2026年, 第55卷, 第19期　
刊出日期：2026-10-10

  

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专题——先进航空发动机及燃气轮机新型热障涂层技术及应用
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  α-Al₂O₃生长型高温涂层/黏结层的研究进展

  周博, 谢云, 彭晓

  表面技术. 2026, 55(19): 1-20. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.001

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  随着航空发动机涡轮前温度的持续提升,热障涂层作为保障热端部件可靠服役的关键技术也亟需革新,而热障涂层的性能与寿命与其黏结层密切相关,因此黏结层的选择至关重要。本文系统综述了高温涂层/黏结层中广泛使用的传统扩散型铝化物涂层、MCrAlY涂层,以及近年来迅速发展的AlCoCrFeNi系高熵合金涂层和难熔高熵合金涂层的研究进展,重点总结了成分设计、相结构调控、活性元素改性及制备工艺优化等对其抗高温氧化性能的影响机制。铝化物涂层方面,Re、Ru、Ir等元素与Pt共改性及Re基扩散障的构建显著提升了氧化膜的黏附性,并有效抑制了涂层与基体之间的元素相互扩散。MCrAlY涂层通过纳米晶化、活性元素（Y、Hf、Zr）掺杂以及激光重熔、激光冲击强化等技术,实现了抗氧化性能的多角度优化。AlCoCrFeNi系高熵合金涂层利用高熵合金的迟滞扩散效应、FCC+BCC的双相共晶特征,以及适量稀土与合金元素（Si、Nb、Pt）的协同作用等,有效促进了保护性α-Al₂O₃膜的快速形成与稳定生长。针对难熔高熵合金涂层抗氧化性不足的固有瓶颈,最新研究通过精确调控涂层的Al含量与相组成,使其在1 300 ℃以上生成了单一致密的α-Al₂O₃膜,展现出作为超高温涂层/黏结层的巨大应用潜力。最后,本文指出了活性元素作用机理、涂层与基体互扩散行为及涂层寿命预测模型等亟待完善与突破的关键科学问题,并对未来新型高温涂层/黏结层体系的设计与开发进行了前瞻性展望。
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  航空发动机涡轮叶片热障涂层结构组织调控及修复工艺研究进展

  刘砚飞, 田伟, 孔令刚, 郭会明, 王新广

  表面技术. 2026, 55(19): 21-28. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.002

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  为满足先进航空发动机大推力、轻量化、高可靠的发展需求,亟需提升涡轮叶片的耐温能力和工作可靠性,热障涂层技术作为提高航空发动机涡轮叶片耐温能力的关键技术之一,其综合性能的提升和使用成本的降低受到广泛关注。为充分发挥涡轮叶片热障涂层的使用潜力,本文立足工程实际应用,系统梳理了涡轮叶片热障涂层在结构设计、厚度与组织调控、服役损伤修复三大核心环节的技术控制要点,结合相关调研深入阐述了涂层结构、厚度、孔隙率、柱状组织间隙等对涂层隔热效果、抗冲击性能的影响机制,重点介绍了涡轮叶片热障涂层修复过程中损伤陶瓷层去除的技术原理与实际应用现状,可为提升涡轮叶片热障涂层的隔热效果、抗冲击性能和降低使用成本提供指导。最后,本文从多层结构优化设计、叶身涂层组织分区差异化控制、将可修复性纳入涂层新材料研发需求等方面,提出了涡轮叶片热障涂层综合性能提升和高效修复技术的发展建议,以期促进热障涂层技术在关键热端部件的推广应用,助力先进航空发动机综合性能提升。
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  低含量Ru添加对Hf-Re共改性NiCoCrAlY黏结层合金高温氧化性能的影响

  车治强, 张婧, 辛文彬, 宋希文, 蔡妍, 牟仁德, 常振东, 王朝毅

  表面技术. 2026, 55(19): 29-41. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.003

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  目的 探究Ru含量对NiCoCrAlYHfReRu黏结层合金抗高温氧化性的影响。方法 采用Thermo-Calc热力学计算,并结合X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、电子探针（EPMA）等表征手段,研究不同Ru含量的NiCoCrAlYHfReRu黏结层合金的相组成、微观组织及1 100 ℃氧化行为。结果 相组成分析表明,含0.25%和0.5%Ru的黏结层合金理论平衡相组成为β-NiAl、γ'-Ni₃Al、σ-CoCr、α-Cr、Ni₅Y;经热处理后,观察到两合金的室温组织均主要为β-NiAl、γ'-Ni₃Al、α-Cr及Ni₅Y金属间化合物;Ru含量（质量分数）由0.25%增加到0.5%后,1 000~1 250 ℃温度范围内,含0.5%Ru合金中β-NiAl相含量高于0.25%Ru合金;0.25%Ru合金和0.5%Ru合金在1 100 ℃氧化0~200 h的过程均符合Wagner抛物线氧化规律,平均单位面积氧化增重由8.486 g/m²和7.582 g/m²分别逐渐增加到29.789 g/m²和28.562 g/m²,平均单位面积氧化速率分别由0.339 g/(m²·h)和0.303 g/(m²·h)逐渐降低到0.149 g/(m²·h)和0.143 g/(m²·h);随着Ru含量增加,黏结层合金平均氧化速率降低;氧化层厚度分别为5.25 μm和4.98 μm;同时表面氧化层脱落和内氧化程度有所减缓。结论 0.5%Ru黏结层合金抗氧化性优于0.25%Ru黏结层合金。
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  热历史对YSZ热障涂层高温稳定性的影响研究

  罗鑫, 周腾, 谢云, 张儒静, 王立哲, 牟仁德, 许振华

  表面技术. 2026, 55(19): 42-51. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.004

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  目的 研究温度与保温时间对YSZ热障涂层的高温稳定性,为科学评估YSZ热障涂层的服役性能提供理论支撑。方法 研究采用控制变量法,将EB-PVD工艺制备的YSZ涂层试样在1 200 ℃下分别保温10、20、30、40、50 h,以及在1 250、1 300 ℃下分别保温10 h,分别采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和纳米压痕仪分析温度与保温时间对YSZ涂层的相组成、显微结构、硬度和杨氏模量的影响。结果 在1 200 ℃下,随着保温时间的延长,YSZ涂层中的m相含量基本保持稳定,柱状晶顶部逐渐圆润钝化,柱状晶内的羽状结构逐渐消失,柱间孔隙由于横向拉应力导致烧结颈处开裂从而宽化为纵向裂缝。YSZ涂层的孔隙率下降至~11%,杨氏模量和硬度先分别降低至~38.7 GPa和~4.25 GPa,随后在50 h分别升高至~68.9 GPa和~5.98 GPa。在1 250 ℃及以上温度、保温时间同为10 h的条件下,随着温度的升高,YSZ涂层的m相含量逐渐增加,并在1 300 ℃达到~17.49%（体积分数）,涂层孔隙率随着内部孔隙闭合逐渐降低、杨氏模量和硬度逐渐升高。在1 300 ℃下,YSZ涂层的孔隙率下降至~7.9%,杨氏模量和硬度升高至~67.8 GPa和~7.01 GPa。结论 YSZ热障涂层在1 200 ℃服役50 h内具有良好的相稳定性,随着保温时间的延长与温度的升高,YSZ热障涂层的结构逐渐致密化,孔隙率下降,而硬度和杨氏模量整体呈上升趋势。
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  新型可磨耗环境障涂层高速摩擦磨损与高温燃气腐蚀行为研究

  石志平, 魏福双, 陈典, 杨斌, 闫慧博, 但丽玲, 胡继军, 冉俊科, 齐志峰

  表面技术. 2026, 55(19): 52-61. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.005

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  目的 针对未来航空发动机高推重比需求下SiC_f/SiC陶瓷基复合材料用可磨耗封严涂层面临的高温抗氧化、热膨胀匹配及可磨耗性等关键问题,旨在开发一种新型可磨耗环境障涂层体系,并系统评价其高速摩擦磨损与高温燃气腐蚀行为。方法 采用超低压等离子喷涂+高能等离子喷涂,在9件SiC_f/SiC外环试验件上制备Si/Yb₂Si₂O₇(致密)/Yb₂Si₂O₇(多孔)三层结构涂层。对其中6件进行高温高速可磨耗试验,条件为：温度1 100 ℃,叶尖线速度500 m/s,径向进给速率3~5 μm/s及200~300 μm/s。对其中3件进行高温燃气腐蚀试验,条件为：温度1350 ℃,腐蚀介质为钙镁铝硅沉积物（CMAS）+水蒸气,累积500 h。通过质量磨损比、高度磨损比（IDR）、形貌及能谱分析表征性能。结果 径向进给速率3~5 μm/s时,涂层质量磨损比为1.162%~3.377%,叶片质量磨损比≤0.081%,有效IDR为21.58%~24.39%,刮削面平整、无剥落;径向进给速率200 ~250 μm/s时,IDR为16.42%~20.07%,涂层仍良好,但300 μm/s时,涂层及基材整体被破坏。燃气腐蚀后,涂层整体质量损失仅0.012~0.026 g,表面出现冲蚀坑和微裂纹,但无大面积剥落;CMAS呈软冲蚀,与硅酸镱反应生成含孔洞的鼓包状产物,涂层截面完整,结合良好。结论 在径向进给速率≤250 μm/s时,涂层具有优异可磨耗性,能有效保护叶片。经1 350 ℃高温燃气+CMAS腐蚀后,涂层保持结构完整,仅发生局部耦合损伤。该涂层显著提升了SiC_f/SiC复合材料的抗冲蚀与抗腐蚀性能。
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  黏结层表面强化对热障涂层组织与性能的影响

  张彬, 蔡妍, 田凯, 常振东, 牟仁德

  表面技术. 2026, 55(19): 62-70. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.006

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  目的 建立喷丸强度与NiCrAlYSi黏结层热障涂层多维度性能的量化对应关系,揭示黏结层表面形貌调控TGO生长与界面失效的内在机理,确定适配EB-PVD陶瓷面层的最优喷丸工艺区间,为该类涂层工程改性提供定量试验依据。方法 以IC10镍基高温合金为基体,制备梯度喷丸强化NiCrAlYSi黏结层,再沉积YSZ陶瓷面层构建完整热障涂层体系;测试涂层表面粗糙度与界面结合强度,开展1 100 ℃高温循环氧化试验,结合SEM-EDS表征手段,观测界面微观结构并分析TGO层演化规律。结果 未喷丸试样粗糙度1.82 μm,0.05~0.1  A喷丸后降至0.99  μm,喷丸强度继续提高粗糙度回升;涂层结合强度呈先升后降趋势,0.10~0.15 A时达到峰值72.2 MPa,较原始试样提升10%;0.05~0.15 A试样循环氧化寿命可达600~700 h;高喷丸强度造成界面显著起伏,EDS点扫描证实TGO内生成Ni-Cr-Al尖晶石脆性混合氧化物,涂层寿命仅400~500  h。结论 0.05~0.15 A为该涂层体系最优喷丸区间;适度喷丸可压实表层孔隙,有利于弱化界面应力集中;过高喷丸引入表面缺陷,加速TGO劣化和裂纹扩展;涂层失效源于凹凸界面引发应力集中、TGO破损造成裂纹连通与陶瓷层剥落,平整致密的黏结界面是提升涂层高温服役性能的关键。
精密与超精密加工
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  钾离子与过氧化氢协同作用对钴化学机械抛光性能的影响

  程力, 党社会, 吴庆果, 张登毅, 刘帅, 陈磊, 钱林茂

  表面技术. 2026, 55(19): 71-83. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.007

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  目的 系统研究含过氧化氢抛光液中钾离子对钴去除速率和表面质量的影响,并阐明其与过氧化氢在钴化学机械抛光过程中的协同作用机理。方法 在弱碱性（pH=8）和含有不同质量分数的过氧化氢的抛光液中,引入不同浓度的钾离子开展钴化学机械抛光试验,并结合静态腐蚀、电化学测试以及能量色散X射线光谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）分析界面反应特征以及钴表面元素组成和化学价态变化。在此基础上,引入丁二酸对含有钾离子抛光液进行性能调控。结果 不含过氧化氢时,钾离子对钴的去除速率和表面粗糙度影响较小,表面粗糙度维持在2 nm左右;含0.25%（质量分数）过氧化氢时,引入钾离子后钴的去除速率显著提高,最高可达305.67 nm/min,表面粗糙度由2.27 nm增至101.5 nm。钾离子与过氧化氢共存条件下钴的腐蚀电流密度增至34.774 μA/cm²,且界面反应阻抗明显降低。表面表征结果表明,在含钾离子的条件下,钴表面氧化加剧并生成更多高价态氧化物。加入40 mmol/L丁二酸后,抛光后的钴表面粗糙度降至0.7 nm。结论 在含过氧化氢体系中,钾离子的引入持续破坏钴表面反应膜,加速钴表面的氧化和腐蚀,进而恶化表面质量,丁二酸可缓解该协同作用并改善表面质量。本研究为理解碱金属离子在钴化学机械抛光中的作用及抛光液优化提供了参考。
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  基于胺基功能化二氧化硅制备的抛光液性能研究

  赵秦陇, 焦子炎, 魏玮, 李小杰, 刘敬成

  表面技术. 2026, 55(19): 84-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.008

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  目的 化学机械抛光（CMP）是先进半导体制造过程中实现晶圆全局平坦化的关键工艺。本文制备了一种氨基硅烷改性的二氧化硅磨料,旨在利用磨料表面引入的氨基官能团,在抛光过程中同时增强与硅片表面的化学相互作用与物理机械作用,从而协同提升材料去除效率与表面光滑度。方法 选取N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（KH602）作为表面改性剂,通过其水解与缩合反应,将含有氨基的有机官能团共价接枝到二氧化硅磨料颗粒表面,成功制备出氨基改性的二氧化硅磨料。随后,将此种功能性磨料应用于抛光液的配制,并对硅片进行系统的化学机械抛光实验,以评估其工艺性能。结果 当KH602加入量为10%时,抛光性能达到最优,峰值材料去除率（MRR）为0.59 μm/min,实现了超光滑表面（Ra=0.26 nm）。结论 通过分子动力学模拟和密度泛函理论验证了改性磨料的性能优势, 分子动力学模拟显示改性磨料展现出较未改性磨料更低的吸附能（-25 863.511 J/g对比-22 934.999 J/g）,这表明使用改性磨料抛光硅片能形成更稳定的结合界面。密度泛函理论（DFT）计算模拟表明,氨基改性使二氧化硅纳米颗粒的静电势能从3.9 eV提升至5.979 eV,这与材料去除率基本一致。
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  熔融石英化学机械抛光过程的流-固耦合数值模拟与工艺参数优化

  栗孟娟, 郭文

  表面技术. 2026, 55(19): 96-107. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.009

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  目的 通过化学机械抛光（CMP）手段获得熔融石英的超光滑表面。方法 针对既有有限元研究中对抛光液润滑与承载效应考虑不足的问题,引入流-固耦合建模思路,采用ABAQUS/Explicit的欧拉-拉格朗日耦合方法,分析CMP过程力学行为。配制由CeO₂、阿拉伯树胶、γ-氨基丁酸和去离子水组成的抛光液,并通过单因素试验研究磨粒浓度、pH值与抛光压力对材料去除率（MRR）和表面粗糙度（Sa）的影响,结合TEM与XPS对亚表面损伤与表面化学状态进行表征。结果 在优化条件下,样品Sa由抛光前的0.745 nm降至0.158 nm（50 μm×50 μm）,且表面无划痕与点蚀缺陷,实现表面的原子级光滑。同时,将亚表面损伤层厚度由10.7 nm降至4.1 nm。数值模拟揭示了界面应力由离散高值向连续分布演化的动态接触特征。此外,XPS结果显示,抛光后表面化学环境发生调整,Si的键合环境趋于单一且缺陷减少。所建模型与参数窗口可为熔融石英获得原子级光滑表面与降低亚表面损伤提供理论依据与工艺指导。结论 表明CMP可有效修复研磨引入的损伤并提升表面完整性。进一步结合数值模拟与表面化学表征发现,界面平均应力处于0.1~1 MPa量级,反映出接触状态由点状接触向扩展并趋于稳定的演化过程以及液膜的缓冲作用。XPS结果亦显示,抛光后Si化学环境更趋单一、缺陷减少,从力学与化学2个方面共同印证了化学调控+机械去除的协同材料去除机理。
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  月牙洼微槽刀具设计及磨损机理研究

  曾龙, 刘江, 刘宇, 周滔, 袁银, 苏泽彬, 邓静, 杜飞龙, 田鹏飞, 孙聪, 冯治国, 何林

  表面技术. 2026, 55(19): 108-121. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.010

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  目的 针对H13模具钢在干式铣削加工中,刀具受到剧烈热力载荷作用导致的刀具快速磨损失效的问题。方法 利用三维建模和有限元铣削仿真技术开展基于月牙洼形貌的铣刀前刀面微槽结构设计研究,制备出微槽涂层铣刀,结合扫描电子显微电镜和材料微区成分元素的分析,开展铣削H13模具钢的刀具磨损观测实验,基于刀具的铣削力和铣削温度特性,重点探究微槽铣刀的磨损演化及微观磨损机理。结果 在小切深大进给的工艺特性下,刀具后刀面磨损主要集中在副后刀面区域,主后刀面主要表现为沟槽磨损,发现前刀面微槽结构增大了有效前角并利用槽内黏结切屑改变摩擦状态,加剧了切屑卷曲,从而缩短了刀-屑接触长度,减少了切削区热量累积,降低了切削温度约20%,减轻了氧化磨损程度,合理的凹陷结构能分散刀尖区域的应力集中,延缓沟槽磨损的萌生与扩展,减轻了沟槽磨损;当铣削H13模具钢毛坯硬化层时,微槽刀具的寿命比原始刀具的寿命提高约50%,铣削基体材料时,微槽刀具的寿命较原始刀具提高约25%。结论 基于月牙洼形貌设计的前刀面微槽结构刀具,能有效调控H13模具钢铣削中的刀具-切屑接触和散热状态,最终实现刀具寿命提升,证明了该结构是优化H13模具钢铣削刀具性能的有效方案。
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  RB-SiC复相硬脆材料的多相射流加工机理及其表面形貌演化

  任鑫钊, 李莹, 孙轶凡, 景新月, 胡焰, 刘俨后, 孙玉利, 赵国勇, 赵玉刚, 张桂冠

  表面技术. 2026, 55(19): 122-132. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.011

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  目的 探究不同冲蚀角度和不同磨料粒径对复相陶瓷材料反应烧结碳化硅（RB-SiC）表面的影响规律,为提高复相材料加工效率提供理论支持。方法 提出一种基于文丘里效应的气-液-固多相射流微细加工方法,通过有限元仿真对多相射流发生装置进行数值分析,确定形成稳定负压的喷嘴最小临界直径。采用不同粒径碳化硅（SiC）磨料和不同冲蚀角度的加工参数,探究RB-SiC材料冲蚀去除速率和加工表面质量在上述工艺参数下的演变规律。结果 当喷嘴直径为5 mm时,在混合腔内形成有效负压区,并卷吸磨料浆液进而形成稳定的气-液-固多相射流。在相同冲蚀角度下,材料去除率与磨料粒径呈负相关性;表面粗糙度先增大后减小,在1000目时达到峰值。通过表面形貌发现,大粒径磨料以实现RB-SiC的“各向同性”脆性冲蚀去除为主;中等粒径磨料则以实现对Si相和SiC晶粒的差异性冲蚀去除;而小粒径磨料冲蚀去除过程中复相材料脆塑转变占据主导因素。进一步研究冲蚀角度对RB-SiC加工表面的影响时发现,当使用中等粒径和75°冲蚀角时,保证较高材料去除率的同时,实现高平整性加工。结论 磨料的高切向作用力和法向作用力的协同作用,有利于促进Si相的冲蚀去除和SiC晶粒剥落,实现RB-SiC加工效率的提升与表面粗糙度的降低。该研究成果可为复相陶瓷材料的微细加工提供参考。
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  磨料水射流切割W-0.5wt.% ZrC合金的冲蚀机理

  王岩, 曹旭, 张西洋, 刘鑫昊, 徐放, 唐启明, 訾鹏飞, 赵韡, 刘露露

  表面技术. 2026, 55(19): 133-147. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.012

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  目的 针对聚变堆第一壁关键候选材料碳化锆弥散强化钨合金（W-0.5wt.% ZrC,WZC）存在的加工难、热损伤敏感问题,探究磨料水射流（AWJ）切割WZC的冲蚀机理及低热损伤预加工适用性。方法 开展后混合AWJ与电火花线切割（WEDM）的对比试验,并补充10°倾斜入射试验考察局部冲蚀形貌。结合扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）表征切割表面、横截面损伤和元素分布。基于全因子切割实验与光滑粒子流体动力学耦合有限元法（SPH-FEM）构建数值模型,研究射流粒子动力学行为与材料去除机制。结果 WEDM加工表面存在明显的再铸层与微裂纹网络等热损伤特征,EDS显示表面元素组成偏离WZC基体。AWJ切割表面在SEM观察下未发现再铸层和热诱导微裂纹,在抑制热损伤方面具有明显优势,元素变化主要表现为局部分散磨料残留。AWJ宏观切割面呈上塑下脆的分层特征,上部受高能粒子垂直冲击以微切削塑性去除为主,下部因动能耗散转变为解理断裂为主的脆性去除。仿真揭示了切缝内的正交动量转化机制,进给方向的粒子速度振荡导致了微观表面的多向交错耕犁痕迹。10°前倾或侧倾未改变“上塑下脆”的基本去除规律。结论 AWJ凭借冷态切割特性可避免钨基材料的热损伤缺陷,适合作为WZC板材冷态下料和低热损伤预加工手段。切割表面的光滑区/粗糙区分层、拖尾纹和切缝锥度主要源于射流能量随深度衰减及其与进给运动的耦合作用。由于AWJ侧壁仍存在粗糙区、拖尾纹和局部解理剥落,尚不宜直接作为偏滤器复杂曲面构件的终加工方法,后续需结合精密修整工序。
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  碳化硅衬底时间雾问题的表征与处理

  刘小琴, 陈彦宇, 欧阳鹏根, 王思越

  表面技术. 2026, 55(19): 148-155. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.013

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  目的 旨在研究6英寸4H导电型碳化硅衬底在存储及环境变化下产生的时间依赖性雾（Time-Dependent Haze, TDH,简称时间雾）缺陷,分析其表征特性与形成机理,并提出有效的工艺控制方案。方法 通过设置不同的清洗与漂洗参数进行对比实验,利用强光目检与Candela 8520表面缺陷检测仪对缺陷形貌进行表征,结合电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）与离子色谱（IC）分析表面残留物成分。结果 碳化硅衬底的时间雾现象存在显著的晶面差异性：碳面缺陷发生率远高于硅面,且C面呈现弥散状蓝色雾（SCN通道异常）,而Si面多为聚集状白色颗粒。机理分析显示,时间雾的形成主要与表面残留的氯离子（Cl^-）、铵根离子（NH₄⁺）及硫酸根离子（SO₄^2-）等无机离子在氧化层或损伤层中的吸附与再结晶相关,而与金属离子残留无明显关联。基于此,本文提出的优化清洗工艺,即将末端超纯水漂洗次数增加至3次并适度提高氢氟酸氧化层去除强度（比例提升至1∶30）,能有效去除深层离子残留。验证结果显示,优化后的工艺可将Si面与C面的时间雾发生率均降低至0%,显著提升了晶片表面质量稳定性。结论 本研究揭示了碳化硅不同晶面时间雾的形成机理差异,为相关清洗工艺的低成本、高效率改良提供了工程指导,对提升大规模量产良率具有重要的实际应用价值。
表界面强化技术
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  增材制造金属材料复杂结构表面后处理技术研究进展

  徐占昭, 王兵, 刘战强, 赵金富, 李亮亮, 宋清华

  表面技术. 2026, 55(19): 156-181. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.014

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  高质量表面加工是保障装备零件工作性能和服役寿命的共性关键技术。增材制造技术能够实现复杂几何结构金属零件制备,但通常伴随高表面粗糙度、微观组织缺陷以及残余拉应力等特征,易导致零件难以满足实际服役需求,通常需在增材制造工艺后进行表面后处理以提高零件表面完整性。本文旨在综述不同后处理技术对增材制造零件表面几何特征、物理冶金特性和力学性能的作用规律,探讨改善零件表面完整性综合技术指标的高效后处理方法。首先,在概括增材制造金属复杂结构表面完整性特征基础上,分析了化学、电化学、磨粒流、激光等四种表面抛光技术原理及其对零件表面几何属性的改善作用,归纳总结了热处理、空化强化、激光冲击强化等表面强化后处理方法对零件表面物理冶金特性和力学性能的改善效果。其次,讨论了单一后处理技术在改善增材制造金属材料复杂结构表面完整性方面的局限性,阐述了复合型表面后处理技术的发展现状及其技术优势和可行性,总结了增材制造金属材料复杂结构表面后处理技术研究存在的问题。最后,针对高质高效表面后处理技术的未来研究方向进行总结与展望。
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  激光-喷丸复合强化对TC6压气机叶片疲劳寿命影响研究

  杜俊良, 胡殿印, 陆炜鑫, 毛建兴, 王荣桥

  表面技术. 2026, 55(19): 182-192. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.015

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  目的 探究激光-喷丸复合强化对TC6压气机叶片表面完整性及高周疲劳寿命影响机理。方法 以实际服役的压气机叶片为研究对象,系统设置无强化、单一喷丸、单一激光、激光-喷丸复合强化及复合强化后振动光饰等多类典型表面状态,通过激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪、电子背散射衍射分别开展表面形貌、残余应力、晶粒尺寸表征,完成高周疲劳寿命测试,量化激光-喷丸复合强化对压气机叶片高周疲劳寿命的提升效果。结果 复合强化后叶片表面粗糙度、残余应力表面值及最大值显著高于单一激光强化,较单一喷丸强化略有提升;残余压应力层深度较单一喷丸强化提升显著,较单一激光强化略有降低;复合强化叶片较无强化状态寿命提升231.9%,经振动光饰后,寿命增幅进一步提升至269.9%,验证了复合强化结合振动光饰工艺的有效性。结论 激光-喷丸复合强化可实现残余应力水平及深度的协同优化,配合振动光饰可进一步改善表面粗糙度,可作为TC6压气机叶片抗疲劳制造的有效手段。
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  激光增材成型316L不锈钢表面喷丸强化工艺及磨损行为研究

  项锦波, 王志强, 李凝, 褚长勇, 岳小鹏

  表面技术. 2026, 55(19): 193-204. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.016

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  目的 旨在提升激光增材成型316L不锈钢表面耐磨性能并阐明其减磨机理。方法 通过喷丸强化工艺对激光粉末床熔融成型的316L不锈钢表面进行强化处理,系统分析了材料成型制造方式及喷丸工艺参数（丸粒直径与压力）对其组织与摩擦磨损性能的影响。借助摩擦磨损试验机、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）、维氏显微硬度测试计综合评价了处理前后的表面形貌、截面显微组织、硬度梯度及干摩擦磨损行为,并与相同处理的铸态试样进行对比。结果 喷丸处理能有效消除激光增材成型特有的近表面孔隙缺陷,诱导表层发生剧烈塑性变形,形成厚度60~ 151 μm的细晶硬化层,其中采用0.6 MPa气压和0.3 mm直径丸粒进行喷丸处理时细晶硬化层约为151 μm,硬度约为375HV,较芯部提升约56%,其磨损率较未处理试样磨损率下降约71.8%,较相同处理的铸态试样下降约33.2%。结论 激光增材成型的316L不锈钢表面抗磨损强化效果高度敏感于工艺参数和成型方式,关键在于利用喷丸处理构建一个缺陷少、硬度梯度合理、残余压应力有益的表面状态。处理压力和丸粒直径过小无法产生足够厚度和强度的表面硬化层,接触面以氧化磨损为主要特征;处理压力和丸粒直径过大虽能提高表面硬度,但会因引入微裂纹与粗糙化而诱发疲劳剥落,削弱耐磨性;较优的处理参数（d=0.3 mm,p=0.6 MPa）下能在有效去除原始缺陷的同时避免引入新损伤,磨损机制转变为磨损率较低的二体磨粒磨损,且激光增材成型特有的非平衡多层次组织经喷丸处理后抗磨损性能相较于铸态组织更优秀。
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  航空发动机钛合金叶片表面强化结构完整性评价

  刘川, 张璇, 尚一博, 谭羽, 周留成, 温世峰, 王晨, 潘鑫磊, 易敏

  表面技术. 2026, 55(19): 205-219. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.017

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  目的 评价航空发动机钛合金叶片表面强化后结构完整性的优劣。方法 对经表面强化处理的钛合金材料试样进行表面粗糙度、显微硬度与残余应力梯度分析。结合内部疲劳极限理论,构建融入表面完整性参数的强化叶片表面完整性评价方法模型,并分别通过拉伸疲劳试验与模拟叶片振动疲劳试验对模型有效性进行验证。结果 相比于单纯激光强化,激光+喷丸复合强化可以在叶片表面引入硬度更高、残余应力更大、影响层更深的硬化层。疲劳试验显示,激光强化使板状试样的疲劳极限较未强化基材提高了10.9%,而激光+喷丸复合强化使板状试样的疲劳极限显著提高了13.7%。弯曲振动疲劳试验显示,激光强化叶片的疲劳极限提升7.8%,激光+喷丸复合强化叶片的疲劳极限提升13.0%。评价模型的预测结果表明,复合强化的强化效果更好。该预测结论与实验结果一致。结论 表面激光强化以及激光+喷丸复合强化可以有效提升TC17钛合金材料和叶片的高周疲劳强度,后者比前者的强化效果更好。本研究提出的航空发动机钛合金叶片表面强化后的结构完整性评价方法模型,能够实现强化工艺效果的高效评估,并可推广至多种表面强化构件的表面质量快速筛选,为构件疲劳性能的预测与评估提供理论支持。
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  基于覆盖率模型的钛合金水射流强化：表面完整性演变与疲劳增寿机制

  杨烨, 朱贤皓, 姚树磊, 迟雨欣, 丁名珂, 周欣韵, 王宁

  表面技术. 2026, 55(19): 220-235. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.018

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  目的 针对特TC4钛合金在航空发动机关键部件中服役时存在的疲劳性能不足问题,开展偏转磨料水射流表面强化工艺研究,建立覆盖率理论计算与修正模型,阐明其对表面完整性及疲劳性能的影响规律。方法 基于KIRK覆盖率模型,构建磨料颗粒冲击覆盖率理论预测模型。通过图像处理方法测量实际覆盖率,引入有效冲击颗粒占比η和取样区域分布修正因子θ,建立修正模型,并表征不同覆盖率下的粗糙度、显微硬度、残余应力及高周疲劳性能。结果 η和θ分别为0.08和0.74,修正模型误差控制在20%以内,坑痕深度和直径实测均值为13.9 μm和35.7 μm,相对误差为22.70%和8.89%,覆盖率由190%提高至930%时,Ra由0.578 μm降至0.361 μm,显微硬度最高提高16.7%,残余压应力由-387.89 MPa提高至-520.08 MPa,残余应力层深度由79.6 μm增至126.4 μm,疲劳寿命最高提升至原始试样的3.28倍。结论 覆盖率是表征强化质量与疲劳性能提升效果的关键控制参数,合理工艺参数下获得的高覆盖率强化层能够改善表面完整性,使裂纹源向边角或次表面迁移,从而提升特TC4钛合金疲劳服役性能。
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  单晶Al₂O₃纳米压痕加载方式优化与损伤机理的仿真与实验研究

  李文轩, 段海涛, 詹胜鹏, 杨田, 骆小双, 贾丹

  表面技术. 2026, 55(19): 236-246. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.019

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  目的 氧化铝（Al₂O₃）陶瓷作为典型硬脆材料,其微观力学行为的准确表征对材料设计与性能评估具有重要意义。纳米压痕技术虽能直接获取硬度与弹性模量,但加载方式对测试结果影响显著,尤其在高载荷下易引发表面损伤,导致测量误差。方法 本研究通过实验与仿真相结合的方法,系统探究了50~250 mN范围内不同最大加载力对单晶Al₂O₃纳米压痕响应的影响。结果 100 mN为最优测试载荷,此时压痕形貌完整、力学参数稳定;载荷过低（50 mN）时压痕尺寸过小,受表面效应干扰显著;载荷过高（≥150 mN）则引起材料开裂与塑性堆积,导致接触面积计算偏差。有限元仿真进一步揭示,压痕过程中应力高度集中于压头棱线区域,该处为裂纹萌生的主要位置;高载荷下残余应力与塑性应变显著累积,加剧损伤演化。结论 本研究建立了一种融合实验与模拟的纳米压痕分析方法,不仅为单晶Al₂O₃的可靠力学表征提供了载荷优化依据,也为硬脆材料在微纳尺度下的损伤机理研究与测试标准化奠定了基础。
热喷涂与冷喷涂技术
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  晶态粉末等离子喷涂制备FeCrNiBSi非晶涂层的组织与耐腐蚀性能

  万鹏, 赵梓培, 雒晓涛, 曹达华, 李长久

  表面技术. 2026, 55(19): 247-255. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.020

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  目的 针对碳钢和低合金钢在海洋环境中易腐蚀的问题,通过优化等离子喷涂工艺,采用低成本的晶态粉末制备兼具高致密度、高硬度与优异耐蚀性的铁基非晶涂层,并阐明粉末中B元素的牺牲脱氧作用及喷涂参数对涂层结构性能的调控机制。方法 以粒径为30~50 μm的FeCrNiBSi晶态粉末为原料,在80、100、120 mm等3种喷涂距离下于Q235钢表面制备涂层。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）表征涂层的微观结构、物相组成及B元素含量,通过显微维氏硬度测试和电化学工作站分别评价涂层的力学性能及其在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为。结果 随喷涂距离从80 mm增至120 mm,涂层非晶含量由53.7%提高至61.4%,同时B元素作为牺牲脱氧剂被持续消耗（质量分数从2.16%降至1.47%）,有效抑制了金属氧化,使涂层孔隙率均低于0.5%。涂层最高硬度达752.1HV,但随着喷涂距离增加,因高硬度硼化物相含量显著减少,硬度呈下降趋势。涂层的耐蚀性与孔隙率紧密相关,当喷涂距离为100 mm时,涂层孔隙率最低（0.36%）,展现出最优的综合耐蚀性,其腐蚀电位为-0.52 V,较Q235基体提升约30%;自腐蚀电流密度为2.51×10^-7 A/cm²,较基体降低1个数量级。结论 本研究通过采用含B晶态粉末并优化喷涂距离,利用B元素的牺牲脱氧效应与等离子喷涂的高冷却速率,在Q235钢上成功制备出高硬度、高致密且耐蚀性显著提升的铁基非晶涂层,为低成本、高性能海洋防腐涂层的工程化应用提供了理论与试验依据。
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  冷喷涂SiC-Al复合涂层工艺参数优化及最优区间确定

  鲜超, 杨运, 辛红敏, 黄仁忠, 李光平, 李羿含

  表面技术. 2026, 55(19): 256-271. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.19.021

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  目的 确定冷喷涂涂层工艺参数的最优区间,对实际生产中的参数调整具有重要指导意义。方法 将Al6061与SiC粉末按不同质量比例混合制备冷喷涂粉末,将Al6061基板固定于夹具上,采用中心复合设计法制定试验参数方案,其余工艺参数保持恒定,利用冷喷涂系统在基板上制备复合涂层。分别制备金相试样、结合强度试样与抗拉强度试样,测量不同工艺参数下涂层的显微硬度、结合强度及抗拉强度。基于试验结果,建立了送粉速率、喷涂温度、喷涂压力及陶瓷含量对上述3个性能指标的二次多项式模型。以三者同时最大化为目标构建多目标优化模型,采用Paretosearch算法求解最优工艺参数组合,并基于响应面与等值线分析得出满足要求的工艺参数区间,最后进行试验验证。结果 获得最优工艺参数组合为v_r=50 g/min,θ=527.18 ℃,p=7 MPa,C_A=15%;最佳参数区间为v_r∈[50, 56] g/min,θ∈[495.98, 547.14] ℃,p∈[6.62, 7] MPa,C_A∈[15%, 18%]。试验验证表明,在该区间内制备的涂层显微硬度均高于125HV,结合强度大于42 MPa,抗拉强度超过180 MPa。结果 表明,在最优区间内调控参数,可保证涂层力学性能的一致性,降低对设备控制精度的依赖,提高工艺稳健性与可操作性。本研究提出的区间优化方法不仅提供了理论最优参数点,更明确了工艺参数的允许波动范围,对实际生产中的参数调整具有更强指导意义。本研究提出的区间优化方法不仅提供了理论最优参数点,更明确了工艺参数的允许波动范围结果表明,在最优区间内调控参数,可保证涂层力学性能的一致性,降低对设备控制精度的依赖,提高工艺稳健性与可操作性,对实际生产中的参数调整具有更强指导意义。