2026年, 第55卷, 第9期　
刊出日期：2026-05-10

  

• 全选
  |

精密与超精密加工
• Select
  AlCrN/TiSiN/AlCrTiSiON多层复合刀具涂层耐热及切削性能研究

  熊龙宇, 白乌力吉, 吴凤和, 袁文浩, 刘艳梅, 范其香, 王鹏, 刘琦, 徐远剑, 王铁钢

  表面技术. 2026, 55(9): 1-15. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 针对AlCrN/TiSiN涂层在高速干切削工况中切削温度高,刀具易发生氧化磨损的难题。提出“多层复合+预氧化”方法,利用电弧离子镀技术制备AlCrN/TiSiN涂层,并对涂层进行预氧化处理,在涂层表面原位形成稳定、致密的保护性氧化物薄层,制备出AlCrN/TiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层,阻止有害元素扩散,同时减少切削热向刀具传导,增强涂层的抗高温氧化性能和热稳定性,进而提升刀具涂层的抗氧化磨损和扩散磨损能力,提高刀具使用寿命和加工效率。方法 为验证预氧化处理对氧扩散行为的抑制作用并揭示其高温氧化失效机理,通过高温静态氧化实验、高温动态摩擦磨损实验和切削实验,对AlCrN/TiSiN/AlCrTiSiON涂层的高温氧化行为、高温摩擦学行为及切削性能进行评价。结果 经预氧化处理,涂层表面形成致密氧化物防护层,经不同温度的高温氧化实验,涂层中未生成新的氧化物相。随着氧化温度的升高,涂层硬度和弹性模量均呈先升高后降低的趋势,600 ℃高温氧化后涂层硬度达到最高值,为49.64 GPa。在高温摩擦实验中,随着摩擦温度的升高,AlCrN/TiSiN/AlCrTiSiON涂层中氧化物衍射峰强度提高,摩擦温度为700 ℃时,涂层磨损率降至最低值,为2.28×10^-10 mm³/(N∙mm);摩擦温度为800 ℃时,涂层摩擦系数降至最低值,为0.63。经干铣削高硬淬火45钢试验,AlCrN/TiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层铣刀切削寿命是AlCrN/TiSiN涂层铣刀的3.46倍,铣削120 min时,AlCrN/TiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层铣刀切削温度比AlCrN/TiSiN涂层铣刀低68 ℃。结论 在纳米多层涂层表面制备预氧化防护层,可显著提升涂层在高温氧化环境下的结构稳定性,进而有效延长涂层刀具的服役寿命。
• Select
  氟化钙柱面微透镜阵列成形车削的轮廓精度与粗糙度研究

  徐嘉昌, 关朝亮

  表面技术. 2026, 55(9): 16-25. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探索基于成形金刚石刀具的高精度氟化钙（CaF₂）柱面微透镜阵列（Cylindrical Microlens Array,CMLA）加工方法,评估不同辅助工艺与刀具几何精度对表面质量与成形精度的影响规律。方法 基于数值计算对CaF₂的物理参数进行分析,验证其各向异性与软脆特性。采用成形金刚石刀具,结合超声振动辅助切削与飞刀切削2种工艺,在CaF₂基板上制备CMLA。通过白光干涉仪与三维轮廓仪测试不同工艺下的表面粗糙度与轮廓精度,并考察加工参数及刀具磨损特性。在此基础上,优化刀具轮廓精度以提升微结构成形质量。结果 数值计算表明,CaF₂晶体的杨氏模量为110.04 GPa,泊松比小于1/3,硬度为5.71 GPa,显示其软脆性特征;弹性各向异性因子均位于0~1之间,表明其存在弱各向异性。实验结果显示,飞刀切削可获得较低表面粗糙度和稳定轮廓精度;刀具几何误差在加工中被直接复制至工件表面,是轮廓误差的主要来源。通过修正非圆弧面刀具形状后,工件轮廓误差（Root-Mean-Square,RMS）由200 nm降至16.8 nm,验证了刀具轮廓精度对微结构成形精度的决定性作用。磨损分析表明,刀具尖端因长行程切削产生显著磨损,而中段磨损较轻,主要由刃口重复切削及局部热-力摩擦作用引起。结论 成形金刚石刀具结合飞刀切削的工艺为实现CaF₂ CMLA高精度、低损伤加工提供关键工艺依据。研究结果为CaF₂及其他脆性光学晶体的精密微结构制备提供了实验支持,对高端光学元件制造具有重要参考价值。
• Select
  增材制造钛合金超声振动辅助车削性能研究

  苏永生, 孙亚杰, 李凯峰

  表面技术. 2026, 55(9): 26-34. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 针对二维超声辅助车削对增材制造钛合金加工性能和作用机理研究,提高增材制造钛合金表面质量、降低切削力和减少刀具磨损。方法 在干车削与湿车削环境下,通过传统车削与二维超声振动车削性能对比研究,分析不同条件下切削力、表面粗糙度、表面硬度和刀具表面切屑黏结的差异性。结果 在干切环境下,与传统车削相比,二维超声振动车削对主切削力的降低幅度最大可达25.50%。在湿切环境下,二维超声振动车削主切削力比传统车削主切削力降低幅度最高可达22.73%。二维超声振动车削比传统车削在干切环境下表面粗糙度降低幅度为21.28%~37.11%,而在湿切环境下表面粗糙度降幅为14.68%~38.63%。二维超声振动车削增材制造钛合金硬度测量平均值均高于传统车削。增材制造钛合金在二维超声振动车削时刀具前刀面黏结物比传统车削前刀面黏结物更少。结论 在相同车削参数下,与传统车削相比,二维超声振动车削能够更好地降低主切削力、表面粗糙度,同时也有效地提高工件表面硬度和抗黏结性能。
• Select
  基于固相化学反应的化学机械抛光KDP晶体材料去除模型

  斯佳龙, 卢骁, 李岚, 杨连通, 陈凯, 于智, 李军

  表面技术. 2026, 55(9): 35-43. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.004

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 磷酸二氢钾（KH₂PO₄,KDP）晶体是高功率激光系统和惯性约束核聚变装置中的关键光学材料。然而,KDP晶体因其易潮解、脆性大、硬度低等特性,成为最难加工的材料之一。因此,研究化学机械抛光过程中化学与机械耦合作用的复杂机制,揭示固相化学作用在材料去除中的作用机理,对于实现KDP晶体的高质量加工具有重要意义。方法 本研究采用固-固化学机械抛光技术,根据非均相固相化学反应动力学理论,研究机械作用与温度对反应速率的影响,建立固相化学反应速率模型;基于固相化学反应速率模型,结合单颗磨粒刻划理论,计算反应层厚度,建立基于固相化学反应的材料去除模型。在不同抛光压力及抛光垫转速下,开展固-固化学机械抛光KDP晶体实验,验证基于固相化学反应的材料去除模型。结果 实验结果表明,模型的理论值与实验值的误差在13%以内,验证了模型的有效性。材料去除率随抛光压力和抛光垫转速的增大而增大。结论 在固-固化学机械抛光技术中,抛光压力与抛光垫转速是影响反应活化能与温度的主要因素,从而影响固相反应速率,进而也是材料去除速率的主要影响因素。
• Select
  IWP柔性抛光工具改善BK7玻璃的流体动压抛光性能

  宋锦涛, 郭磊, 李保震, 惠记庄, 徐辰, 刘晓辉, 靳淇超, 张静, 陈瑱贤

  表面技术. 2026, 55(9): 44-59. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 针对BK7玻璃抛光中工具易损、材料去除率低及表面质量难控等问题,提出一种基于IWP（I-graph-wrapped Package）晶胞构型的柔性抛光工具优化设计方法,以实现非牛顿流体动压下的高效低损伤加工。方法 构建具有互补特性的IWP-1与IWP-2内部结构,采用SLA光固化3D打印制备不同硬度的柔性工具。耦合Hertz理论、Preston方程与有效磨粒数,建立修正的材料去除函数。利用有限元静力学分析揭示内部构型对接触压力场及工具影响函数的调控规律;构建CFD-DPM/DEM流固耦合模型,评估IWP结构对流场分布及磨粒输运特性的影响。随后,以结构类型、压缩量和硬度为因素开展三因素三水平的正交抛光实验。结果 相比传统工具,IWP优化工具显著改善了接触区压力分布,减弱了应力集中,并提升了抛光液与磨粒的输运及循环更新能力。其中,IWP-1工具在压缩量2 mm、硬度60 A下获得最佳表面粗糙度Ra=0.033 μm;IWP-2工具在压缩量2 mm、硬度35 A下最佳Ra为0.075 μm,两者均在维持高材料去除率的同时实现了纳米级表面质量。结论 IWP晶胞柔性工具通过协同优化拓扑结构、接触压力场与流体动压行为,有效平衡了BK7玻璃的材料去除率与表面质量,为硬脆光学元件的非牛顿流体动压抛光提供了极具潜力的结构设计思路与理论基础。
• Select
  纳米二氧化硅改性磁性磨粒抛光微晶玻璃研究

  陈桐皓, 张红绪, 冯铭, 周宏明, 李敏, 张祥雷, 沈江南

  表面技术. 2026, 55(9): 60-70. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 微晶玻璃因其非均质结构,在传统抛光中易产生次表面损伤和表面缺陷,影响其性能与应用。为提升其磁性磨粒抛光精度,实现超光滑、低缺陷表面的抛光,本研究提出采用纳米二氧化硅改性磁性磨粒进行抛光。方法 采用黏结法制备了添加亲水性或疏水性纳米二氧化硅颗粒以及不添加纳米颗粒的磁性磨粒。使用N-S阵列抛光工具对微晶玻璃工件进行抛光。利用三维表面轮廓仪测量抛光前后面粗糙度,通过光学显微镜和接触角测量表征磨粒形貌、亲疏水性以及抛光前后磨损变化情况,采用测力仪（Kistler 9139AA）在线采集抛光力数据并计算动摩擦系数,采用氢氟酸蚀刻表面凝胶层,观察亚表面损伤情况。结果 疏水改性磁性磨粒抛光效果最优,抛光后工件面粗糙度降至S_a=17 nm,显著优于亲水改性磨粒的S_a=24 nm和未改性磨粒的S_a=48 nm。表面形貌观察表明,疏水改性磨粒抛光表面损伤最少,而亲水改性及未改性磨粒表面分别观察到脆性剥落痕迹与点坑缺陷。抛光力测试显示,疏水改性磨粒在抛光中的动摩擦系数最低（μ= 0.31）,低于亲水改性（μ=0.35）和未改性磨粒（μ=0.42）。疏水改性磁性磨粒在抛光后造成的亚表面损伤最少。结论 纳米二氧化硅可有效调控磁性磨粒的亲疏水性,显著提升其对微晶玻璃的抛光性能。疏水改性磁性磨粒增强了界面润滑性,降低了机械去除作用和动摩擦系数,从而实现了更高的材料去除效率、更低的表面粗糙度(S_a=17 nm)和更少的表面/亚表面损伤,为微晶玻璃的超光滑低缺陷抛光提供了有效途径。
• Select
  石墨烯辅助的TC4钛合金化学磁流变抛光研究

  沈江南, 陶锡越, 冯铭, 张祥雷, 李敏, 陈桐皓, 冯庆香

  表面技术. 2026, 55(9): 71-83. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.007

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 针对TC4钛合金在超精密加工中因硬度高、相结构复杂导致的抛光效率低和表面质量均匀性差的问题,提出一种石墨烯辅助的化学磁流变抛光方法。方法 在含有过氧化氢和羰基铁粉的芬顿反应体系中引入单层石墨烯,配制新型磁流变抛光液。通过氧化还原电位测量、浸液实验、X射线光电子能谱分析以及抛光力实时监测,探究石墨烯对芬顿反应的催化机理及对抛光过程的润滑作用;并通过单因素实验分析加工间隙和主轴转速对材料去除率与表面粗糙度的影响。结果 实验表明,石墨烯促进了芬顿反应体系的进行,30 min时氧化还原电位值从337 mV提升至347 mV;XPS分析证实石墨烯增强了表面氧化,使抛光后工件表面氧化层的高价态Ti⁴⁺含量（原子数分数）从54.81%提升至60.13%。此外,石墨烯的引入使平均抛光力降低了50%（从0.26 N降至0.13 N）,且提升了抛光力的稳定性。在加工间隙1.0 mm、主轴转速400 rad/min的优化条件下,TC4钛合金表面粗糙度S_a从初始的350 nm在15 min内降至75 nm。结论 石墨烯在化学磁流变抛光中具有催化氧化与润滑减摩的双重功能,能够实现TC4钛合金的高效高质量抛光,为复杂难加工材料的超精密表面处理提供了新思路。
• Select
  基于Halbach阵列的磁场辅助剪切增稠抛光氧化锆陶瓷的实验研究

  张阳阳, 王应帅, 封龙龙, 袁玉杰, 李晓静, 刘小锋, 胡良

  表面技术. 2026, 55(9): 84-97. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 为了实现氧化锆（ZrO₂）陶瓷的高效率、低损伤和低成本的精密抛光,以及磁场辅助剪切增稠抛光工艺的进一步拓展。方法 提出了基于Halbach阵列的磁场辅助剪切增稠抛光方法。首先制备了一系列羰基铁粉浓度的磁性剪切增稠浆料并开展流变特性实验,优选出增稠效应最显著的抛光液。其次对Halbach阵列进行仿真分析,确定了永磁体个数。最后以自制黏接性Halbach阵列对ZrO₂进行剪切增稠抛光,进行系统的工艺参数的研究和分析,阐明其对ZrO₂表面粗糙度（Ra）和材料去除率（MRR, η_MRR）的影响规律,并在最优抛光参数组合下进行抛光实验,验证其抛光效果。结果 11个永磁体组成的Halbach阵列产生的磁感线回路数量多,中心磁场分布均匀,为后续磁场辅助抛光实验提供了理想的磁场源。羰基铁粉含量为4%的磁性剪切增稠抛光液,在磁感应强度为150 mT时,表现出最显著的剪切增稠效果,即更高的峰值黏度结果和更广的稳定增稠区间。通过提升抛光转速,带动流体的运动速度增大,进而增大剪切速率,从而提升氧化锆陶瓷的表面质量和材料去除率;抛光角度的增加导致抛光液对ZrO₂的作用力从剪切应力变为法向冲击,从而降低材料去除率;ZrO₂工件的自转使表面各区域受力均匀,增强边缘抛光强度。在优化的抛光工艺参数组合下,ZrO₂抛光60 min后,波纹度变化小,整体呈现出光滑、平整的结果,Ra从601 nm降至11 nm,MRR值达到了7.26 μm/h;并且与未加磁场作用的传统剪切增稠方法相比,Ra下降低了85.6%,MRR值提升了1.33倍。结论 Halbach阵列的磁场辅助剪切增稠抛光方法有效地提高了氧化锆陶瓷的表面质量和材料去除率,实现高效、低损伤和低成本加工。
表界面强化技术
• Select
  渗氮钛合金的疲劳性能研究进展

  李聪, 王欣, 周立波, 陈维, 陈荐, 李微, 陈汪林

  表面技术. 2026, 55(9): 98-112. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  钛合金因其优异的综合性能被广泛应用于高端制造领域,但其表面硬度低、耐磨性差的问题限制了其服役寿命。渗氮处理作为提升钛合金表面性能的重要手段,对其疲劳性能的影响具有显著的双重性。本文系统综述了气体渗氮、离子渗氮、复合渗氮及其他新型渗氮工艺对典型合金疲劳行为的影响规律。发现气体渗氮通过形成TiN、Ti₂N等硬质相和氮扩散层,能显著提升表面硬度与耐磨性,同时引入的残余压应力可以抑制裂纹萌生,改善疲劳性能。然而,化合物层的脆性、表面粗糙度增加及微观结构演变可能诱发早期裂纹萌生,反而降低疲劳寿命。离子渗氮和低温等离子氮化因温度低、化合物层薄、扩散层深,表现出更优的疲劳性能。复合处理如渗氮+喷丸、热处理等通过协同调控微观结构、残余应力与表面粗糙度,能进一步优化疲劳性能。其他新型渗氮技术通过精确调控能量输入与反应过程,可在特定条件下缓解传统渗氮引发的脆性开裂问题,甚至实现疲劳性能优于原始基材。本文深入探讨了不同渗氮方式下渗氮层特性、裂纹萌生与扩展规律、微观结构演变及残余应力分布对疲劳性能的影响,为钛合金表面处理工艺的优化提供了理论依据。
• Select
  表面改性对医用钛合金疲劳性能影响的研究进展

  陈嘉颖, 李顺才, 丁尧

  表面技术. 2026, 55(9): 113-136. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  医用钛合金凭借优异的生物相容性与力学性能,广泛应用于骨科、牙科植入领域,但生理腐蚀与长期交变载荷的耦合作用易引发其疲劳失效,且表面改性常面临力学性能与生物学活性难以兼顾的难题。现有相关综述多聚焦钛合金的摩擦磨损、耐腐蚀性能,针对疲劳性能的综述数量少且内容零散。本文回顾了机械、物理、化学与电化学及复合表面改性技术对医用钛合金疲劳性能方面的研究进展,着重梳理了喷丸及其衍生的湿喷丸、超声喷丸等工艺对疲劳性能的调控机理,同时分析了改性层对生物相容性、抗菌性及骨整合能力的影响,弥补了现有综述的不足。研究指出：喷丸、激光冲击强化等方法通过引入残余压应力延缓裂纹萌生,但需警惕表面粗糙度增加的负面效应;微弧氧化、氮化等化学方法虽能赋予材料良好的生物活性或耐磨性,但易因工艺参数不当生成脆性硬化层降低疲劳性能。相比之下,复合表面改性技术可结合多方法优势,在克服单一方法局限、实现疲劳性能与生物学特性协同提升方面前景广阔。未来研究应实现由标准试样向复杂构型植入物原型的测试转变,重点开展力-化学-磨损多场耦合环境下腐蚀疲劳与微动损伤机制的量化分析,并开发兼顾长效力学稳定性与生物活性的复合改性方案,助力提升医用钛合金植入体在复杂生理工况下的临床服役可靠性。
• Select
  Q355钢喷丸工艺参数优化及其对疲劳性能的影响研究

  高梓昂, 甘进, 刘华兵, 汪舟, 吴卫国

  表面技术. 2026, 55(9): 137-150. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 船舶结构在波浪、风载和机械振动等复杂交变载荷作用下易发生疲劳损伤,影响服役安全与寿命。为提升其疲劳性能,本文以船用结构钢Q355为研究对象,探讨喷丸参数对疲劳强化效果的影响规律。方法 结合有限元仿真与疲劳试验,建立残余压应力积分、等效塑性应变与应力集中系数等综合表征指标;采用期望函数法实现喷丸工艺的多响应优化,以兼顾残余应力稳定性、表面硬化与应力集中控制。结果 喷丸处理显著提高了Q355钢表面硬度并形成深层残余压应力层。疲劳试验表明,3种优化工艺均显著提升了样品的疲劳寿命,最优组增幅相对未喷丸样品达173.21%,发生次表面失效的概率超过75%。结论 优化喷丸参数后的处理工艺可有效抑制表面裂纹萌生,通过提升残余应力场稳定性实现疲劳寿命的显著提升。研究揭示了喷丸参数与疲劳强化效应的耦合规律,为船舶结构钢喷丸工艺优化与寿命设计提供理论依据与工程指导。
• Select
  靶电流对M2高速钢表面CrTiAlN薄膜微观结构和性能的影响

  王怡然, 郭祖业, 董艳方, 邱明

  表面技术. 2026, 55(9): 151-162. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.012

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 本研究旨在通过调控靶电流精确控制各金属元素含量,进而明确靶电流及Cr、Ti、Al含量影响CrTiAlN薄膜性能的协同作用机制。方法 采用非平衡磁控溅射技术在M2高速钢上制备CrTiAlN多元硬质薄膜。系统调控Cr、Ti、Al靶电流,采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）和X射线衍射（XRD）等测试手段,表征了不同靶电流组合下薄膜的表面形貌、元素成分和物相组成;采用纳米压痕仪、划痕仪、表面轮廓仪、激光共聚焦显微镜和摩擦磨损试验机等设备,测试了不同靶电流组合下薄膜力学性能、结合强度、残余应力、摩擦学行为及摩擦磨损机理。结果 Cr、Ti、Al靶电流分别为4、5、5 A以及 6、7、6 A 时制备的CrTiAlN薄膜具有较好的致密性和低表面粗糙度Ra,其结晶性良好,为FCC单一固溶体结构。薄膜结合力与残余应力成反比,和薄膜致密度成正比,结合力最高达47 N。Cr、Ti、Al靶电流分别为6、7、6 A时薄膜具有较好的致密度和高Ti、Al含量,表现出最高硬度和弹性模量。薄膜表现出高耐磨性,20 N载荷下的磨损率最低为1.24×10^-16 m³/(N·m),主要磨损机制为磨粒磨损。结论 通过精确调控金属靶电流,可以有效优化CrTiAlN薄膜的微观结构和综合性能,研究明确了获得高性能CrTiAlN薄膜的工艺窗口,为实现耐磨部件表面性能可控制备奠定了基础。
• Select
  钢管内壁DLC薄膜制备工艺研究

  汪清, 苏一凡, 韦春贝, 张程, 唐鹏, 付志强, 林松盛

  表面技术. 2026, 55(9): 163-180. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 基于配置直流脉冲偏压电源的多功能镀膜系统,探究钢管内表面DLC薄膜制备工艺。方法 采用等离子体化学气相沉积技术,以甲烷与氩气为前驱气体,通过调节甲烷流量、偏压、占空比在304不锈钢管内表面制备DLC薄膜。利用SEM、AFM、Raman和FTIR对薄膜的微观形貌与结构进行表征;采用SEM与三维表面轮廓仪分别对Si基底与304不锈钢基底上的薄膜厚度进行测量;通过洛氏硬度计、残余应力测试仪和纳米压痕仪对薄膜结合力、残余应力以及力学性能进行评价。利用正交试验设计与方差分析,对甲烷流量、偏压和占空比进行影响程度分析;利用加权和模型进行多目标优化分析,得出管道内壁DLC薄膜最佳制备工艺。结果 占空比对管道内壁温度、平均功率、薄膜结合力、残余应力、硬度、弹性模量及成膜面积影响最大,甲烷流量对沉积速率影响最大,偏压对表面粗糙度影响最大。最佳制备工艺为甲烷流量10 cm³/min、偏压500 V、占空比5%,该工艺下沉积速率为7.8 nm/min、表面粗糙度为0.43 nm、成膜面积达88.18%、结合力等级为HF3、纳米硬度与弹性模量分别为16.256 GPa和135.668 GPa。结论 通过正交试验结合方差分析与加权和模型可快速确定因素影响程度以及目标工艺参数。占空比主要通过影响偏压电源平均功率来调控内壁温度,从而影响DLC薄膜的结构与性能。
• Select
  基于扩展有限元和内聚力模型的热障涂层裂纹分析

  王敏, 杨静怡, 赵伟文, 王涵毓, 王兆淳, 袁建辉

  表面技术. 2026, 55(9): 181-190. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.014

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 通过对降温过程不同界面形貌的热障涂层表面和界面裂纹进行分析,为热障涂层的开裂失效研究提供理论依据。方法 利用Abaqus建立热障涂层的有限元模型,采用扩展有限元法（XFEM）计算获得降温过程YSZ和TGO表面的STATUSXFEM变化情况,采用XFEM和内聚力模型（CZM）联合的方法获得YSZ、TGO表面以及YSZ/TGO和BC/TGO界面上裂纹的生长情况。结果 采用XFEM仿真,没有初始裂纹时,YSZ表面裂纹出现在靠近TGO层,由波长/峰谷值30 µm/15 µm正弦段向30 µm/7.5 µm过渡的零位附近。竖直向上扩展的裂纹最长可达29.8 µm。YSZ表面存在初始裂纹时,在预定义裂纹的尖端YSZ表面出现了向上扩展的裂纹,扩展后的裂纹总长度最长达到24.9 µm。采用XFEM和CZM联合仿真,不存在初始裂纹时,降温结束后YSZ/TGO界面最大CSDMG值（0.98）出现在第2段正弦线的波峰向波谷过渡的零点附近,且以该位置为起点,YSZ表面产生竖直向上扩展的裂纹,长度可达50.6 µm。YSZ表面有初始裂纹时,以初始裂纹的尖端为起点,YSZ表面的裂纹沿竖直方向扩展,最长裂纹的总长度变为35.3 µm,YSZ/TGO界面的CSDMG最大值降到0.81,出现位置更靠近第2段正弦线的波峰。结论 波长短峰谷值大的界面形貌更容易导致表面和界面裂纹出现,XFEM与CZM联合仿真可以更好地评估界面的开裂趋势,初始裂纹的存在会抑制YSZ中和YSZ/TGO及BC/TGO界面裂纹的扩展。
• Select
  基于RSM-BBD的Ni-P/Ni-W-P/TiO₂复合镀层与性能研究

  张雅妮, 凌杰, 周航

  表面技术. 2026, 55(9): 191-201. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.015

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 有效解决单层 Ni-P 镀层厚度薄、孔隙缺陷多、韧性差及耐蚀性不足等核心问题。方法 以X80钢为基体,采用连续化学镀工艺分步制备双层纳米复合镀层。通过响应面法（RSM-BBD）优化镀液配方,以孔隙率为响应值,确定最优工艺参数。结合扫描电子显微镜（SEM）观察镀层表面形貌与微观结构,能谱分析（EDS）表征元素分布,X射线衍射 （XRD）分析物相组成,电化学测试评估耐蚀性能,并通过力学性能测试分析硬度及韧性。结果 双层复合镀层的Ni-W-P/TiO₂最佳工艺为TiO₂颗粒质量浓度为0.95 g/L,CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）为53.68 mg/L,Tween-80(吐温-80)为13.48 mg/L,NiSO₄为20 g/L,Na₂WO₄为30 g/L,Na₃C₆H₅O₇为50 g/L,NH₄Cl为25 g/L,NaH₂PO₂为40 g/L,温度为85 ℃,pH为9,且表面结构紧密、厚度显著增加、孔隙率仅为单层 Ni-P镀层的1/10,硬度较单层Ni-P镀层提升 44%,同时韧性也显著改善。在3.5% NaCl溶液中,复合镀层腐蚀电流密度仅为单层Ni-P镀层的56%。结论 结构分析显示TiO₂颗粒通过“物理填充+组织细化+化学改性”三条路径提升整体性能,有效解决了单层Ni-P镀层的性能缺陷,实现了耐蚀性与力学性能的同步提升。
• Select
  空心玻璃微球表面接枝改性对聚氨酯材料动态力学性能影响研究

  陈子昂, 王健龙, 王文群, 王彦斌, 张松松, 马腾, 王国军

  表面技术. 2026, 55(9): 202-212. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.016

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探究空心玻璃微球（HGM）表面接枝不同长度聚氨酯预聚体链对聚氨酯（PU）复合材料力学及阻尼性能的影响规律。方法 采用不同分子量聚丙二醇（PPG1000、PPG2000、PPG3000、PPG4000）合成聚氨酯预聚体,通过硅烷偶联剂KH550将其接枝到HGM表面,制备不同接枝链长度的HGM填料。最后制成HGM/PU复合材料,通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）和扫描电子显微镜（SEM）表征接枝效果与表面形貌;利用差示扫描量热法（DSC）分析玻璃化转变行为;通过万能试验机与动态热机械分析仪（DMA）分别测试材料的静态力学性能与动态力学性能。结果 接枝改性后,复合材料的拉伸强度显著提升,HGM-1000/PU的拉伸强度达10.06 MPa,较未改性样品（5.78 MPa）提高74%;但随着接枝链进一步增长,拉伸强度逐渐降低,断裂伸长率升高。动态力学分析表明,接枝链长度对阻尼性能的影响显著,在剪切模式下,HGM-3000/PU的损耗因子峰值最高,达到0.81,比未改性样品提升7%。结论 接枝改性有效改善了HGM与PU基体的界面相容性。较短的接枝链（如PPG1000）更有利于提升复合材料的静态力学强度,而中等长度的接枝链（如PPG3000）则能最有效地增强界面能量耗散能力,获得最优阻尼性能。该研究为通过精准调控界面结构设计高性能轻质阻尼材料提供了关键依据。
• Select
  硅钢自黏结涂层固化程度的DSC分析研究

  李登峰, 王妮, 李国保

  表面技术. 2026, 55(9): 213-218. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.017

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 为实现硅钢卷材表面的自黏结涂层在固化过程中黏结性能的精确控制,探索一种半定量评价其预固化（B态）程度的方法,并明确其与最终表面涂层性能的关联。方法 以水性环氧树脂体系的自黏结涂层为对象,通过在不同温度（180、190、240 ℃）、不同时间（0.5~6 min）工艺条件下烘烤制备B态样品,采用差示扫描量热法（DSC）分析其残余反应焓（ΔH_r）,并基于总反应焓ΔH_T（82.07 J/g）计算相对固化度（α）。结果 结果表明,随加热温度升高或时间延长,涂层残余焓ΔH_r显著下降,固化度α相应提升;进一步将B态样品热压至终态（C态）并测试其辊动剥离强度,涂层性能与固化程度之间存在最佳工艺窗口,当残余焓ΔH_r处于20~50 J/g区间（对应固化度α为35%~75%）时,涂层表现出最优的综合性能,其黏结强度≥3 N/mm且能有效控制溢胶。结论 涂层残余焓ΔH_r、固化度α与B态涂层加热温度、时间等工艺参数存在明显的相关性,将涂层残余焓ΔH_r、固化度α控制在合适范围时可获得较好的涂层性能;DSC分析法用于表征自黏结涂层的固化程度具备一定的可行性。
装备表面工程
• Select
  空间原子氧环境下聚酰亚胺材料的寿命评价模拟方法研究

  袁璐, 许旻, 李毅, 高恒蛟, 李中华, 王晓毅, 高文生

  表面技术. 2026, 55(9): 219-231. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.018

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 聚酰亚胺材料（PI）凭借优异的热稳定和耐弯折等特性,广泛应用在各类航天器上。随着卫星技术的发展,特别是低地球轨道卫星和空间站等任务提出的更高通量原子氧（AO）防护要求,PI材料空间耐久性试验评价变得十分困难,急需要开展试验和模拟相结合的方法,较低成本完成PI在原子氧辐照环境下的寿命评价工作。目前,PI降解模型的构建细节和从模拟结果到实验的外推方法仍需要进一步完善。方法 本研究基于第一性原理计算和分子动力学计算组合方法来构建PI纳米尺度模型,通过调控聚合度和AO剂量率等参数优化模型,基于实验关键节点的表征结果来验证模拟结果。结果 研究发现,聚合密度约为1.32 g/cm³、表面积为12.2 nm²的PI模型,在5 AOs/ps剂量率的AO连续辐照下,在90 ps时质量损失达50%（质量分数）,PI受严重剥蚀,等效于实际厚度为50 μm、表面积4.5 cm²的PI薄膜经历9.26× 10²⁰ atoms/cm²的AO通量辐照后的质量损失结果;相应地,地面试验时间约24 h。此外,在模拟运行时间为10~140 ps时,计算得到的侵蚀率在3×10^-24 cm³/atom附近,由模拟得到的质量损失规律等都能和实验结果匹配。结论 通过计算模拟和实验关键节点验证相结合,可获得PI材料的AO辐照寿命评价模拟方法。该方法有望推广到PI基复合材料和其他有机薄膜材料的长期寿命评估上,在航天工程领域意义重大。
• Select
  氟改性透明红外低发射率聚氨酯涂层体系设计制备与性能研究

  陆志毫, 庄海燕, 陈厚和, 黄从树, 彭微

  表面技术. 2026, 55(9): 232-243. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.019

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 为兼顾聚氨酯（PU）涂层在红外低发射率、光学透过率与环境耐候性能间的协同平衡,本文创新性地提出一种含氟结构可控的分子设计策略,构建兼具低红外发射率、高透光性和优异耐候性的多功能聚氨酯涂层体系。方法 基于聚氨酯软硬段可调的结构特性,以端羟基聚丁二烯（HTPB）为软段、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）为硬段,采用1H,1H,2H,2H-全氟辛醇改性IPDI三聚体（IPDIT）制备有机氟接枝单元（FIPDIT）,并协同自制交联剂共聚,合成系列氟改性聚氨酯涂层（FPU）。并采用红外发射率、透光率、水接触角、耐溶剂性、紫外老化及拉伸等测试系统评估涂层的性能,重点分析氟含量对涂层在8~14 μm波段红外发射率及其他关键性能的影响规律。结果 FT-IR与XPS分析表明,氟元素以有机氟链段形式成功接入聚氨酯分子主链。当氟含量为7%时,所制备涂层综合性能最佳,其红外发射率为0.57,透光率达90.9%,雾度为1.08%,吸水率为0.5%,水接触角为121.36°,良好的拉伸强度为2.43 MPa,断裂伸长率为580.7%,紫外老化耐受时间达800 h,表现出优异的功能特性与环境适应性能。结论 在聚氨酯分子中引入氟链段可在不明显提高红外发射率的前提下,显著增强涂层的耐环境性能,为新一代适用于复杂海洋环境的多功能聚氨酯涂层材料的设计提供了新的材料设计思路与实验依据。
• Select
  火炮身管内膛损伤评估方法及其研究现状

  罗茜, 景小飞, 杨九州, 李立, 陈汉宾, 詹青青, 吴厦, 周少兰, 宋凯强, 丛大龙, 李忠盛

  表面技术. 2026, 55(9): 244-256. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.020

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  身管内膛损伤高效可靠评估是破解严酷工况下身管性能退化、支撑损伤机理研究与延寿技术发展的基础,对提升火炮综合作战效能具有重要意义。本文综述了热化学反应主导的烧蚀、机械作用驱动的磨损及循环载荷诱发的疲劳三类典型损伤的形成机制及量化理论模型,系统梳理了基于试验检测、仿真模拟和智能数据分析的主流身管内膛损伤评估方法,深入剖析了其适用性与核心局限性。其中,试验检测法通过尺寸测量、图像检测、物理量监测等途径获取实弹实测数据,是评估内膛损伤宏微观表现最直接和可靠的方法,但极端工况下精度有待提升;仿真模拟依托有限元技术复现复杂工况,可捕捉身疲劳裂纹萌生扩展等内膛损伤演化信息,为机理解析提供支撑,但多物理场耦合建模及参数标定难度大;智能数据分析主要借助神经网络、支持向量机等算法,适配小样本场景下损伤预测与寿命评估,但存在异口径场景泛化能力弱、模型可解释性不足等问题。此外,本文指出了当前评估技术面临的极端环境检测适配性差、多因素耦合损伤效应刻画不精确等核心挑战,未来需聚焦新型身管内膛损伤检测技术研发、深化多物理场耦合仿真与人工智能融合,构建机理-数据双驱动的评估方法。该综述可为损伤评估技术创新与工程应用提供系统性参考,推动火炮身管内膛损伤评估技术向精准化、精细化、工程化方向发展。
• Select
  钢基热障涂层酸性盐雾腐蚀行为研究

  赵聪, 韦国科, 姜春竹, 崔向中, 高巍, 周国栋

  表面技术. 2026, 55(9): 257-269. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2026.09.021

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目的 探究酸性盐雾腐蚀实验条件下,钢基热障涂层（TBCs）的腐蚀行为。方法 在钢基体表面,采用大气等离子喷涂（APS）制备TBCs,包括YSZ陶瓷层和NiCrAl金属黏结层。开展了酸性盐雾腐蚀实验,分析了腐蚀前后涂层的形貌、相组成、微观结构、化学成分、晶体结构类型,并与无涂层试样的腐蚀结果进行对比。结果 腐蚀后,涂层表面出现红褐色斑点,但是未出现无涂层试样中的锈层剥落等现象。涂层表面出现微小团絮状组织,其中Fe、O元素含量很高（质量分数分别为15.65%、51.52%）,表明形成了Fe的氧化产物。涂层截面确认了Fe元素外扩散到涂层表层并富集。透射电子显微镜（TEM）观察发现,涂层中含有少量Fe元素,未出现晶体结构类型的变化。结论 pH值为3.5的酸性盐雾循环试验192 h后,钢基体表面被严重腐蚀,生成大量红褐色锈层,锈层出现开裂、剥落等现象。涂覆APS制备的TBCs后,腐蚀破坏程度明显减弱,表面开裂、剥落等现象消失,涂层和钢基体界面处也未出现分离。腐蚀过程中以涂层为介质实现了离子扩散,腐蚀介质内扩散到钢基体,生成的Fe离子外扩散到涂层表面。腐蚀后涂层中存在少量来自钢基体的Fe元素,但是未引起晶格的扩散重组。