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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
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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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    CF4-GMET和G-PT处理对AR+AF涂层耐磨性能的影响

    陈立郑学军贺楚才黄乐...
    104-117页
    查看更多>>摘要：目的 在兼顾涂层抗反射性和疏水性的前提下,通过强化抗反射(AR)多层复合膜系与抗指纹(AF)涂层之间的黏附力,提升复合涂层的机械耐久性能.方法 采用磁控溅射法在玻璃衬底上沉积AR多层复合膜系,首创性地采用CF4气体微刻蚀(CF4-Gas Micro-etching Treatment,CF4-GMET)与石墨等离子体(Graphite Plasma Treatment,G-PT),依次对AR膜系表面进行处理后,将AF试剂蒸镀附于AR层表面并冷却,即可得到具有超强耐磨性的AF/CF4-GMET&G-PT SiO2/AR抗反射疏水涂层.结果 CF4-GMET对AR表层SiO2处理后,其表面"柱状尖峰"消失,得到低粗糙度针状表面,并增大了SiO2与AF涂层的接触比表面积.G-PT处理大幅提高了表层SiO2亲水性,从而使得SiO2表面黏附功增大.经2道工艺处理后,SiO2表面粗糙度降低,黏附功先降后升为最大值,蒸镀AF疏水涂层后界面结合最为稳定,耐磨性能显著增强.在负载为1000 g的钢丝绒摩擦10000次后,抗反射疏水涂层的水接触角(WCA)从117.7°下降至113.6°,磨损率仅为3.4％,耐磨性能极佳.结论 对AR膜系表层SiO2进行CF4-GMET和G-PT处理,能显著提高抗反射疏水涂层的耐磨性能,而对光学透过率基本无影响.

    疏水性CF4气体微刻蚀石墨等离子体处理抗反射疏水涂层耐磨性

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    基于仿生的增韧环氧树脂的冲蚀磨损特性研究

    徐林红沈东杨皓卢禄华...
    118-127,138页
    查看更多>>摘要：目的 针对钾盐输送过程中钾盐颗粒对设备造成的冲蚀磨损问题,以及具有较好可溶性和吸湿性的钾盐易黏附于金属设备,从而造成的腐蚀和堵塞问题,将耐冲蚀磨损、耐腐蚀的高分子复合材料与耐冲蚀磨损仿生结构相结合对冲蚀关键零件进行设计,以提高散料输送过程中相关部件表面的耐冲蚀磨损性能和防黏附性能.方法 利用自备的疏水二氧化硅对环氧树脂进行增韧处理,结合贝壳表面肋条结构及鲨鱼表皮盾鳞的特殊排列方式对冲蚀表面进行仿生设计,再利用翻模法在增韧环氧树脂表面制备耐冲蚀仿生结构,完成接触角的测量,以及表面耐磨性、表面硬度、耐冲蚀磨损性能等测试,探究疏水二氧化硅颗粒质量分数、仿生结构对环氧树脂综合性能的影响.结果 增加疏水二氧化硅的含量,可以提高试样的疏水性;相较于无仿生结构试样,贝壳/鲨鱼复合仿生结构试样的耐磨性能更强,其质量损失率由0.22％降至0.072％.同时,在疏水二氧化硅的质量分数为4％时,冲蚀率最低,仅为1.4％.结论 疏水二氧化硅的质量分数为4％的增韧环氧树脂贝壳/鲨鱼仿生结构试样的综合性能最优,其疏水性、耐磨性、耐冲蚀性能均得到提升.

    冲蚀磨损仿生结构增韧环氧树脂疏水二氧化硅

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    TC4钛合金表面固体粒子冲蚀损伤行为及机理研究

    郭华锋赵恩兰杨海峰张万利...
    128-138页
    查看更多>>摘要：目的 探究TC4钛合金在固体粒子冲蚀下的损伤行为,揭示钛合金表面的冲蚀机理.方法 采用自主搭建的冲蚀试验装置,以TC4钛合金为研究对象,综合运用正交试验法和控制变量法开展常温干砂粒冲蚀试验.通过扫描电镜综合分析冲蚀区域表面和截面的微观形貌,采用能谱仪分析冲蚀区域元素的组成,利用电子天平测量冲蚀磨损质量;讨论工艺参数对钛合金损伤行为及冲蚀机理的影响.结果 相较于冲砂量和冲蚀角度,冲蚀距离对冲蚀量的影响更大;冲蚀量随着冲蚀角度的增加呈先增大后减小的趋势,在40°附近达到峰值.结合数值模拟和试验研究结果发现,钛合金的损伤形式和冲蚀机理与冲蚀角度密切相关,在低攻角时形成了较狭长的犁沟和挤压唇,发生了明显的塑性变形,容易产生二次撞击,表现为微切削机制;在中攻角时,微切削与锤击效应共存,损伤最为严重;在冲蚀角度为90°时,形成了较多的撞击坑、挤压唇及少量的疲劳剥层,主要为锤击效应引起的疲劳破坏.在低攻角时,磨料动能损失较小,随着冲蚀角度的增加,磨料动能损失增大,且在不同攻角下均有破碎磨料嵌入基体.结论 冲蚀距离和冲砂量对钛合金冲蚀损伤的影响较为显著,冲蚀角度会影响钛合金的冲蚀机理,此研究结论可为钛合金结构件抗冲蚀设计提供理论依据.

    Ti6Al4V钛合金固体颗粒冲蚀正交试验数值模拟冲蚀机理

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    微孔几何轮廓对浮环气膜密封动压润滑特性的影响

    王世鹏丁雪兴丁俊华张兰霞...
    139-150,174页
    查看更多>>摘要：目的 充分研究微织构几何轮廓对浮环气膜密封润滑特性的影响,调节微尺度流动,提高密封综合性能,为气膜浮环密封的优化设计提供理论基础.方法 基于气膜润滑理论,建立表面织构化浮环密封的润滑模型,以圆形、正方形、椭圆形、三角形4种轮廓微织构孔为研究对象,采用有限差分法对流体动压控制方程进行数值求解,获得密封间隙内气膜压力分布,通过试验验证理论模型的正确性和有效性,并考察不同几何轮廓的微织构孔对浮环密封性能的影响规律.结果 微织构孔均可产生显著的流体动压效应,具有三角形轮廓特征的微织构孔在综合密封性能上表现出最佳效果,其次是椭圆形、正方形,最后是圆形.在相同工况条件下,不同几何轮廓的微织构孔对密封性能参数的影响具有相似的规律.其中,转速、压力和偏心率的增大均可提高气膜浮升力;随着压力和偏心率的增加,泄漏率迅速升高,随着转速的升高而缓慢下降;气体摩擦力随着转速、压力和偏心率的升高而升高.结论 在轴套表面合理设计微纹理,并对不同几何轮廓微孔所适应的工况参数进行了研究,明确了不同工况下织构类型的选择和优化.研究结果可为浮环气膜密封的轴套加工制造提供理论依据,具有实际应用价值.

    浮环密封表面微织构气膜润滑密封性能有限差分法

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    银/聚多巴胺改性氧化石墨烯改善陶瓷摩擦副摩擦性能的研究

    尹振宇张丽秀李帅张珂...
    151-163页
    查看更多>>摘要：目的 提高润滑油在陶瓷摩擦副中的润滑性能.方法 通过一步法制备银/聚多巴胺改性氧化石墨烯(Ag/PGO)纳米复合粒子,并作为润滑油的添加剂,通过摩擦试验研究含Ag/PGO润滑油的润滑性能.通过重力沉降法测试Ag/PGO在润滑油中的分散稳定性.观察磨痕微观形貌,通过分子动力学模拟方法,揭示含Ag/PGO润滑油的润滑机理.结果 聚多巴胺改性氧化石墨烯(PGO)在润滑油中可以稳定分散25 d,Ag/PGO在润滑油中可以稳定分散10 d.含Ag/PGO润滑油在Si3N4/Si3N4、Si3N4/GCr15两种摩擦副中均表现出良好的润滑性能,含Ag/PGO润滑油在Si3N4/Si3N4摩擦副中的最佳质量分数为0.05％,与基础油相比,其摩擦因数和磨痕宽度分别降低了16.8％、17.6％;在Si3N4/GCr15摩擦副中的最佳质量分数为0.2％,其摩擦因数和磨痕宽度分别降低了53.6％、22.7％.表明含添加剂润滑油的磨痕表面质量得到提升.结论 聚多巴胺经改性,可以有效提高氧化石墨烯在润滑油中的分散性能.与Si3N4壁面相比,含Ag/PGO的润滑油易于吸附在GCr15壁面.在剪切过程中,Ag/PGO与润滑油分子的相互作用减小了润滑油分子与摩擦壁面的相互作用能,减小了摩擦阻力,因此含Ag/PGO的润滑油在Si3N4/GCr15摩擦副中表现出更好的润滑性能.

    陶瓷摩擦副聚多巴胺摩擦性能纳米复合材料分散稳定性分子动力学模拟

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    水导激光烧蚀碳化硅仿真与实验研究

    王宇迪乔红超韩冰张旖诺...
    164-174页
    查看更多>>摘要：目的 探究碳化硅水导激光加工烧蚀机理.方法 采用实验与仿真相结合的方式对碳化硅烧蚀过程进行研究分析.结果 水射流持续冷却作用极大地降低了碳化硅加工过程中的热累积效应,通过烧蚀阈值计算方法得到了多脉冲水导激光烧蚀碳化硅功率阈值(约为0.1565 W),烧蚀阈值基本不随脉冲数的改变而发生波动.通过对碳化硅刻蚀形貌进行分析发现,烧蚀宽度随着脉冲数整体在3.1～4.1μm之间波动,基本不受脉冲数的影响,烧蚀深度随着脉冲数的增加而增大,但随着烧蚀深度的增加,水导激光烧蚀能力逐渐被削弱,适当增加激光功率可以抑制水导激光烧蚀能力减弱的趋势,通过较大的激光功率更易加工出深宽比较大的沟槽.确定了碳化硅烧蚀功率与烧蚀直径之间的等量关系,通过激光功率能够合理预测烧蚀宽度,经与实验结果进行对比发现较符合,这也间接说明脉冲数对于水导激光烧蚀直径不是主要影响因素.碳化硅水导激光刻蚀截面呈现倒梯形,由于水射流冲刷作用的存在,重凝物质无法富集在材料表面,使得SiC烧蚀表面与未烧蚀区域之间过渡较为平滑,沟槽侧壁带状条纹特征也证实了水射流冲刷作用的存在.结论 水射流冷却及冲刷作用的存在,使得水导激光在加工硬脆性材料具有独特的优势,能够实现对硬脆性材料的无裂纹及无热影响区加工.

    水导激光加工烧蚀机理实验与仿真烧蚀功率阈值烧蚀形貌

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    激光热应力成形弯折区形貌演变规律研究

    范伟鑫姚喆赫潘成颢洪锦源...
    175-186,197页
    查看更多>>摘要：目的 针对激光热应力成形弯折区增厚现象,揭示激光热输入、弯曲角度和成形机制对弯曲过程的影响,以及弯折区域形貌的演变规律,为提高激光热应力成形弯折区域的形貌可控性提供参考.方法 采用高速相机拍摄成形过程中热输入和弯曲角度对弯折区的宏/微观形貌的作用效果,并采用共聚焦显微镜观察试样的宏观形貌,采用光学显微镜分析微观组织,通过维氏显微硬度计测量弯折区附近材料的硬度分布情况,同时结合温度场数值模拟和表面张力理论分析,揭示弯折区形貌的影响因素及形成机制.结果 在低比能作用下,弯折区的熔融材料在激光扫描结束后快速凝固,并在扫描次数逐渐增加的过程中其表面逐渐隆起,并形成凸起状形貌,表面粗糙度随着扫描次数的增加呈现上升趋势,由5.5μm增至37.6μm.在高比能作用下,熔融材料的流动性得到提升,并在表面张力的作用下充分铺展,宏观形貌由凸变平,最后呈现凹形形貌,表面粗糙度随着扫描次数的增加呈现相反的变化趋势,由31.7μm减至5.8μm.此外,在塑性成形过程中,熔池流动仍受到成形角两侧壁面的限制.硬度测试结果表明,激光热应力成形弯折熔凝区域的硬度略高于基体的硬度,热影响区的硬度比基体的硬度降低了40％.结论 激光热输入、弯曲角度和成形机制会影响弯折区材料表面的挤压、熔化、流动、凝固过程,以及材料内部的温度梯度和界面表面张力,在这些因素的影响下弯折区域的轮廓形貌、成形粗糙度、显微组织和硬度分布发生了变化.

    激光热应力成形弯折区比能表面张力形貌硬度分布

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    SLM成形钛合金薄壁结构边缘挂渣及中心凹陷研究

    刘琪袁美霞寇莛彧柳校可...
    187-197页
    查看更多>>摘要：目的 探讨激光功率和扫描速度对选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形钛合金Ti-6Al-4V薄壁结构边缘挂渣及尺寸精度的影响规律,分析薄壁中心凹陷的主要原因.方法 设计两因素三水平试验,对比不同工艺参数下成形薄壁上表面微观形貌及壁厚,提出影响薄壁边缘挂渣和中心凹陷的机理,并得到较优的成形工艺参数.结果 挂渣现象对薄壁尺寸精度的影响较大,薄壁的厚度越小,影响越大.当薄壁厚度达到2 mm时,边缘挂渣区域厚度明显减小.相较于扫描速度,激光功率对挂渣区域厚度的影响更大.采用低激光功率、较高扫描速度有助于减小挂渣区域厚度.激光能量密度越大,SLM成形薄壁尺寸误差越大,二者存在三次非线性关系.结论 在低激光功率对应的低能量密度下,成形薄壁尺寸误差较小,当能量密度为44.44 J/mm3时,薄壁获得了最小壁厚(529.37μm).试验获得的成形薄壁结构误差最小的工艺参数为P=200 W,v=900 mm/s,h=50μm.SLM成形过程中的勾边扫描策略及残余应力导致的翘曲变形是造成薄壁中心凹陷的主要原因.

    选区激光熔化钛合金Ti-6Al-4V薄壁结构边缘挂渣中心凹陷激光功率扫描速度

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    激光清洗对铝合金表面后续涂胶效果的影响规律研究

    丁尧臣王明娣罗贵峰章轩...
    198-206页
    查看更多>>摘要：目的 研究激光清洗的工艺参数调整对表面后续涂胶效果的影响规律.方法 采用100 W脉冲激光器对5754铝合金板进行表面清洗,研究并分析激光频率、扫描速度对铝合金表面性能的影响.采用达因液检测试样表面能,并测量接触角、表面粗糙度及胶黏剂附着力.结果 在选定100 W功率的情况下,当激光清洗频率在50～200 kHz时,满足达因液检测要求,铝合金板呈亲水性,粗糙度明显增大,胶黏剂附着力大于原基材.当激光频率在300～1000 kHz时,不满足达因液要求,表面接近疏水性,粗糙度变化不明显.扫描速度对铝合金板后续涂胶效果影响不大,试验结果均能满足达因液要求,且亲水角变化不明显,粗糙度均明显增大,胶黏剂附着力均大于原基材.结论 在功率一定的情况下,激光频率是影响铝合金后续涂胶效果的主要因素,其原因主要是改变了表面粗糙度,增大其润湿性.激光扫描速度的变化可以增大铝合金表面能,使其表面具有亲水效果,对于铝合金后续涂胶效果的变化影响较小.

    激光清洗铝合金达因液接触角粗糙度

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    热流密度对高速钢刀具多道熔覆WC/Co陶瓷层组织与性能的影响

    陈翔张德强李金华郭海华...
    207-219页
    查看更多>>摘要：目的 研究高速钢刀具表面激光多道熔覆WC/Co陶瓷层时,热流密度对熔覆层道次间的影响规律,以及多道熔覆层制备时的参数选择.方法 建立多道单层激光熔覆理论模型,并利用模拟仿真和实验的方法,以热流密度作为评价指标,对激光热源的不同参数和熔覆层组织与性能进行耦合分析.结果 当热流密度小于24.06×106 W/m2时,熔覆层内形成细长的枝状晶.当热流密度在36.09×106～39.82×106 W/m2变化时,熔覆层内形成以胞状、枝状为主要强化相的多晶体混合组织.当热流密度大于44.11×106 W/m2时,熔覆层组织形成稳态的块状结构.不同热流密度下,熔覆层的物相组织均由Fe3W3C、Co3W3C、Mo3Co3C、W2C、WC、Cr3Mo、(Cr,Fe)7C3和多种间隙化合物组成.结论 当第n道熔覆层制备完成后,受到后续第n+1道熔覆层制备时热流密度的影响较大,而此后道次的影响较小.熔覆层内部组织形态随着热流密度的增加从细长的枝状晶向胞状晶转变,再逐渐形成稳态块状晶.熔覆层内各位置的显微硬度值随着热流密度的增加而先增大,随后逐渐减小.较大的热流密度会导致基材参与熔覆的质量增加,但降低了基材的抗弯曲强度,加大了熔覆层及基材断裂的可能性.当热流密度为36.09×106 W/m2时,是一组较为理想的工艺参数选择.

    激光熔覆热流密度WC/Co陶瓷熔覆层显微组织高速钢刀具多道熔覆

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