2026年, 第55卷, 第17期　
刊出日期：2026-09-10

  

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摩擦磨损与润滑
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  齿轮弹流润滑理论及其在变位齿轮中的应用研究综述

  李太旭, 王优强, 倪陈兵, 安恺

  表面技术. 2026, 55(17): 1-20. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.001

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  随着装备制造向高负载、高速度、高可靠性方向发展,齿轮传动系统在风电、航空航天、汽车及精密机械等领域的性能需求不断提升,传动效率、承载能力与寿命的要求使得齿轮弹流润滑研究愈发重要。综述了齿轮及变位齿轮润滑的发展脉络,回顾了从早期刚性等黏度润滑、Hertz弹流润滑假设,到现代热弹流润滑（TEHL）及时变弹流润滑（EHL）等模型的理论演进;总结了影响齿轮及变位齿轮润滑性能的主要因素,具体包括：变位系数对齿面接触应力和润滑膜厚的调控作用;热效应、时变效应以及非牛顿流体特性在复杂工况下对膜厚与压力分布的影响;载荷和转速对齿轮刚度与润滑状态的影响;齿面微观粗糙度对局部润滑膜破裂与疲劳寿命的影响,齿面修形在改善润滑状态和延缓齿面失效中的工程应用价值;此外,本文还对齿轮及变位齿轮弹流润滑基本控制方程及数值计算方法进行了梳理,包括Reynolds方程、膜厚方程、黏温黏压方程、密压密温方程、能量方程等基本控制方程;重点分析了传统直接迭代法、逆解法、Newton-Raphson法、有限元法（FEM）、多重网格法典型数值方法在齿轮EHL中的应用特点及其优缺点。最后,从复杂工况下的耦合机理、变形对润滑行为的影响、数值模拟与实验的深度融合以及微观表面形貌对极薄油膜的跨尺度影响机制等方面,对齿轮弹流润滑的发展方向进行了展望。
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  基于降温润湿的深松铲尖材料表面润滑减阻试验研究

  姜立民, 宁安睿, 冯伟志, 付大平, 刘敏, 谢航, 向美琦, 王景立, 雷文艳

  表面技术. 2026, 55(17): 21-33. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.002

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  目的 分析不同深松铲尖材料降温的表面润湿行为差异,并探究其润滑减阻效应,解决深松减阻技术难度大、成本高等问题。方法 以常用深松铲尖材料（45钢、65Mn 钢、球墨铸铁）为试样,使用SEM电镜等测定材料本体特征。应用可视化低温试验平台和恒温恒湿环境控制系统,在还原作物苗期深松农时土壤物理环境条件下,观测深松铲尖材料表面降温润湿（表面温度为5、0 ℃）与冻结（表面温度为-5、-10、-15 ℃）过程。利用材料表面性能综合测试仪,测试不同表面温度条件（18、5、0、-5、-10 ℃）对材料表面摩擦系数的影响规律,优选适宜材料并明确最佳温度条件。结合部件研制与田间试验,验证减阻性能,探究降温润湿对润滑减阻的影响机制。结果 0 ℃时,45钢材料表面冷凝液滴直径最大且生长速率最快,220 s时覆盖率为48.24%,较65Mn 钢和球墨铸铁高9.72%、2.94%;-5 ℃时,45钢和65Mn 钢表面完全冻结所需时间较球墨铸铁分别缩短42.86%和21.74%。材料表面温度降低均可减少摩擦系数,0 ℃时降幅最大,与18 ℃表面相比,45钢、65Mn钢和球墨铸铁摩擦系数分别降低78.87%、65.69%、65.07%,研制部件田间试验平均减阻率达30.02%。试验研究得出,选用45钢材质深松铲尖,表面降温至0 ℃,可实现降温润湿的深松耕作润滑减阻。结论 基于降温润湿的深松耕作润滑减阻策略,通过深松铲尖结构改进和降温系统配置,可实现低成本、高效率地降低深松铲尖材料表面摩擦系数,降低耕作阻力。为轻简化的深松耕作减阻技术提供理论依据和工程参考。
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  Y对(TiCrNbAlY)C高熵碳化物薄膜摩擦学性能的影响

  许文举, 刘京周, 贾丙森, 姜心雨, 刘晓红, 吉利, 鞠鹏飞, 李红轩

  表面技术. 2026, 55(17): 34-44. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.003

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  目的 研究Y含量对（TiCrNbAlY）C高熵碳化物（HEC）薄膜微观结构、力学及摩擦学性能的影响。方法 用多弧离子镀（MAIP）技术在Inconel 718合金和硅片上沉积一系列不同Y含量的（TiCrNbAlY）C HEC薄膜。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和摩擦磨损试验机等对薄膜的微观结构、力学、摩擦学性能做系统表征。结果 发现随着薄膜中Y含量增加,起初薄膜的物相结构未发生明显变化,维持FCC结构不变。继续增加Y含量（原子数分数）至7.8%时,由于更多Y原子占据FCC结构中阳离子亚晶格位点后会使整体晶格畸变量过大,因此薄膜将无法维持FCC结构并逐渐非晶化,同时过量的Y会以金属相析出。与薄膜的结构变化相对应,起初薄膜的硬度变化不明显,但当薄膜非晶化后其硬度和压痕模量均明显降低,从3.5%（原子数分数）时的(21.06±0.47) GPa和(273.32±16.02) GPa分别持续降低至11.3%（原子数分数）时的(15.81±0.65) GPa和(224.06±17.73) GPa。对于薄膜的摩擦学性能,由于掺杂Y后在对偶球表面形成的稳定转移膜改变了原本的摩擦界面,因此即便是少量（原子数分数3.5%）Y的掺杂也会显著提升薄膜的抗摩擦磨损性能,磨损率由未掺杂Y时的3.18×10^-6 mm³/(N·m)大幅降低至7.8%时的7.23×10^-7 mm³/(N·m)。然而,由于过量的Y大幅降低了薄膜的力学性能,因此在Y含量（原子数分数）增大至11.3%时,薄膜的磨损率又增长至1.56×10^-6 mm³/(N·m)。结论 适量掺杂Y可在不损失(TiCrNbAlY)C薄膜力学性能的前提下有效提高薄膜的结合力与抗摩擦磨损性能。
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  Mo/O原子比对大气环境下含氢碳膜摩擦学行为的影响研究

  吴礼硕, 刘丽婷, 曹艳, 张锦, 刘兴光, 郑军

  表面技术. 2026, 55(17): 45-55. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.004

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  目的 为了提高DLC薄膜的摩擦学性能,并探究Mo与O的原子比（Mo/O比）对摩擦学行为影响机理。方法 采用直流脉冲磁控溅射技术,在9Cr18不锈钢表面制备Mo、O共掺杂DLC薄膜,通过调控样品与靶材相对位置实现不同Mo/O比薄膜的制备。借助AFM、SEM/EDS、拉曼光谱、TEM等表征手段,结合球盘摩擦磨损试验及第一性原理计算,系统探究Mo/O比对薄膜表面形貌、键合结构及大气环境下摩擦学性能的影响规律。结果 提高薄膜的Mo/O比可以影响薄膜在制备过程中的生长,降低其粗糙度,促进薄膜石墨化,增大薄膜中的sp²碳域。在摩擦学性能上,提高薄膜的Mo/O比可以明显缩短摩擦磨合阶段,降低薄膜在大气环境下的摩擦系数和磨损率。其中进入稳定摩擦状态所需最短时间仅2 min,平均摩擦系数可低至0.05,磨损率可低至3.4×10^‒7 mm³/(N·m)。通过分析磨球,可知提高Mo/O比可以降低摩擦过程中摩擦界面对氧气的吸附,促进sp²碳域的分散转移,进而促使转移膜的形成。第一性原理计算表明,Mo的氧化物会更多地吸附空气中的氧气,进而提高薄膜中氧元素的含量。结论 Mo/O比提升可显著优化薄膜摩擦学性能,降低磨损率;低Mo/O比样品易形成“Mo/O比越低→Mo氧化物越多→体系对氧气的吸附越强→Mo/O比越低”的恶性循环,导致性能劣化。
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  非晶包裹纳米晶核壳结构Ni-W涂层及其磨损行为研究

  朱丽霞, 罗金恒, 龙岩, 王楠, 宋成立, 武刚, 李丽锋

  表面技术. 2026, 55(17): 56-67. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.005

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  目的 揭示电流密度调控下Ni-W涂层由晶态向非晶态的结构转变,阐明非晶包裹纳米晶核壳结构的形成机制及其对涂层耐磨性的增强机理。方法 采用电沉积技术在10~30 A/dm²电流密度范围内制备Ni-W涂层。利用SEM、EDS、XRD、TEM表征涂层的微观形貌、元素组成、物相结构及微观组织;通过往复摩擦磨损试验测试涂层的摩擦系数与磨损率,结合白光干涉仪分析磨损轨迹,采用划痕测试仪评价涂层结合力;并借助分子动力学模拟揭示原子尺度的磨损行为。结果 随着电流密度由10 A/dm²增至30 A/dm²,涂层中的W质量分数由24.6%提高至44.8%,结构由晶态转变为非晶态。W质量分数为44.8%的非晶涂层中形成了Ni₄W纳米析出相（8~10 nm）被非晶所包裹的核壳结构。该非晶涂层与基体结合力达103.6 N,平均摩擦系数为0.42,较晶态涂层综合性能明显提升;其磨损轨迹浅而窄,磨损机制以磨粒磨损为主。分子动力学模拟结果显示,滑动距离为18 nm时,晶态与非晶涂层的磨损原子数分别为7 619个与6 872个,验证了非晶涂层优异的耐磨性。结论 通过调控电流密度可实现Ni-W涂层由晶态向非晶态的结构转变,并在高W含量非晶涂层中形成非晶包裹Ni₄W纳米晶的核壳结构。该结构通过表层非晶的高硬度与抗塑性变形能力、亚表面核壳结构对应力集中的协调缓解以及Ni₄W相的析出强化,协同提升强度与耐磨性。
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  钛合金双线锁紧螺纹表面涂层耐磨损特性研究

  石峪溪, 龚轩, 李靖宇, 廖日东, 李炜昊

  表面技术. 2026, 55(17): 68-76. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.006

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  目的 探究钛合金双线锁紧螺栓-螺母的摩擦磨损特性,研究石蜡等多种有机润滑剂改性MoS₂涂层对螺纹耐磨性的影响。方法 利用扭-拉试验机模拟螺栓-螺母的装配过程,通过锁紧力矩与表面状态的变化总结螺纹磨损的典型阶段。对原MoS₂涂层和有机润滑剂改性后的MoS₂涂层样件进行销盘形式的摩擦磨损实验,对比两样件在相同摩擦条件下的磨损率与摩擦系数。对比不同类型、不同浓度有机润滑剂改性后的MoS₂涂层螺栓-螺母锁紧力矩变化曲线,分析其对螺纹副耐磨性的影响。结果 钛合金双线锁紧螺栓-螺母的磨损存在MoS₂涂层的磨合阶段、MoS₂涂层的稳定磨损阶段、MoS₂涂层的剧烈磨损阶段、螺纹金属面的剧烈磨损阶段和螺纹金属面的稳定磨损阶段;使用有机润滑剂改性后的MoS₂涂层摩擦系数相比于原MoS₂涂层显著降低至0.05;改性后的MoS₂涂层显著延长了螺纹副的稳定磨损阶段;有机润滑剂种类与浓度在不同程度上影响了涂层的摩擦性能;MoS₂/石蜡复合涂层受温度的影响较大,在高温条件下协同作用失效。结论 钛合金锁紧螺栓-螺母的重复使用性能取决于螺纹副MoS₂涂层的稳定磨损阶段寿命。利用石蜡和十六醇等有机润滑剂对MoS₂涂层进行改性可以有效延长涂层的稳定磨损阶段,提高螺纹副的耐磨损性能。
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  PAI/PU共混涂层的组分调控及其空蚀性能研究

  张梓轩, 侯国梁, 万宏启, 马俊凯, 周惠娣, 陈建敏

  表面技术. 2026, 55(17): 77-88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.007

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  目的 在水电能源开发及海洋工程装备中,过流部件常因空蚀作用而面临严峻的失效风险,这已成为限制设备服役周期的核心瓶颈。聚酰胺酰亚胺（PAI）涂层强度高但脆性大,难以通过形变耗散空化冲击能;聚氨酯（PU）涂层虽柔性好、能量耗散能力强,却因模量低、内聚强度不足而易在冲击下发生剥离。然而,关于PU共混比例如何影响PAI涂层的宏微观结构演变及其对抗空蚀机制的调控作用,目前仍缺乏系统性的认知。基于此,为协同发挥二者优势,采用溶液共混工艺,设计并制备一系列不同PU质量分数（20%~80%）的PAI/PU复合涂层。方法 采用红外光谱（FTIR）、拉伸试验、纳米压痕、三维光学形貌仪等表征手段,结合超声振动加速空蚀试验,系统探究PU含量对涂层化学结构、力学性能及抗空蚀性能的影响规律与构效关系。结果 PU的引入会弱化PAI分子间氢键作用,使分子链运动能力提升。力学性能呈现“强度-弹性”平衡效果,PAI0.4（PU的质量分数为60%）实现最优平衡,其拉伸强度为42 MPa,断裂伸长率为9%,回弹率为31%,兼具承载能力与卸能潜力。PAI0.4空蚀90 min后,累计质量损失仅1.7 mg,为PAI0.8（4.1 mg）的41.5%,表现出最优抗空蚀性能。结论 PAI0.4抗空蚀优异的核心机理为其形成“PAI刚性网络-PU柔性基质”双连续相结构,PAI提供承载骨架抵抗空化载荷,PU通过链段运动耗散冲击能量,且PU软段优先降解形成“牺牲-保护”效应,避免PAI刚性骨架过度损伤。本研究为过流部件高效抗空蚀涂层的设计与应用提供了理论支撑与技术参考。
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  9310钢表面电刷镀Ni-金刚石复合涂层的磨损性能

  陈晨, 卢政伟, 陈新斌, 辛奕韬, 胡光辉, 舒畅, 胡永俊, 姜发健, 莫家明, 曹福想

  表面技术. 2026, 55(17): 89-99. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.008

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  目的 提高9310钢在高载荷下的抗磨损性能,并探明Ni-金刚石电刷镀复合涂层在高、低载荷下的摩擦磨损机理。方法 将金刚石颗粒充分震荡分散在镍镀液中,以石墨电极为阳极,9310钢基材为阴极,采用电刷镀技术制备Ni-金刚石复合涂层。采用扫描电子显微镜（SEM）及能谱分析（EDS）观察其表面与截面形貌,并对涂层及渗碳9310钢基体进行了30、100 N载荷下摩擦磨损试验,采用激光共聚焦显微镜测量其磨痕深度和体积,通过对磨痕的表面形貌及能谱分析探明其磨损机理。结果 试验结果表明,涂层沉积致密均匀、结合力良好,硬度为485HV0.2,粗糙度Ra=0.52 μm,在100 N高载荷下拥有比渗碳基体更低、更稳定的摩擦系数与更低的磨损率（0.61×10^-5 mm³/(N·m)）,这是由于涂层在高载荷摩擦磨损过程中能够形成一个由镍、金刚石、铜、氧化锆和氧化膜组成的复合协同层,最终以稳定的氧化磨损为主导机制。结论 电刷镀Ni-金刚石复合涂层能够提高9310钢在高载荷下的抗磨损性能,为承受高载荷运动部件表面强化和修复涂层研究提供了理论依据与技术支持。
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  时效热处理对紫铜表面钴-镍复合涂层组织与性能的影响

  章超, 李丹, 涂德梅, 马冯文浩, 李思贤, 王东生, 陈守东, 张玉文, 鲁雄刚

  表面技术. 2026, 55(17): 100-111. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.009

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  目的 探究紫铜表面钴-镍复合涂层的高温稳定性,验证其是否满足高炉风口的应用需求。方法 采用等离子熔覆技术在紫铜表面制备钴基(Co06)-镍基(Ni60A)复合涂层,并将涂层在500 ℃氩气下分别进行0、20、100、500 h的时效热处理,然后利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和高温摩擦磨损试验机等手段系统考察涂层微观组织和性能的演变规律。结果 热处理20 h后,钴基表层中亚稳态Cr₇C₃相部分转变为Cr₂₃C₆,同时有M₆C（富含Cr、Co、Ni、W）白色碳化物析出;γ-Co固溶体晶粒和Cr₂₃C₆相的尺寸有增大的趋势。镍基过渡层无相转变过程,但同样存在固溶体晶粒和增强相的粗化现象。表层-过渡层、过渡层-铜基体的界面扩散程度有所增加,促进了冶金结合。热处理时间超过100 h后,涂层的微观结构基本趋于稳定。由于微观组织粗化以及相转变等原因,整个涂层的平均硬度由502.5HV（0 h）下降至447.1HV（500 h）,且下降梯度逐渐变缓;耐磨性也呈现先降低后稳定的变化规律,整体降低幅度较小,热处理500 h后相比于热处理前仅降低了1.65倍,磨损机制由单一磨粒磨损转变为磨粒磨损和黏着磨损。结论 紫铜表面钴-镍复合涂层在长时间高温服役后的性能虽然有一定程度的退化,但最终能保持稳定,总体能够满足高炉风口的应用需求。
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  CH₄流量对(TiNbCrMoV)C高熵陶瓷涂层微观结构及性能的影响

  刘畅, 韦春贝, 林松盛, 石倩, 苏一凡, 唐鹏, 魏永强

  表面技术. 2026, 55(17): 112-125. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.010

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  目的 应对航空航天、汽车能源等战略领域对长寿命、高可靠性关键部件涂层的迫切需求,突破传统涂层的减摩耐磨的瓶颈。方法 基于多主元协同强韧化设计理念,采用离子源辅助直流磁控溅射技术在GH4169基体上制备(TiNbCrMoV)C高熵陶瓷涂层,系统研究CH₄流量对涂层微观结构、力学性能及摩擦磨损性能的影响。结果 在CH₄流量为0和5 cm³/min时,涂层以BCC单相金属固溶体为主,以疏松的柱状晶结构生长。随着 CH₄流量增加,涂层由柱状晶向纳米晶/非晶结构演化,涂层致密性明显提高。当CH₄流量为10、12 cm³/min时,涂层呈现非晶结构,硬度达到最大值（979HV）。进一步提高CH₄流量至 15、20 cm³/min,涂层转变为FCC结构并伴随非晶碳相析出,表面粗糙度和残余压应力显著增大,硬度明显下降。摩擦磨损结果表明,摩擦系数随着CH₄流量增加逐渐降低,磨损率呈现先降低后升高的趋势,在15 cm³/min时摩擦系数和磨损率分别为0.54、8.57×10^-7 mm³/(N·m)。但当CH₄流量增加至20 cm³/min时,过多的a-C润滑相析出,虽然使摩擦系数进一步降低,却因硬度下降及表面粗糙化导致磨损率激增至8.56×10^-6 mm³/(N·m),相比15 cm³/min时上升1个数量级。结论 通过合理调控CH₄流量可有效提高(TiNbCrMoV)C 高熵碳化物陶瓷涂层的致密度和力学性能,改善应力状态,提高润滑耐磨性能,实现涂层结构和摩擦学性能的协同优化。
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  超声滚压对G55SiMoVA轴承钢表面特性及微动磨损行为的影响

  杜甲正, 张明远, 张龙肖, 蔡梅贵, 李奔, 王守仁

  表面技术. 2026, 55(17): 126-142. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.011

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  目的 提高G55SiMoVA轴承钢的耐磨性,探究不同静载荷超声滚压处理（USRP）对G55SiMoVA钢的表面特性及微动磨损行为的影响。方法 USRP施加静载荷分别为（200、600、1 000 N）。首先,对样品的表面粗糙度、硬度、残余压应力和显微组织进行了测试。然后,在不同位移幅值（10、80 μm）条件下进行了微动摩擦磨损试验。最后,通过有限元软件建立了球-板模型,模拟了磨损开始与结束阶段的磨损过程。结果 经USRP处理的样品表面粗糙度从0.162 μm降低至0.039 μm。样品表面承受的不均匀塑性变形导致晶粒细化,表面显微硬度从509.6HV0.2增加到750.2HV0.2,表层引入的残余压应力从‒131.9 MPa增加到‒724.7 MPa。在不同滑移状态下,随着静压力的增加,微动磨损体积均减小。其中,在小滑动位移下,磨损机制均为轻微磨粒磨损和氧化磨损;大滑动位移下,未处理样品的微动损伤主要归因于疲劳磨损、黏着磨损和氧化磨损,USRP样品主要是磨粒磨损和氧化磨损。有限元仿真结果表明,所有样品接触压应力由接触中心向外逐渐衰减。磨损开始阶段接触表面压应力大,随着磨损疤痕的出现接触压应力逐渐释放。结论 通过超声滚压处理使得材料机械性能得到提高。表面粗糙度的降低、显微硬度的提高以及残余压应力的增强,三者产生协同作用,共同显著改善了材料的耐磨性。
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  锆合金包壳超声滚压强化工艺参数优化及其耐微动磨损性能研究

  王俊, 贾鹏飞, 蔡振兵, 李正阳, 范童柏, 朱健健, 冉昊

  表面技术. 2026, 55(17): 143-157. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.012

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  目的 微动磨损是导致核反应堆燃料包壳失效的最主要机制,揭示超声表面滚压（USRP）技术提高其抗微动磨损性能的内在机制、延长其服役寿命是保障核电站安全运行亟待解决的重点难题。研究国产锆合金包壳经不同工艺参数的USRP处理后表面完整性变化规律及其抗磨性能的提升机制。方法 开展常温准静态单轴拉伸试验,获取国产锆合金Johnson-Cook本构参数并建立有限元模型,确定合适的工艺参数并通过豪克能设备进行USRP处理。测试分析工艺参数对包壳残余应力、表面粗糙度、硬度等性能的影响规律,并利用切向微动磨损试验机开展试验,获取不同工艺参数对其磨损体积的影响规律,揭示USRP处理对其耐磨损性能的提升机制。结果 工艺参数对USRP处理效果影响较大,均在包壳表面引入了较大残余压应力,改性包壳最大表面硬度为447.9HV0.2,较基体（191.0HV0.2）提升130.8%,最低表面粗糙度为0.199 μm,较基体（0.438 μm）降低54.6%,最小磨损体积为0.234×10⁵ μm³,较基体（2.854×10⁵ μm³）降低了91.8%。结论 USRP主要工艺参数（R、F、A）分别对改性包壳的表面粗糙度、表面残余应力以及表面硬度与磨损体积影响程度最大,其微动磨损抗力主要受表面硬度及粗糙度的影响,其次受表面引入残余压应力的影响,三者协同可有效提高其抗微动磨损性能。
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  表面粗糙度对FGH99高温微动磨损行为及机制的影响

  何湘萍, 孔维瑜, 王子丹, 闫英, 白倩

  表面技术. 2026, 55(17): 158-165. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.013

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  目的 以FGH99粉末高温合金为研究对象,揭示磨削加工表面粗糙度对其高温微动行为的影响规律及其作用机制,为航空发动机榫槽等接触承载结构的表面完整性调控与寿命提升提供理论依据。方法 采用立方氮化硼砂轮在固定磨削参数的条件下,通过改变砂轮粒度制备具有不同表面粗糙度试样,并以抛光试样作为对照。开展750 ℃条件下微动磨损试验,系统表征摩擦系数、磨损体积、磨痕形貌及亚表面损伤特征,分析表面粗糙度对磨损行为的影响机制。结果 随着砂轮粒度从60#增加至600#,试样表面粗糙度S_a由1.10 μm降低至0.10 μm,抛光试样为0.02 μm。磨损体积与表面粗糙度呈显著非线性关系,随粗糙度降低表现出“先减小后增大”的变化趋势。其中,中等粗糙度表面（S_a=0.10 μm）磨损体积最小,表现出最优抗微动磨损性能。结论 表面粗糙度通过调控接触界面形貌与磨屑演化行为,显著影响微动磨损机制：低粗糙度表面以粘着磨损和氧化磨损为主;中表面粗糙度表面的磨损机制转变为由磨屑细化和釉质层形成所主导的三体磨损;高表面粗糙度的磨损机制主要表现为磨粒磨损与疲劳磨损的协同作用。研究表明,合理控制表面粗糙度可在接触界面形成有利的第三体层结构,从而显著提升高温合金构件的抗微动损伤能力。
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  不同极性下钢/碳配副载流磨损特性对比研究

  李宛庭, 赵新泽, 李阳, 吴海林, 李云辉, 赵美云, 徐翔, 张小龙, 杨伟

  表面技术. 2026, 55(17): 166-177. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.014

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  目的 明确电流极性对钢/碳摩擦副载流磨损特性的影响规律。方法 采用自制销-盘式载流摩擦磨损实验机,以45#钢盘和D172石墨销构成的钢/碳摩擦副为研究对象,在电流密度为10 A/cm²、载荷1.5 N、线速度0.419 m/s的工况下,对比“钢(+)-碳(-)”和“钢(-)-碳(+)”2种极性下摩擦副的摩擦系数、磨损量、接触电阻和界面温度等性能,结合SEM、三维形貌仪和EDS对磨损表面进行微观分析,明确电流极性对钢/碳摩擦副载流磨损特性的影响规律。结果 在钢(+)-碳(-)条件下,摩擦系数、接触电阻和界面温度分别比钢(-)-碳(+)配置高出24.2%、18.5%、17%,且波动性更大,正极刷的磨损率为负极刷的2.24倍。微观分析结果显示,钢为正极时,表面形成厚氧化膜和凹凸形貌,氧含量高达9.8%,碳刷表面铁元素富集,证实了钢材料的定向转移;钢为负极时,表面相对平整,氧含量仅1.9%。结论 电流极性通过调控界面电化学反应与磨损机制,影响钢/碳摩擦副性能。钢为负极时,摩擦副的导电与摩擦稳定性更优,是兼顾系统稳定性与金属部件寿命的优选配置。本研究为水轮发电机励磁系统等滑动电接触领域集电环的极性配置与工程优化提供了理论依据。
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  谐波减速器柔轮材料摩擦学性能研究

  贲小康, 路菲, 周志刚, 刘建, 陈坤谣

  表面技术. 2026, 55(17): 178-188. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.015

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  目的 在无油润滑条件下,柔轮磨损是造成谐波减速器性能退化的主要原因之一,严重影响其传动性能与服役寿命。本文对比研究谐波减速器柔轮与刚轮材料配副、柔轮与柔性轴承材料配副在干摩擦条件下的摩擦学性能以及磨损机理。方法 采用有限元方法分析柔轮与刚轮、柔轮与柔性轴承之间的接触压力,并通过重载往复摩擦磨损试验仪设计和开展销盘摩擦磨损实验,探讨两种配副材料在不同工况下的摩擦系数与磨损率变化规律;结合电镜图（SEM）以及能谱图（EDS）,深入研究材料在干摩擦状态下的磨损机理。结果 对于GCr15/40CrNiMoA和45钢/40CrNiMoA两种配副,在载荷较大或频率较大时,摩擦系数趋于稳定所需的时间较短;稳定后的平均摩擦系数随着载荷的增大而增大,随着频率的增大而减小;磨损率随着载荷的增大而逐渐减小,随着频率的增加而增大。在相同工况下,GCr15/40CrNiMoA配副的磨损率略高于45钢/40CrNiMoA配副。结论 GCr15/40CrNiMoA摩擦副的磨损表面呈现显著的分层特征,形貌粗糙,磨损程度严重;而45钢/40CrNiMoA摩擦副因两种材料硬度相近,接触界面的应力分布更为均匀,有效避免了单方面的剧烈切削,磨损表面较为光滑,仅可见浅层磨痕,未发生明显的分层或剥落,因此表现出更优的耐磨性能。45钢/40CrNiMoA配副表现出更优的磨损性能。
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  铁素体/珠光体多晶结构摩擦学行为的分子动力学模拟

  华孙铭樯, 厍旭, 李娜, 李龙, 金艳楠, 周宏平, 王远

  表面技术. 2026, 55(17): 189-199. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.016

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  目的 从原子尺度研究铁素体与珠光体多晶结构的滑动摩擦学行为,为高性能钢的开发提供理论支撑。方法 在LAMMPS中对涵盖单晶与多晶的8种铁素体与珠光体晶型进行滑动摩擦模拟,结合切向力、摩擦系数、原子应变、位错演化以及基于RMSD的非仿射位移统计分析,探究晶界与相界构成的界面网络在塑性变形与能量耗散中的作用。结果 首先,与相同晶粒数的铁素体相比,珠光体具有更高的稳态摩擦系数,且其力-距离曲线中的黏-滑波动更加密集,表明Fe₃C片层及 α-Fe/Fe₃C相界显著提高了剪切阻力与能量耗散能力。其次,珠光体中的高剪切应变和高位错密度不仅集中于晶界附近,还沿Fe₃C片层及其相界连续分布,形成与硬相几何形貌高度一致的三维高应变骨架,从而更有效地促进接触区剪切扰动向远场传递。最后,RMSD 统计结果表明,珠光体接触区的塑性活动在数量和幅度上均强于铁素体,且中等界面连通性晶型表现出较高的非仿射重排水平,说明界面密度、界面连通性与塑性传输效率之间存在非线性关系。结论 珠光体中的硬韧交替片层构成的三维连贯界面网络,通过钉扎位错和引导剪切应变,实现塑性变形的有效分散,从而避免了过早的损伤局域化。
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  盐浴氮碳共渗对316L不锈钢耐磨性和耐腐蚀性的影响

  段大军, 周志强, 郝娇山, 孙德恩, 贾琦月, 江浩哲, 郭非, 雍家惠

  表面技术. 2026, 55(17): 200-212. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.017

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  目的 针对316L奥氏体不锈钢表面耐磨性能不足而限制其在阀门密封副及滑动副中的应用问题,采用盐浴氮碳共渗（QPQ）处理,系统研究氰酸根质量分数、共渗温度及共渗时间对渗层组织演化、耐磨性能及耐蚀性能的影响规律。方法 采用正交试验设计,以氰酸根质量分数、共渗温度和共渗时间为影响因素,利用SEM、EDS及XRD分析渗层组织、元素分布及相组成,结合显微硬度、摩擦磨损及质量分数为3.5%的NaCl溶液动电位极化试验评价综合性能,并采用极差分析和方差分析评价各工艺因素对磨损性能的影响。结果 QPQ处理后,所有试样表面硬度均提高至1 100HV0.3以上,其中试样6#磨损体积最低（仅为2.087× 10⁶ μm³）,降至316L基体的1/3~1/4。极差分析和方差分析均表明,共渗时间对磨损性能影响最显著,其次为共渗温度和氰酸根质量分数（C>B>A,P<0.05）。高氰酸根质量分数及长时间共渗导致渗层内部形成大量龟裂网络状微裂纹。电化学测试表明,高温QPQ处理降低了316L不锈钢在Cl^-介质中的耐蚀性,腐蚀主要沿氧化膜龟裂网络及渗层裂纹扩展,试样7#形成大量团聚状铁氧化物腐蚀产物,并伴随局部Cr富集。结论 QPQ处理能够显著提高316L不锈钢表面耐磨性能,但耐磨性与耐蚀性之间存在一定权衡关系。渗层结构完整性是决定材料综合性能的关键因素。综合比较9组试验结果,A2B3C1（氰酸根质量分数为36.2%~38.2%、580 ℃、2 h）获得最低磨损量及相对较优的耐蚀性能,为本研究试验范围内的综合最优工艺参数,可为316L不锈钢阀门关键零部件QPQ工艺优化提供理论依据和工程参考。
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  轮轨摩擦对高速列车制动噪声的影响研究

  范恩泽, 康熙

  表面技术. 2026, 55(17): 213-224. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.018

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  目的 研究高速列车制动时车轮与钢轨摩擦对制动噪声的影响。方法 建立制动盘/片子系统与轮/轨子系统耦合的有限元模型,模拟干燥、湿润、油态3种轮轨接触工况下的制动噪声,以不稳定系数（TOI）作为判断制动噪声发生可能性的依据,分析制动缸推力、制动片与制动盘材料组合、制动片表面织构对噪声发生趋势的影响。结果 轮轨干燥接触工况下TOI最大（2 087.85）,油态工况下TOI最小（1 452.38）。当制动缸推力为7 kN时,TOI最小,10 kN时TOI最大。铸钢制动盘和铜基粉末冶金制动片材料组合TOI值最小（1 415.53）,特征值实部最大值为410.36。锻钢制动盘和树脂基复合材料制动片组合TOI值及特征值实部的最大值最大,分别为4 042.97、943.71。采用增加表面织构制动片的系统,特征值实部在7 609.8 Hz处达到最大值389.74。结论 轮轨干燥接触工况下噪声发生趋势最强,油态工况下发生趋势最弱,研究制动噪声时应考虑轮轨摩擦的影响。在保障安全运行的条件下,制动缸推力为7 kN时,摩擦激励与轮轨耗散抑制达到最优平衡而使TOI值最小。铸钢制动盘较大的密度与弹性模量提高了系统刚度,较大的泊松比优化了接触界面变形协调,三者协同使摩擦激励与系统耗散达到最优平衡而抑制噪声。采用增加表面织构的制动片可使接触压力分布更均匀,从而减轻制动噪声。
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  MoS₂与TiO₂纳米粒子协同润滑效应的原子尺度研究

  王成龙, 苏伟晴, 贺佳琪

  表面技术. 2026, 55(17): 225-235. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.17.019

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  目的 结合基础摩擦学实验和分子动力学模拟,从原子层面动态掲示片层MoS₂和球形TiO₂纳米粒子间的协同润滑机制。方法 用物理分散法制备出质量分数为0.2% MoS₂纳米流体、0.2% TiO₂纳米流体、0.1% MoS₂+0.1% TiO₂的纳米复合流体。通过分散性实验、四球摩擦磨损实验和非平衡分子动力学模拟,从宏观到微观尺度研究纳米流体的分散稳定性、运动模式、抗磨减摩行为和与温度的关联性,并通过FIB-TEM对摩擦界面形成原位摩擦膜的结构和成分进行分析。结果 复合纳米流体的极压性能显著增强,最大无卡咬负荷值达922 N,较单一MoS₂和TiO₂分别提升23.6%和14.7%。其平均摩擦系数（0.068）亦低于单一组分。磨斑形貌分析显示,复合体系表面划痕浅且均匀,磨斑直径（0.705 mm）最小,抗磨损性能最优。分子动力学模拟进一步动态呈现出复合体系中MoS₂的层间滑移与TiO₂的滚动运动,导致该体系拥有最低的平均摩擦力（0.003 nN）和法向应力（0.697 GPa）,同时改善高温下的摩擦学性能。结论 MoS₂的层间滑移与TiO₂的滚动机制（物理协同）,显著降低界面剪切阻力与应力集中。摩擦界面生成了厚度约20 nm的原位摩擦膜,主要成分为摩擦化学产物FeO、MoO₃和Fe₂O₃（化学协同）,有效隔离金属直接接触。MoS₂/TiO₂纳米复合流体通过“物理滑移/滚动+化学反应膜”的双重协同机制,实现了优异的抗磨减摩性能。