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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。
正式出版
收录年代

    Cu箔集流体飞秒激光深刻蚀织构化及其对锂离子电池性能的影响

    王京博曹利李松原肖荣诗...
    115-122页
    查看更多>>摘要：目的 使用飞秒激光在Cu箔表面深刻蚀织构化,制备微纳沟槽结构,提高锂离子电池Si电极循环稳定性.方法 系统研究激光能量密度、单位点有效脉冲数对厚度为9μm的Cu箔的表面形貌和微纳结构的影响规律,根据结果设计不同沟槽密度和沟槽深度的Cu箔,并组装成Si电极锂离子半电池,通过循环测试及循环后电极形貌揭示其稳定性提升的内在机理.结果 最佳的激光能量密度为3.18 J/cm2,此时改变单位点有效脉冲数和扫描间距可有效控制刻蚀沟槽的密度和深度.Si电极的循环稳定性随着Cu箔表面沟槽密度和沟槽深度的增加而逐渐提升,当沟槽密度为75％、沟槽深度为6μm时,循环300圈后剩余的容量高达911 mA·h/g,保持率为89％,电极形貌相对最完整、稳定.结论 刻蚀表面纳米结构增加了电极层与集流体之间的黏结强度;微米沟槽结构进一步保护了电极层,缓解了体积膨胀效应.采用Cu箔集流体深刻蚀显著改善了Si电极的剥离和开裂现象,实现了其电化学性能的提升.

    绿光飞秒激光激光刻蚀Cu箔集流体Si电极循环稳定性

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    激光冲击金属黏结层高温热循环应力演化规律的有限元模拟

    王瑞涵花银群叶云霞蔡杰...
    123-134页
    查看更多>>摘要：目的 探索激光冲击(LSP)对高温热循环(反复升温、保温和降温)过程中热障涂层中的热生长氧化物(TGO)表面及TGO/黏结层(BC)界面应力分布的影响规律.方法 基于真实TGO形貌,建立有限元模型,从应力演化角度分析LSP改性(LSPed)与未改性(Non-LSPed)试样危险区域的失效形式;使用拉曼光谱法(RFS)对氧化后的金属黏结层进行残余应力测试.结果 TGO应力分布随着形貌的起伏呈现相应的起伏变化.TGO表面压应力最大值出现在波峰位置,经10次热循环后LSPed试样TGO表面S11(平行于涂层表面的正应力)压应力最大值大于Non-LSPed试样,经50次热循环后LSPed试样TGO表面压应力最大值远小于Non-LSPed试样;随着热循环次数的增加,2类试样TGO/BC界面S11应力的差别变小.LSPed试样TGO表面S22(垂直于涂层表面的应力)应力随着热循环次数的增加逐渐增大,但S22拉应力小于250 MPa,应力总体偏低.TGO/BC界面S22、S12(平行于涂层表面的剪切应力)应力随循环次数的变化规律基本一致,经10次热循环后,LSPed试样的S22、S12应力均大于Non-LSPed试样;经50次热循环后,2类试样界面的S22、S12应力相差不大.结论 文中构建的TGO应力有限元仿真模型,模拟结果与测试结果吻合.LSP通过调控TGO生长速度,可以有效缓解TGO生长过程中应力的剧烈变化,大幅降低TGO表面S11和S12应力最大值,进而降低TGO表面产生垂直于表面贯穿裂纹和剪切破坏的风险,LSP对TGO表面(TGO/BC界面)应力状态的影响较小.

    激光冲击热循环热生长氧化物黏结层应力分布有限元仿真

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    Cr3C2/WC的添加对Stellite12熔覆层耐磨耐蚀性的影响

    赵菲张亮吴志生温保安...
    135-142页
    查看更多>>摘要：目的 提高Stellite 12熔覆层的耐磨耐蚀性能.方法 将Stellite 12合金粉末与碳化物(Cr3C2、WC)混合,采用激光熔覆技术在H13钢板上制备复合熔覆层.通过超景深显微镜和XRD分析其显微组织和物相,通过显微硬度测试、摩擦磨损试验和电化学腐蚀试验,分别评价熔覆层的硬度、耐磨性和耐蚀性,并通过超景深显微镜对磨痕形貌进行分析.结果 添加碳化物后,熔覆层的微观组织以柱状晶和树枝晶为主,物相主要由γ-Co固溶体和碳化物(M23C6、M7C3)组成;Cr3C2的添加使得熔覆层的硬度降低,由610HV0.2降至530HV0.2,但耐磨性得到提高,磨损量由0.45 mm3降至0.33 mm3,下降了28％,耐蚀性得到提高,腐蚀电位由−0.385 V增加到−0.264 V,腐蚀电流密度由9.269×10−10 A/cm2降至1.496×10−10 A/cm2,极化电阻由3.982×107Ω·cm2提升至2.424×108Ω·cm2,提高了1个数量级;WC的添加使其硬度由610HV0.2提高至750HV0.2,磨损深度变浅,磨损量由0.45 mm3降至0.19 mm3,下降了43％,但耐腐蚀性有所降低.3种熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损.结论 WC的添加可以有效提高熔覆层的硬度和耐磨性,但耐腐蚀性有所降低;添加Cr3C2后,耐蚀性得到显著提高,耐磨性略微提升,但硬度降低.

    激光熔覆复合熔覆层显微硬度摩擦磨损行为磨损机制电化学腐蚀行为

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    激光熔覆Ni-Al2O3复合涂层的微观结构与耐腐蚀性能研究

    孙勇辉闫洪兰昊黄传兵...
    143-152页
    查看更多>>摘要：目的 解决Cr-Ni系不锈钢在重腐蚀工业环境中本体耐腐蚀性能不足的问题.方法 采用激光熔覆技术制备Ni-Al2O3复合涂层,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪(EDS)和显微硬度计、电化学工作站等技术研究所制备涂层的微观结构、相组成和元素分布,分析Al2O3含量对复合涂层形貌、显微硬度和耐腐蚀性能的影响规律.结果 复合涂层组织均匀、无明显缺陷,与基体之间存在明显的冶金结合区,沿着该复合涂层深度方向的微观结构依次呈现为胞状晶、定向生长的柱状晶及细小的等轴晶,物相则由均匀分布于复合涂层顶部的Al2O3颗粒和金属间化合物(Fe-Ni、Fe-Ni-Cr固溶体)构成.随着Al2O3含量的增大,复合涂层的显微硬度呈先增大后减小的趋势,腐蚀电位呈先增大后减小的趋势,而失重腐蚀速率和腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势,涂层的耐腐蚀性能呈先增强后减弱的趋势.在Ni-x％Al2O3(x为0、0.15、0.25、0.35,质量分数)复合涂层中,Ni-25％Al2O3复合涂层具有较高的显微硬度和良好的耐腐蚀性能,该涂层的显微硬度达到1026.3HV,腐蚀失重速率为0.15 mg/(cm2·h),腐蚀电压和腐蚀电流密度分别为–326.6 mV和38.6µA/cm2.当继续增加Al2O3的含量时,气孔和裂纹等缺陷开始增多,复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能均呈现下降趋势.研究表明,Ni-x％Al2O3(x≤25)复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能的变化由细晶强化、固溶强化和颗粒强化协同作用所致.结论 激光熔覆Ni-25％Al2O3复合涂层具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性,可以有效防护Cr-Ni系不锈钢,提高重腐蚀工业环境下机械零件的耐蚀性和使役寿命.

    激光熔覆复合涂层微观结构显微硬度耐腐蚀性能

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    航空齿轮钢强化工艺与表面完整性关联规律研究

    吴吉展朱才朝魏沛堂刘怀举...
    153-168页
    查看更多>>摘要：目的 探究不同加工工艺与表面完整性的关联规律.方法 对渗碳航空齿轮钢AISI9310进行常规喷丸、二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整、喷丸光整等齿轮高表面完整性强化加工工艺处理,使用白光干涉仪、X射线衍射应力仪和显微硬度计对不同工艺状态下的试件进行表面形貌、表面粗糙度、残余应力和显微硬度等表面完整性表征.结果 喷丸能使得航空齿轮钢的表面粗糙度Sa值由磨削状态的0.68μm增加到0.96μm,而光整处理后,Sa下降到0.2μm以下;微粒喷丸使表面残余压应力提升到–1300 MPa,相比于常规喷丸和磨削状态,其幅值分别增加了450、800 MPa;滚磨光整使得表面残余压应力幅值进一步增加到1400 MPa以上;二次喷丸及喷丸光整能显著提升表面硬度,相比磨削状态的645HV分别提升到718HV、721HV.

    滚动接触疲劳二次喷丸微粒喷丸滚磨光整表面完整性

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    双辉等离子渗铬界面层对类石墨碳基涂层力学及磨蚀性能的影响

    闫江山郭鹏林乃明张应鹏...
    169-181页
    查看更多>>摘要：目的 研究渗铬界面层对铬/类石墨碳(Cr/Graphite-Like Carbon,GLC)复合涂层力学性能、结合强度及磨蚀行为的影响,阐明Cr/GLC复合涂层的抗磨蚀机理.方法 以316L不锈钢(316L)为基体,先借助双辉等离子表面合金化(DGPSA)技术制备渗铬界面层,再采用直流磁控溅射(DCMS)技术制备顶层GLC涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、共聚焦显微拉曼光谱仪(Raman)和X射线衍射仪(XRD)表征涂层的微结构与成分,采用纳米压痕仪、划痕仪、摩擦磨损仪和电化学工作站测试复合涂层的力学性能、断裂韧性、结合强度和抗磨蚀性能.结果 渗铬界面层能够促进GLC涂层的石墨化转变,实现硬度分布的梯度变化(基体为3.65 GPa,渗铬界面层为8.97 GPa,表面为13.15 GPa),有效阻碍了裂纹的扩展.与GLC涂层相比,Cr/GLC复合涂层具有较高的断裂韧性和结合强度(≥50 N),在3.5％NaCl溶液中具有更低的摩擦系数(0.055)和更低的磨损率(3.22×10–7 mm3/Nm),其抗腐蚀性和化学稳定性也明显更优.结论 通过界面设计,实现了Cr/GLC复合涂层硬度分布的梯度过渡,提高了复合涂层的断裂韧性以及与316L的结合强度,赋予了复合涂层优异的抗磨蚀性能,为其在海洋苛刻环境下的磨蚀防护提供了有益借鉴.

    双辉等离子表面合金化直流磁控溅射类石墨碳渗铬界面层结合强度磨蚀

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    超声滚压工艺对镍基单晶高温合金DD6表面完整性和疲劳寿命的影响

    夏天成杨晓峰邵照宇孙凯...
    182-191页
    查看更多>>摘要：目的 改善长期服役于高温高压环境的镍基单晶高温合金DD6材料的表面完整性,提高其使用寿命.方法 采用超声滚压表面强化工艺(Ultrasonic Rolling Process,USRP)对镍基单晶高温合金DD6试样进行表面强化,用正交试验法对三因素三水平的试样组进行试验,使用三维形貌仪、显微硬度仪、XRD射线衍射仪和MTS万能疲劳试验机探究静压力、进给速度和加工遍数等超声滚压参数对镍基单晶合金表面完整性和疲劳寿命的影响规律.结果 对于镍基单晶材料,超声滚压强化工艺能有效降低其表面粗糙度,提高表面显微硬度,并在材料内部引入一定的残余应力,并提升疲劳寿命.经USRP处理后,不同晶体取向的材料能够取得的最佳表面增益效果为,表面硬度从465HV提高到679.2HV,表面粗糙度从0.703μm降低至0.253μm,表面引入了约为782 MPa的残余压应力.不同晶向材料的疲劳寿命提升表现为,应力水平为742.4 MPa时,疲劳寿命提升1.3倍;应力水平为649.6 MPa时,疲劳寿命提升1.5倍.结论 超声滚压工艺能够有效降低DD6材料的表面粗糙度、提高表面显微硬度,并在表面引入一定的残余应力,疲劳断裂模式主要为沿{110}面的滑移断裂.在低于742.4 MPa的应力加载时,超声滚压强化可以明显提高DD6材料在高温下的疲劳寿命.

    超声滚压镍基单晶合金工艺参数表面完整性断裂特征疲劳寿命

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    不同加热环境下钛表面Ni/Al涂层制备与高温氧化性

    李光全李德元张楠楠范喜宁...
    192-201页
    查看更多>>摘要：目的 研究大气与真空加热处理后Ni/Al涂层的金属间化合物析出规律,以及扩散层的生长速度,从而确定涂层的抗氧化性能.方法 分别采用电弧喷涂技术和等离子喷涂技术在纯钛基体表面制备Ni/Al涂层.将样品分别在大气条件和真空条件下进行加热处理,使Ni/Al涂层原位反应生成Ni-Al金属间化合物,并进行涂层抗氧化性试验.结果 Ni/Al涂层在大气环境700℃加热处理后,形成以Al2O3、Ni2Al3和富Al相NiAl3相为主的扩散层;在真空环境700℃加热处理后,形成以Ni2Al3、NiAl3相为主的扩散层.通过扩散反应动力学分析发现,真空热处理比大气热处理后Ni和Al之间的反应扩散系数更高,扩散系数为89.731μm2/h.氧化增重试验表明,真空处理后,Ni/Al涂层由于金属间化合物层较厚,且具有大量的高熔点的Ni2Al3相,并且经过800℃下氧化200 h后,涂层未发生失效.结论 真空环境下加热处理原位反应后,Ni/Al复合涂层的扩散速率更高,更容易形成Ni-Al金属间化合物,获得更厚的金属间化合物层.与大气热处理相比,经过真空热处理后的涂层有更良好的抗高温氧化能力.

    Ni/Al涂层等离子喷涂电弧喷涂Ni-Al金属间化合物高温氧化热处理

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    喷砂对MCrAlY-单晶高温合金界面组织影响研究

    郭云珊王晶李琰琰鲍泽斌...
    202-208页
    查看更多>>摘要：目的 研究在单晶表面喷砂预处理对MCrAlY-单晶高温合金界面的组织的影响.方法 对单晶基材进行不同载荷条件下的喷砂处理(包括无喷砂、轻喷砂及重喷砂),然后采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺在单晶试样上制备MCrAlY涂层,观察高温氧化后涂层-单晶界面组织的演变.真空热处理后,首先对基材和涂层的微观组织结构进行扫描电镜观察表征,然后对涂层进行1050℃的高温氧化试验,保温287 h后,继续采用背散射电子模式观察TCP相的析出行为,测量并绘制互扩散区和二次反应区析出厚度柱状图.结果 高温氧化热暴露过程中,涂层和基体之间发生了明显的元素互扩散现象,喷砂处理对互扩散区大小,尤其是二次反应区的深度,有着显著影响.在该高温氧化试验条件下,轻喷砂和重喷砂对互扩散区厚度的影响不大(重喷砂17.5μm,轻喷砂20μm),但显著促进了SRZ的析出厚度(重喷砂52.5μm,轻喷砂40μm).结论 喷砂会导致单晶内产生塑性变形(形成GPDZ),且重喷砂会析出更深的二次反应区,对于包覆型MCrAlY涂层在单晶热端部件的表面应用,应当对单晶表面实施轻喷砂或无喷砂处理.

    喷砂单晶高温合金组织演变超音速火焰喷涂

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    悬浮液等离子喷涂高效制备TiO2涂层及其光催化性能

    崔赛楠范秀娟尹辉俊李双建...
    209-219页
    查看更多>>摘要：目的 解决TiO2粉末催化剂在污水净化过程中易沉降和难回收问题,同时提高TiO2在可见光条件下降解有机污染物的速率.方法 采用悬浮液等离子喷涂(SPS)技术,以H2为辅助气体制备TiO2涂层,借助H2将高温等离子体焰流中熔融态TiO2中的Ti4+还原成Ti3+.通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱光谱仪、紫外-可见光谱仪等对TiO2粉末以及所制备涂层的结构形貌、物相组成、元素价态、光学特性进行分析.以亚甲基蓝为目标污染物,使用光化学反应仪测试粉末和涂层的光催化性能.结果 TiO2涂层表面呈现由熔融和半熔融颗粒组成的"喀斯特"微观形貌,表面粗糙度为2.94µm,孔隙率为10.2％.TiO2粉末物相为纯锐钛矿,涂层物相由锐钛矿、金红石相及TiO2-x相组成.TiO2涂层中Ti3+的存在使其带间隙减小0.6 eV.在紫外光条件下,TiO2粉末的催化速率为0.00348,而涂层的催化速率为0.00345.在可见光条件下,粉末的催化速率与亚甲基蓝的光解速率相近,涂层的催化速率是0.00307.结论 通过SPS技术成功制备了TiO2光催化涂层,其在可见光条件下的催化性能较粉末有显著提升.

    悬浮液等离子喷涂TiO2涂层微观结构物相组成带间隙光催化性能

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