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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
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    高熵金属材料在氢环境中的脆性行为研究进展

    李泽君宋洁徐桂芝郝文魁...
    21-34,58页
    查看更多>>摘要：氢脆广泛发生于各种金属及合金材料中,氢脆存在隐蔽性和时间滞后性,一旦发生往往带来灾难性事故,制约了金属材料在极端工况环境下的应用.研究发现,一些高熵合金(HEA)或多主元合金在力学性能、耐蚀性、抗氢脆性能等方面表现出超越传统合金材料(如钢、镍基合金、铝合金等)的性能特点,有望成为极端恶劣工况环境下装备用材料.在此基础上,对氢脆的机理和抗氢脆多主元合金领域的研究进展进行了综述.首先介绍了氢脆的概念,并梳理了几种金属氢脆机理,包括氢压理论、氢致局部塑性变形、氢增强解离、氢增强应变诱导空位、纳米空位聚合、氢促进位错发射等.随后,结合慢应变速率拉伸实验结果,梳理了影响多主元合金(尤其是高熵合金)抗氢脆性能的因素,包括氢含量、合金元素、微观结构、制备工艺、热处理工艺和实验条件等.最后,结合影响多主元合金抗氢脆性能的因素,提出通过优化制备工艺、改善热处理工艺和调整元素含量来提高CoCrFeMnNi高熵合金的抗氢脆性能,以及采用机器学习辅助开发新的抗氢脆多主元合金的观点,可为抗氢脆材料的研发提供参考.

    氢脆氢脆机理高熵合金多主元合金力学性能

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    元素掺杂DLC薄膜在模拟油气田溶液中的耐蚀与耐磨性

    刘政宇丛浩宇牟成龙曹学乾...
    35-44页
    查看更多>>摘要：目的 沉积出在含有泥沙的模拟油气田溶液中具有优异耐蚀性与耐磨性的类金刚石碳基(DLC)薄膜来对油气开采时的管道进行保护.方法 通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术在SS304方形试样表面沉积H-DLC、F-HDLC、N-HDLC及Si-HDLC,通过电化学测试表征了其在模拟油气田CO2/H2S/Cl-溶液中的耐蚀性.采用CSM往复式摩擦机测试了其在含有泥沙的模拟溶液中的耐蚀性,结合拉曼光谱、扫描电镜(SEM)等技术分析了摩擦测试后的磨斑与磨痕形貌.结果 DLC薄膜的沉积显著提高了SS304基底的耐蚀性,Si掺杂的DLC薄膜具有最高的孔隙电阻与最低的腐蚀电流密度,沉积薄膜后的腐蚀电流密度与SS304基底相比降低了2个数量级.沉积DLC薄膜后SS304基底的耐磨性大幅提高,转移膜的形成降低了摩擦因数与磨损率,薄膜的沉积使磨损率降低了约2个数量级,在与模拟沙粒的SiO2对偶球进行摩擦时转移膜仍能稳定形成.通过向腐蚀溶液中添加SiO2粉末模拟了SS304基底与DLC薄膜在含有大量泥沙的油气采出水中的磨损,摩擦测试后SS304基底表面发生严重的磨粒磨损,不同元素掺杂的DLC薄膜表面均存在不同程度的剥落,但与基底相比极大地缓解了基底磨损.结论 DLC薄膜的沉积可以极大地提高SS304基底的耐蚀性与耐磨性,Si-HDLC薄膜在模拟油气田溶液中具有最优越的耐蚀性与稳定性,进而使其在腐蚀溶液中具有优异的耐磨性.

    油气田管道保护DLC耐蚀性耐磨性泥沙磨损

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    Ni含量对CrN涂层抗磨蚀性能的影响研究

    周升浩周小卉王振玉汪汝佳...
    45-58页
    查看更多>>摘要：目的 探究在模拟海洋环境下,Ni的掺入对CrN涂层耐磨性能的影响,研究不同Ni含量的CrNiN涂层的磨蚀行为.方法 采用磁控溅射方法对CrNiN涂层中的Ni含量进行调控,制备CrN涂层、Ni掺杂含量分别为15.85％(原子数分数)和39.06％的CrNiN涂层.通过干摩擦试验和模拟海水磨蚀试验,对3种涂层的力学性能和磨蚀行为进行研究对比,并分析其摩擦损伤机理.结果 在干摩擦试验条件下,CrNiN涂层的摩擦学性能主要由涂层的力学性能决定,Ni原子数分数为15.85％的CrNiN涂层兼具高硬度和良好韧性,磨痕最浅,其磨损率在3种涂层中最低,为9.1×10-7 mm3/(N·m),而在模拟海洋磨蚀的开路电位(OCP)下,Ni原子数分数为15.85％的CrNiN涂层的磨损率大于CrN涂层,CrN涂层具有最低的摩擦因数以及最低的磨损率.3种涂层在正电位(+0.6 V)时的磨损率显著大于开路电位(OCP)下的磨损率,说明腐蚀降低了涂层的耐磨性.通过对腐蚀产物进行分析,表明CrN的腐蚀产物主要是CrO2以及Cr2O3,具有一定的润滑作用,而含Ni的CrNiN涂层在腐蚀过程中产生了NiO,对涂层的耐磨性产生了不利影响.结论 在干摩擦试验条件下,CrNiN涂层的摩擦学性能主要由涂层的力学性能决定,Ni原子数分数为15.85％的CrNiN涂层兼具高硬度和良好韧性,从而更耐磨.在模拟海洋磨蚀试验条件下,CrNiN涂层的腐蚀产物严重影响其磨蚀性能.

    Ni含量CrNiN涂层干摩擦模拟海水溶液磨蚀磨粒磨损

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    不同温度下柔性刷丝HVOF涂层摩擦磨损及氧化行为研究

    周琰李志鹏梁忠伟牛少鹏...
    59-66页
    查看更多>>摘要：目的 研究不同温度下柔性刷丝HVOF涂层接触界面的摩擦磨损行为.方法 在销盘摩擦磨损试验机上采用法向载荷2 N,转速900 r/min,对L605刷丝材料与HVOF涂层配副进行不同温度下的摩擦磨损试验,分别利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDX)和X射线光电子能谱仪(XPS)对摩擦试验后不同温度(200～600℃)下的刷丝端面进行观察,并对其表面化学成分的价态进行分析.结果 柔性刷丝界面的摩擦因数在0.5～0.9之间,且摩擦因数随着温度的升高而降低,摩擦因数曲线的波动程度则随温度的升高而加剧.随温度的升高,柔性刷丝界面的摩擦磨损状态由三体磨损逐渐转向二体磨损.摩擦界面EDX分析表明,接触界面的氧含量分布存在差异,随温度升高,刷丝表面氧含量增加,且XPS结果表明,不同温度工况下摩擦磨损界面氧元素的结合能并不相同.结论 柔性刷丝接触界面的磨损机制以氧化磨损为主,在400℃以下,柔性刷丝界面的磨损机制主要表现为氧化磨损和磨粒磨损,再转变为氧化磨损与黏着磨损共同作用.此外,柔性刷丝界面形成不同的磨损氧化产物,当温度高于400℃时,氧元素的结合能呈现双峰.

    刷式密封刷丝摩擦氧化磨损摩擦

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    表面微结构的宽深比与占空比对马氏体不锈钢空化和空蚀的影响

    任倩楠胡红祥郑玉贵
    67-79页
    查看更多>>摘要：目的 探究表面微结构尺寸变化对空蚀过程的影响以及作用机制.方法 根据点阵型表面微结构的截面形状,改变其宽深比和占空比,用Gambit对其建立二维平面模型.使用Fluent软件对不同尺寸下微结构模型的空蚀过程进行模拟计算,得到绝对压力、含汽率以及气泡运动速度等参数.最后根据模拟计算的结果,在样品表面加工出不同占空比的微结构,使用磁致超声振动空化设备,在与数值模拟相同环境条件下进行空蚀试验,采用失重法对模拟结果进行验证.结果 数值模拟分析显示,微结构的宽深比和占空比对空蚀过程均有影响.当宽深比小于2.5时,微结构底面的含汽率降至0.1以下,沟槽内形成一层"液垫",减缓了空蚀.相较于其他占空比,当占空比为0.91时,含汽率最小,保持在0.4以下,样品表面同样形成"液垫",缓冲了气泡溃灭时作用在材料表面的冲击力.此外,随着占空比的增大,微结构表面的绝对压力与液体的饱和蒸汽压差距增大,降低了空化程度,同样起到了减缓空蚀的作用.不同占空比下的微结构样品和光滑样品的空蚀试验结果表明,微结构样品的空蚀质量损失均小于光滑样品的空蚀质量损失,且当占空比为0.91时,空蚀质量损失最小,为5.95 mg,远小于占空比为0.71和0.38时,微结构样品.同样证明了表面微结构占空比越大,材料的耐空蚀性能越好.结论 微结构宽深比主要影响微结构底面的含汽率,而占空比影响样品表面的绝对压力和微结构顶面的含汽率.相较于光滑表面,微结构样品可以有效减缓马氏体不锈钢的空蚀损伤.当宽深比较小、占空比较大时,材料表面的含汽率保持在较低的水平,有利于减缓空蚀损伤.

    空蚀表面微结构数值模拟含汽率绝对压力占空比宽深比

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    MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜结构设计及其宽温域摩擦性能研究

    高臻荣候果源任思明
    80-89,170页
    查看更多>>摘要：目的 探究环境温度对MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜摩擦磨损性能的影响,探讨并揭示薄膜在高温环境下的损伤机理.方法 采用非平衡磁控溅射技术制备MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜,评价Ti、WC双功能组元以及纳米多层结构设计对薄膜表面形貌和微观结构的影响.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)等表征手段对薄膜的晶体结构、表截面形貌以及表面粗糙度进行分析,利用原位纳米压痕仪对薄膜的力学性能进行评估,利用高温摩擦磨损试验机评价薄膜在不同温度环境(25～300℃)下的摩擦磨损性能,进一步通过激光共聚焦对磨痕和磨斑进行光学形貌分析,并利用能谱仪(EDS)和共聚焦显微拉曼光谱(Micro-Raman)对钢配副表面的摩擦转移膜进行成分分析.最终揭示MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜在不同温度下的磨损机理.结果 MoS2/Ti-WC纳米多层的结构设计可以诱导MoS2(002)晶面的择优生长,获得表面平整光滑、结构致密的薄膜.相比于MoS2/Ti薄膜,WC纳米层的引入,赋予薄膜更高的硬度和硬/弹比.MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜在潮湿空气中的平均摩擦因数为0.07,平均磨损率为6.14×10-7 mm3/(N·m).结论 MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜在宽温域(100～300℃)内保持稳定的摩擦性能,这得益于薄膜纳米多层的结构设计、高的硬/弹比以及优异的抗氧化性能,同时在钢配副表面形成了连续且致密的转移膜.

    磁控溅射MoS2/Ti-WC纳米多层薄膜环境适应性高温润滑性能摩擦磨损

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    MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层的制备和摩擦学行为研究

    刘秀芳罗鑫齐玉明崔学军...
    90-99页
    查看更多>>摘要：目的 采用两步法在铝合金表面制备MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层,并考察其摩擦磨损行为特点.方法 通过微弧氧化(MAO)技术和原位水热法在7075铝合金表面构筑MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和Raman光谱对膜层的微观形貌和组成进行表征.利用摩擦试验机测试试样的摩擦性能,并通过三维轮廓仪分析磨痕形貌.结果 MAO膜层主要由Al2O3构成,含有少量SiO2,表面为典型的多孔结构,存在大量微孔,粗糙度较大.MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层中的MoS2颗粒较均匀地填充在MAO微孔中,并覆盖在凹陷内,使得表面平整光滑而致密.摩擦测试结果表明,MAO涂层能够提高基体的承载能力,但其摩擦因数较大,波动较大.MoS2膜层为MAO提供了良好的润滑改性作用,使其摩擦因数减小.结论 MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层能够显著提高基体的摩擦磨损性能.在低载荷下,MAO硬质涂层起着很好的承载作用,MoS2颗粒层起着润滑减磨作用,使摩擦因数始终较低且平稳;在高载荷下,MAO层表面的微凸体在应力作用下破碎,硬质磨粒和MoS2颗粒分布在磨损面,部分被挤出磨痕区,导致摩擦因数不断增大.

    微弧氧化二硫化钼耐磨减摩复合涂层磨损机理

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    微纳结构表面防冰研究进展

    周嘉鑫李理张彤范思远...
    100-116页
    查看更多>>摘要：首先从冰的2种形成机理—均相成核和非均相成核进行了阐述,并介绍了液体在固体表面上的润湿现象.在此基础上,根据微纳结构防冰机理,分别综述了在固体表面结冰的前、中、后不同时期的最新防冰除冰策略.结冰前,借助液滴的脱落和自除预防固体表面结冰;结冰时,可通过延长冰的冻结时间,延缓冰在固体表面上的覆盖;结冰后,降低冰在固体表面的附着力,使之更易脱离固体表面,达到防冰除冰的需求.最后,对于如何提高微纳结构表面的耐久性进行了总结,对有关这些问题的最新研究成果进行了归纳和讨论,并对今后微纳结构表面防冰除冰的研究进行了展望.

    超疏水微纳结构防冰表面被动防冰方法耐久性

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    二氧化碳缓蚀剂的研究进展

    王欣彤杨江陈旭
    117-126页
    查看更多>>摘要：为了有效应对全球气候变暖达到碳中和的目标,碳捕集、利用与封存(CCUS)技术被大力推广和应用.CCUS过程,油气开发和集输过程始终面临着严重的二氧化碳(CO2)腐蚀问题.CO2腐蚀会带来严重的经济损失、环境污染和人身安全等问题.相比于采用昂贵的合金材料防腐措施,在普通碳钢基础上添加缓蚀剂是应对CO2腐蚀较为简单、经济的防腐方法之一.总结了近几年不同类型CO2缓蚀剂的研究进展,包括传统的含有N、O、S、P等杂原子的有机缓蚀剂,含有杂环的有机缓蚀剂,具有两亲性的表面活性剂类缓蚀剂,新型无机纳米材料类缓蚀剂(如石墨烯、碳量子点、离子液体和金属配合物等),以及植物提取物、氨基酸、天然油和生物聚合物等天然型绿色环保缓蚀剂.分析了这些不同缓蚀剂的优缺点和适用性,并讨论了这些缓蚀剂的研究现状.同时,总结了缓蚀剂构效关系和协同效应的研究热点及其存在的问题.最后针对这些不同缓蚀剂的特点和研究现状,对未来CO2缓蚀剂的研究方向进行了分析与展望.

    二氧化碳腐蚀缓蚀剂表面活性剂协同增效

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    激光织构形状间距对单晶硅摩擦磨损特性的影响

    周意皓陈文刚程家豪郭思良...
    127-139页
    查看更多>>摘要：目的 提高单晶硅的减摩耐磨性能.方法 利用紫外激光在单晶硅试样表面刻蚀不同形状,间距为0.1、0.2、0.3 mm,宽度为0.2 mm的织构.基于MRTR-1摩擦磨损实验机,研究干摩擦条件下织构参数对单晶硅摩擦学性能的影响.利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察单晶硅表面织构的微观形貌和磨痕形貌,用电子天平称量实验前后试样的质量,并计算磨损率,通过Ansys有限元软件模拟仿真试样表面应力和摩擦生热的温度分布.结果 与无织构相比,刻蚀表面织构均能不同程度地降低试样的磨损率,磨损率从0.012 mm3/(N·m)降至0.008 mm3/(N·m);部分表面织构试样的摩擦因数下降,低于0.14;单晶硅试样的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损.仿真结果表明,织构试样的平均等效应力均大于无织构试样,在单晶硅试样表面加工织构会影响其表面整体性,容易出现应力集中现象;织构试样表面高于环境温度的区域面积小于无织构试样,且试样表面的最高温度与摩擦因数呈正相关.结论 在单晶硅表面加工织构,可以有效提高试样的耐磨性能,合适的织构参数还能够降低摩擦因数.通过加工表面织构,一方面可以影响试样的整体性,另一方面能够改善试样的散热性能.

    微织构单晶硅摩擦磨损激光加工摩擦因数磨损率摩擦生热

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