2026年, 第55卷, 第5期　
刊出日期：2026-03-10

  

• 全选
  |

摩擦磨损与润滑
• Select
  发动机气门机构材料技术及减摩抗磨研究进展

  陈可越, 陈文刚, 石柏兴, 钟银坤, 李贵芬, Dongyang Li

  表面技术. 2026, 55(5): 1-21. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  气门机构是发动机的重要组成部分,承担发动机燃烧室中输入空气和排出废气的功能。随着发动机技术的不断发展,对于气门机构性能的要求也逐渐增加,在高温高压高腐蚀的工作环境中,气门机构的磨损主要源于气门与气门座圈在工作过程中产生的冲击、气门弹簧在长时间高频率工作中发生的损坏,以及气门杆与凸轮配合工作中产生的磨损,因此,发动机气门机构相关的减摩抗磨性能研究是提升发动机整体工作性能的重要方式。基于此,本研究系统性归纳总结了新材料、新工艺、新型润滑油添加剂和表面改性技术来提升气门机构的摩擦学性能的相关研究工作,其中,表面改性技术包含了喷丸技术、激光表面微织构技术、渗氮技术等多个方面,从减少工作过程中的磨损量,提升材料表面抗氧化性能,降低材料表面的摩擦系数等多个方面提升材料表面耐磨性能,并结合发动机气门制造商对于新材料和改性技术在产品级气门层面的应用,较为全面地总结不同材料和表面改性技术对于气门机构表面性能提升的效果,最后对发动机气门机构减摩抗磨性能研究进行展望并提出建议。
• Select
  凸轮挺杆摩擦副减摩抗磨特性研究进展

  石柏兴, 陈文刚, 陈可越, 钟银坤, 李贵芬

  表面技术. 2026, 55(5): 22-42. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  首先按时间顺序对凸轮挺杆材料的研究与应用进行了梳理,发现不同时期该部件的材料应用侧重点有所不同。其次,简要介绍了仿真模拟技术在凸轮挺杆减摩改性中的应用,并结合仿真结果分析了其减摩机理。此外,复合表面改性能够实现优势互补,从而有效改善摩擦学性能。相比之下,单一表面改性虽能提升减摩性能,但往往存在缺陷。诸如,表面织构在高载荷下易损坏,而部分固体润滑涂层则存在易脱落等问题。若将表面织构与离子注入或涂层技术相结合,则能在提高摩擦学性能的同时,有效减少涂层的脱落。这为延长凸轮挺杆的使用寿命提供了新思路。润滑油添加剂在内燃机中的应用,可改善运动部件的摩擦状况。在合理范围内,较高的润滑油黏度有助于形成更厚的油膜,从而更有效地降低表面摩擦系数。新兴的绿色环保型添加剂则能进一步减少有害气体的排放,这为适应新时代的绿色环保政策提供了解决方案。最后,对未来内燃机凸轮挺杆材料的表面减摩抗磨改性研究,以及润滑油添加剂的发展趋势与挑战进行了展望。
• Select
  低湿环境下接触力和速度对浸金属碳滑板摩擦学性能的影响

  李仁辉, 古素军, 关金发, 纪东东, 吴积钦, 黄杰, 韩峰, 张继旺

  表面技术. 2026, 55(5): 43-53. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 针对地铁碳滑板在低湿季节和起步变速区段的磨耗、燃弧、温升异常突出的现象,在低湿环境下着重探究接触力和速度对浸金属碳滑板表面磨损性能的影响。方法 采用铜银合金接触线和浸金属碳滑板组成摩擦副,利用弓网系统载流磨损试验台进行摩擦磨损试验,并记录试验过程中碳滑板载流和接触力波动、燃弧放电和表面温升等变化情况。结果 无电流加载下,随接触力的增大碳滑板磨耗与温升增大,且表面机械切削划痕愈发明显;当加载电流后,接触力的增大利于载流效率的提升,同时一定程度上抑制燃弧次数、减少平均燃弧时间;而碳滑板表面电流和接触力波动、燃弧现象随速度的增大更为剧烈。碳滑板的磨耗与温升随接触力的增大呈先小幅减小后大幅增多的趋势;90 N接触力较120 N磨耗量减少25%,温升幅值下降20%,且在120 N下试验后的滑板表面形貌切削剥落更为严重。试验过程中,碳滑板表面温升呈先迅速上升后缓慢小幅上升的趋势,在跑合期小接触力下,滑板表面燃弧明显温升迅速而平稳期后大接触力下的温升较小接触力下上升趋势更陡。结论 速度越快,碳滑板载流越差、燃弧越突出,磨耗量和温升幅值也随之增大,而适当的接触力既可以提升碳滑板载流效率、抑制表面燃弧,又能减少磨耗量与温升幅值。
• Select
  中频磁控溅射电流对Si-DLC薄膜摩擦性能的影响

  刘龙龙, 王少辉, 蒋成燕, 柴利强, 王鹏, 李勇, 胡勇

  表面技术. 2026, 55(5): 54-67. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.004

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 改善类金刚石碳（Diamond-like Carbon,DLC）薄膜的摩擦性能。方法 采用中频磁控溅射技术,通过调控溅射电流（1~3 A）在W18Cr4V钢基体和硅片上沉积了不同硅含量的Si-DLC薄膜。利用场发射扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、拉曼光谱（Raman）和X射线光电子能谱（XPS）等表征手段,详细分析了薄膜的表面形貌、元素组成和化学键合状态。随后分别使用球盘式摩擦试验机和HT-1000型高温摩擦试验机,对Si-DLC薄膜在大气环境下和高温条件（100~300 ℃）下的摩擦系数和磨损率进行测试,利用光学显微镜观察Si-DLC薄膜的磨痕及对偶球磨斑形貌,评价薄膜的磨损横截面积和磨痕轮廓,并对磨痕（中间、边缘）和磨斑（对偶球中间、边缘）进行拉曼光谱和能谱分析（Energy Dispersive Spectrometer,EDS）。结果 不同溅射电流制备Si-DLC薄膜的表面均匀致密,无孔洞裂纹产生。随着溅射电流的增加,薄膜中sp³—C杂化键的比例（原子数分数）从10.12%（1 A）增至21.00%（3 A）,相应地,薄膜硬度和弹性模量分别从10.98 GPa和87.90 GPa增至13.10 GPa和104.00 GPa。适度掺Si可有效缓解薄膜内应力,降低残余应力。1.5 A制备的Si-DLC薄膜具有优异的室温摩擦性能（平均摩擦系数小于0.04）和磨损率（2.78× 10^-7 mm³/(N·m)）。300 ℃下,低电流（1 A）制备的薄膜表现出优异的摩擦稳定性,平均摩擦系数仅为0.1,磨损率为4.16×10^-7 mm³/(N·m);而高电流（2 A）制备的薄膜摩擦系数急剧升高,薄膜发生磨穿现象。结论 合理设置中频磁控溅射电流,可有效提升Si-DLC薄膜的室温和高温摩擦性能,较高Si含量DLC薄膜则呈现加剧磨损失效现象。
• Select
  超音速火焰喷涂c-BN/TiC增强NiCrBSi复合涂层的摩擦学性能研究

  任奕, 刘侠, 王志强, 张世宏, 王硕煜, 常诚, 杨阳, 杨康

  表面技术. 2026, 55(5): 68-78. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 设计一种物相分布均匀的双陶瓷相增强NiCrBSi复合涂层,以进一步增强涂层耐磨损性能。方法 采用喷雾造粒技术制备c-BN和TiC/c-BN增强NiCrBSi复合粉体,经过烧结筛分得到增强相分布均匀的喷涂粉末。利用超音速火焰喷涂（HVOF）技术制备了NiCrBSi、c-BN和TiC/c-BN增强NiCrBSi复合涂层。采用显微硬度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、摩擦实验机,分别对复合粉末以及涂层微观结构、相结构、力学性能,以及涂层耐磨性能进行了表征,并利用探针接触式轮廓仪、拉曼光谱等分析了涂层表面磨痕形貌和磨损产物。结果 所制备粉末球形度良好,喷涂的涂层组织致密,金属和陶瓷相分布均匀。与NiCrBSi涂层以及具有相同陶瓷体积分数的NiCrBSi/c-BN涂层相比,含有TiC的NiCrBSi/TiC/c-BN复合涂层硬度最高（达到838.0HV0.3）、耐磨性能最优（4.6×10^-6 mm³/(N·m)）。结论 涂层主要磨损机制从NiCrBSi涂层的黏着磨损转变为金属陶瓷涂层的磨粒磨损。均匀分布的双陶瓷相协同作用有效减缓了裂纹扩展,增强了涂层抵抗塑性变形的能力,最终使得NiCrBSi/TiC/c-BN涂层表现出最优异的耐磨性能。
• Select
  电力金具材料表面热镀锌层的摩擦学性能研究

  王开明, 易增, 宋子博, 刘炜, 符寒光, 顾建

  表面技术. 2026, 55(5): 79-90. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 为了提高电力金具耐磨性,并揭示常规和极端磨损工况下镀锌层的使用寿命。方法 采用热浸镀锌技术在试件表面形成一层镀锌层,与GCr15钢球构成摩擦副进行摩擦磨损试验,研究了不同磨损工艺下镀锌层的摩擦学性能,并利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）对磨损表面和摩擦副的形貌和元素组成进行分析。结果 随着磨损时间增加,镀锌层摩擦系数呈下降趋势,镀锌层的磨损质量升高至41.3 mg后保持稳定波动,O元素含量逐渐增加至28.16%。随着磨损载荷增加,平均摩擦系数下降至0.38。在较低和较高的旋转转速下分别具有较高的摩擦系数（0.53）和磨损质量（42.39 mg）,磨损表面Zn元素含量均较低。结论 在短时间、低载荷和中转速下,镀锌层表面凸起优先与摩擦副发生碰撞脱落,随后划伤磨损表面形成微犁沟痕迹,磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损。而在长时间、高载荷和低、高转速下,磨损表面与摩擦副接触面积增大,加重材料损失并产生大量热量,造成了氧化磨损。而一部分材料黏附在表面起润滑保护作用,造成了黏着磨损。
• Select
  42CrMo钢表面激光熔覆CuSn12Ni2涂层组织及摩擦性能研究

  郝泽冰, 崔泽琴, 冯志飞, 郝晓虎, 王文先, 李卫国

  表面技术. 2026, 55(5): 91-100. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.007

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 提高42CrMo轴承钢的摩擦性能,降低其磨损失效风险,延长风电轴承的使用寿命。方法 采用激光熔覆同轴送粉技术在风电轴承模拟件（42CrMo钢）表面制备CuSn12Ni2铜合金熔覆层,利用OM、SEM、EDS、XRD、激光光谱共聚焦显微镜、显微维氏硬度计、纳米压痕测试仪、高速往复摩擦磨损试验机等对熔覆层孔隙率、微观形貌及物相组成进行研究,评估了熔覆层和基体在显微硬度、微纳力学性能、摩擦性能、磨损率及失重之间的差异。结果 当P=2 800 W,V=40 mm/s时制备出致密无明显缺陷的CuSn12Ni2铜合金熔覆层,其孔隙率低至0.57%。熔覆层中部组织由柱状晶和细小枝晶组成,Cu/Sn元素分布均匀,主要以铜锡金属间化合物与α-Cu固溶体形式存在。通过制备CuSn12Ni2铜合金熔覆层极大地提高了接触面的摩擦性能,熔覆层与基体的显微硬度分别为178.6HV0.2和243.1HV0.2,熔覆层的平均摩擦系数（0.38）低于基体（42CrMo轴承钢）的平均摩擦系数（0.55）,熔覆层的磨损率与基体相比降低了58.33%,分别为22.419×10^‒4 mm³/(N·m)和53.806×10^‒4 mm³/(N·m),且熔覆层的质量损失为基体的3/8。结论 在42CrMo轴承钢表面激光熔覆CuSn12Ni2涂层可以有效减轻磨损,延长其使用寿命。
• Select
  TiAlN/TiAlCN多层涂层退火后的微观结构演变和摩擦性能研究

  赵子豪, 傅卫, 梁丹丹, 张而耕

  表面技术. 2026, 55(5): 101-112. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 采用阴极电弧技术在316L不锈钢表面制备了一种以TiN打底的TiAlN/TiAlCN多层涂层,研究不同退火温度和退火气氛对TiAlCN多层涂层的微观结构、机械性能和摩擦学性能的影响。方法 TiAlN/TiAlCN多层涂层在马弗炉中分别进行不同气氛（Ar和N₂）和不同温度（400 ℃、600 ℃和800 ℃）的退火处理;采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪等研究多层涂层的微观结构和物相组成;借助纳米压痕仪表征多层膜的机械性能;最后通过摩擦磨损试验机、SEM、拉曼光谱仪、能谱仪（EDS）和白光干涉仪评估TiAlN/TiAlCN多层涂层的摩擦磨损行为和机理。结果 TiAlN/TiAlCN多层涂层主要由(Ti,Al)(C,N)相构成。随着退火温度的升高,涂层的（220）晶面衍射峰不断朝着高角度方向移动,甚至分裂,而且TiAlCN涂层的I_D/I_G均先增大后减小,在600 ℃达到最大。TiAlN/TiAlCN多层涂层在N₂氛围下退火处理后的表面质量更好,且在N₂氛围中退火涂层的晶粒尺寸小于Ar环境,这主要归因于N₂环境能抑制涂层退火过程中晶粒尺寸的长大,进而提高涂层的机械性能。摩擦磨损后,N₂氛围下退火的涂层的磨损率在600 ℃退火处理时达到最小值,为0.72×10^-5 mm³/N·m,而在Ar环境下退火的涂层磨损率较高,这可能是由于N₂环境更利于团聚形成a-C结构,并且增强sp³-C向sp²-C转化程度。结论 TiAlN/TiAlCN多层涂层在Ar和N₂气氛下退火处理后,其耐磨性均有所提高,而且与Ar环境下相比,TiAlN/TiAlCN多层涂层在N₂环境退火后的性能更好。
• Select
  制备温度对Cr-Al-Y渗层组织结构的影响及高温摩擦磨损性能研究

  李涌泉, 许欣鑫, 郝清锐, 张喜安

  表面技术. 2026, 55(5): 113-121. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 针对TiAl合金硬度低、高温下易磨损等问题,本研究旨在TiAl合金表面制备Cr-Al-Y渗层,改善其高温摩擦磨损性能。方法 以TiAlNb9合金为基体,采用扩散渗法在其表面制备Cr-Al-Y渗层,渗剂组成为4Al-10Cr-2Y₂O₃-6NH₄Cl-78Al₂O₃（质量分数）。通过控制制备温度（1 000、1 050、1 100 ℃）和保温时间（0、2、4 h）,结合扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪分析渗层的微观结构、元素分布及相组成;并在600 ℃、载荷 5 N、摩擦半径2.5 mm、转速224 r/min条件下,与Si₃N₄球对磨1 h,观察磨痕形貌分析磨损机理。结果 不同工艺条件下制备的Cr-Al-Y渗层均有多层结构,由内向外分别为富Nb的γ-TiAl互扩散层,Ti₂Al内层,Ti₄Cr、(Ti, Nb)Cr₄、TiCr₂及TiCr组成的外层。摩擦磨损试验表明,600 ℃下与Si₃N₄球对磨时基体的摩擦系数在0.50至0.86间大幅度无规则震荡,渗层的摩擦系数稳定在0.43左右;基体的磨痕宽度约587.81 μm,磨损机理主要为犁沟磨损、磨粒磨损及氧化磨损,渗层的磨痕宽度约461.91 μm,主要为削层磨损、磨粒磨损及黏着磨损。结论 采用扩散渗法制备的Cr-Al-Y渗层可有效改善TiAl合金的高温摩擦磨损性能,其中制备温度为1 050 ℃、保温2 h时渗层结构致密且无缺陷;与基体相比,渗层摩擦系数降低了约33%,磨损率降低了约95%,表现出优异的高温耐磨性。
• Select
  HVOF制备Inconel 718涂层的微观组织结构和摩擦磨损性能研究

  杨书汉, 肖遥, 马利霞, 贺定勇, 许一, 于金满

  表面技术. 2026, 55(5): 122-133. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 球阀作为航空航天管道系统的关键控制部件,在高压工况下面临严重摩擦磨损问题,导致气密性劣化与可靠性下降。针对SUS 300系列不锈钢耐磨性不足的技术瓶颈,本研究采用超音速火焰喷涂技术在SUS 304基体表面制备Inconel 718涂层,研究涂层的微观组织和摩擦性能。方法 通过扫描电子显微镜、X射线衍射、电子背散射衍射及透射电子显微镜等多尺度手段表征涂层微观结构,利用显微硬度计、材料表面性能测试仪及激光共聚焦显微镜评估其力学与摩擦学性能。结果 结果表明,涂层中存在平均尺寸为2.26 μm的细小晶粒,并积累高达22.46×10¹⁴ m^‒2的位错密度,同时还存在纳米尺度的γ′与δ强化相。其中,细小的晶粒、纳米析出相以及高水平的位错密度均会增加位错运动的难度。此外,涂层还具备高达‒798.7 MPa的残余压应力。这些多尺度协同的微观组织结构使涂层的显微硬度达550.7HV0.1,较基体（242.9HV0.1）提升126.72%。结合强度达61.79 MPa,表明涂层与基体结合良好。摩擦学测试显示,涂层平均摩擦系数为0.72,较基体（0.82）降低;磨痕宽度和深度分别减少25.32%和53.86%,体积磨损率降至1.74×10^‒6 mm³/(N·m),耐磨性提升约52.59%。结论 HVOF制备的Inconel 718涂层通过细晶强化、纳米沉淀相强化及高位错密度等微观机制,显著提高了球阀表面硬度与耐磨性。
• Select
  载荷与温度对TiAlCrY/YSZ复合涂层摩擦行为的影响

  贾晨杰, 周晓冰, 党博, 张平则

  表面技术. 2026, 55(5): 134-148. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 在γ-TiAl合金表面制备TiAlCrY/YSZ复合涂层以提升其耐磨损性能。方法 采用双层辉光等离子金属技术和多弧离子镀技术,在γ-TiAl合金表面制备TiAlCrY/YSZ复合涂层,利用XRD、SEM对涂层表面物相以及形貌进行分析,使用数字显微硬度仪、微米划痕测试仪对涂层力学性能分析,采用往复式及高温球磨盘式摩擦磨损仪对基体和涂层进行磨损实验,采用SEM和激光共聚焦扫描显微镜观察二者表面磨损形貌并综合对比分析。结果 复合涂层表面主要物相为t-ZrO₂,具有良好的热稳定性。YSZ层厚度为14~ 16 μm,TiAlCrY黏结层和扩散层厚度为8~10 μm,涂层总厚度为24 μm且均匀致密。力学性能测试结果表明,TiAlCrY扩散层有效缓解了基体与YSZ涂层界面性能差异,提高了结合强度与显微硬度。摩擦磨损结果表明,涂层的摩擦系数稳定且明显低于基体,在6.2 N载荷下涂层磨损体积仅为基体的12%。涂层的主要磨损机制为轻度磨粒磨损,而基体的磨损机制主要为磨粒磨损与黏着磨损。在500 ℃下,基体氧化膜形成和剥落,磨损程度加剧,主要以磨粒磨损为主,同时伴随不同程度的黏着和氧化磨损;涂层则主要经历轻微的氧化磨损和黏着磨损,比磨损率仅为基体的15%。结论 通过在γ-TiAl合金上制备TiAlCrY/YSZ复合涂层,深入研究涂层在摩擦磨损条件下的行为特点及失效机制,提高γ-TiAl合金在实际工程中的应用性能,有效解决了YSZ陶瓷层与γ-TiAl之间高温结合力差的问题,并显著提高其耐高温磨损性能。
• Select
  65Mn钢犁面近似菱形微织构的减摩抗磨性能实验与模拟

  厍旭, 胡晓, 华孙铭墙, 王远

  表面技术. 2026, 55(5): 149-157. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.012

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 为改善65Mn钢犁面在犁耕初期因抗剪切能力不足,易发生磨粒磨损,引起早期失效的不足。方法 用激光加工技术在65Mn犁面上制备凹边菱形（A型）、凸边菱形（T型）和凹边-凸边菱形相间排列（A-T型）3类不同间距x、y的凸起微织构。在水土溶液润滑下进行摩擦学性能试验。采用DEM-CFD双向颗粒流固耦合的多相流数值模拟方法,构建仿真模型,以系统分析微织构的减摩抗磨机理。结果 近似菱形微织构均能有效改善65Mn钢犁面的减摩抗磨性能,其中Ⅱ类下A、T和A-T试样具有较低的摩擦因数和磨损率,3类间距下均是A试样的性能最优,A-T试样次之,T试样最差。数值模拟的剪切应力表明,Ⅱ类下的A、T和A-T试样具有最低的剪切应力;且在3类间距下,A试样的剪切应力最低,A-T试样的次之,T试样的最高。双向流固耦合模拟表明,各试样对颗粒的捕获能力及其颗粒质量变化曲线的稳定性均不同,Ⅱ类下的A、T和A-T试样对颗粒的捕获能力适中,颗粒质量变化曲线也最稳定,即Ⅱ类试样在颗粒捕获量与流场稳定性二者之间实现了较好的平衡。结论 65Mn钢犁面的近似菱形凸起微织构均能不同程度地提升其减摩抗磨性,数值模拟较好地解释了微织构提升其减摩抗磨性的原因。
• Select
  基于表面织构的列车车轮轮缘润滑减摩/磨性能研究

  朱鹏飞, 程家豪, 王文健, 丁昊昊, 张沭玥

  表面技术. 2026, 55(5): 158-169. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 列车通过曲线时车轮轮缘与钢轨轨侧由于发生接触而发生滑动摩擦,需进行车轮轮缘的润滑减摩/磨以延长服役寿命。方法 本文利用激光技术在盘表面制备出具有不同宽度、不同面积占有率的横沟槽织构,利用UMT Tribolab摩擦试验机开展滑动摩擦磨损实验,探究润滑脂作用下不同织构宽度和织构面积占有率对列车车轮轮缘润滑减摩/磨效果的影响,并优化最佳织构参数,探讨织构润滑的减摩/磨机理。结果 相比于无织构的光滑表面,当横沟槽织构宽度在400~600 μm范围内时,能够到达减摩/磨的目的;当宽度为500 μm时减摩/磨效果最好,此时平均摩擦系数为0.07,盘磨损率为0.56 μg/m,与无织构相比分别降低22.2%和35.6%;当织构宽度恒定为500 μm时,面积占有率为50%时减摩/磨损效果最好,此时平均摩擦系数达0.06,磨损率为0.35 μg/m,分别降低33.3%和60%。表面形貌分析发现,对比无织构和横沟槽织构试样表面,无织构区域以磨粒磨损为主,且光滑表面磨损严重,织构不但能够存储磨屑避免加重表面磨损,且能存储润滑脂对摩擦表面进行“二次润滑”。结论 在润滑脂条件下,合理设计横沟槽织构的参数能够在一定程度上减少列车车轮轮缘与轨侧之间的摩擦系数和磨损率,减轻表面磨损,具有润滑减摩/磨的双重效果。
• Select
  Nb/Ti对Fe-7Cr-C-Nb-Ti堆焊合金的组织演变及耐磨性能的影响

  宗琳, 马亚琳, 李立伟, 胡祚华, 王明, 贾华, 龙日升

  表面技术. 2026, 55(5): 170-178. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.014

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探究不同Nb/Ti对Fe-7Cr-C-Nb-Ti系堆焊合金组织与耐磨性能的影响。方法 采用等离子堆焊技术在20钢板上制备5组Nb/Ti原子比分别为0.5∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1及2.4∶1的Fe-7Cr-C-Nb-Ti系堆焊合金,借助热力学分析、XRD及SEM等手段分析堆焊层的物相和组织结构;利用硬度及磨粒磨损试验手段测试堆焊层的显微硬度和耐磨性能。结果 随着Nb/Ti增大,堆焊层组织逐渐从亚共晶结构（α-(Fe-Cr)+网状共晶M₇C₃+(Nb,Ti)C）转变为近共晶结构（M+A'+(Nb,Ti)C+M₇C₃+NbC_(script)）,最后转变为过共晶结构（马氏体、奥氏体基体、大量初生(Nb,Ti)C和少量二次NbC、M₂₃C₆）。堆焊层组织中初生(Nb,Ti)C数量逐渐增多,其形态在Nb/Ti=0.5∶1~2∶1范围内呈颗粒状,当Nb/Ti增大到2.4:1时转变为枝晶状和团簇状;共晶M₇C₃数量逐渐减少,当Nb/Ti=2.4∶1时,M₇C₃相消失,同时堆焊层中形成少量的M₂₃C₆。堆焊层的硬度和耐磨性先增加后又降低,这与基体、初生(Nb,Ti)C及共晶M₇C₃的体积分数和形态变化密切相关。结论 Nb/Ti为2∶1的堆焊合金表现出最高的硬度(728.4HV0.5)和最低的磨损质量(仅为0.209 1 g),磨损表面更光滑,未出现明显的沟槽,磨粒侵入量最小。其原因是低碳马氏体基体和大量尺寸适中的颗粒状初生(Nb,Ti)C硬质颗粒的强化,以及合金组织中总碳化物和共晶碳化物数量之间具有良好的平衡,合金的耐磨性能比Nb/Ti=2.4∶1时提高了约3.1倍。
• Select
  激光熔覆等原子比CoCrFeNi-V高熵合金涂层的磨损行为研究

  罗方焰, 金宏涛, 陈泽桓, 师文庆, 黄江

  表面技术. 2026, 55(5): 179-190. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.015

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 本研究旨在设计一种等原子比的CoCrFeNiV高熵合金,通过对比CoCrFeNi与CoCrFeNiV高熵合金（HEA）涂层的微观结构、相组成、硬度及耐磨性能,探究V元素对高熵合金涂层力学性能的影响机制,为提升高熵合金耐磨性能提供理论与实验依据。方法 采用激光熔覆技术制备CoCrFeNi和CoCrFeNiV HEA涂层。借助X射线衍射（XRD）分析涂层的相组成,利用扫描电子显微镜（SEM）观察微观结构及元素分布情况,通过显微硬度计测试涂层显微硬度,并在磨损试验机上评估其耐磨性能,结合磨损表面形貌分析磨损机制。结果 与CoCrFeNi涂层相比,CoCrFeNiV涂层的FCC相峰位向左偏移,且新生成金属间化合物相（Ni₃V）;其晶粒显著细化,元素分布均匀,无明显偏析现象。性能测试表明,CoCrFeNi涂层的平均硬度为 188.16HV,平均摩擦因数为0.75,磨损率为7.16×10^‒5 mm³/(N·m)。磨损机制主要为磨料磨损和氧化磨损。相比之下,CoCrFeNiV涂层的平均硬度为222.91HV,较未添加V的涂层提升18.5%;平均摩擦因数为0.69,降低8%;磨损率为1.97×10^‒5 mm³/(N·m),降低72.5%。磨损机制主要为氧化磨损、黏着磨损和磨料磨损,涂层表面形成的氧化润滑层能有效降低摩擦因数。结论 V元素的加入促进了CoCrFeNiV涂层中Ni₃V金属间化合物相的形成,与FCC相形成“软基体-硬质点”协同强化结构,抑制了裂纹的产生与扩展。同时,V元素加速了磨损过程中促进了更致密润滑层（氧化膜）的生成,形成的润滑层进一步提升了涂层的耐磨性能。该研究证实,通过添加V元素可显著改善高熵合金涂层的综合耐磨性能,为耐磨涂层材料的设计提供了新的思路。
• Select
  旋转接触角对Cr涂层锆合金包壳微动磨蚀行为影响研究

  郑美银, 李正阳, 焦拥军, 蔡振兵, 陈平, 杜思佳, 尹春雨

  表面技术. 2026, 55(5): 191-200. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.016

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 Cr涂层包壳作为最具应用前景的耐事故包壳材料,受到广泛关注和研究,重点针对燃料棒包壳微动磨蚀破损这一主要失效机制,研究了Cr涂层锆合金包壳与定位格架刚度间的旋转接触角度对Cr涂层锆合金包壳微动磨蚀行为的影响。方法 采用多弧离子镀方法在Cr涂层锆合金表面制备15 μm的Cr涂层;采用高温高压水化学环境下的微动磨蚀试验设备,开展了不同旋转接触角度下的微动磨蚀试验,对磨定位格架刚度为Zr-Sn系锆合金材。Cr涂层平均厚度约为14.86 μm,表面硬度和粗糙度分别为285.00HV0.2和241.30 nm,较锆合金基体有明显提升。试验后采用金相显微镜、场发射扫描电子显微镜、能谱仪、光学3D表面轮廓仪等对样品磨痕形貌、微观结构和元素分布等进行表征。结果 随着旋转接触角度的增加,Cr涂层表面的磨痕长度减小,磨痕主要集中在接触区域的两端,磨蚀面积先减小后增大,当旋转角度为4°时,磨蚀面积最小,为12×10⁴ μm²;微动过程中,Cr涂层几乎不发生磨蚀,刚凸表面材料在剥落后转移至Cr涂层磨痕表面并发生氧化,随着旋转角度的增加,磨损机制主要由黏着磨损和氧化磨损向黏着磨损转变。结论 旋转接触角度通过影响初始接触面积和接触应力对Cr涂层锆合金包壳的磨蚀行为和机制产生影响,Cr涂层能有效提升锆合金的抗磨蚀性能。
• Select
  激光功率对Fe/TiC-VC涂层微观组织和耐磨性的影响

  马天兵, 王明新, 俞延庆, 李勇, 沈晨, 边策

  表面技术. 2026, 55(5): 201-212. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.017

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 针对截齿在矿山开采作业中的高磨损问题,设计一种金属基复合涂层来提升截齿用42CrMo合金钢的耐磨性,并探究其中的强化机理。方法 采用激光熔覆技术在42CrMo合金钢表面制70%TiC-VC增强Fe基复合涂层,使用试验与仿真相结合的方式,分析激光功率（1 000、1 500、2 000 W）对熔覆层微观组织和摩擦学性能的影响。结果 不同激光功率下,熔覆层均检测到α-Fe、TiC和VC物相。熔覆过程中,不规则块状TiC大颗粒在吸收激光能量后会发生溶解,并与VC结合,形成弥散分布的TiC-VC复合小颗粒。不同激光功率下,熔覆层硬度基本保持不变,由基体的357.6HV0.2提高到1 005.0HV0.2,提升比例高达1.81倍。熔覆前后试样的磨损机制均以磨粒磨损和氧化磨损为主,但由于TiC-VC复合小颗粒的弥散强化作用,有效提升了熔覆层抵抗磨粒侵蚀的能力,磨痕表面犁沟特征变得不再明显。当激光功率从1 000 W增至2 000 W,熔覆层中TiC大颗粒逐渐减少,由大量均匀分布变为少量底部集中,TiC-VC复合小颗粒数量则逐渐增多,且分布更弥散。因此,随着激光功率从0 W增加到1 000、1 500、2 000 W,磨损体积分别从12.28×10^-3 mm³减小到2.32×10^-3、1.89×10^-3、1.02×10^-3 mm³,降幅从81.1%提升至84.6%和91.7%。结论 通过激光熔覆制备的70%TiC-VC增强Fe基涂层能显著提升42CrMo合金钢的耐磨性,是截齿耐磨防护的有效手段。
• Select
  CoCrNi和CoCrFeMnNi合金的磨损和腐蚀磨损行为

  谢瑞珍, 李长欣, 王亚康, 南馨宇, 程鹏, 李伯琼, 林乃明, 曾群锋

  表面技术. 2026, 55(5): 213-234. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.018

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探索载荷和3.5%NaCl溶液对CoCrNi和CoCrFeMnNi合金的摩擦学行为的影响。方法 本文测试了干摩擦和3.5%NaCl溶液中CoCrNi和CoCrFeMnNi合金的摩擦系数和开路电位,结合纳米压痕、SEM、EDS、XRD、XPS和激光共聚焦等方法,综合研究干摩擦和3.5%NaCl溶液中CoCrNi和CoCrFeMnNi合金的摩擦学行为特征。结果 CoCrFeMnNi合金的纳米硬度略高,达到3.6 GPa。干摩擦时,硬度较高的CoCrFeMnNi摩擦系数较低。5、10、15 N时,CoCrNi的平均摩擦系数分别为1.170、1.093和1.159,CoCrFeMnNi的平均摩擦系数分别为1.271、0.947和0.994。3.5%NaCl溶液中,随着载荷的增加,摩擦阶段CoCrNi和CoCrFeMnNi开路电位降幅也增大。5、10、15 N时,CoCrNi的平均摩擦系数分别为0.702、0.412和0.382,CoCrFeMnNi的平均摩擦系数分别为1.000、0.723和0.442。干摩擦时,CoCrFeMnNi磨损体积和比磨损率整体较小。但3.5% NaCl溶液中,CoCrNi比磨损率数量级为10^-5~10^-6,比干摩擦时降低了1个数量级,CoCrFeMnNi的比磨损率降低较少。干摩擦时,CoCrNi和CoCrFeMnNi的磨损均呈现出典型的磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损特征。3.5%NaCl溶液中,CoCrNi和CoCrFeMnNi的磨损形貌均呈现出典型的磨粒磨损和氧化磨损特征,CoCrFeMnNi氧化区较大。结论 随着载荷的增大,磨痕均逐渐加宽,氧元素含量逐渐增加。CoCrNi磨损痕迹中的氧分布更加密集。CoCrNi和CoCrFeMnNi合金在NaCl溶液中磨损痕迹上的氧均小于干摩擦。
• Select
  表面凹坑结构对压气机叶栅气动性能的影响研究

  吕慧琳, 颜光稳, 徐金亭

  表面技术. 2026, 55(5): 235-245. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.019

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 减少航空发动机压气机叶片表面的流动损失。方法 采用数值模拟与风洞试验相结合的研究方法,开展凹坑结构对压气机叶栅气动性能的影响研究。通过分析凹坑分布位置、展向间距、尺寸对不同截形叶栅总压流动损失的影响,揭示凹坑参数对叶栅气动性能的影响规律;根据仿真结果,建立气动性能约束下的凹坑参数域反求模型,提出气动性能最优异的凹坑布置方案。结果 在压气机叶片从叶尖到叶根截取的不同截形叶栅上,表面布置凹坑结构具有减损效果的范围在逐渐扩大,且有效区间的起始位置逐渐向叶片前缘靠近;当凹坑结构布置在叶根处截形叶栅的前缘附近,且展向间距S取2.4~2.6 mm或3~3.4 mm,凹坑半径r取0.5~0.75 mm,深径比h/d取0.15或0.45时,非光滑叶栅的减损效果较好;根据反求模型计算出最优的凹坑布置方案,当r=0.60 mm,h/d=0.45,S=2.4 mm时,非光滑叶栅的减损效果最好,减损率达12.68%。结论 表面凹坑结构通过诱导边界层提前转捩,抑制了叶栅吸力面上分离泡的产生,降低了总压流动损失,改善了叶栅表面的气动性能。
• Select
  仿生微结构叶片离心风机的性能研究及结构优化

  李洛楠, 许建民, 许福良, 武颂, 康轩铭

  表面技术. 2026, 55(5): 246-259. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.020

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 提高大型工业离心风机的综合性能。方法 首先,建立了离心风机性能的CFD仿真模型,结合气动性能试验验证了数值模拟的准确性;然后,基于蜣螂虫背部微纹理表面,提出一种仿生微结构叶片并在此基础上研究了仿生微结构的位置、直径和间距对离心风机性能和流场的影响;最后,通过构建响应面模型并采用多岛遗传算法对仿生微结构叶片进行结构优化。结果 仿生微结构通过重构叶片表面流场分布,增强了叶片出口的局部低压区,显著削弱了蜗舌前端带状涡及流道内点状涡,有效提升了流道整体流速并大幅降低了因涡旋破碎和湍流摩擦引起的能量耗散;仿生微结构位置、直径和间距对离心风机的性能有较大影响,其中微结构位置的影响最大,且最佳布置位置为叶片流道中部;仿生微结构的直径和间距适中时可有效抑制回流、扩大通道内高速主流区并降低速度梯度,从而显著提升离心风机的流通性能,直径或间距过小、过大均会导致效果下降。结论 通过基于响应面模型和多岛遗传算法的系统优化,最终获得了仿生微结构叶片的最佳参数组合为l=147.62 mm、D=4.67 mm、d=10.47 mm,优化后的离心风机在额定工况下静压提升了82.42 Pa,静压效率提升了3.11%。
• Select
  典型加工误差对微沟槽气动减阻的影响

  豆照良, 杜越, 阎红娟, 杨晔, 刘峰斌

  表面技术. 2026, 55(5): 260-279. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.021

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 基于热压印制造技术,系统研究微沟槽形貌偏差与流速的耦合作用对减阻机制的影响。方法 本研究基于ANSYS构建含不同直线度与对称度偏差的微沟槽计算模型,重点考察102、136、170 m/s（对应雷诺数Re=1.04×10⁴、1.38×10⁴、1.73×10⁴）等3种流速工况下的减阻行为,通过对2类形貌偏差条件下的减阻率、压力场、速度场、湍流特性、涡量结构和壁面剪切力等关键参数进行对比,揭示误差类型与流场响应之间的关系。结果 随着流速增大,形貌误差对减阻性能的影响逐渐增强。在102~ 170 m/s流速范围内,直线度偏差的减阻变化率（-0.004 4~-0.006 3%/μm）明显高于对称度偏差（-0.001 0~ -0.003 3%/μm）,表明直线度偏差在高流速条件下对减阻性能更敏感。随着流速增加,微沟槽的形貌精度呈非线性显著提升。为维持微沟槽的减阻效果,在102、136、170 m/s流速下,直线度允许误差分别严控至±16、±10和±2 μm,而对称度允许误差则分别控制在±70、±20和±10 μm。2种形貌偏差对减阻特性的影响机制存在明显差异,直线度偏差会同时增大沟槽内的压差阻力和摩擦阻力,并显著加剧速度梯度,诱发局部回流和流向涡的产生,而对称度偏差则主要破坏流动对称性,导致局部湍流增强和流动失稳。结论 采用热压印技术制备的微沟槽减阻结构时,需满足阵列直线度误差≤±2 μm、对称度误差≤±10 μm的严格精度要求,方能在雷诺数Re=1.04×10⁴~1.73×10⁴维持减阻效果,超出该精度阈值时,微沟槽会因流动失稳导致功能退化甚至产生增阻效应。该研究揭示了形貌精度与减阻性能的定量关系,并提出了相应的工艺优化方案,为其在微沟槽制造的精度控制提供理论支撑。
• Select
  不同冲蚀角度和损伤程度对汽轮机叶片涂层的水滴侵蚀行为的影响

  曹晓英, 郑鑫彬, 王伟, 丁娟强, 唐春梅, 陈健, 何坤, 巩秀芳, 曹鑫, 蔡振兵

  表面技术. 2026, 55(5): 280-292. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.022

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 为提高汽轮机叶片的服役寿命,系统研究叶片上防水滴侵蚀的防护涂层,本文研究WC-10Co-4Cr和司太立涂层的抗水滴侵蚀（WDE）性能。方法 使用超音速火焰喷涂在17-4PH上分别制备WC-10Co-4Cr和司太立涂层,通过自主搭建的水蚀实验台进行WDE实验,评价不同涂层的抗WDE性能,并使用X射线对涂层物相进行分析,用扫描电子显微镜和光学显微镜对WDE形貌进行表征。结果 在相同冲击角度下,WC-10Co-4Cr涂层试样质量损失远远小于司太立涂层试样,随着冲击角度的提高,WC-10Co-4Cr涂层试样的质量损失基本不变,而司太立涂层试样在180 min时,60°和90°水滴侵蚀下试样的质量损失分别是30°下的2.38倍和2.89倍,分别损失了47.1 mg和63.1 mg;在90°下司太立涂层试样的最大侵蚀率为0.841 mg/min,是WC-10Co-4Cr涂层试样的8倍,且稳定水蚀率为0.21 mg/min,远超WC-10Co-4Cr涂层的0.008 mg/min。通过研究不同WDE损伤程度试样,其重新喷涂涂层后试样的抗WDE性能,发现在相同损伤状态下,司太立涂层试样的最大侵蚀率是WC-10Co-4Cr涂层试样的5倍,在1 mg/min左右,而稳定水蚀率为2.3倍。另一方面,无论是WC-10Co-4Cr还是司太立,2种损伤状态下的最大侵蚀率基本相同,而损伤严重试样的稳定水蚀率是损伤中等试样的2倍。结论 WC-10Co-4Cr涂层的抗WDE性能优于司太立涂层,且随着冲击角度的增大,2种涂层受到的侵蚀更加严重,且损伤程度中等的试样进行涂层修复,抗WDE性能更好。
• Select
  X80、X65管线钢气固冲蚀实验与数值研究

  肖杰, 林元华, 程金亮, 石维渺, 邓宽海, 何龙, 刘乔平, 卢俊安

  表面技术. 2026, 55(5): 293-303. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.05.023

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 天然气运输管道中固体杂质会对管线造成严重的冲蚀破坏,为对天然气运输过程中管线钢的冲蚀事故进行预测与防护。方法 本研究使用满足ASTM-G76标准的空气射流冲蚀试验设备对常用输气管线钢材X80、X65进行气固冲蚀实验,研究对比常用管线钢X80、X65在不同冲击角度与冲击速度下的冲蚀规律,并通过扫描电镜与三维轮廓观察进一步分析对比各管线钢的冲蚀机理。结果 X80、X65管线钢冲蚀率变化规律一致,冲蚀率随着冲击角度（30°~90°）的增加而降低,随着冲击速度（45~72 m/s）的增加而增加。X80,X65管线钢的宏观冲蚀形貌与材料去除机制的变化规律一致,宏观冲蚀形貌由30°冲击角度的椭圆形逐渐变为90°冲击角度的圆形,材料去除机制逐渐由犁削向压实与开裂转变,冲击速度不会影响宏观冲蚀形貌。材料的不同会影响材料冲蚀深度以及去除机制的效果,在同一实验条件下,冲蚀深度与磨损体积X80均小于X65。结论 X80、X65管线钢的冲蚀行为符合典型塑性材料的普遍规律,管线钢中X80的耐冲蚀性能最好。建立了X80,X65管线钢的冲蚀速率方程,并建立喷嘴-冲蚀腔CFD冲蚀模型对冲蚀速率方程进行验证,相对误差在允许范围内。所建立的冲蚀速率方程能够为复杂流场下管线钢的CFD气固冲蚀仿真模拟提供支撑。