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表面技术
中国兵器工业第五九研究所；中国兵工学会防腐包装分会；中国兵器工业防腐包装情报网
表面技术

中国兵器工业第五九研究所；中国兵工学会防腐包装分会；中国兵器工业防腐包装情报网

吴护林（兼）

双月刊

1001-3660

wjqkbm@vip.163.com

023-68792193

400039

重庆市2331信箱（重庆市九龙破区石桥铺渝州路33号）

表面技术/Journal Surface TechnologyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊主要报道金属、非金属表面技术方面的最新科学研究成果及新技术应用成果等方面的内容。
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    钛合金表面主—被动抑菌改性方法研究进展

    朱凯悦朱丽娜底月兰王海斗...
    1-14页
    查看更多>>摘要：钛合金材料具有良好的耐腐蚀性、抗疲劳性和生物相容性,被广泛用于医疗领域,特别是可植入器械.医疗器械的型号多样、结构复杂、局部尺寸较小,且在使用过程中会接触多种媒介,极易黏附污渍,导致微生物的聚集,引发器械感染,安全、可靠的医疗器械是提高救治效率的关键.从细菌生长机制出发,将现有金属材料表面抑菌改性方法归纳为两大类:依靠抗菌涂层主动杀菌的改性方式和控制表面润湿性的被动抑制细菌黏附的改性方式.采用主动改性方式,虽然能从根本上杀死细菌,但是在实际应用中这些杀菌剂存在耐药性、成本高、生物毒性等问题.被动改性方式无法直接杀死细菌,一旦表面被细菌定植,就会失去抑菌效果.为了实现医疗器械表面高效、长时、安全的清洁,研究者提出主–被动协同抑菌改性方法,将化学杀菌方法与抗黏附抑菌方法相结合,充分发挥2种方法的优势,这是未来研究的重点.

    钛合金医疗器械表面改性抑菌超疏水表面纳米粒子

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    • 万方数据

    激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展

    竺俊杰王优强倪陈兵王雪兆...
    15-32页
    查看更多>>摘要：激光选区熔化(SLM)技术与激光熔化沉积(LMD)技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有巨大潜力,但由于成形的Ti6Al4V合金构件存在较差的表面质量、较大的残余应力以及内部孔洞等问题,影响了构件的力学性能,从而制约了其大规模的应用.针对这一现状,首先概述了激光选区熔化技术与激光熔化沉积技术的制造原理,比较了2种增材制造技术的成形参数及其特点,并分析了2种不同成形技术的自身优势以及适用场合.其次,从2种增材制造技术成形钛合金的工艺参数入手,综述了激光功率、扫描速度、激光扫描间距、铺粉厚度、粉床温度等参数对SLM工艺成形钛合金的影响,以及激光功率、扫描速度、送粉速率等参数对LMD工艺成形钛合金的影响.发现成形工艺参数直接影响了粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构,从而影响成形件的组织与力学性能.此外,综述了不同的扫描策略对两种增材制造技术成形钛合金的表面质量与力学性能的影响,可以发现在不同扫描策略下同一试样表面的不同区域表面质量、残余应力以及抗拉强度存在较大差异,同一扫描策略下试样的不同表面之间也存在各向异性.最后,探讨了不同热处理工艺对钛合金微观组织和力学性能的影响,通过合适的热处理能够降低成形构件应力,并调控组织相变和性能.

    激光选区熔化激光熔化沉积钛合金微观组织力学性能热处理

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    • 万方数据

    基于界面相互作用的黏附接触数学模型研究进展

    万小东孙其勋刘健犇王珊...
    33-47,77页
    查看更多>>摘要：黏附接触现象在各个领域都有着很重要的作用和影响.若要分析物体间的黏附接触行为,则建立相应的数学模型是有效的方法之一.现有文献中的数学模型种类繁多,对于不同受力情况下的黏附现象所适用的理论也不尽相同.针对常见的黏附现象,按照其不同的受力形式分为弹性体接触、粗糙表面黏附及基材表面剥离等几大类,分别对以上几类接触行为采用的理论模型及其应用进行了归纳分析整理.综合叙述了基于计算机模拟技术的现代仿真模型的基本原理、应用和发展,重点介绍了适用于一般物体之间黏附行为分析的通用模型,以期为黏附接触领域的研究和建模提供指导和参考.对于弹性体接触的情况,重点介绍了经典力学接触理论的基本公式和适用类型,包括Hertz接触理论、JKR模型和DMT模型等,并依据Tabor数讨论了JKR模型与DMT模型的差异.对于粗糙表面的黏附接触,重点介绍了Greenwood和Williamson(GW模型)所提出的多凸起模型的基本理论和局限性.对于材料的表面剥离情况,重点介绍了剥离力学中应用最广泛的Kendall剥离模型的基本理论.对于现代仿真技术手段,重点介绍了分子动力学模型(MD模型)和有限元模型(FEM)的基本思想和优缺点.之后分别对以上各类模型的拓展完善、应用领域及研究进展进行了归纳总结,最后对黏附接触领域数学模型的发展方向进行了展望.

    黏附弹性体接触剥离粗糙表面数学模型

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    PBO纤维表面改性处理的研究进展

    杨超杰吴喜娜魏浩王国军...
    48-55页
    查看更多>>摘要：聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维因其比强度高、比模量高、耐热性好、阻燃性好以及优异的介电性能,现已在安全防护、建筑汽车等领域得到广泛应用.由于PBO纤维表面光滑、化学惰性,导致其与基体树脂界面结合差,进一步影响复合材料的整体性能,这大大限制了PBO纤维优异综合性能的发挥,所以对PBO纤维表面进行改性处理显得尤为重要.介绍了近年来国内外针对PBO纤维不同表面改性方法及对应复合材料性能改善程度的研究进展,从PBO纤维改性方法的分类入手,阐述了各种方法的基本原理.通过对这些处理方法的比较,阐述了国内PBO纤维表面改性的研究进展,指出了国内外在PBO纤维表面改性处理上的差距,为未来的发展方向提供了参考.PBO纤维表面改性方法包括化学刻蚀法、等离子体处理、表面涂层法、化学接枝法、紫外刻蚀法、上浆剂处理等.各种改性技术各有利弊,在选择改性方法时,理应考虑达到工艺快捷有效、经济环保和无损纤维性能等指标.未来,在PBO纤维表面改性的处理方法领域,将逐步向绿色环保的上浆剂处理方向发展.

    聚对苯撑苯并二噁唑纤维表面改性界面复合材料

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    MoS2/Ti3C2Tx对磷酸盐涂层宽温域摩擦学性能的影响

    方媛闫嘉琪赵顺强曾立军...
    56-64页
    查看更多>>摘要：目的 以MoS2/Ti3C2Tx为固体润滑剂,在25(室温)～400℃下制备具有优异摩擦学性能的MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层,并研究它在不同温度下的减摩抗磨机制.方法 以氢氟酸为MAX相(Ti3AlC2)粉体的蚀刻剂,制备具有"手风琴"形貌的Ti3C2Tx MXene.以硫脲、钼酸铵、MXene为原料,制备MoS2/Ti3C2Tx复合材料.以Al(H2PO4)3为黏结剂,以CuO为固化剂,分别以Ti3C2Tx和MoS2/Ti3C2Tx为固体润滑剂,制备Ti3C2Tx磷酸盐涂层和MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层.通过高温摩擦磨损试验机和光学数码显微镜测试涂层在25～400℃时的摩擦因数和磨损率,采用扫描电子显微镜和显微共焦激光拉曼光谱仪分析磨痕表面形貌、物相,进而探讨磨损机理.结果 当Ti3C2Tx与Al(H2PO4)3的质量比为2:1时,Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温(25℃)下的摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.38和2.75×10−4 mm3/(N·m).在Ti3C2Tx表面负载MoS2,将MoS2/Ti3C2Tx作为固体润滑剂,能够显著降低磷酸盐涂层在25～400℃下的摩擦因数,同时磨损率也有所降低.MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温下的摩擦因数低至0.11,相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了71.1％,其磨损率相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了1个数量级.在25～400℃范围内,MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层的摩擦因数均低于0.21.随着温度的升高,摩擦因数呈先减小后增大的趋势,磨损率整体上呈增大趋势.结论 相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层,MoS2/Ti3C2Tx磷酸盐涂层在25～400℃下的摩擦学性能均得到显著提升.

    Ti3C2Tx宽温域摩擦磨损性能磷酸盐涂层磨损机制

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    • 万方数据

    退火热处理对Cr3C2-FeCrBSi涂层摩擦磨损性能的影响

    姜自滔杨康辛越易新林...
    65-77页
    查看更多>>摘要：目的 针对冷轧辊表面的循环应力、摩擦磨损的特殊服役环境,设计空气燃料超音速火焰喷涂(HVAF)制备Cr3C2-FeCrBSi复合涂层来提高工件表面的硬度和耐磨性.方法 利用HVAF技术在冷轧辊用合金钢板表面制备不同尺寸陶瓷颗粒混合的Cr3C2-FeCrBSi的复合涂层,并在600、700、800℃进行退火处理后得到退火态涂层.利用XRD、SEM、显微硬度计、电子拉伸试验机、盘式摩擦磨损试验机和接触疲劳试验机,考察了不同陶瓷含量和不同退火温度下涂层的相组成、组织结构、机械性能、摩擦磨损性能和接触疲劳失效形式.结果 喷涂态涂层的显微硬度、结合强度随着Cr3C2含量的增加先上升后下降.当陶瓷相质量分数为10％时,复合涂层最佳,显微硬度、结合强度分别为459.6HV0.3、42.8 MPa.选取Cr3C2(质量分数10％)-FeCrBSi涂层经过退火处理后,涂层的硬度、断裂韧性、抗磨损性能均有提升,其中摩擦因数由原先的0.89降低至0.80～0.75.此外在700℃下退火3 h得到的涂层,显微硬度可达490.3HV0.3,断裂韧性由2.81 MPa·m1/2提升至3.15 MPa·m1/2,磨损率为6.80×10-14 m3/(N·m),与喷涂态涂层相比,磨损率降低了15％.喷涂态、退火态涂层的磨损机制均为磨粒磨损.接触疲劳试验结果表明,退火态复合涂层的接触疲劳失效形式主要有剥落和分层,同时剥落失效情况下涂层的接触疲劳寿命更长,可达2.07×105转.结论 Cr3C2-FeCrBSi复合涂层良好的抗磨损和耐接触疲劳性能主要取决于Cr3C2硬质耐磨颗粒的加入.而退火热处理可以促进涂层向平衡态的转变、同时析出的二次碳化物(Cr,Fe)7C3起到沉淀强化的作用,使得退火态涂层具有更好的抗摩擦磨损性能.

    HVAF冷轧辊退火摩擦磨损接触疲劳

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    扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响

    朱琪谢俊张威庹军波...
    78-86,95页
    查看更多>>摘要：目的 研究扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响,获得抑制钢轨波磨的有效措施.方法 建立小半径曲线DTVI2扣件的轮轨系统有限元模型,对扣件系统进行实体化建模,考虑轨下垫板之间的接触情况,同时模拟扣件系统中弹条预紧作用.采用复特征值分析和瞬时动态分析研究轮轨系统的摩擦自激振动特性,并将预测结果与现场测试结果对比,揭示该区段钢轨波磨产生的原因.最后开展轨下垫板材料属性以及扣件结构参数的影响分析,获得其对钢轨波磨的影响.结果 轮轨间饱和蠕滑力引起轮轨系统发生频率为500 Hz的不稳定振动,会导致波长为30 mm的钢轨波磨.轨下垫板杨氏模量在10～50 MPa区间,等效阻尼比先从-0.0152减小到-0.0169又增大到-0.0142;阻尼系数在0～0.0001区间内,等效阻尼比从-0.0169增大到-0.0102;轨下垫板泊松比的变化没有引起系统等效阻尼比发生明显的变化;扣件间距在575～675 mm区间内,等效阻尼比从-0.0163降低到-0.0190;等效阻尼比随着弹条预紧力的增大而增大.结论 选取合适的轨下垫板杨氏模量可以减轻由轮轨摩擦自激振动导致的钢轨波磨;提高阻尼系数对轮轨系统的自激振动具有较强的抑制作用;而轨下垫板的泊松比对钢轨波磨的影响较小;适当减小扣件间距可以略微降低钢轨波磨的产生趋势;增大弹簧预紧力可以抑制由轮轨系统摩擦自激振动导致的钢轨波磨.

    钢轨波磨摩擦自激振动扣件结构弹条预紧力数值仿真

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    阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4电解液中微弧氧化膜结构和耐磨性能的影响

    邵明增武宏杨洪波杨蕾...
    87-95页
    查看更多>>摘要：目的 研究恒流模式下阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4的电解液中制备的微弧氧化膜厚度、形貌、相组成及耐磨性能的影响.方法 固定阳极电流密度为5.0 A/dm2,阴极电流密度分别为0、1.25、2.5、3.75、5.0 A/dm2,对6061铝合金进行微弧氧化40 min.用涡流测厚仪测量了氧化膜的厚度,用扫描电镜观察了微弧氧化膜的表面形貌和截面形貌,用能谱分析仪分析了氧化膜的表面成分,用X射线衍射分析仪分析了微弧氧化膜的相组成,用往复式摩擦磨损试验机测试了氧化膜的耐磨性能.结果 随着阴极电流密度的增加,氧化膜内的W含量逐渐减少,氧化膜颜色逐渐变浅,氧化膜厚度逐渐增加.微弧氧化膜的主要组成相为 α-Al2O3和 γ-Al2O3.当阴极电流密度从0 A/dm2增加到3.75 A/dm2时,氧化膜内孔洞的数量和尺寸逐渐减少,孔洞到氧化膜/基体界面的距离逐渐增加,氧化膜的耐磨性能逐渐提升.当阴极电流密度为3.75 A/dm2时,氧化膜的磨损率最低,仅为1.07×10-4 mm3/(N·m).但阴极电流密度增加到5.0 A/dm2时,氧化膜表层出现孔洞和剥落,耐磨性能下降.结论 阴极电流的加入有助于增加6061铝合金微弧氧化膜的厚度,提高氧化膜的致密性和耐磨性能,但过高的阴极电流会导致氧化膜表层出现孔洞,降低耐磨性能.

    铝合金微弧氧化阴极电流钨酸钠耐磨性能

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    SiC表面水滴型微织构的水润滑特性研究

    王鹏洋龙威赵章行毛文元...
    96-104页
    查看更多>>摘要：目的 提高水润滑条件下SiC陶瓷的摩擦性能.方法 通过对剪切力矩和摩擦因数的测试和计算,结合扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察试件表面的磨痕形貌及元素含量分布,分析转速、载荷和织构排布方式对变深度水滴型织构在SiC表面摩擦因数、磨损特征和摩擦化学反应的影响规律.结果 在变深度动压弹流润滑和摩擦化学反应的协同作用下,单侧水滴型织构试件在润滑介质从小端流向大端时可以实现更好的润滑性能,并且随着转速从200 r/min升至900 r/min,稳定摩擦因数从0.004增至0.068,远低于相同工况下斜槽型织构和无织构的光滑表面试件.对于水滴型织构,当润滑介质从大端流向小端时,其呈现的摩擦因数与无织构表面光滑试件的摩擦因数相近,维持在0.014～0.114.双侧水滴型织构在重载时具有更优异的润滑减摩效果,在200～900 r/min的转速范围内,能够提供稳定且较小的摩擦因数.结论 在SiC材料表面设计具有变深度特征的水滴型织构,可以有效提高系统的润滑减摩效果,特别是当润滑介质从织构较浅处流向较深处时,可以促进SiC试件表面的摩擦化学反应,生成的氧化物薄膜会覆盖在试件表面形成保护层,使SiC陶瓷的摩擦学行为得到改善.

    碳化硅水滴型织构摩擦因数摩擦化学反应动压弹流润滑

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    两种硫代磷酸酯型极压抗磨剂对自动传动液抗颤性的影响

    张孟佳狄泽超李媛张雪涛...
    105-114页
    查看更多>>摘要：目的 探究2种硫代磷酸酯型商品化极压抗磨剂三苯基硫代磷酸酯衍生物(AW-1)和酸性硫代磷酸酯(AW-2)对自动传动液抗颤性能的影响.方法 参考JASO M349,采用能够高度模拟汽车离合器片工况的德国盘–盘型摩擦试验机(WAZAU)对含有上述2种硫代磷酸酯型极压抗磨剂的自动传动液的抗颤性进行对比测试,并采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对摩擦表面的形貌和元素进行深入分析.结果 虽然AW-1、AW-2是润滑油中常用的硫代磷酸酯型极压抗磨剂,但二者的分子结构存在差异,在摩擦副表面形成摩擦反应膜的形式也不尽相同.各含量AW-1形成的反应膜中均含有硫、磷、钙等元素,且随着油品中AW-1含量的增加,各元素的含量会发生不同程度的变化.低含量AW-2形成的反应膜中含有硫、磷、钙等元素,但高含量AW-2形成的反应膜基本不含硫、磷、钙元素.结论 通过扫描电子显微镜和EDS能谱对摩擦后的钢盘进行了分析,结果显示,AW-1和AW-2硫代磷酸酯型极压抗磨剂在摩擦副表面形成摩擦反应膜的机理不同.AW-1分子中的硫元素在摩擦副表面生成了S-Fe膜,磷元素与清净剂中的钙元素生成了抗颤性优良的Ca-P膜,因此含有AW-1的ATF的抗颤性优异.AW-2中的羧基与钢盘表面的铁元素发生反应,生成了硫代磷酸酯铁盐,并沉积在金属表面,这在一定程度上抑制了S-Fe反应膜和Ca-P反应膜的生成,因此相应油品的抗颤性能不佳.

    自动传动液硫代磷酸酯极压抗磨剂抗颤性摩擦反应膜

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