2020年, 第33卷, 第3期 
刊出日期:2020-03-19

  • 全选
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    摩擦学
  • 吴昱,金青君,崔志峰,毕鹏禹,张梦清
    中国表面工程. 2020, 33(3): 1-17. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20200324001
    摘要 ( 38 ) PDF全文 ( 13 )   可视化   收藏
    在现代信息化战争中,随着各波段侦察技术水平和多波段数据获取、融合及处理速度的不断提高,尤其是高光谱的图像分辨能力和人工智能图像识别能力的急剧提升,传统伪装器材中的静态固定信号特征匹配技术不仅逐渐失去应有的防护能力,反而更容易暴露其装备特征。 伪装能力的不足已成为严重制约作战行动和生存能力的短板,而现有的人工技术和方法又一时难以解决诸多的矛盾和难点问题。 反观,自然界的许多动物和植物,在长期的自然选择和适应环境生存的进化竞争中,逐渐形成了神奇的伪装本领,演化出形式多样、精致巧妙和无以伦比的高效动态伪装方式与策略。 介绍了目前国内外在仿生自主变色伪装材料方面的研究进展,及仿生制备相关功能复合材料的生产制备工艺。 通过回顾和展望该领域研究动态,为研究者提供仿生自主伪装研究新概念、新思路和新途径,以期实现伪装材料研究的革命性转变。
  • 侯启敏,杨学锋,王守仁,肖居鹏,李万洋
    中国表面工程. 2020, 33(3): 18-32. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20200509001
    摘要 ( 106 ) PDF全文 ( 44 )   可视化   收藏
    随着经济的发展,机械加工零件表面的减阻耐磨及抗黏等性能变得尤为重要,为了提高生产加工过程的高效性和节能性,针对零件的表面问题引入仿生织构的概念。 仿生织构是仿照生物体表特殊的纹理在摩擦副表面加工出能够实现减摩降阻润滑效果的微/ 纳结构。 介绍了多种具非光滑结构表面生物,综述了几种典型仿生织构类型,阐明了每种织构类型的摩擦磨损机理;从织构类型、结构设计和加工方法、压强分布、摩擦因数和机理分析、应用与展望等方面进行评述,对应用最为广泛的凹坑型和沟槽型织构结合实例分析其摩擦磨损性能并附以数据论证,通过摩擦因数和磨损机理判断织构的减摩降阻效果,从而进一步实现参数优化。 分析表明:仿生织构对改善摩擦性能具有重要影响,其中摩擦因数是判断摩擦性能的重要因素,加以磨损机理的深入研究,使得减阻耐磨效果较优的织构类型可大幅提高工业效率,结合工业、航天、 汽车等行业中对仿生织构的应用,展望未来仿生织构的广泛研究及在摩擦过程中性能的优化,实现织构化普及应用。
  • 庄铭翔,都业源,袁建辉,王亮
    中国表面工程. 2020, 33(3): 33-49. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190812001
    摘要 ( 29 ) PDF全文 ( 7 )   可视化   收藏
    环境障涂层因具有良好的抗高温水氧腐蚀能力而备受关注,但是由于外部砂粒等对涂层表面的侵蚀作用,仅能满足抗水氧腐蚀,还不能达到未来航空器高温部端的要求,CMAS 腐蚀是对环境障涂层的另一个挑战。 环境障涂层多采用等离子体喷涂工艺制备。 由于涂层在经历高低温冲击时,会不可避免地发生失效。 针对这一事实,文中对涂层失效种类和失效方式进行了总结和归纳,同时还介绍了环境障涂层的产生和发展历程。 从微观、介观到宏观的维度介绍了环境障涂层的选材;通过分析国内外在环境障涂层方面的研究结果,结合计算模拟对 CMAS 引起的失效、高温水蒸气引起的失效以及热冲击引起的失效,进行了详细的阐述并总结了相应的失效机理;最后指出了环境障涂层面向应用仍然需要解决的问题以及未来的研究趋势。
  • 曲作鹏,钟日钢,王磊,赵文博,田欣利,王海军
    中国表面工程. 2020, 33(3): 50-60. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20200406001
    摘要 ( 38 ) PDF全文 ( 548 )   可视化   收藏
    垃圾焚烧发电锅炉水冷壁和过热器管壁的高温腐蚀防护是影响垃圾焚烧炉稳定运行的重要因素。 为提高垃圾焚烧炉运行的安全性,研究者从基材选择、施加表面涂层和温度控制等多方面给出了解决方案,以增加受热面金属管道的使用寿命。 在简介了锅炉高温腐蚀原理的基础上,分别评述了余热锅炉水冷壁和过热器高温腐蚀治理方案的研究进展。 在水冷壁高温腐蚀提治理方法中,敷设浇注料往往会造成烟温后移,恶化尾部烟道腐蚀,而在表面涂层防护技术中,感应重熔技术因其涂层缺陷少、结合强度高、稀释率低,表现出了良好的防腐蚀效果。 余热锅炉过热器受到显著的液相熔盐腐蚀,对于该部位的高温腐蚀治理除了提升材料等级外,应当严格控制入口烟温,适当调节燃烧气氛。
  • 表面工程
  • 郑志军,何蕊,陈均焕,高岩,李浩
    中国表面工程. 2020, 33(3): 61-70. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20191223001
    摘要 ( 19 ) PDF全文 ( 8 )   可视化   收藏
    以 Na2HPO4·12H2O 溶液作电解液对纯钛表面先进行阳极氧化,再用氟硅烷做表面修饰,在纯钛表面制备出超疏水性着色膜。 结果表明,钛基体的前处理工艺,阳极氧化电流、电压和时间是影响超疏水性着色膜的重要参数。 相比化学抛光,机械抛光的前处理能获得更加光亮的彩色膜。 电压一定时,随时间延长,着色膜的颜色饱和度下降,但水接触角提高;时间一定时,随电压升高,颜色饱和度下降,水接触角呈升高趋势。 总体来看,当阳极氧化电压为 30 V,阳极氧化时间为 6 h 时,可以获得膜厚约为 3~ 4 μm 蓝色膜,并具有较好的超疏水性(水接触角可达(156. 1±1. 3)°)和耐磨性,具有“花瓣状”的粗糙微纳结构,既微米级的花瓣状凸起和纳米级的薄片,这有利于膜的超疏水性。 耐污试验进一步表明,上述工艺制备的超疏水性着色膜具有优异的自清洁和耐污染能力。
  • 孙飞,程巍,蔺增
    中国表面工程. 2020, 33(3): 71-77. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20200824001
    摘要 ( 17 ) PDF全文 ( 117 )   可视化   收藏
    等离子体氧化方法能够在纯钛种植体表面产生梯度变化的 TiO2- x层,使其显著提高表面的亲水性和生物相容性,但是在空气中长期存放由于吸附的污染物,种植体表面很容易失去这些特性。 因此,需要一些存储方法来防止表面失效。 利用辉光等离子体放电技术在喷砂酸蚀(SLA)的纯钛表面进行等离子体氧化,然后对氧化后的样品进行 NaOH 溶液存储。 分析了 NaOH 溶液存储前后的表面特性,观察了 NaOH 溶液存储不同时间后表面亲水性的时效性,以及比较了 NaOH 溶液和生理盐水长期存储对表面亲水性的影响。 结果表明,NaOH 溶液处理后等离子体氧化表面形貌和化学成分无太大变化;NaOH 溶液存储时间对于亲水性的时效性无影响;NaOH 溶液是否残留不影响亲水性;将氧化后的样品直接储存在 NaOH 溶液或生理盐水中,可以长期保持表面的超亲水性。 对于纯钛表面超亲水性的长期稳定性,NaOH 溶液优于生理盐水。
  • 杨晓红,叶霞,徐伟,顾江,范振敏,陆磊
    中国表面工程. 2020, 33(3): 78-87. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20200312001
    摘要 ( 22 ) PDF全文 ( 8 )   可视化   收藏
    铝合金由于易被腐蚀的缺陷限制了其发展,研究表明表面超疏水化能有效地提升其耐腐蚀性能。 文中以铝合金作为基底材料,首先采用激光加工的方法制备微结构表面,然后采用氢氧化钠刻蚀制备超疏水表面。 利用扫描电子显微镜(SEM)、光学轮廓仪、X 射线能谱仪(EDS)、接触角测量仪和电化学工作站对样品表面微观形貌、化学元素组成、 润湿性能和耐腐蚀性能进行表征。 结果表明:激光功率为 30 W,氢氧化钠浓度为 0. 1 M,刻蚀时间为 6 min,该表面的接触角最高为 155. 1°,同时该超疏水表面具有双尺度分层结构,分别是光栅结构与更小一级的蜂窝状结构。 超疏水表面电化学测试表明,腐蚀电位发生左移,为-0. 635 V,自腐蚀电流密度变化更为明显,减小至 1. 68×10-6 mA·cm-2 。 该表面耐腐蚀性能显著增加。
  • 许满足,邹忠利
    中国表面工程. 2020, 33(3): 88-94. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20200113001
    摘要 ( 18 ) PDF全文 ( 194 )   可视化   收藏
    稀土盐转化膜是一种绿色环保的金属表面处理技术,为探究硝酸镧成膜时间对镁合金耐蚀性的影响,在镁合金表面成功制备出不同成膜时间下的镧盐转化膜。 试验采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及 X 射线衍射仪(XRD) 对膜层的表面形貌及组成进行了表征,采用点滴试验、电化学方法(EIS / Tafel)对不同成膜时间下膜层的耐蚀性进行了测试,并使用软件对结果进行拟合。 试验结果表明,镁合金表面生成了一层微米级的稀土转化膜,转化膜表面存在裂纹,其中 30 min 成膜时间的裂纹最小;点滴试验及电化学测试结果表明镧盐转化膜能够大幅度地提高镁合金耐蚀性, 30 min 成膜时间获得的膜层耐蚀性最佳,相对于空白镁合金,其自腐蚀电流密度下降了 4 个数量级,自腐蚀电位正移了 943 mV;EDS 结果表明,膜层主要由 La 和 O 元素组成,XRD 结果进一步表明 La(OH)3 是膜层的主要成分。
  • 张昊,张晶晶,刘旭,林海,李廷举
    中国表面工程. 2020, 33(3): 95-103. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20191107003
    摘要 ( 21 ) PDF全文 ( 8 )   可视化   收藏
    为解决等离子喷涂陶瓷涂层孔隙率高的问题,将 Al2O3-13%TiO2(AT13)粉体与 CaO-MgO-Al2O3 -SiO2(G)硅酸盐玻璃粉按不同比例混合,采用等离子喷涂技术制备得到 AT13、G ∶AT13 = 1 ∶ 10(GA-1)、G ∶AT13 = 2 ∶ 10 (GA- 2)、 G ∶AT13 = 3 ∶10 (GA-3) 这 4 种涂层,对 4 种涂层的相组成和微观形貌进行了分析,利用浸泡腐蚀与电化学腐蚀试验分别对涂层耐腐蚀性能进行了研究。 结果表明:4 种涂层均由 α-Al2O3 、γ-Al2O3 、金红石型 TiO2 和 Al2TiO5 相组成;AT13、 GA-1、GA-2 和 GA-3 涂层的孔隙率分别为 13. 2%、11. 4%、7. 8%和 8. 8%;在 3. 5% NaCl 溶液中浸泡腐蚀 1000 h 后,3 种 GA-X (X= 1,2,3)涂层的腐蚀面积与纯 AT13 涂层相比都有所减小;电化学阻抗(EIS)和动电位极化曲线(PD)结果表明涂层的耐腐蚀性随着玻璃粉的掺入而提高,但玻璃粉掺量不是越高越好,以 G ∶AT13= 2 ∶10 比例掺杂的涂层耐腐蚀性能最优。
  • 丁坤英,李志远,王者,程涛涛
    中国表面工程. 2020, 33(3): 104-110. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190909001
    摘要 ( 25 ) PDF全文 ( 103 )   可视化   收藏
    陶瓷基热障涂层具有优异的阻热性能、耐热腐蚀性能以及热稳定性能,在航空发动机热端部件中广泛使用。 利用大气等离子喷涂方法制备 ZrO2-8%Y2O3(YSZ)涂层,利用聚苯酯(PHB)调节涂层的孔隙形态和含量,利用扫描电镜(SEM)和图像软件分析涂层的截面形貌,计算了孔隙的分形维数,建立了基于分形维数的有效热导率计算方法,优化了热导率与涂层孔隙的定量关系。 同时利用导热仪测量面层的热导率,对有效热导率计算结果进行验证。 结果表明: YSZ 粉末中混合聚苯酯粉末可增加涂层中的孔隙含量;当 PHB 的质量含量达到 15%时,涂层孔隙率可增加至 30%左右。 较高的喷涂功率会形成扁平化的孔隙,孔隙分形维数的取值在 1~ 2,并且孔隙越扁平取值越大。 孔隙含量越大、形态越趋近于扁平化,涂层有效热导率越小。 把孔隙的分形维数引入到有效热导率的计算中,使得计算结果更加趋近于实测结果。
  • 靳子昂,刘明,朱丽娜,王海斗,王海军,康嘉杰
    中国表面工程. 2020, 33(3): 111-118. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190821001
    摘要 ( 18 ) PDF全文 ( 5 )   可视化   收藏
    采用超音速等离子转移弧喷涂铝涂层,通过响应曲面法中的 Box-Behnken 中心组合试验设计了三因素三水平的工艺优化试验,建立了主气流量、工作电流和喷涂距离与涂层孔隙率之间的数学模型。 对最优工艺参数条件下制备的铝涂层,利用 SEM、XRD 对涂层的微观形貌和组织成分进行表征;利用 HMV-2000 型维氏硬度计和 MTS 809 万能拉伸试验机对涂层的显微硬度和结合强度进行测试分析。 结果表明:随着主气流量增大、工作电流减小或者主气流量减小、 工作电流增大,孔隙率均呈减小趋势,得到的最优喷涂工艺为:主气流量:100 L/ min,工作电流:200 A,喷涂距离: 100 mm,丝与喷嘴的距离:10 mm,送丝速度:6 m/ min。 通过最优工艺制备的铝涂层,涂层致密,孔隙率为 2. 3%;涂层与基体的结合强度较高为 24. 4 MPa,显微硬度为 44. 5 HV0. 1
  • 刘杰,刘侠,胡凯,张世宏,王硕煜,丁毅,薛召露
    中国表面工程. 2020, 33(3): 119-128. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20200526001
    摘要 ( 21 ) PDF全文 ( 7 )   可视化   收藏
    在 CrZrCu 基体上电镀 Ni 粘结层,通过超音速火焰喷涂(HVOF)技术,采用不同煤油流量在电镀 Ni 粘结层上制备了 WC-12Co / NiCrBSi 复合涂层。 利用 XRD、SEM、Raman、维氏显微硬度计、电子拉伸试验机和球盘式摩擦磨损试验机考察了不同煤油流量下涂层相组成、组织结构、力学性能和高温摩擦磨损性能。 结果表明:不同涂层的物相组成基本相同,喷涂过程中发生了一定程度的分解脱碳生成了 W2C,以及少量的 Cr7C3 和 Co3W3C 相;随着煤油流量升高,涂层硬度提高,涂层孔隙率和耐磨性表现出先降低后升高趋势,致密的结构与较高的硬度有利于提高涂层的耐磨性;煤油流量为 26 L/ h 的工艺下制备的涂层孔隙率最低,为 0. 11%,硬度较高达到 927. 0 HV0. 3 ,摩擦因数最低约为 0. 46,磨损率最低为 2. 83×10-15 m3 / (N·m),抗粘着磨损性能最好。
  • 李向波,李涛,石博文,王东,张元良
    中国表面工程. 2020, 33(3): 129-136. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20200222001
    摘要 ( 14 ) PDF全文 ( 224 )   可视化   收藏
    激光熔覆作为一种再制造技术被广泛应用在机械零部件的修复。 在采用激光熔覆技术对齿轮齿面缺陷进行修复时,为减小后续机械加工的难度,应使轮齿齿面上的熔覆层轮廓接近齿轮的原始齿廓。 基于齿廓加工原理建立了齿面缺陷激光修复几何数学模型。 通过此修复几何数学模型可计算得到修复齿廓不同部位时,轮齿需要偏转的角度以及偏转后齿廓待修复区域的倾斜角度。 实验结果表明,利用该几何数学模型对齿轮齿面缺陷采用激光熔覆技术进行修复,可以使轮齿齿面上熔覆层的轮廓与齿轮原始齿廓较为接近,并且熔覆层轮廓与齿轮原始齿廓的距离不超过 0. 7 mm;此外,轮齿齿面在熔覆过程中虽然倾斜角度最大达到 51. 84°,但熔覆层轮廓与齿轮原始齿廓的最小距离不小于 0. 1 mm。
  • 杨凡,张志强,张宏伟,张天刚
    中国表面工程. 2020, 33(3): 137-151. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20200426002
    摘要 ( 16 ) PDF全文 ( 8 )   可视化   收藏
    采用同轴送粉激光熔覆技术在 Ti6Al4V 钛合金表面成功制备了未添加和添加质量分数为 2% CeO2 的 Ti6Al4V+NiCr-Cr3C2 多道搭接熔覆层,运用渗透探伤技术、光学显微镜、X 射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、电子探针等分析方法研究了 CeO2 添加对熔覆层成形质量、微观组织和元素分布的影响规律。 结果表明,添加 CeO2 完全抑制了熔覆层表面裂纹,显著降低了气孔率(2. 76%→1. 65%)。 熔覆层主要由 β 固溶体(CrTi4 )和缺位型碳化钛(TiCx )组成。 除了新结晶的 CeO2 外,添加 CeO2 对熔覆层物相没有影响。 此外,添加 CeO2 致使基体 β 相中 Ni 和 Cr 元素呈现明显的偏析现象,且 Ni 元素偏析程度更加显著,而对 Al 和 V 元素均匀分布特征没有显著影响。 新析出的稀土氧化物 CeO2 主要分布于 TiCx 与 CrTi4 相界处。 添加 CeO2 细化了 TiCx 枝晶,降低了枝晶 TiCx 含量(55%→40%)。 熔覆层各微区(熔覆区、过渡区和结合区)碳化钛组织存在显著差异,其组织特征分别为枝晶状、颗粒状、细小针状。 缺位型碳化钛 TiCx 中 C 原子含量呈现明显差异,x 的取值范围为 0. 21 ~ 0. 74,且一次枝晶含碳量高于二次枝晶。 硬度和摩擦磨损测试结果表明,Ti6Al4V 基材、未添加和添加质量分数为 2% CeO2 激光熔覆层的显微硬度分别为 363. 2、488. 2 和 464. 2 HV0. 5 ,磨损率分别为 5. 62×10-6 、2. 5×10-7 和 2. 43×10-6 g / Nmin。
  • 杨英,毛绍宝,巫业栋,张世宏
    中国表面工程. 2020, 33(3): 152-159. https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190803001
    摘要 ( 14 ) PDF全文 ( 10 )   可视化   收藏
    采用包渗法在稀土 La2O3 掺杂钼合金基体上制备 MoSi2 涂层,并就 La 元素对 MoSi2 涂层宽温域氧化行为的影响机制进行了系统研究。 结果表明:钼镧合金基 MoSi2 涂层组织结构较为致密,主要物相为 MoSi2 相。 不同温度下 La 元素对 MoSi2 涂层的抗氧化性能的影响不同,1600 ℃高温静态氧化条件下,La 元素的存在促进了涂层与基体的化学反应,加剧了 MoSi2 抗氧化主体层的消耗速度,使得 MoSi2 涂层的高温抗氧化性能有所下降;800 ℃ 中温静态氧化条件下, La 元素对 MoSi2 涂层抗氧化性能影响不明显;500 ℃低温静态氧化条件下,La 元素的加入加速了涂层中 Si 元素的扩散, 使得涂层表面能较快形成一层致密的氧化层,“Pest”效应得到抑制,从而显著提升涂层的低温抗氧化性能。