表面粗糙度的影响主次为：径向进给速度>砂轮转速>占空比>工件转速>电解电压。单因素试验结果表明,与ELID磨削相比,纵扭超声ELID复合磨削可显著降低工件表面粗糙度,且工件表面粗糙度随超声振幅的增加而减小,随着磨粒粒度的增大而增大,随着砂轮转速、径向进给速度和占空比的增大而先减小后增大。在纵向超声振幅为2.4 μm、ELID电解电压为60 V、径向进给速度为2 μm/min、砂轮转速为6 000 r/min以及占空比为50%时,采用W10粒度的砂轮磨削后的工件表面粗糙度最低为0.081 μm,实现了工件表面的镜面磨削。结论 采用纵扭超声ELID复合磨削技术加工GCr15钢轴承滚道能够在提高砂轮在线电解修整效果的同时获得表面粗糙度更低的加工表面,实现镜面磨削效果,为实际工程应用及生产实践提供参考。
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  PCD干式铰削孔壁发黑机理及织构-MQL-磨粒协同抑制方法

  叶玮豪, 施晨淳, 于爱兵, 曲振宝, 金淼杰, 黄子康

  表面技术. 2026, 55(15): 78-96. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.007

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  目的 探明聚晶金刚石（PCD）铰刀在对铝合金进行铰削过程中,易导致孔壁表面产生周期性分布的黑色条纹的机理,并寻求抑制方法。方法 通过孔壁宏/微观形貌检测、元素分析、物相分析、振动信号采集及有限元仿真等手段分析发黑机理。尝试在铰刀刃带表面设计并制备功能织构开展试验研究,首先通过预试验,初步筛选出300 μm间距的凹坑织构为较优选择,继而将其应用于PCD铰刀开展铝合金干式铰削试验。最终提出并验证“复合织构刀具+微量润滑+游离磨粒光洁”的准干式铰削方案,通过在PCD铰刀前刀面加工出沟槽织构,以实现金刚石磨粒混合润滑介质的输运,同时在刃带表面开设具有储油与容屑功能的凹坑织构,并借助金刚石微粉研磨孔壁表面。结果 分析表明,孔壁表面周期性分布的发黑条纹为含有空位缺陷的非晶态氧化铝覆盖层,其形成是因为铰削振动引发的刃带对孔壁的间歇性挤压摩擦,致使局部温升,进而促使氧化膜周期性集聚并成形。试验显示,PCD铰刀仅采用凹坑织构虽可减轻发黑,但在振动影响下,织构边缘会对孔壁表面产生微切削作用,反而导致孔壁表面粗糙度上升与形状精度下降。采用准干式铰削方案后,消除了发黑现象,孔壁表面粗糙度降低约51.0%,圆度与圆柱度误差分别下降约29.9%与30.5%。结论 “复合织构刀具+微量润滑+游离磨粒光洁”的准干式铰削方案能有效抑制PCD铰刀加工铝合金时的孔壁发黑现象,改善表面质量与形状精度,呈现出更好的加工质量与工艺稳定性。
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  亚毫米级硅微球双偏心式超精密研磨工艺研究

  郑贤汶, 余家欣, 欧李苇, 杨鹏, 张严, 何涛

  表面技术. 2026, 55(15): 97-108. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.008

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  目的 针对亚毫米级硅微球在加工过程中圆度收敛慢、表面质量控制难的问题,需开展V槽与平盘组合的双偏心式研磨方法和关键加工参数对研磨效果影响规律的研究。实现硅微球高效超精密研磨加工。方法 首先,建立硅微球双偏心式研磨运动学模型,通过MATLAB仿真分析不同加工方式及偏心距对研磨轨迹均匀性的影响。其次,以直径0.9 mm硅微球为研究对象,通过单因素实验探究磨料浓度、研磨压力、磨料粒径及上下盘转速对圆度、表面粗糙度及材料去除率的影响规律。最后,基于实验规律,制定“粗研-半精研-精研”的分阶段研磨工艺并进行实验验证。结果 仿真分析表明,双偏心结构比同心和单偏心结构具有更好的轨迹包络均匀性,且在上下盘偏心距1 mm、V槽偏心距2 mm时最佳;实验结果表明,圆度与表面粗糙度随磨料浓度、研磨压力及上下盘转速的增加均呈现先减小后增大的趋势;增大磨料粒径有利于圆度快速收敛,但会导致表面粗糙度升高;材料去除率随研磨压力、上下盘转速及磨料粒径的增大而显著提升,但在高磨料浓度下趋于饱和;经分阶段工艺加工后,硅微球平均圆度由1.849 μm收敛至0.432 μm,表面粗糙度由23.651 nm降低至6.632 nm。结论 双偏心研磨方式可针对亚毫米级硅微球加工轨迹获得均匀全包络覆盖,分阶段研磨工艺可以在快速收敛圆度的同时保证表面质量。此研究成果可为亚毫米级硅微球的超精密研磨加工提供可行技术方案。
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  激光协同微量润滑磨削20CrMnTi表面高性能制造机理

  李阳, 孙聪, 宋成杰

  表面技术. 2026, 55(15): 109-122. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.009

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  目的 齿轮、传动轴等核心传动零部件服役的可靠性高度依赖20CrMnTi钢表面的高耐磨性与强韧性匹配,为兼顾生产效率、制造成本与能源消耗的平衡,解决阻碍高性能机械零部件绿色高效制造的关键瓶颈。方法 本研究提出激光协同微量润滑磨削技术,充分利用激光加热与微量润滑的协同作用,实现20CrMnTi钢表面加工与强化的一体化。该工艺在20CrMnTi钢表面成功制备出厚度达900 μm的均匀变质层,利用激光加热诱导表层完全奥氏体化后,再结合微量润滑对冷却速度的精准调控与磨削回火的并行作用,在20CrMnTi表面制备出了均匀的回火马氏体。结果 强化后表面显微硬度可达640HV左右,微量润滑磨削表层的失效形式以单一磨粒磨损为主,无明显黏着磨损与脆性剥落特征,磨损量较未处理表面大幅降低,并且体现出优异的耐磨稳定性与强韧匹配性。结论 本研究采用的激光协同微量润滑磨削技术兼具高效、节能、可控的技术优势,系统阐述了激光加热的奥氏体化机制与微量润滑调控下的马氏体组织优化机理,为20CrMnTi钢高性能表面的绿色制造提供了可行的技术方案,同时为微量润滑辅助磨削一体化强化技术的理论发展与工程应用奠定基础。
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  氧化石墨烯水基纳米流体静电雾化切削铝合金的加工性能及优化

  苏宇, 武铭豪, 仇硕硕, 刘盼, 褚泽鹏

  表面技术. 2026, 55(15): 123-137. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.010

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  目的 水基纳米流体静电雾化借助高压静电场将荷电雾滴定向输送至加工区,可有效提高流体利用率,改善加工性能。然而目前尚未对水基纳米流体静电雾化切削性能进行研究,缺乏对其与荷电、润湿性能关联的认识,亟待开展相关工作。方法 测试了氧化石墨烯水基纳米流体静电雾化的模式、荷电及润湿性能,采用单因素与正交试验方法进行铝合金切削试验,研究了电压、氧化石墨烯含量及流量对切削力和切削区表面温度的影响,并利用信噪比和灰色关联度分析方法优化了氧化石墨烯含量、流量和切削速度,以有效减力降温。结果 与去离子水静电雾化相比,氧化石墨烯水基纳米流体静电雾化的切削力与切削区表面温度分别减小1.59%~6.71%和0.54%~13.87%。荷电与润湿性能、雾化分散性及氧化石墨烯水基纳米流体的流动性和分散性共同影响切削力和切削区表面温度随电压和氧化石墨烯含量的变化趋势。就降低减力降温的综合效果而言,最优的氧化石墨烯含量（体积分数）、流量及切削速度分别为0.3%、5 mL/h和353 m/min。最优参数下的刀具磨损和加工表面粗糙度较去离子水和LB2000植物性润滑油静电雾化分别降低27.8%~30.8%和7.7%~31.5%。结论 添加的氧化石墨烯不仅改善静电雾化效果和润湿性能,而且在切削表面可沉积形成润滑层,从而改善铝合金切削的加工性能。
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  微织构刀具切削TC4钛合金性能仿真研究

  杨振朝, 张书豪, 刘耀阳, 武文静, 王权岱

  表面技术. 2026, 55(15): 138-149. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.011

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  目的 针对TC4钛合金切削过程中刀具易发生黏附磨损、切削温度高和切屑不易断裂等问题,研究不同刀具表面微织构形貌对切削性能的影响规律。方法 设计平行槽、垂直槽、网格沟槽三种普通类型及盾鳞、六边形、月牙形、菱形四种仿生类型的刀具表面微织构。在上述微织构方案基础上,采用ABAQUS建立TC4三维正交切削有限元仿真模型,从切削力、切削温度和切屑形态三个方面系统评估各类微织构的作用效果。结果 与无织构刀具相比,微织构刀具能有效降低切削力,增强刀具散热能力,从而降低切削区域温度;同时,微织构使切屑形态由带状转变为更易断裂的C型,显著减少切屑在刀具表面的黏结。其中,盾鳞微织构在改善切削性能方面表现最为显著。结论 刀具表面微织构可有效提升钛合金切削性能,通过降低切削力与切削温度、改善切屑形态,缓解刀具黏附和磨损,进而延长刀具寿命。在所述微织构中,盾鳞微织构具有较优的综合效果。
表界面强化技术
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  GH4169高温合金抗疲劳制造表面纳米晶热稳定性的研究进展

  郭亦枫, 申志彬, 宋润华, 周晴雯

  表面技术. 2026, 55(15): 150-168. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.012

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  镍基高温合金因其优异的力学性能被广泛用于航空航天、燃气轮机等领域,但高温构件长期服役在高温高压、复杂载荷环境下,存在热疲劳失效问题。表面纳米化可有效细化表层晶粒以提高疲劳性能,然而纳米晶在高温下易发生粗化,使抗疲劳效果被显著削弱。本文聚焦于GH4169高温合金抗疲劳制造中表面纳米晶的热稳定性问题,系统综述了以下三方面的研究进展：首先,针对高温合金的疲劳性能,从加载条件、环境因素以及加工工艺等宏观层面分析了高温材料普遍存在的疲劳失效行为与共性规律,然后深入探讨了微观组织特征（如析出相种类、分布和晶粒尺寸）对疲劳裂纹萌生与扩展的影响机制;随后,概述了不同表面纳米化技术（喷丸强化、激光冲击强化和超声表面滚压）提升材料疲劳性能的研究进展,进一步阐述了纳米结构在高温下的再结晶演化规律及其对热稳定性的影响机理;最后,先阐明纳米结构热稳定性随晶粒尺寸变化的演变规律。在此基础上,深入剖析了塑性变形机制的尺寸效应,进而以GH4169高温合金为例,揭示了变形机制对热稳定性的调控机理与内在关联。基于以上内容,本文致力于建立起塑性变形机理-纳米结构特征-热稳定性之间的联系,旨在为通过工艺设计获得兼具持久细晶强化与高热稳定性的高温合金提供理论支撑。最后,分析了目前研究存在的不足和未来方向。
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  低能电磁冲击对TC11钛合金低周疲劳性能的影响及分析

  揭伟兵, 段亚轩, 王方磊, 孙倩

  表面技术. 2026, 55(15): 169-179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.013

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  目的 提升TC11钛合金关键服役部件的低周疲劳性能,并突破传统表面强化技术在作用深度与机制方面的局限,探索一种基于界面调控的新型强化路径。方法 利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、EBSD及TEM对材料显微组织进行表征,并结合Lammps分子动力学模拟分析电磁冲击过程中合金晶界演化行为。结果 经过电磁冲击处理（EST）后,EST-4试样的低周疲劳循环次数达到31 705次,相比未处理试样提升约26.7%。显微组织分析表明,与ORI试样相比,EST-4试样平均晶粒尺寸由5.4 μm增至6.8 μm,相分布基本保持不变,但α/α晶界宽度明显增加,并形成条纹状界面结构。分子动力学模拟结果表明,在特定温度与循环位移条件下,界面能显著降低,界面稳定性得到提升。创新性地提出,低能电磁冲击可诱导界面发生局部预熔并形成界面桥接结构,从而增强晶界连通性,并抑制裂纹萌生与扩展。结论 揭示了电磁强化的界面调控机制,即电磁冲击处理通过诱发界面微结构演化,进而促进界面桥接,实现界面能降低与结构稳定性提升,从而明显提高TC11钛合金的低周疲劳性能。该研究为钛合金疲劳性能提升提供了新的理论依据和技术路径。
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  钨颗粒复合喷丸对55CrSi弹簧钢表面完整性及疲劳性能的影响

  刘丰义, 吕海龙, 李寿坤, 齐鹏, 冯以盛, 赵而团

  表面技术. 2026, 55(15): 180-191. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.014

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  目的 为实现兼顾表面完整性与深层强化的喷丸效果。方法 以55CrSi弹簧钢为研究对象,在常规喷丸（SP）基础上,引入超细粒径、高比重钨颗粒作为喷丸介质,实施多道次钨颗粒喷丸（Tungsten particle shot peening, TPSP）工艺。通过表面形貌、EBSD、残余应力、显微硬度及三点弯曲疲劳试验,系统分析不同喷丸工艺对材料的强化效果。结果 与常规喷丸相比,二道次TPSP处理可显著改善试样表面完整性,表面粗糙度明显降低,稳定在约2.25 μm。随着TPSP处理道次的增加,试样表层塑性变形层厚度逐步加深,最大可达约30 μm,并在ND方向形成显著的〈001〉择优取向。同时,表层核平均取向差（KAM）明显提高,小角度晶界比例增至37.9%。经过二道次TPSP处理后,在距离样品表面70 μm处获得最大残余应力,达到约-963.7 MPa;样品次表层硬度提高至725HV,平均晶粒尺寸细化至0.49 μm,得益于优良的表面完整性与深层强化效果的协同作用,样品疲劳寿命达到5.44×10⁴次,较SP处理提高82%。结论 二道次钨颗粒复合喷丸工艺在显著改善表面完整性的同时,实现了深层强化,二者的协同效应显著提升了55CrSi弹簧钢的疲劳性能。
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  不同焊接方法对堆焊Fe-Cr-C合金组织及性能的影响

  王洪铎, 王子龙, 杨敏, 鲁渭, 常亮, 王锋, 张少龙, 陈湘莉

  表面技术. 2026, 55(15): 192-202. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.015

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  目的 针对65Mn钢在高应力、高冲击和高磨损工况下容易出现表面磨损和裂纹,导致失效频发等问题。方法 采用等离子弧焊（PAW）和熔化极活性气体保护焊（MAG焊）分别在65Mn钢基体上制备了Fe-Cr-C合金堆焊层,研究了两种堆焊方法对堆焊组织及性能的影响。结果 两种方法堆焊后,堆焊层与基体结合良好,堆焊层未见明显缺陷。基体组织由先共析铁素体（PF）和珠光体（P）组成,堆焊层由α-Fe和Fe-Cr固溶体枝晶组织以及(Fe,Cr)₇C₃枝晶间组织组成。与PAW相比较,MAG焊堆焊试样基体组织P片层间距较大,铁素体（Fe）含量较高,并且堆焊层枝晶间组织较为粗大、致密和连通性较好。PAW堆焊试样基体平均显微硬度为258.8HV,比MAG焊提高了10.3%。而PAW堆焊层平均显微硬度为753.2HV,比MAG焊降低了3.3%。PAW比MAG焊堆焊试样冲击功提高了62.4%,两种堆焊试样冲击断口中基体和堆焊层均为准解理脆性断裂特征。两种堆焊层磨损率相较于基体分别下降了64.5%和71.0%,而MAG焊比PAW堆焊层磨损率下降了18.2%。MAG焊堆焊层表面粗糙度最小,耐磨性最好,PAW次之,65Mn基体较差。65Mn基体和两种堆焊层磨损机制均为磨粒磨损。结论 PAW堆焊试样适用于承受较高冲击载荷的耐磨部件,而MAG焊堆焊试样适合于高磨损环境下的表面强化部件。
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  碳纤维表面处理及其Fe-Ni合金电沉积工艺研究

  卞建军, 张朝阳, 晁栓, 杨帅, 田王若愚, 晏恒峰

  表面技术. 2026, 55(15): 203-213. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.016

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  目的 提升碳纤维金属基复合材料的界面结合性能,探索碳纤维Fe-Ni合金基复合材料制备新工艺路径。方法 采用热处理与浓硝酸对碳纤维表面进行预处理,再使用不同电流密度在碳纤维表面沉积Fe-Ni合金。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）和能量色散光谱仪（EDS）分别表征碳纤维表面形貌、表面官能团及元素含量与分布。采用单电流密度工艺和双电流密度工艺制备了碳纤维增强Fe-Ni合金复合材料,使用万能拉伸试验机测试不同工艺下碳纤维与镀层的界面结合力。结果 先使用热处理再使用浓硝酸预处理后,碳纤维表面含氧量达21.78%,此时表面官能团数量最多,其中羟基占比28.82%、羧基占比8.61%,优于其他两种预处理方案;在最优预处理基础上采用不同的单电流密度工艺沉积2 400 s,测试纤维与金属间界面剪切强度,峰值为4.71 MPa,此时单电流密度为8 A/dm²;采用双电流密度后界面剪切强度提升至5.17 MPa,提高了9.8%,且镀层表面形成连接紧密的整体化表面。结论 本研究通过预处理和双电流密度工艺,实现了在碳纤维表面进行Fe-Ni合金的可控沉积,为直接使用电沉积获得碳纤维金属基复合材料成为可能。
装备表面工程
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  海洋环境下38CrMoAl高强钢摩擦磨损性能演变行为研究

  张勇, 管宇, 樊伟杰, 王安东, 孙强, 肖瀚瑶, 郭京, 杨文飞

  表面技术. 2026, 55(15): 214-223. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.017

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  目的 本工作旨在研究38CrMoAl高强钢在模拟海洋环境下的摩擦磨损性能演变规律及其磨损机理。方法 利用盐雾腐蚀设备结合摩擦磨损试验机对38CrMoAl高强钢分别进行不同周期（0、48、96、192、288、480 h）预腐蚀和不同腐蚀周期下摩擦系数与磨损率的变化,采用光学显微镜、X-射线衍射仪、扫描电子显微镜（SEM）等分析手段,探析了38CrMoAl高强钢腐蚀前后的宏微观形貌和物相变化,以及摩擦磨损实验后磨痕形貌和元素分布变化,揭示了腐蚀产物层对摩擦学行为的影响机制。结果 腐蚀产物主要由Fe₃O₄、α-FeOOH两种物质组成,厚度随着腐蚀周期的延长而增加。经历腐蚀后的38CrMoAl高强钢,在高载荷下与Al₂O₃陶瓷球对磨时,其表面因腐蚀产物覆盖而导致摩擦系数从腐蚀前的0.76下降至0.48~0.56的范围内,磨痕深度从初始的5.09 μm（0 h）增加到91.81 μm（480 h）,0 h试样磨损率为0.035 6×10^‒12 m³/(N·m),经过不同周期腐蚀后磨损率分别为1.58×10^‒12、0.54×10^‒12、0.73×10^‒12、3.31×10^‒12、3.33×10^‒12 m³/(N·m),呈U型分布。结论 结合摩擦磨损后试样磨痕SEM图结果,未腐蚀（0 h）试样的磨损机制为磨粒磨损,经过不同腐蚀周期后试样的磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损为主。
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  CLF-1钢预氧化层的制备及其氢同位素渗透行为

  刘荣, 王龙, 洪志浩, 孟凡韬, 冯勇进

  表面技术. 2026, 55(15): 224-235. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.018

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  目的 探究CLF-1钢在不同氧化条件下预处理后,其预氧化层结构与氢同位素渗透行为的关联及作用机制,并以此抑制氢同位素在CLF-1钢中的渗透。方法 通过调控氧化气氛、温度和时间,对CLF-1钢进行预氧化处理,采用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）表征预氧化层物相组成、微观结构与元素分布,采用高温气相驱动渗透平台开展氘渗透试验,分析氢同位素的渗透行为。结果 在富氧条件下,氧化温度为400~700 ℃时,表面主要生成Cr₂O₃层;700 ℃保温2 h样品的PRF最高为5,渗透激活能升至42.55 kJ/mol;氧化温度为800 ℃时,表面为Fe氧化物层,并出现大量开裂与剥落。在微量氧条件下,表面为Fe₃O₄/FeCr₂O₄复合氧化层,呈外层富Fe、内层富Cr结构,800 ℃保温24 h样品的PRF最高为11,指前因子骤降,渗透激活能降至17.75 kJ/mol。结论 富氧、中低温（400~700 ℃）条件下形成的Cr₂O₃层通过增加扩散能垒抑制氢同位素的扩散,微量氧条件下生成的Fe₃O₄/FeCr₂O₄复合氧化层,能够通过氧化层和其内部少数微观缺陷的综合作用表现出对氘渗透的抑制,其中800 ℃保温24 h条件下生成的氧化层对氘渗透的抑制效果最优。
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  粉体材料声共振过程强化原子层沉积表面改性技术研究

  马丁一, 惠龙飞, 胡逸云, 张王乐, 秦利军, 房佳斌, 李丹, 李建国, 冯昊

  表面技术. 2026, 55(15): 236-247. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.019

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  目的 针对超黏粉体在原子层沉积（Atomic Layer Deposition,ALD）表面改性过程中存在的团聚严重、解聚困难、气-固传质阻力大及反应不完全等问题,开发声共振过程强化ALD技术,以克服传统ALD工艺在超黏粉体表面改性存在的局限,实现超黏粉体材料表面高质量、高均匀性薄膜的ALD可控制备。方法 开发一种基于声共振混合装置的声共振过程强化ALD反应器,匹配共振频率实现宏观流体混合与声场微观分散的协同作用。利用该反应器在纳米氧化硅（SiO₂）粉体表面沉积了氧化铝（Al₂O₃）薄膜,并在高黏性硼（B）粉表面制备金属钼（Mo）改性层。采用X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、电子显微镜等技术分析粉末表面改性层元素组成及形貌特征。结果 在SiO₂粉体表面成功制备了纳米级Al₂O₃包覆层,160循环样品包覆层平均厚度约4.1 nm;在高黏性硼粉表面制备了纳米级Mo包覆层,3循环样品包覆层平均厚度约7 nm,不同粉体材料表面所得各类ALD 包覆层结构完整,厚度分布均匀,且包覆层厚度可纳米级精确调控。结论 本研究首次将声共振过程强化引入ALD反应过程,成功在高团聚粉体材料表面实现了纳米级包覆层的均匀可控制备。证实了声共振过程强化ALD技术能够有效解聚高团聚性粉体、显著提升气相沉积过程中的气-固传质效率,为ALD技术在高表面能、易团聚粉体材料上的高效、精准表面修饰提供了创新性方法与路径。
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  MoS₂/PFPE固液复合润滑体系摩擦磨损性能研究

  苍悦天, 邢振华, 郝宏, 王钰钏, 张凯锋, 周晖

  表面技术. 2026, 55(15): 248-255. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.020

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  目的 研究MoS₂/PFPE固液复合润滑体系的摩擦学性能,并通过表征手段分析其磨损与润滑机理,以期获得具有优异摩擦磨损性能的固液复合润滑方式。方法 通过球盘摩擦试验对MoS₂/PFPE固液复合润滑体系的摩擦系数进行测试,并与MoS₂固体润滑、PFPE油润滑和使用MoS₂粉末添加剂改性的PFPE油润滑3种常用润滑体系进行对比。摩擦试验后,通过表面轮廓仪对摩擦副中钢球磨斑的表面进行研究,以分析磨损情况。通过SEM、EDS和拉曼光谱研究摩擦副中试环磨痕表面的微观形貌、元素成分以及分子结构,以分析MoS₂/PFPE固液复合润滑体系磨损与润滑的机理。结果 球盘摩擦试验结果显示,相比于MoS₂固体润滑,MoS₂/PFPE固液复合润滑、PFPE油润滑和使用MoS₂粉末添加剂改性的PFPE油润滑的摩擦系数虽然均有所增加,但寿命得到大幅延长,其中MoS₂/PFPE固液复合润滑体系的初始摩擦系数较好。摩擦副中钢球表面磨损情况表明,MoS₂/PFPE固液复合润滑体系的耐磨性优于另外2种油润滑。SEM、EDS及拉曼光谱分析结果显示,MoS₂/PFPE固液复合润滑体系的磨损机理为磨料磨损与黏着磨损的复合机制,其润滑机理为MoS₂转移膜和PFPE润滑油共同起到润滑作用的协同润滑。结论 MoS₂/PFPE固液复合润滑体系能够大幅延长摩擦副寿命,同时具有较为优异的初始摩擦系数和耐磨性,可为高性能、长寿命的固液复合润滑体系设计提供理论支持与数据参考。
热喷涂与冷喷涂技术
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  等离子喷涂工艺对封严涂层组织结构与服役性能的影响

  冯豪, 朱绍武, 李帅, 展开, 王勇, 武志鹏, 康嘉杰, 杜令忠

  表面技术. 2026, 55(15): 256-267. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.15.021

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  目的 针对航空发动机可磨耗封严涂层对结构完整性与高温摩擦学稳定性的严苛要求,旨在解决镍包石墨涂层制备中石墨高温烧损与致密化之间的矛盾。通过优化等离子喷涂工艺参数,实现对涂层微观组织与服役性能的协同调控。方法 采用化学镀法制备核壳结构镍包石墨粉末。基于L₉(3⁴)正交试验,系统考察喷涂功率、喷枪移速、送粉量及喷涂距离对涂层沉积效率、孔隙率、硬度及石墨烧损率的影响。结合极差分析与微观表征,揭示工艺参数的作用机制,并验证最优涂层的热震及宽温域（RT~500 ℃）摩擦学性能。结果 极差分析表明,不同工艺参数对涂层性能的影响具有明显差异。其中,送粉量对沉积效率和硬度的影响最为显著,喷枪移动速度主要控制孔隙率,而喷涂功率对石墨烧损率起主导作用。基于中等热输入策略,确定的最优工艺为功率24.4 kW、移速200 mm/s、距离120 mm、送粉量3.3 g/s。在该条件下所制备涂层孔隙率为12.70%,硬度为28.75HR15Y,石墨烧损率为18.89%。该涂层经75次热震未失效,在RT~500 ℃下的摩擦系数稳定在0.26~0.35,比磨损率保持在4.95~10.79×10^-6 mm³/(N·m)的低量级,表现出较好的热震稳定性和宽温域摩擦学稳定性。结论 优化的等离子喷涂工艺通过中等热输入有效平衡了涂层致密化与石墨保留的冲突。高温下生成的NiO致密膜与残留石墨构建了“氧化物-石墨”协同润滑体系,赋予了涂层良好的结构可靠性与宽温域耐磨性,显示出在发动机中低温封严部位应用的潜力。