2026年, 第55卷, 第3期　
刊出日期：2026-02-10

  

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专题——先进发动机高温防护涂层
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  内燃机用热障涂层研究进展

  李政道, 申晨, 郭磊, 王福德, 梁立康, 李冬青, 程玉贤, 何箐

  表面技术. 2026, 55(3): 1-18. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.001

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  内燃机作为传统动力系统的核心装置,其效率提升与排放控制已成为学术界和工业界共同关注的焦点。热障涂层作为一种先进的高温防护技术,能显著降低内燃机活塞、气缸盖、排气系统等关键部件的温度,减少冷却剂造成的热损失,进而提升内燃机热效率和延长热端部件寿命。为了使热障涂层具有更好的温度调节能力,能够快速响应工作气体温度变化,低体积热容低热导率成为内燃机用热障涂层材料选择的重要指标。本文针对内燃机用热障涂层的应用背景、发展概况、涂层材料、涂层结构、涂层制备等进行系统综述,发现复合金属氧化物陶瓷具有低体积热容低热导率特性,可以作为内燃机用热障涂层材料的未来研究重点;在结构上,复合结构+功能层的设计有利于实现热浮动层的概念并满足工程应用;制备方法上,悬浮液等离子喷涂结合了等离子喷涂和电子束物理气相沉积的优点,是较优的内燃机用热障涂层制备方法。最后展望了内燃机用热障涂层的研究和发展方向以及低体积热容高隔热长寿命涂层的研究方法,为发展适用于内燃机的高效热障涂层提供指导。
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  高温防护涂层表面氧化铝相转变的研究进展

  丁航, 刘琴, 靳磊, 谢云, 彭晓

  表面技术. 2026, 55(3): 19-32. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.002

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  高温防护涂层主要依靠在表面生成保护性的Al₂O₃膜来抵御高温氧化腐蚀,但Al₂O₃具有多种相结构,探究如何促进Al₂O₃由亚稳态向稳态快速转变至关重要。概述了Al₂O₃相转变的基本原理,包括相转变的两个阶段以及温度对转变速率的显著影响。同时归纳了涂层中不同的活性元素和微观结构对Al₂O₃相转变的影响规律及作用机理。在此基础上,综述了近年来快速发展的各种表面改性技术对加速Al₂O₃相转变的重要发现,通过系统总结铝化物涂层表面喷涂或内部弥散特定类型的纳米氧化物颗粒对Al₂O₃相转变的影响规律,深入探讨了hcp晶体结构纳米氧化物颗粒促进α-Al₂O₃形核生长的“模板”效应的本征机制。最后,对今后高温防护涂层表面氧化铝相转变研究工作仍需解决的重点问题进行了展望,希望借助原位或在线表征技术对Al₂O₃的相转变过程进行原子尺度表征,同时结合人工智能技术辅助完善或建立相关作用模型,为先进高温防护涂层的发展提供理论指导。
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  低发射率热阻材料涂敷区域对某喷管红外抑制效果影响

  王殿磊, 邓洪伟, 何雯婷, 张涛, 王秋实, 郭洪波

  表面技术. 2026, 55(3): 33-43. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.003

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  目的 针对某型航空发动机二元尾喷管红外隐身问题,探索在尾喷管内流道面内涂覆兼顾红外辐射抑制与隔热功能的新型热阻涂层的最优方案。方法 建立了某二元喷管的三维可压缩湍流流场-红外辐射耦合计算框架,流场采用Fluent k-ε 湍流模型进行计算,红外辐射强度计算采用NUAA-IR软件,研究波长3~5 μm、探测距离5 000 m、方位角0°~90°内的红外辐射强度。设计了4种涂层涂覆方案：model 0无涂层（壁面发射率ε = 0.9）,model 1仅扩张段内流道面涂敷热阻涂层（ε = 0.12）,model 2仅收敛段涂敷（ε = 0.12）,model 3收敛段与扩张段均涂敷（ε = 0.12）。通过对比光谱辐射强度及辐射强度空间分布,定量评估不同涂覆方案的红外抑制效果。结果 不同方位角下3~5 μm红外辐射强度固体壁面辐射占主导,低发射率涂层显著削弱壁面贡献;其中4.15~4.5 μm主要受CO₂的吸收影响,各方案差异较小。相较于model 0、model 1、model 3辐射强度降幅随着方位角增加呈现先增加后减小的趋势,其中方位角为30°时,降幅最大,model l和model 3宽边辐射强度较model 0分别下降19.1%和19.4%,窄边均下降6.9%;方位角增至90°时,四方案辐射强度趋同;model 2因收敛段投影面积趋近于零,辐射强度与model 0几乎重合,红外抑制贡献可忽略。结论 因此,若仅追求红外隐身,只需在扩张段内流道面涂敷低发射率涂层;若同时需要隐身和隔热功能,采用在扩张段涂敷低发射率热阻涂层、收敛段仅涂热阻涂层的组合方案,可在成本增幅有限的条件下获得同等红外抑制效果。
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  等离子物理气相沉积制备叶片热障涂层及新工艺开发

  殷倩楠, 宋炳儒, 李克, 刘若愚, 叶炜, 云海涛, 杨晨, 魏亮亮, 郭奕谦

  表面技术. 2026, 55(3): 44-51. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.004

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  目的 解决高功率等离子物理气相沉积技术在涡轴发动机燃一导叶片上制备热障涂层时叶片过烧变形的问题。方法 首先,针对我国先进航空发动机制备技术需求,开展低功率等离子物理气相沉积技术研究,通过减少能量输入,降低制备叶片时的基体温度。结果 在低功率条件下必须将喷涂时采用的气压从200 Pa升至300 Pa,通过升高气压的方式提高射流向粉末的传热,补偿减少的能量输入,保证粉末充分气化,进而实现准柱状结构的制备。使用该工艺在叶片表面制备YSZ/GYbZ双陶瓷层,制备态涂层呈现准柱状结构,在缓慢冷却至室温后,其缘板处涂层剥落,原因是该处基体温度过低,无法有效形成氧化膜,进而引发涂层间的互扩散,出现了大量孔洞。通过将厚度5 mm的不锈钢工装优化为厚度2 mm的高温合金工装,将缘板温度由600 ℃提升至800 ℃后,黏结层迅速氧化,并产生致密的氧化膜,避免了互扩散引起的涂层剥落。结论 采用低功率等离子物理气相沉积技术成功在涡轴发动机燃一导叶片上制备了YSZ/GYbZ双陶瓷层热障涂层,解决了叶片过烧变形的问题,通过优化工装,将缘板的温度由600 ℃提升至800 ℃后,氧化膜迅速形成,避免了涂层剥落现象的发生。
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  热障涂层高灵敏YAG:xCe荧光应力响应单元的构筑及其应力响应机理

  成波, 丁呈云, 白易博, 楚倩倩, 任鲲鹏, 郑光彬, 侯东, 张辛健, 安国升, 李文生

  表面技术. 2026, 55(3): 52-60. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.005

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  目的 热障涂层高温服役过程中产生的残余应力是导致其失效的关键因素,开发高灵敏度的无损检测技术对于评估涂层可靠性至关重要。本研究通过构筑不同体系耐高温YAG:xCe荧光应力响应单元提高热障涂层残余应力检测灵敏度。方法 采用真空烧结法构筑了不同浓度Ce³⁺掺杂的 Y₃Al₅O₁₂（YAG:xCe,x=0.03、0.06、0.08、0.12）荧光应力响应单元复合粉末。利用大气等离子喷涂将所获得的复合粉末制备成系列YAG:xCe热障涂层陶瓷层。研究Ce³⁺掺杂浓度对复合粉末及涂层荧光性能的影响,通过密度泛函理论计算研究了不同Ce³⁺掺杂浓度与荧光应力之间的关系。结果 所制备的系列YAG:xCe涂层具有良好的高温稳定性,涂层荧光强度随 Ce³⁺掺杂浓度呈先增大后减小趋势,浓度为0.08%时,对应最大荧光峰位移。结论 成功构筑了系列YAG:xCe荧光应力响应单元,并明确了其发光效率与应力响应特性可通过掺杂浓度进行有效调控;阐明了掺杂浓度-晶格微变-荧光压谱效应之间的构效关系,为实现热障涂层内部应力状态的高灵敏、无损原位监测提供了重要的材料体系与理论依据,对新一代航空发动机热障涂层的健康监测与寿命预测具有积极的支撑作用。
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  APS 8YSZ/NiCrAlY热障涂层的制备与高温水氧腐蚀行为研究

  赵孝通, 马培龙, 薛召露, 张振亚, 何健, 张世宏

  表面技术. 2026, 55(3): 61-71. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.006

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  目的 随着“国家双碳战略”的实施,以纯氢或掺氢为燃料的燃气轮机越来越引起重视,随之而来的热端部件的热障涂层的高温水氧腐蚀行为也日趋严重。为了阐明8YSZ热障涂层在高温水氧腐蚀和大气气氛下的氧化行为区别,本文采用大气等离子喷涂技术制备了8YSZ/ NiCrAlY热障涂层。方法 采用SEM、XRD、Raman等表征手段对高温水氧腐蚀和大气气氛下的氧化后涂层的微观组织结构和氧化动力学进行表征。结果 经过水氧腐蚀和氧化后,陶瓷层均由大量的t'-ZrO₂和少量m-ZrO₂组成。水氧腐蚀后的8YSZ表面有粉化现象且随着腐蚀时间的增加,粉化程度逐渐加重,截面在腐蚀50 h时可以观察到TGO层有黑色和灰色两种衬度的存在,随着腐蚀时间的增加,黑色衬度层变得薄且不连续。氧化后的8YSZ表面与制备态涂层表面相比没有明显的变化。在大气气氛氧化50 h时,TGO层中的黑色衬度层已很薄且不连续。结论 8YSZ/NiCrAlY TBC水氧腐蚀后,m-ZrO₂相含量增加是因为高温环境下晶体的密排结构遭到了破坏,导致8YSZ从t'相向m相转化。水氧腐蚀出现表面粉化现象的原因是因为高温水氧环境下,水蒸气与表面发生反应生成易分解的ZrO(OH)₂和Y(OH)₃等氢氧化物,破坏涂层的表面使其粉化。在水氧腐蚀前期水蒸气的存在可能会促进Al₂O₃的生成,使TGO层增厚速率更快;TGO层中黑色衬度层以Al₂O₃为主,灰色衬度层主要为Cr₂O₃、NiO或Ni(Cr,Al)₂O₄等氧化物。随着水氧腐蚀时间的增加,水蒸气会导致TGO层出现多孔化现象,致使Al₂O₃挥发进而导致出现局部失重现象,水氧腐蚀的增重曲线表现出低于氧化行为。因此,亟需研制抗高温水氧腐蚀涂层。
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  微结构调控对PS-PVD热障涂层抗CMAS腐蚀性能影响

  冯晓龙, 何箐, 李新慧, 李建超

  表面技术. 2026, 55(3): 72-83. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.007

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  目的 改善等离子物理气相沉积（PS-PVD）工艺制备类柱状晶涂层的抗环境沉积物（CMAS）腐蚀能力。方法 采用氧化钇稳定氧化锆（8YSZ）、镱改性锆酸钆（(Gd_0.9Yb_0.1)₂Zr₂O₇,GYbZ）作为陶瓷层及防护层材料。采用PS-PVD工艺,通过调节喷涂参数实现了表面微结构由疏松类柱状晶向致密结构连续调控,获得了以液相沉积为主的致密表层。系统评价了涂层热震性能以及抗CMAS腐蚀能力,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射等手段对涂层显微形貌、物相及元素分布进行了分析。结果 结果表明,防护层并不会导致涂层抗水淬热震性能明显下降,热震次数达110次,带有防护层样品涂层剥落处主要在防护层与陶瓷层界面处,避免了陶瓷层的整体剥落。在1 250 ℃、2 h腐蚀时间条件下开展的基于不同地域特征的CMAS腐蚀验证中,防护层对3种成分CMAS的渗透均起到了一定的阻碍作用,带有防护层的样品的平均渗透深度仅为无防护层样品的29.8%。结论 致密防护层对涂层准柱状晶间隙、羽毛状枝晶间隙、裂纹孔洞等开放性孔隙具有一定的封孔作用,显著阻碍了CMAS熔体在毛细管力作用下对陶瓷层的渗透,有效提升了涂层抗CMAS腐蚀能力。
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  EB-PVD制备Al₂O₃防护层的组织结构演变、高温氧化及熔盐腐蚀行为

  牟仁德, 丁宁, 刘冠熙, 申造宇

  表面技术. 2026, 55(3): 84-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.008

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  目的 研究带Al₂O₃防护层的NiCoCrAlYHf涂层的氧化及腐蚀行为机制。方法 MCrAlY金属涂层作为一种成熟的高温防护涂层体系,广泛应用于航空发动机涡轮叶片表面,承受高温服役环境下的氧化和腐蚀,针对MCrAlY涂层体系的材料改性可一定程度上提升涂层的抗氧化腐蚀性能,但无法从根本上阻隔熔盐等外来物与涂层的直接接触,针对上述挑战,本研究选用热化学稳定性优异的Al₂O₃为原材料,采用EB-PVD工艺在NiCoCrAlYHf金属涂层表面制备了Al₂O₃防护层,对Al₂O₃防护层体系进行了高温氧化与熔盐腐蚀性能测试,并通过显微组织结构演变与成分变化,阐述了高温氧化及腐蚀行为机制。结果 Al₂O₃涂层为单一α相结构,呈现细小柱状晶排列,形成微观间隙,NiCoCrAlYHf涂层与NiCoCrAlYHf/Al₂O₃涂层的平均氧化速率分别为0.043 mg/(cm²·h)与0.041 mg/(cm²·h),Al₂O₃涂层对抗氧化性能提升不显著,但Al₂O₃涂层显著提升了涂层体系的抗熔盐腐蚀能力。结论 在高温氧化性能过程中,Al₂O₃防护层中的微观间隙为氧原子提供扩散路径,促使NiCoCrAlYHf涂层发生选择性氧化,形成TGO层,TGO层生长以及Al₂O₃防护层高温烧结引起的纵向开裂,加剧了氧原子向内扩散。高温熔盐腐蚀过程中,熔盐向NiCoCrAlYHf金属涂层内部渗透,与涂层中的Cr元素发生反应,破坏了涂层的内部结构,而Al₂O₃在熔盐中化学稳定性优异,防护层结构有效阻隔了熔盐向内扩散,显著提升了涂层抗熔盐腐蚀性能。
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  DD10/NiCoCrAlYHf在1 150 ℃和1 200 ℃下的高温抗氧化性能研究

  李梦奇, 王玉锋, 彭徽

  表面技术. 2026, 55(3): 96-106. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.009

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  目的 研究DD10/NiCoCrAlYHf（HY5）涂层体系在温度1 150、1 200 ℃下的抗氧化性能。方法 采用多弧离子镀（AIP）技术在第3代单晶高温合金DD10表面沉积HY5涂层,在1 150、1 200 ℃下对HY5涂层进行200 h的高温氧化测试。通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对涂层氧化前后的微观形貌、元素组成、物相进行表征。结果 在2种温度下,HY5涂层在氧化初期均迅速生成了一层连续的α-Al₂O₃（TGO）。随着氧化时间的延长,TGO逐渐增厚。在1 150 ℃下氧化200 h后,涂层的氧化增量约为1.16 mg/cm²,TGO厚度约为8 µm,未出现氧化膜开裂或剥落现象。在TGO内形成了纳米级弥散分布的Y₂Hf₂O₇相,涂层与基体之间形成了约80 µm的互扩散区。相比之下,在1 200 ℃下的氧化行为更剧烈。在氧化60 h后,TGO厚度为7.5 µm左右,并出现了局部剥落现象。当氧化时间延长至100 h后,涂层表面生成了Co、Al、Cr的混合氧化物,并向涂层内部延伸。在氧化200 h后,氧化增量约为1.38 mg/cm²,高于1 150 ℃时的氧化增量,混合氧化物延伸深度超过100 µm,直至合金基体。结论 DD10/HY5涂层体系在1 150 ℃下表现出优异的抗氧化性能。在1 200 ℃下,由于TGO快速生长和过早剥落,因此涂层的抗氧化性能显著降低。
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  Ce含量调控对(La_0.5Gd_0.5)₂(Ce_xNb_yYb_yTa_yZr_y)₂O₇高熵氧化物影响的研究

  张杨益, 林晓明, 颜江荣, 王珂荣, 杨鹰, 张永生, 张东博

  表面技术. 2026, 55(3): 107-121. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.010

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  目的 高熵氧化物陶瓷因其低的热导率和较好的高温稳定性,被视为新一代热障涂层极具潜力的候选材料。CeO₂因其优秀的高温热力学性能,因此在高熵陶瓷中被作为添加材料之一。然而,Ce离子的变价特性会对高熵陶瓷的形成产生影响,因此本论文针对其展开研究。方法 研究中采用固相反应法合成了一种具有多种组成元素的新型A₂B₂O₇高熵氧化物陶瓷材料,通过改变体系中B位Ce的含量占比和烧结温度,探究不同Ce的含量和烧结温度对高熵氧化物的影响。采用X射线衍射仪对样品物相进行检测,利用阿基米德法测定密度,利用扫描电子显微镜对显微形貌观察,采用能谱仪进行成分分析,采用X射线光电子谱仪进行表面分析。结果 研究结果表明,Ce含量占比的增大会导致高熵氧化物陶瓷的致密度下降;随着烧结温度的升高,高熵氧化物陶瓷的致密度增大,晶粒生长速度也随着增大,烧结温度过高会导致晶粒尺寸过大;Ce的原子比为0.2时,高熵氧化物陶瓷的成分分布均匀且致密度较高;本次设计的高熵氧化物材料体系最佳的烧结温度为1 550 ℃;Ce元素掺杂在高熵氧化物陶瓷中烧结时会发生变价行为,Ce⁴⁺还原为Ce³⁺,该行为在烧结温度为1 550 ℃时最剧烈,48.76%的Ce⁴⁺转变为Ce³⁺。结论 Ce含量对高熵陶瓷的致密度和烧结性能有明显的影响,Ce元素在高熵陶瓷高温烧结过程中会发生变价行为。
精密与超精密加工
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  微量润滑作用下铣削性能评价与机理研究进展

  马衡宇, 陈富宽, 陈成, 代芳, 文志远, 杜飞龙

  表面技术. 2026, 55(3): 122-147. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.011

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  系统综述了MQL技术在铣削加工中的应用研究及机理分析现状,重点探讨了MQL技术的原理与特点、装置类型及复合技术,并深入分析了其在铣削加工中对切削力、切削温度、刀具磨损、加工表面质量及切屑形貌的影响机制。通过对微雾滴的形成与传输、微液滴的传输与铺展两大角度深入分析,阐明了MQL技术“少量高效”的冷却润滑机理。通过研究总结提出,未来需聚焦复合能场协同调控、微纳技术与表面工程的融合以及新型润滑介质研发的角度,推动MQL技术向高精度、自适应及可持续方向跨越发展,为航空航天、精密电子等领域提供绿色高效加工方案。
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  高强铝合金磨削表面创成机制与工艺参数优化

  李景文, 陈令文, 李时波, 陈海滨, 吴重军, 封小松, 夏佩云

  表面技术. 2026, 55(3): 148-159. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.012

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  目的 为了提升铝合金磨削表面的加工质量,选取2214铝合金为研究对象,旨在深入探究单颗磨粒划擦工艺参数对材料去除行为的影响机制。方法 本文开展了2214铝合金单颗磨粒划擦试验,并采用响应面法（RSM）优化划擦线速度、工件进给速度和划擦深度工艺参数。以材料去除分数a_v和划擦力系数q为响应量,建立了二阶回归模型,用于分析不同划擦参数对材料去除行为的影响。结果 试验结果表明,划擦线速度对a_v和q影响显著,其次是划擦深度,而进给速度对a_v和q表现为不显著。最优工艺参数试验组合经试验验证,a_v较优化前增加了2.3%,q减小了1.7%,对比预测分别相差2.0%和6.4%。结论 针对2214铝合金的单颗磨粒划擦过程,划擦线速度是控制材料去除效率和划擦力的关键因素,优化后的划擦工艺参数能有效减少表面损伤。
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  氮化硅陶瓷磨削亚表面损伤深度仿真与试验研究

  孙健, 王禄, 王超, 张阳, 张志利, 姚金梅

  表面技术. 2026, 55(3): 160-170. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.013

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  目的 揭示磨削参数对氮化硅亚表面损伤深度的影响规律,为磨削加工中降低损伤深度、提高生产效率提供指导。方法 建立氮化硅陶瓷磨削力和裂纹扩展仿真模型,并提出一种基于这2个仿真模型的氮化硅陶瓷磨削亚表面损伤深度预测方法。通过超精密平面磨床,对氮化硅陶瓷片进行磨削试验研究,系统探索砂轮线速度（v_s）、磨削深度（a_p）、工件进给速度（v_w）对磨削后亚表面损伤深度的影响规律。通过扫描电镜（SEM）观测磨削后氮化硅陶瓷亚表面损伤的特征。通过对试验数据进行分析,优化氮化硅磨削亚表面损伤深度的数学预测模型。结果 经试验验证,2个仿真模型均具有较高的精度,基于这2个仿真模型的氮化硅陶瓷磨削亚表面损伤深度预测方法的最大误差在9%以内。试验结果表明,损伤深度随着工件进给速度和磨削深度的增加而增加,随着砂轮线速度的增加而减小,且磨削深度和砂轮线速度对损伤的影响较大。优化后的氮化硅磨削亚表面损伤深度数学模型预测值与实测值的平均偏差率为8.9%,将最大绝对误差控制在11%以内。结论 研究结果为氮化硅陶瓷的高效、低损伤磨削提供了理论依据,并为相关工艺的优化提供了理论支持。
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  基于分子动力学的振动辅助磨削对镍基高温合金亚表面损伤的影响

  范依航, 刘忠悦, 郝兆朋

  表面技术. 2026, 55(3): 171-182. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.014

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  目的 研究镍基高温合金在磨削加工过程中的亚表面损伤机理,利用分子动力学仿真分析手段,对比振动辅助磨削与常规磨削过程中镍基高温合金亚表面缺陷演化与亚表面缺陷原子数量变化,进而探究振动辅助磨削对镍基高温合金亚表面损伤的影响规律。方法 采用分子动力学方法建立振动辅助下立方氮化硼（CBN）单颗磨粒磨削镍基高温合金的磨削过程,通过仿真分析,研究微观尺度下镍基高温合金的亚表面损伤机理。借助仿真分析,研究振动辅助磨削下亚表面的形成机理。利用仿真与实验相结合的方法,对比振动磨削和常规磨削下镍基高温合金的磨削力、亚表面缺陷原子数量、类型及位错的变化情况,深入分析振动辅助磨削对镍基高温合金亚表面损伤的影响。结果 在磨具与工件接触后,工件原有的晶格结构发生变化,晶体内部产生亚表面缺陷,进而在工件内部形成亚表面损伤。在施加振动后,能够有效减小磨具的磨削力,且振动会抑制层错结构、位错缺陷和V型位错的产生,使工件内部的亚表面缺陷原子数量明显降低,从而减少镍基高温合金的亚表面损伤。结论 在磨削时,工件内部会产生V型位错,这是导致镍基高温合金亚表面损伤的重要原因。振动磨削通过抑制镍基高温合金内部V型位错的产生,从而降低镍基高温合金的亚表面损伤,获得更好的亚表面质量。
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  基于多尺度标准差排列熵的单磨粒磨损声发射特征提取研究

  夏天, 万林林, 张先洋, 陈泽郡

  表面技术. 2026, 55(3): 183-195. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.015

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  目的 降低砂轮磨损行为对工件表面质量的影响,开发出新的特征用于表征磨粒磨损,提升声发射监测砂轮磨损的可靠性。方法 以单颗磨粒为研究对象,开展单颗磨粒磨损试验,记录磨粒的出露高度及磨耗面积的变化,根据磨粒磨损体积对磨损状态进行划分。采集磨粒在不同状态下磨粒划擦碳化硅的声发射信号,利用增强鲸鱼优化变分模态分解（EWOA_VMD）的数据处理方法,对原始声发射信号进行预处理。提取信号时域和频域特征,验证所提出的新的多尺度标准差排列熵（MSDPE）特征的可靠性。结果 磨粒的磨损形式为微破碎、磨耗磨损和宏观破碎,不同形式的磨损导致了磨损体积呈现出先急速上升、又趋于平缓、最后又急速上升的趋势。将EWOA_VMD和鲸鱼优化变分模态分解（WOA_VMD）的去噪效果对比,EWOA_VMD的包络熵为更低的6.868 9,EWOA_VMD的收敛速度更快,并且处理后的信号信噪比更高。所提出的MSDPE特征能够准确捕捉磨粒的磨损行为,尺度因子为4时的MSDPE与磨粒磨损体积的相关性系数为0.92。结论 磨粒磨损可分为初期磨损、稳定磨损和严重磨损3个阶段。EWOA_VMD具有收敛速度快、重构信号质量更高的优点,能有效剔除环境噪声。MSDPE特征对磨粒的磨损行为具有较高的敏感性,与磨粒磨损体积的相关性较高。MSDPE能够准确识别磨粒磨损的3个阶段,该特征可以应用于砂轮磨损的声发射监测过程中。
表界面强化技术
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  水射流强化技术对表面完整性及疲劳性能的影响研究进展

  于焱, 王优强, 张平, 岳修杰, 高业然

  表面技术. 2026, 55(3): 196-218. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.016

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  水射流表面强化技术作为一种能够有效提升材料抗疲劳性能和表面完整性的新兴技术,近年来在学术界和工程界备受关注,相关研究与应用不断深入。该技术主要通过在材料表层引入残余压应力、强化塑性变形层及优化微观组织结构等途径,显著提高材料在高应力环境中的作业可靠性和使用寿命。系统阐述纯水射流、磨料水射流和超声水射流等主要水射流类型及其作用机制,并将其与其他机械表面强化技术进行对比分析。重点综述水射流表面强化技术对材料表面完整性和疲劳性能的影响,详细探讨射流压力、靶距、喷嘴横移速度、磨料类型、磨料尺寸、流速等单一工艺参数对强化效果的影响规律,同时深入研究多参数协同作用对强化效果的作用机制,论述强化材料基体类型的响应差异及微观作用机理。最后,对水射流表面强化技术的研究进行总结和展望。拟进一步提升材料在疲劳环境下的综合作业性能,为航空航天、汽车制造及军事工程等对材料性能要求极为严苛的领域提供有价值的表面强化技术参考。
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  Sn-Bi基焊料界面可靠性关键问题与改性策略研究进展

  赏敏, 马海涛, 马浩然, 王加俊, 王云鹏

  表面技术. 2026, 55(3): 219-243. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.017

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  系统综述了旨在提升Sn-Bi焊点界面可靠性的多层次改性策略。首先,评述了通过焊料合金化调控其本征性能的方法,系统分析了添加Ag、Cu、Ni、In、Sb、Zn、Co等元素对焊料微观结构、力学性能及界面反应动力学的影响。其次,探讨了以石墨烯为代表的纳米颗粒强化机制,阐明其在细化晶粒和抑制IMC生长方面的作用。随后,重点阐述了以基板改性为核心的界面工程策略,深入剖析了Ni基金属镀层和Ni-P、Ni-W-P等先进复合镀层作为扩散阻挡层的核心机理,即通过改变界面反应热力学路径来抑制原子互扩散。同时,也关注了复合改性方法,如焊料合金化与基板表面处理,如ENEPIG的协同作用。最后,对未来研究方向进行了展望,指出开发高熵/非晶合金等新型阻挡层,并结合计算材料学与先进原位表征技术,将是实现下一代高可靠性Sn-Bi焊点界面“按需设计”的关键。
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  HT300表面双层结构碳化钼复合涂层的微观组织和力学性能

  梁小进, 康玲, 白海强, 王旭东

  表面技术. 2026, 55(3): 244-251. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.018

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  目的 在钢铁材料表面制备硬质涂层,可明显改善其因表面硬度低和耐磨性差导致在摩擦工况下使用寿命低的问题。采用传统均质涂层在提高表面硬度和耐磨性的同时,通常伴随着韧性的大幅降低,即硬度（耐磨性）与韧性存在权衡关系,因此采用原位固相扩散技术在HT300表面制备一种具有双层结构的新型碳化钼复合涂层。方法 采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和背向散射电子衍射技术（EBSD）分析涂层的物相组成和微观形貌。用G200纳米压痕仪测试涂层截面的硬度和压入模量。通过维氏压痕测试实验评价涂层的断裂韧性。结果 当制备工艺参数为1 000 ℃、保温10 h时,涂层呈现致密结构,且涂层与基体之间无明显间隙。进一步将制备工艺参数优化为温度1 050 ℃、保温时间10 h,所制备涂层的截面微观组织呈现典型的双层结构。从复合涂层表面到基体,第1层（Ⅰ）为完全致密的Mo₂C层,第2层（Ⅱ）为连接Mo₂C层与HT300基体的Fe₃Mo₃C(Si)过渡层。Mo₂C层/Fe₃Mo₃C(Si)层界面和Fe₃Mo₃C(Si)层/基体界面均呈现良好的冶金结合。当保温时间由4 h增加到10 h时,复合涂层的厚度由(15.9±0.46) μm增至(25.3±0.85) μm,且复合涂层厚度的平方与保温时间t成正比（d²=Kt,K=64.35 μm²·h）。压痕测试结果表明,复合涂层表面的硬度和断裂韧性分别达到(24.6±0.5) GPa和(3.0±0.1) MPa·m^1/2。相较于未涂覆的HT300基体（(3.5±0.5) GPa）,复合涂层表面的硬度提高了约6倍。沿着厚度方向,复合涂层的硬度逐渐降低,而断裂韧性逐渐增大。结论 复合涂层内双层结构的形成可以降低复合涂层与基体之间的界面应力集中,进而改善了复合涂层与基体之间的界面结合。该新型钢铁材料表面双层结构的制备策略有效解决了钢铁材料表面硬度低和耐磨性不足的问题。
热喷涂与冷喷涂技术
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  等离子喷涂Al₂O₃-40%TiO₂强化聚四氟乙烯不粘涂层的制备及其性能研究

  曹达华, 高岩, 雒晓涛, 申继豪, 程志喜, 万鹏, 李洪伟

  表面技术. 2026, 55(3): 252-261. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.019

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  目的 针对传统不粘涂层耐磨性差、表面磨损后疏水性快速衰减等问题,提出一种离散Al₂O₃-40%TiO₂（AT40）陶瓷凸起结构强化的聚四氟乙烯（PTFE）耐磨不粘涂层结构设计,在摩擦磨损中,通过高硬度的陶瓷凸起对摩擦副的支撑作用,避免PTFE被快速磨除,以提高不粘涂层的耐磨性。方法 首先,采用等离子喷涂半熔化粒子沉积具有高表面粗糙度的AT40陶瓷涂层;其次,采用PTFE填充AT40陶瓷涂层表面半熔化粒子凸起间的空隙,获得复合涂层。研究喷涂距离对AT40涂层表面结构的影响,揭示AT40涂层表面粗糙度对复合涂层耐磨性能及持久不粘性能的影响规律。结果 当喷涂距离从40 mm分别提高到80、120、150 mm时,等离子喷涂AT40陶瓷涂层的表面粗糙度先减小后增加,在喷涂距离为40 mm时,粗糙度Ra最高,为19.3 μm,R_z为220.4 μm。将该条件下制备的AT40陶瓷涂层表面涂覆PTFE面层后,在摩擦磨损25 000周后依然能够保持不粘性能,相较于传统的PTFE不粘涂层提升了约4倍。结论 大气等离子喷涂的高粗糙度AT40陶瓷底层与PTFE面层的复合耐磨不粘涂层具有优异的耐磨性能和持久的不粘性能,可大幅提升不粘烹饪器皿的使用寿命。
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  孔隙对热障涂层YSZ/TGO界面残余应力影响的仿真研究

  王敏, 龚佳蔚, 吴莉洁, 李超, 袁建辉

  表面技术. 2026, 55(3): 262-272. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.020

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  目的 研究热循环过程双陶瓷热障涂层YSZ/TGO界面残余应力受涂层孔隙率和孔隙形貌等的影响,为热障涂层的失效研究提供理论依据。方法 基于Python参数化建模和Abaqus有限元仿真,获得温度变化过程YSZ和热生长氧化层TGO界面上不同位置沿X轴和Y轴方向的残余应力。通过固定三变量调节单变量的方法,研究单一孔隙变量对YSZ/TGO界面残余应力的影响。结果 仅改变孔隙率时,YSZ/TGO界面左右两侧波峰的S11在孔隙率15%时取得最大拉应力,分别为16.4 MPa和22.4 MPa。左侧波峰、波谷位置的S22在15%与20%孔隙率下均具有相近的S22值,分别为90.0 MPa和12.2 MPa;仅改变长轴尺寸,左侧波峰在长轴尺寸为2.5 µm时具有最大的S22压应力85.3 MPa,此时右侧波峰具有最大S22拉应力36.4 MPa,而波谷则具有最小的S22压应力15.0 MPa;仅改变孔隙方向,90°孔隙方向在降温结束时具有最大的S11压应力22.1 MPa,而在降温开始阶段具有最大的S22拉应力33.8 MPa;仅改变纵横比,降到室温时左侧波峰S22压应力最大值98.8 MPa和右侧波峰S22拉应力最大值34.0 MPa均在纵横比4.5时出现,波谷的S22压应力在纵横比为4.5时出现最小值11.4 MPa。结论 不同孔隙率、纵横比和孔隙方向对YSZ/TGO界面的残余应力具有较大的影响,单一孔隙尺寸的变化对界面上的S11和S22影响相对较小,通过控制涂层中的孔隙率和孔隙形貌,可以降低热障涂层的失效风险。
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  冷喷涂AlSi7MgA涂层组织和力学性能研究

  成佳, 张科杰, 黎海凡, 兰海明, 董晓英, 刘源, 黄仁忠

  表面技术. 2026, 55(3): 273-281. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.03.021

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  目的 以AlSi7Mg系合金（AlSi7Mg、AlSi7MgA、AlSi7Mg1A）为代表的Al-Si系铸造铝合金广泛应用于航空器壳体零部件的制造,这类零部件在铸造成型及服役过程中容易因砂眼、磨损、腐蚀等缺陷而报废,传统热修复技术（如焊接、激光沉积等）对薄壁件的修复能力有限,探索冷喷涂修复技术的可行性。方法 采用高压冷喷涂设备,以氮气为工作气体,在AlSi7Mg1A基体上沉积AlSi7MgA涂层。通过正交试验设计,考察主要喷涂参数气体压力（3、4、5 MPa）、温度（400、500、600 ℃）对涂层显微组织、孔隙率、显微硬度,以及结合强度、抗拉强度等性能的影响规律。综合采用金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、万能试验机系统表征涂层的显微组织、孔隙率、显微硬度、结合强度、抗拉强度。结果 气体压力5 MPa、温度600 ℃为较佳的喷涂工艺参数,在此条件下,粉末粒子变形更充分,涂层更均匀致密,孔隙率小于0.1%,平均显微硬度为(116.8±6.1)HV0.1。此外,涂层的结合强度超过(79.8±2.2) MPa（胶断）,自身抗拉强度高达321 MPa,与国标规定的T6热处理状态下AlSi7Mg1A (ZL114A)基体材料的强度相当。结论 证实仅采用较高的冷喷涂工艺参数,未使用昂贵氦气或增加其他前处理、后处理工艺,就可将普通商用粉末在AlSi7Mg1A基体上制备出兼具高致密性、高结合强度、高抗拉强度的AlSi7MgA修复涂层,这为Al-Si铸造铝合金壳体实现低成本、高性能修复提供了有效的技术方案。