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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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    电弧喷涂Zn-Al伪合金涂层耐腐蚀性能研究进展

    张敏丁玉萍王淞刘施峰...
    1-15页
    查看更多>>摘要：通过在钢基体表面制备涂层可以很好地延长钢铁材料的服役时间,减少因腐蚀造成的重大事故和人员伤亡.相较于传统的纯Zn涂层、纯Al涂层以及Zn-Al合金涂层,Zn-Al伪合金涂层能够为基体材料提供长久有效的腐蚀防护,在钢铁材料的腐蚀防护中具有巨大的应用潜力.简述了Zn-Al伪合金涂层电弧喷涂制备工艺的特点;介绍了Zn、Al、Zn-Al合金及Zn-Al伪合金涂层在模拟海洋环境下的腐蚀防护原理;在此基础上从组分、喷涂工艺参数(喷涂距离、喷涂电流和喷涂电压)、元素掺杂(Mg、Si及Re)及后处理工艺(封孔、激光重熔)等角度,论述了其对Zn-Al伪合金涂层耐蚀性的影响;讨论了Zn-Al伪合金涂层防腐体系在桥梁、海洋钢结构件、地下运输管道中的应用现状;最后总结了目前研究工作中存在的挑战,提出了电弧喷涂Zn-Al伪合金涂层尚需深入研究的重点问题,为提高钢铁材料使用寿命提供了参考.

    Zn-Al伪合金电弧喷涂涂层耐蚀性

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    锆合金包壳Cr涂层界面元素扩散行为研究进展

    吴金龙栾佰峰周虹伶杨晓玲...
    16-27页
    查看更多>>摘要：随着核反应堆向高燃耗和更长服役寿命方向发展,对包壳材料的安全可靠性提出了更高的要求.锆合金表面Cr涂层由于其优异的抗高温氧化性能、耐腐蚀性能以及与基体良好的兼容性,被认为是最有前景的耐事故涂层包壳材料.综述了近年来涂层Cr与基体Zr界面元素扩散行为的研究成果,重点介绍了Cr涂层不同状态下的界面结构及演变规律,包括沉积、退火、辐照、氧化等状态.总结了Cr的扩散、分布和金属间化合物Zr-Cr-(Fe)层的生长动力学模型,归纳了界面扩散对涂层结构及性能的不利影响.扩散阻挡层是一种抑制涂层与基体互扩散的有效结构,介绍了阻挡层设计制备原则以及现有的和潜在的金属或陶瓷阻挡层材料,分析了2类典型阻挡层的优缺点.金属阻挡层能抑制Cr的扩散并延迟Cr-Zr共晶反应,但需要考虑中子经济性;虽然陶瓷阻挡层阻隔元素扩散的性能优异,但由于其与锆合金力学性能和热膨胀系数的差异明显,易产生微裂纹,需要考虑其抗裂性.最后提出了采用实验与分子动力学等相结合的多尺度研究方法开展界面研究,同时指出了目前研究工作中亟待解决的关键问题,这为后续的锆合金表面耐事故涂层研究与开发提供了重要参考.

    燃料包壳Cr涂层界面元素扩散阻挡层

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    冷喷涂硬质合金耐磨涂层研究进展

    王明远李文亚徐雅欣雒晓涛...
    28-40页
    查看更多>>摘要：硬质合金涂层具有高耐磨性与高耐腐蚀性等优势,因此广泛应用于冶金等领域的耐磨、耐蚀防护中.采用传统热喷涂技术制备硬质合金涂层,其高温会导致涂层材料产生相变、氧化、脱碳等问题,从而损害涂层的服役性能.冷喷涂技术作为一种新兴的涂层制备技术,具有低温的特点,可避免传统热喷涂方法所带来的涂层质量问题,成为硬质合金涂层制备的潜在技术.在简述冷喷涂技术原理及其沉积机理的基础上,综述了冷喷涂制备硬质合金耐磨涂层(如WC-Co、WC-Ni、Cr3C2-NiCr等),以及影响涂层硬度、耐磨性等力学性能的主要因素,包括硬质相、黏结相的种类、含量和尺寸等.综合比较了冷喷涂与超音速火焰喷涂制备的硬质合金涂层的耐磨性能,分析了后处理(喷后热处理、搅拌摩擦处理)对冷喷涂硬质合金涂层耐磨性的影响.最后,提出了冷喷涂技术在硬质合金耐磨涂层制备方面的局限性,并对未来发展进行了展望.

    冷喷涂硬质合金涂层耐磨性后处理

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    超声滚压表面复合强化研究综述

    梁浩潘永智孙玉涵张艺嘉...
    41-55,109页
    查看更多>>摘要：超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能.探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的极限或过度强化带来的起皱、开裂和压溃等.超声滚压表面复合强化技术作为特种复合加工工艺,在零件高性能表面制造中具有明显优势.根据超声滚压在复合工艺中的位置顺序,分别介绍了超声滚压前端强化、同步强化和后续强化3种加工类型.超声滚压前端复合加工技术主要包括超声滚压复合物理气相沉积技术和超声滚压复合离子注入技术等.在超声滚压同步强化方面,讨论了声电耦合和温度场辅助超声滚压对变形层厚度和摩擦磨损性能的影响.在超声滚压后续强化方面,介绍了涂层复合超声滚压技术,讨论了它对涂层裂纹、孔隙以及表面粗糙度的影响.此外,分析了超声滚压对复合强化过程中材料微观组织演化和塑性变形的作用机制,总结了这些技术在改善表面强化效果和满足复杂服役要求方面的研究现状.最后,展望了超声滚压复合强化技术的应用前景和发展方向,强调了它在提高材料使役性能方面的研究价值和目标.

    超声滚压复合强化微观组织演化表面强化

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    钛酸铋钠基压电材料制备技术研究进展

    欧阳雨舟陈爽黄艳斐邢志国...
    56-70页
    查看更多>>摘要：钛酸铋钠(BNT)基压电材料因具有较好的电学性能以及高居里温度等优点,成为了压电材料领域的研究热点之一.如何制备出性能优异的钛酸铋钠基压电材料,是满足各个领域应用要求的重要环节.重点综述了近年来钛酸铋钠基压电材料制备技术的研究进展,从固相烧结、放电等离子烧结以及微波烧结等角度对其烧结技术进行论述;从溶胶-凝胶、脉冲激光沉积和射频磁控溅射等角度对其薄膜制备技术进行综述;对热喷涂制备压电涂层的机理和工艺进行总结.结果表明,烧结温度是影响块体材料结构和性能的关键因素,其中放电等离子烧结与微波烧结相较于传统的固相烧结能够有效控制材料的烧结温度;在钛酸铋钠薄膜的制备中对沉积温度、氧气压力以及退火温度的控制可以有效提高薄膜电学性能;热喷涂制备的钛酸铋钠涂层通过热处理工艺能够改善涂层的电学性能,并且热喷涂能够在复杂零件表面实现压电涂层的可控制备,其中钛酸铋钠压电陶瓷薄膜和涂层的制备扩展了其应用范围.最后,展望了压电陶瓷材料技术的未来发展趋势,为压电材料制备技术的研究提供了一定的参考.

    无铅陶瓷钛酸铋钠制备技术热喷涂涂层

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    激光熔覆熔池动态演化及缺陷工艺调控研究进展

    宋宝强门秀花张国昌潘永智...
    71-91页
    查看更多>>摘要：激光熔覆是一种高能束增材修复技术,具有热影响区小、组织性能可控性强、材料选择范围广等系列优势,目前已广泛应用于能源动力等领域关键金属构件的增材制造成形与受损零部件的修复再制造中.激光熔覆是以"激光"为热源的能量沉积技术,包括高能激光束冲击、表面熔池熔化快凝及熔覆表面层形成等多种物理、化学过程,其中熔池内金属热流体动力演化行为与熔覆层缺陷及表层组织性能调控密切相关.金属熔池具有"急热骤冷"的凝固特征,其内部对流、传热和传质等行为决定了熔覆层中温度及应力分布状态,是诱导熔覆层内气孔、裂纹等组织内部缺陷形成的关键因素.从激光熔覆过程中熔池内部对流、传热与传质的动态物理特性出发,论述了激光热源的理论模型设计、动态熔池中"流场+温度场+应力场"的多物理场数值模拟等方面的相关研究.在此基础上,分析了激光熔覆层典型缺陷-裂纹和气孔的形成机理及特征,总结了"材料-工艺-熔凝行为-涂层缺陷"的内在关联机制.同时,针对单一工艺方式调控熔池内熔凝过程的局限性,概述了多种复合能量场调控技术对熔覆层内部缺陷的作用机制与调控效果.最后,总结了当前激光熔覆层缺陷动态形成过程中存在的问题,并对其发展趋势进行了展望.

    激光熔覆热源模型熔池演化熔凝过程缺陷控制复合能场调控

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    响应型润滑表面的智能调控研究进展

    张明瑞梁鑫罗星仲星屹...
    92-109页
    查看更多>>摘要：智能润滑材料和表面具有随需应变和仿生功能的特点,是近年来润滑技术的一个研究重点.功能成分的触发和反馈行为赋予了智能材料可控的润滑能力,能对环境变化做出响应,进而可以实现摩擦界面润滑状态的主动调控,为智能设备的设计和运用提供新的研究思路.结合智能润滑的研究现状,对材料类型、构筑方式以及应用领域等研究进展进行介绍.根据材料能够响应的刺激类型把智能润滑表面分为9种类型,并分别总结了每种类型材料的设计理念、刺激响应机理以及性能特点.此外,从高分子复合材料、功能化润滑纳米添加剂和环境敏感水凝胶3个方面对智能润滑表面的摩擦学领域的应用情况以及未来可能发展的方向进行了讨论.未来研究方向包括但不限于以下几个方面:一是开发新型响应型润滑表面,例如基于自愈性润滑表面、电磁响应性润滑表面等;二是探索更加智能的响应机制,例如基于人工智能的自适应控制;三是进一步研究响应型润滑表面的机理,从微观和宏观层面深入探索响应机制;四是拓展响应型润滑表面的应用领域,例如在纳米技术、生物医学、机器人等领域的应用.

    响应类型功能表面智能材料润滑调控

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    P110钢冲刷腐蚀预测模型的构建及其机理研究

    马文祺王勤英宋宇辉符昌友...
    110-123页
    查看更多>>摘要：目的 探究高温高压环境下P110钢在不同冲刷速度和角度下的腐蚀行为规律,揭示其冲刷腐蚀机理,建立腐蚀预测模型,以期指导油气田材料腐蚀防护与腐蚀预测.方法 采用电化学工作站和高温高压反应釜,开展高温高压冲刷腐蚀实验.采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等对冲刷腐蚀前后材料的微观组织结构、化学成分及物相进行表征.此外,通过调研文献数据,基于随机森林(Random Forest,RF)算法构建了P110钢的冲刷腐蚀预测模型,并开展了预测准确性研究.结果 在3 m/s的冲刷速度下,随着冲刷角度的增加,自腐蚀电流密度由30°的2.19×10-4 A/cm2降低到90°的1.449×10-4 A/cm2.在30°的冲刷角下,随着冲刷速度的增加,自腐蚀电流密度由0 m/s的6.30×10-5 A/cm2增加到3 m/s的2.19×10-4 A/cm2.腐蚀产物具有双层膜结构,外层主要由FeCO3组成,内层主要为Fe2O3.腐蚀预测模型分析结果表明:温度对P110钢的腐蚀速率影响程度最大,其次是CO2和冲刷速度.结论 在高温高压环境下,P110钢能够产生Fe2O3和FeCO3的双层腐蚀产物膜,随着冲刷速度的增加和角度的降低,腐蚀产物膜完整性破坏,腐蚀加剧.腐蚀预测模型具有良好的性能,能够有效预测腐蚀速率.

    P110钢冲刷腐蚀高温高压机器学习随机森林

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    注多元热流体环境下流速对N80钢腐蚀行为的影响研究

    陈宇凡林学强孙建波孙冲...
    124-133页
    查看更多>>摘要：目的 研究不同流速条件下N80钢在注多元热流体环境中的腐蚀特征,探究流速变化对N80钢腐蚀行为的影响规律及机理.方法 利用自制高温高压多相流冲刷腐蚀环路装置模拟不同流速(0、0.5、1.0、2.0 m/s)的注多元热流体环境,采用失重法计算不同流速下N80钢的平均腐蚀速率,并同时进行原位电化学测试.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对不同流速条件下N80钢腐蚀后的腐蚀产物物相组成和表面微观形貌进行分析.结果 N80钢在注多元热流体环境中的平均腐蚀速率随着流速增加而增大.流速增加影响O2的扩散传质过程、近表面离子分布和壁面剪切力的大小,使腐蚀产物膜特征发生变化.0 m/s时,腐蚀产物主要由FeCO3和少量Fe2O3组成,为单层膜结构,腐蚀形态为均匀腐蚀.0.5～2.0 m/s范围内,腐蚀产物种类增加,主要由FeCO3、Fe2O3和少量FeO(OH)组成,呈双层膜结构,同时N80钢表面腐蚀产物膜出现鼓泡,且随流速增加鼓泡数量增加,去除腐蚀产物膜后发现鼓泡下方存在局部腐蚀.原位电化学测试结果表明:随着流速增加,塔菲尔极化曲线的阳极斜率增大,阴极斜率减小.电化学阻抗谱测试结果表明,N80钢表面外层腐蚀产物膜电阻Rf1、电荷转移电阻Rct和扩散电阻W随流速增加而减小.结论 流速增大加快了O2的扩散传质过程,使得腐蚀电化学控制步骤由阴极氧扩散过程转变为阳极溶解过程,且试样表面保护性FeCO3膜厚度减小,导致产物膜保护性降低.另外,Fe2+更容易被氧化形成Fe3+,局部FeCO3被氧化成为Fe2O3,破坏了内层膜的完整性,导致局部腐蚀发生.

    N80钢流体流速CO2-O2共存多元热流体原位电化学测试腐蚀行为

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    深冷处理对7075-T6铝合金高速切削亚表层微细观演变及腐蚀机理的影响研究

    岳修杰张平高业然孙亚杰...
    134-143页
    查看更多>>摘要：目的 探究切削速度对经深冷处理和未经深冷处理的7075-T6铝合金微观组织演变机理和耐腐性的影响.方法 选取经深冷处理(T6-C)和未经深冷处理(T6)的7075-T6铝合金进行切削加工,并在3.5％(质量分数)NaCl溶液中进行电化学腐蚀实验.通过透射电镜(TEM)、HRTEM、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学分析,对微观组织演变、表面形貌和耐腐蚀性能进行研究.结果 在相同的切削参数下,相较于T6铝合金,T6-C铝合金表现出更小的晶粒尺寸,铝基体中存在更多的析出相——η相MgZn2,且位错密度以及析出相密度更大,无析出晶界带为断续分布.深冷处理和增大切削速度都显著提高了7075-T6铝合金的耐腐蚀性能,且腐蚀形貌存在显著的龟裂现象.通过电化学分析得知,当切削速度为1500 m/min时,与未深冷处理相比,深冷处理后的7075-T6铝合金的电流密度减小了3.24×10-6 A/cm2,极化电阻增大了1.68×105Ω·cm2,在该参数下表现出较好的耐腐蚀性能.与此同时,随着切削速度的增大,容抗弧半径呈增大的变化趋势,且相较于T6铝合金,T6-C铝合金具有更大的容抗弧半径.结论 深冷处理可以有效细化7075-T6铝合金的晶粒结构,进而强化位错密度,从而显著提升该合金的耐腐蚀性能.

    7075-T6铝合金深冷处理微观组织析出相表面质量电化学腐蚀

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