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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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    TiB2含量对TiBx/Ti合金涂层组织及摩擦学性能的影响

    寇斐凡岳赟杜志浩杜三明...
    140-149页
    查看更多>>摘要：目的 在Ti-47Zr-5Al-3V(以下简称T47Z)表面制备TiBx/Ti合金复合涂层,以提高合金的摩擦学性能.方法 采用等离子弧熔覆技术在T47Z合金表面熔覆不同配比的(TiB2+Ti)粉末,制备TiBx陶瓷相增强钛合金复合涂层,使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度显微计和UMT-2摩擦磨损试验机对涂层微观组织、硬度及摩擦磨损性能进行测试研究.结果 涂层厚度约2 mm,无裂纹、气孔等缺陷,涂层的基体组织为α相,针状、棒状的TiB增强相和颗粒状的TiB2增强相均匀分布于α相中.随着TiB2含量的增加,涂层基体组织无明显变化,增强相的数量增加,尺寸逐渐变大.涂层的表面硬度最高可达893.4HV0.2,约为基体的2.07倍.涂层的耐磨性相较基体均获得不同程度的提升,当TiB2的质量分数为40％时,涂层的耐磨性提升最为显著,相较基体提高了53.7％.T47Z合金的磨损机理为严重的黏着磨损和磨粒磨损.TiB2的质量分数为10％的涂层,其磨损机理以黏着磨损为主,磨粒磨损为辅.随着TiB2含量的增加,涂层的磨损机制逐渐转向磨粒磨损.结论 通过控制粉体中TiB2的含量,能够利用等离子弧熔覆技术在钛合金表面制备TiBx/Ti合金复合涂层,尤其当TiB2的质量分数为40％时,涂层的硬度及耐磨性能均获得大幅度提升.因此,运用等离子熔覆技术制备陶瓷相增强金属基复合涂层可切实有效地提高钛合金的硬度及耐磨性能.

    钛合金等离子弧熔覆显微组织涂层硬度摩擦磨损性能

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    载荷对D2车轮钢滑动磨损表层微观组织和性能影响

    刘春鹏张关震李传维顾剑锋...
    150-159页
    查看更多>>摘要：目的 研究滑动磨损条件下,载荷变化对D2车轮钢表层微观组织和磨损性能的影响.方法 利用MRH-30(环块)滑动摩擦磨损试验机进行滑动磨损试验.使用金相显微镜(OM)、场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和场发射透射电镜(TEM)等设备,分析滑动磨损后表层微观组织、表面磨损形貌和硬度变化.结果 不同载荷条件下,随着磨损时间的增加,轮轨试样磨损量逐渐增加.200 N载荷条件下,(环状)车轮试样的磨损量大于100 N车轮试样磨损量,但200 N钢轨(块状)试样的磨损量却低于100 N钢轨试样.滑动磨损后,在不同载荷条件下,车轮试样表面主要形成长条状白层和不连续的月牙状白层.在200 N载荷条件下,由于车轮试样的磨损量较高,其白层厚度和表面白层硬度都小于100 N载荷条件下的车轮试样.在200 N载荷条件下,车轮试样表面更易形成不连续的月牙状白层.由于轮轨试样表面存在微凸体,高载荷会加速车轮试样表面局部微凸体发生严重塑性变形,导致月牙状白层的形成.在白层内片状渗碳体发生明显溶解和铁素体晶粒显著细化.结论 车轮表面白层对磨损性能有明显影响.滑动磨损过程中,高载荷条件下,月牙状白层和周边微观组织界面易形成裂纹,裂纹会逐渐沿着界面向内部扩展,导致不连续月牙状白层发生剥落,降低车轮试样表面的硬度,加速车轮试样磨损.另一方面,高载荷会加速无白层区域塑性变形,导致其形成棘轮失效,从而加速磨损.

    轮轨关系D2/U71Mn轮轨材料滑动磨损白层磨损机制

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    储气库Y型井口携砂采气临界冲蚀模拟研究

    贺梦琦杨炎鑫檀德库王江宽...
    160-170页
    查看更多>>摘要：目的 研究储气库携砂采气过程中储气库生产通道冲蚀磨损的主要影响因素及规律.方法 在辽河油田双6储气库注采井管柱结构和生产工况条件下,开展室内冲蚀模拟实验和生产通道冲蚀数值模拟研究,通过数值分析,明确采气速度、生产压力、出砂速率、出砂粒径对管柱冲蚀速率的影响规律.结合临界冲蚀理论计算结果,设计适用于出砂工况条件下储气库生产通道临界冲蚀系数取值的图版.结果 出砂速度、采气速度、生产压力在管柱冲蚀中起着主要作用,实验数据与预测结果的一致性较高,管柱最大冲蚀速率与日产气量的二次幂、井筒内压力的负二次幂、出砂速率的一次幂成正比.此外,管柱变径部位的冲蚀速率随着服役时间的延长呈下降趋势,最终与管壁的冲蚀速率基本保持在相同数量级.根据构建的临界冲蚀系数取值图版,在当前储气库出砂工况条件下,为了保证储气库满足服役年限,将临界冲蚀系数(C)取值为180,进一步考虑到储气库的最大产能情况,推荐C介于175～200之间.结论 通过储气库管柱冲蚀的实验模拟和数值模拟研究,建立了储气库注采井管柱的冲蚀速率模型,构建了储气库注采管柱临界冲蚀系数设计图版,有利于工程技术人员准确判断实时生产工况条件下储气库注采管柱的生产工况负荷、服役安全工况条件等,可以提供关键的实时性、安全性基础数据.

    储气库管柱冲蚀规律Y型井口冲蚀速率图版管柱安全临界冲蚀

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    不同黏度合成油下CrN/TiN多层薄膜的摩擦学特性研究

    张全德陈庆春苏桐赵勤...
    171-180页
    查看更多>>摘要：目的 探究在不同黏度合成酯润滑油的作用下,CrN/TiN多层薄膜的摩擦学性能及协同润滑机制.方法 选用聚α烯烃(PAO)与三羟甲基丙烷辛癸酸酯(TME)复配,得到不同黏度梯度的合成油.利用全自动黏度测定仪、倾点测试仪、开口闪点测定器和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别对合成油的运动黏度(40、100℃)、倾点、闪点和表面官能团进行表征.利用反应磁控溅射技术在316不锈钢和单晶硅片基底表面制备CrN/TiN多层薄膜.采用X射线衍射仪和FIB-TEM表征手段对薄膜的微观结构进行分析,并用纳米压痕仪和划痕仪测试了薄膜的力学性能.利用球-盘式摩擦试验机表征薄膜在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能,利用XPS对摩擦实验后的磨痕元素价态进行表征.结果 CrN/TiN薄膜具有典型的面心立方结构(FCC)、异质多层结构,且其硬度可达32.2 GPa.在干摩擦条件下,与裸316基体相比,经表面镀制CrN/TiN薄膜后平均摩擦因数由0.95降至0.71,磨损深度由25.0μm降至16.8μm.在合成油作用下,316不锈钢-GCr15钢球(钢-钢摩擦副)、CrN/TiN多层薄膜-GCr15钢球(CrN/TiN多层薄膜-钢摩擦副)2种摩擦配副的摩擦因数和磨损率随着合成油黏度的增加均呈现降低趋势,且在同一黏度条件下薄膜试样的磨损率更低.结论 CrN/TiN多层薄膜在PAO与TME复配获得的一系列不同黏度合成油的作用下,随着合成油黏度的增加,薄膜的磨损率和磨损深度逐渐下降,其减摩抗磨性能得到显著提升.通过磨痕表面的XPS分析可知,合成油中极性的酯基吸附在滑动界面,增强了油膜的承载性能,从而减缓了对偶间的摩擦阻力.

    CrN/TiN多层薄膜聚α烯烃多元醇酯摩擦学性能固-液复合润滑

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    激光能量密度对65Mn钢表面Ni60A/WC复合涂层摩擦磨损性能的影响规律

    王超姜芙林杨发展梁鹏...
    181-192页
    查看更多>>摘要：目的 改善旋耕刀65Mn钢的摩擦磨损性能,提高农机触土零部件的使用寿命.方法 采用激光熔覆技术在65Mn钢基体表面制备Ni60A/WC复合涂层.通过改变激光功率调节激光能量密度,在不同能量密度下制备Ni60A/WC复合涂层,观察并测试不同参数下复合涂层试样的宏观形貌、微观结构、物相组成、元素分布、显微硬度及摩擦磨损特性,研究激光能量密度对Ni60A/WC复合涂层组织演变及摩擦磨损性能的影响规律和机理.结果 Ni60A/WC复合熔覆层顶部主要有胞状晶和树枝晶,分布较紧密,熔覆层中部主要有树枝状晶,熔覆层底部主要为胞状晶和垂直交界面生长的枝晶,且分布均匀致密.随着激光能量密度的升高,熔覆层的熔高和熔深增加显著,WC硬质相颗粒发生分解,硬质相的数量明显减少,涂层的平均显微硬度降低.在激光能量密度为120 J/mm2时,熔覆层的平均显微硬度为587.1HV1.0,相较于基体,提升了约1.8倍.此时熔覆层的平均摩擦因数最小,为0.312,相较于基体,得到显著提升,摩擦磨损机制为轻微的磨粒磨损.经田间试验测试发现,在激光能量密度为120 J/mm2时制备的带有熔覆层的旋耕刀相较于无熔覆层的旋耕刀,其磨损质量降低了63％.结论 通过控制激光能量密度,可以有效调控Ni60A/WC熔覆层的硬度和耐磨性,可为农机触土易磨损件的减摩耐磨表面强化改性提供理论指导.

    旋耕刀激光能量密度Ni60A-WC涂层微观组织物相组成硬度耐磨性

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    激光冲击强化9Cr18钢及协同制备表面微坑研究

    陈秀玉林郁茹李科林陈俊英...
    193-204页
    查看更多>>摘要：目的 探索9Cr18钢经激光冲击强化后,二次激光冲击制备表面微坑的可行性和相关工艺.方法 利用不同工艺参数对9Cr18钢试样进行单点冲击,使用激光共聚焦对单点冲击诱导的微坑进行轮廓形貌检测,使用显微硬度仪测量微坑区域的硬度;通过激光冲击对9Cr18钢进行全覆盖表面强化,并进行二次激光冲击,以制备表面微坑.结果 对于单点冲击,表面凹坑深度随着激光冲击能量的增大而增大,并非呈线性增大.当冲击能量为12 J时,凹坑深度达到38.39µm.对于同能量单点双次冲击,其凹坑深度比单点冲击大.当冲击能量为12 J时,双次冲击深度最大达到49.05µm.在能量梯度叠加冲击时,以6 J为第1次冲击能量,将第2次冲击能量提高到12 J,此时凹坑深度达到58.61µm.对于不同脉宽冲击,在脉宽为26 ns时,不同能量冲击的凹坑深度均达到最深.经激光冲击强化后,采用不同能量进行二次冲击,在能量为12 J时凹坑深度为19.79µm.采用不同脉宽进行二次冲击,在脉宽为22、26 ns时,凹坑深度为13.61µm.结论 表面微坑的深度随着能量、脉冲宽度和冲击次数的增加而增加;表面微坑的硬度随着能量和次数的增加而增大,硬度随着脉宽的增加呈先减小后增大的趋势;采用激光冲击工艺协同处理,可以强化9Cr18钢表面,并制备出一定深度的微坑,可为激光冲击对9Cr18钢的强化及表面织构化提供理论指导和工艺基础.

    9Cr18钢激光诱导表面织构表面形貌激光参数

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    激光熔覆CoCrFeNiTi高熵合金工艺优化及预测模型研究

    吴文宁孙文磊刘志远于江通...
    205-216页
    查看更多>>摘要：目的 探究激光熔覆工艺参数对CoCrFeNiTi高熵合金涂层质量及形貌的影响,实现激光熔覆CoCrFeNiTi高熵合金涂层形貌的精确控制.方法 基于田口正交法,设计不同激光工艺参数下30CrMnSiA表面激光熔覆CoCrFeNiTi高熵合金实验,以激光功率、扫描速度、送粉速率为影响因素,以涂层稀释率、高度、宽度、裂纹密度、宽高比为响应目标,通过方差和信噪比分析影响因素与响应目标的关系,并确定最优工艺参数,建立工艺参数与CoCrFeNiTi高熵合金涂层性能和形貌的支持向量回归预测模型.结果 激光功率对熔覆层稀释率、宽度和裂纹密度的影响较大,且与熔覆层稀释率、高度、宽度、裂纹密度、宽高比呈正相关.扫描速度对涂层高度、裂纹密度和宽高比的影响较大,与涂层高度呈负相关,与涂层裂纹密度和宽高比呈正相关.送粉速率对熔覆层稀释率、高度和宽高比的影响较大,与熔覆层稀释率和高度呈负相关,与熔覆层宽高比呈正相关.得到了最优工艺参数,激光功率为600 W,扫描速度为18 mm/s,送粉速率为1.6 r/min.通过预测模型测试可知,熔覆层稀释率、高度、宽度、裂纹密度和宽高比预测模型的决定系数均大于0.93.结论 基于支持向量回归的CoCrFeNiTi高熵合金涂层形貌预测模型的精度较高,能够实现CoCrFeNiTi高熵合金熔覆层形貌的精确预测,为熔覆层形貌的控制提供了新的思路.

    激光熔覆CoCrFeNiTi工艺参数方差分析信噪比支持向量回归预测模型

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    脉冲激光熔覆Inconel 718涂层热行为数值模拟及其对显微组织的影响

    吴军蔡建臣王胜李董航...
    217-227页
    查看更多>>摘要：目的 揭示脉冲激光作用下Inconel 718合金涂层凝固传热行为的演化机制,改善涂层中Nb、Mo元素偏析现象,提升Inconel 718合金熔覆涂层的力学性能,为优化Inconel 718熔覆涂层质量提供理论依据.方法 综合考虑物性参数随温度、脉冲激光热源、粉末传输形式,以及凝固过程中相变潜热对涂层凝固热行为的影响,构建脉冲激光熔覆传热模型.基于数值模拟技术和激光熔覆试验,利用VHX-2000电子显微镜对涂层显微组织形态进行分析验证,采用日立SU8010场发式扫描电镜观察分析显微组织和元素偏析情况,并使用显微硬度计测试涂层的硬度值.结果 由数值模拟分析结果可知,脉冲激光涂层的冷却速度、温度梯度、凝固速度均大于连续激光涂层,其枝晶生长细密且No、Mo元素呈弥散分布,显微组织自底向顶以平面晶、胞状枝晶、柱状枝晶、等轴枝晶等形式存在,Laves相的体积分数降低至2.93％,在细晶强化和固溶强化作用下,熔覆涂层的平均显微硬度提升至307HV0.1.结论 脉冲激光涂层热行为数值模拟分析结果符合Inconel 718涂层组织形态快速凝固变化的规律,数值模型可靠.脉冲激光形成的高冷却速度和高温度梯度,能在一定程度上抑制Inconel 718合金涂层中Nb、Mo元素的偏析,离散并细化γ 枝晶组织,降低Laves相的体积分数,显微组织在细晶强化和固溶强化双重作用下,提升涂层的力学性能.

    激光熔覆Inconel718脉冲激光数值模拟组织性能

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    脉冲激光改性碳纤维复合材料及其金属化研究

    刘镜波张义萍邓超李龙义...
    228-238页
    查看更多>>摘要：目的 选择性地实现碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)表面良好的导电性,满足它在共形天线上的应用.方法 采用波长为1064 nm的纳秒脉冲激光器对惰性极高的CFRP表面进行表面改性处理,并结合化学镀铜技术,制备激光改性碳纤维复合材料表面金属层.利用扫描电镜、X射线光电子能谱仪对改性后的材料表面进行表征,利用焊点拉脱方法表征金属层结合力.结果 研究表明,激光能量密度越高,则CFRP基材表面树脂被去除得越多;激光搭接率越大,则碳纤维束表面越粗糙;在适当的激光能量密度(60 J/cm2)和横/纵向搭接率(50％)下,会产生大量的极性化学基团.当激光能量密度为10～100 J/cm2、激光搭接率为0％时,CFRP表面镀铜层的结合强度为0.57～3.16 MPa,且激光能量密度与镀层结合强度呈正相关.当激光能量密度为60 J/cm2、激光搭接率为-100％～90％时,CFRP表面镀铜层的结合强度为0.19～3.24 MPa,且激光搭接率与镀层结合强度呈正相关.结论 脉冲红外纳秒激光在一定能量密度和搭接率的条件下,可改变碳纤维表面形貌、化学成分,实现金属层的制备.

    脉冲激光红外纳秒表面改性碳纤维复合材料化学成分金属化

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    激光除漆对铝合金飞机蒙皮微观组织的影响

    杨文锋李庆李绍龙常学东...
    239-247页
    查看更多>>摘要：目的 探究激光除漆对铝合金飞机蒙皮基体近表层(15μm)微观组织的影响规律,阐明近表层微观组织变化与显微硬度的内在联系.方法 采用纳秒脉冲红外激光去除2024-T3铝合金飞机蒙皮表面漆层,通过调节激光能量密度,分别除漆至基体阳极氧化层、铝合金、铝合金表面熔融.利用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)表征漆层的剥离程度及基体的表面形貌.通过超景深三维显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、Image-Pro Plus软件表征Keller试剂腐蚀后铝合金基体近表层的微观组织.采用数显显微维氏硬度计测量基体剖面的显微硬度.结果 在激光能量密度为4.26 J/cm2时,相较于原始基体,阳极氧化层较完整,其基体的表面粗糙度接近于原始基体(未除漆),近表层的微观组织无明显改变,近表层的显微硬度增加了1.6％.当除漆至铝合金基体表面完整时(15.25 J/cm2),相对于原始基体,其表面粗糙度降低,近表层的微观组织无明显改变,近表层的显微硬度增加了4.8％.在激光能量密度为27.79 J/cm2时,铝合金表面熔融,其表面粗糙度相对于原始基体增大,近表层的晶粒显著细化,其显微硬度增加了17.3％.结论 采用合适的激光能量密度对铝合金飞机蒙皮进行激光除漆,不会显著改变其基体近表层的微观组织.在较高能量密度下,铝合金近表层会发生晶粒细化,导致显微硬度显著增加.

    激光除漆飞机蒙皮2024-T3铝合金微观组织显微硬度

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