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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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    PEMFCs金属极板表面改性MAX相涂层的制备与应用研究进展

    张家阅马冠水王开杭李淑钰...
    1-20,33页
    查看更多>>摘要：金属双极板是质子交换膜燃料电池系统的关键组件,但在酸性环境中易腐蚀、导电性能退化、寿命短.Mn+1AXn(MAX)相涂层作为具备金属高导电性和陶瓷耐蚀抗氧化性的材料,在改性金属双极板涂层研究中备受关注.综述了金属双极板表面防护MAX相涂层材料与应用技术的最新研究进展.MAX相涂层的制备方法多样,包括化学气相沉积、物理气相沉积、固相反应和喷涂制备等方法.针对不同的制备方法,详细描述了MAX相涂层的制备过程,并阐述了不同制备方法对MAX相涂层材料的表面形貌和微观结构间的影响变化.特别关注了MAX相涂层在质子交换膜燃料电池中的应用,并重点分析了以Ti-Al-C、Ti-Si-C和Cr-Al-C为代表的MAX相涂层.通过电化学腐蚀测试来测量涂层在酸性环境中的腐蚀速率,以及涂层腐蚀前后的界面接触电阻测试,对涂层导电耐蚀性能的变化等进行了详细阐述.同时,对MAX相涂层的导电耐蚀机制及表/界面服役损伤机理进行了深入分析.从涂层的元素组成、晶体结构和第一性原理等方面,揭示了涂层中元素分布和相互作用对导电性能的影响.此外,还分析了晶化程度、钝化膜成分差异和原子取向等因素对涂层耐蚀性能的影响.最后,围绕目前双极板表面MAX相涂层在实际应用中存在的问题进行了探讨,并提出了未来研究的重点方向.

    质子交换膜燃料电池金属双极板MAX相涂层导电性能耐腐蚀性能

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    铝合金表面氧化物激光清洗机理研究进展

    王瑞洋许敏恒彭珍珍王立伟...
    21-33页
    查看更多>>摘要：激光清洗作为21世纪新兴的清洗技术,以其独有的高精度、环保节能等优势,很大程度契合了当前可持续发展的要求.在归纳众多试验和理论研究的基础上,以激光能量密度为变量,重点综述了随着激光能量密度的变化,激光去除铝合金表面氧化层的不同机理,包括热机械膨胀、熔化蒸发、相爆炸、蒸发压力冲击、等离子体冲击,传统意义上的清洗机理"热烧蚀"应被理解为一种实验观察到的现象.介绍了当前激光清洗机理研究中常用手段,包括高速摄像和热力学模拟.介绍了当前激光清洗机理分析中遇到的一些困难,包括升温过程的复杂性和微观清洗过程的难观测性等.在此基础上,介绍了不同清洗机理作用下的铝合金表面质量变化,包括表面粗糙度及烧蚀坑形貌.对清洗机理与应用之间的联系进行说明,包括激光清洗对样品表面性能(如硬度、耐蚀性等)的影响.同时针对激光作用过程中涉及的多因素耦合作用进行了说明,包括各种能量场耦合,以及因界面声阻抗不同而产生的拉应力等对清洗过程的影响.最后提出当前制约激光清洗技术发展存在的一些问题,并对激光清洗技术的发展方向进行了展望.

    激光清洗铝合金氧化层清洗机理能量密度

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    SiO2-BNNSs杂化材料对磷酸盐复合涂层高温摩擦学性能的影响

    魏文涛王全龙王剑宇王轶遥...
    34-44,76页
    查看更多>>摘要：目的 通过在磷酸盐复合涂层中添加二氧化硅杂化氮化硼纳米片材料(SiO2-BNNSs)来提升磷酸盐复合涂层的硬度和耐高温磨损性能.方法 以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,利用溶胶凝胶法制备SiO2-BNNSs杂化材料,并作为纳米增强相加入到涂层中.通过X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)对SiO2-BNNSs杂化材料的化学组成和微观形貌进行表征.另外,采用喷涂法制备不同含量BNNSs和SiO2-BNNSs的磷酸盐复合涂层,通过高温摩擦磨损试验探究涂层的摩擦磨损行为,对涂层磨痕形貌进行表征,并探讨涂层在高温条件下的磨损机理.结果 XPS、SEM和TEM的分析结果表明,SiO2成功修饰在BNNSs表面.SiO2-BNNSs磷酸盐涂层相比零含量BNNSs涂层和纯BNNSs涂层表现得更加均匀致密,400℃条件下,质量分数为0.4％的SiO2-BNNSs涂层硬度高达261.2HV.高温摩擦试验表明,BNNSs和SiO2-BNNSs的加入,可以减轻涂层的磨损现象.同时,温度越高,涂层的耐磨损性能越好,400℃条件下,0.4％SiO2-BNNSs涂层的摩擦因数和磨损率分别为0.48和66.24×10-6 mm3/(N·m),耐高温磨损性能表现为最佳.结论 SiO2-BNNSs杂化材料的添加可以明显提升磷酸盐复合涂层的耐高温磨损性能.

    氮化硼纳米片二氧化硅杂化材料磷酸盐复合涂层耐高温磨损性能

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    二硫化钼薄膜增强超高强度不锈钢摩擦学及疲劳性能研究

    杜娟孙涛朱凯樊小强...
    45-56页
    查看更多>>摘要：目的 通过表面处理技术提高USS122G不锈钢摩擦学性能及力学性能.方法 采用闭合场非平衡磁控溅射技术在USS122G不锈钢表面沉积MoS2薄膜,分别测试了镀MoS2薄膜的USS122G不锈钢力学性能、抗腐蚀性能、弯曲性能、低周疲劳性能及滚动接触疲劳性能,探索了在干摩擦与石墨烯润滑脂条件下的摩擦学性能,并通过扫描电镜与XRD对MoS2薄膜进行形貌与成分分析.结果 成功在USS122G不锈钢表面沉积了MoS2薄膜,镀MoS2薄膜的USS122G不锈钢的纳米硬度为6.8 GPa.镀膜后的USS122G不锈钢的阻抗模量为1.06×105Ω·cm2,腐蚀电流密度为1.91×10-6 A/cm2.镀MoS2薄膜的USS122G镀层脱落的最大弯曲力约为3695 N.在滚动接触疲劳测试中,镀MoS2试样较未镀膜的USS122G钢的磨痕深度更浅、宽度更窄.MoS2薄膜能有效提升USS122G不锈钢基底的减摩与耐磨性,在干摩擦条件下,与未镀膜的USS122G不锈钢相比,镀MoS2薄膜的USS122G不锈钢的摩擦因数从0.8降低至0.06～0.07,磨损率从1.68×10-5 mm3/(N·m)减少到9.41×10-8 mm3/(N·m).在脂润滑条件下,USS122G不锈钢的摩擦因数在0.12左右,镀MoS2薄膜后摩擦因数一直稳定在0.103左右.结论 镀MoS2薄膜的USS122G较未镀膜的USS122G不仅提升了疲劳性能,还显著改善了摩擦学性能,提高了基底的使用寿命.

    二硫化钼薄膜USS122G不锈钢润滑脂摩擦学性能

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    调制周期对AlCrSiN/AlCrMoSiN多层膜微结构和性能的影响

    王重阳刘艳梅阎兵朱建博...
    57-67页
    查看更多>>摘要：目的 通过优化AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层的调制周期,提升涂层的力学性能和摩擦学性能.方法 采用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合技术,固定调制比为5∶1,制备具有不同调制周期的AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层.利用XRD和SEM分析涂层物相组成,观察其微观形貌;借助纳米压痕仪、划痕仪、高温摩擦试验机及轮廓仪测试涂层的硬度、弹性模量、临界载荷,以及摩擦磨损性能.结果 掺杂Mo元素后,AlCrMoSiN层生成了大量的非晶相,并观察到沿AlN(111)晶面共格外延生长.AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层表面颗粒随着调制周期的增大逐渐变小,整体呈"花椰菜"状,且致密、无缺陷.随着调制周期的增大,硬度、H/E和H3/E*2呈先升高后降低的趋势;涂层的平均摩擦因数呈先降低后升高的趋势.当调制周期为145 nm(AlCrSiN层厚度约为120 nm,AlCrMoSiN层厚度约为25 nm)时,多层涂层中层间界面清晰,涂层的硬度最高,约为24.9 Gpa,摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.57、1.46×10-6 mm3/(N·m),临界载荷为75.8 N.结论 多层复合涂层的调制周期对其结构和性能具有重要影响,当调制周期为145 nm时,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层具有最佳的综合性能.

    磁控溅射多层复合涂层AlCrSiN/AlCrMoSiN调制周期摩擦学行为

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    化学气相沉积陶瓷薄膜高温摩擦磨损性能研究

    王旋殷宇张立业代野...
    68-76页
    查看更多>>摘要：目的 对比研究不同陶瓷薄膜的耐高温磨损性能.方法 采用化学气相沉积工艺制备了TiN/TiCN、TiN/Al2O3、TiN/TiCN/Al2O33种陶瓷薄膜.通过划痕测试、显微硬度测试、高温摩擦磨损试验等测试方法,分别表征并评价3种陶瓷薄膜的附着力、硬度、耐600℃高温磨损性能,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对磨痕形貌进行分析.结果 化学气相沉积制备的3种陶瓷薄膜结构致密,无孔隙、裂纹等缺陷,且与基材结合界面良好,其中,TiN/TiCN/Al2O3多层薄膜与基体结合力最佳,为68.53 N,但其表层Al2O3薄膜与中间层TiCN薄膜结合强度较弱.600℃高温摩擦磨损结果表明,TiN/Al2O3薄膜具有最高的高温摩擦因数,平均为0.51,但其耐高温磨损性能最佳,体积磨损率为0.58×10-5 mm3/(N·m);而TiN/TiCN薄膜具有最低的高温摩擦因数,平均为0.37,但其耐高温磨损性能最差,体积磨损率为4.23×10-5 mm3/(N·m).结论 3种陶瓷薄膜高温摩擦磨损的主要损伤形式各异,TiN/TiCN薄膜的主要磨损机制为黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损,TiN/Al2O3薄膜的主要磨损机制为磨粒磨损,TiN/TiCN/Al2O3多层薄膜的主要磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损.TiN/Al2O3薄膜的耐高温磨损性能最佳是由于其硬度较高,且化学性质稳定,主要磨损形式为磨粒磨损,较难被磨损去除.而TiN/TiCN薄膜耐高温磨损性能最差是由于TiCN薄膜硬度较低,在高温摩擦作用下,会发生氧化磨损、黏着磨损、疲劳磨损等多种损伤形式.

    化学气相沉积陶瓷薄膜高温摩擦磨损结合力耐磨性磨损机制

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    固液两相流体属性对滚针轴承润滑与承载特性的影响

    宋琦王优强竺俊杰马金月...
    77-87,108页
    查看更多>>摘要：目的 探究线接触滚针轴承润滑剂中颗粒对润滑特性的影响,为提高滚针轴承的润滑性能提供数据参考.方法 建立两相流润滑模型及两相流中含有的颗粒变形承载数学模型.其中,颗粒变形承载模型基于变形连续性假设,综合考虑在弹性变形、弹塑性变形和完全塑性变形3个阶段下颗粒的变形承载力,研究不同尺寸、质量分数和密度对颗粒承载量和两相流体润滑特性的影响.结果 润滑油中含有颗粒时,颗粒会承担部分外载荷,但承载量相较于油膜承担的载荷量较少.在相同的变速条件下,颗粒尺寸越大,会因产生较大的尺寸变形而增大颗粒的承载量,进而降低油膜承载力,增大油膜厚度,0.5μm的颗粒承担的载荷相较于0.3μm的颗粒提高了119.2％;颗粒密度的减小和质量分数的增大均会增大两相流中颗粒的数量,进而提高两相流中颗粒的承载量,质量分数为10％颗粒的承载量相比于质量分数为2％颗粒增大了251.8％,密度为3×103 kg/m3的颗粒相较于密度为7×103 kg/m3的颗粒的承载量增大了86.9％.承载颗粒会因接触表面变形而产生接触摩擦力,且接触摩擦力远大于油润滑产生的摩擦力,该摩擦力对系统产生的负效应远大于颗粒承载产生的正效应.结论 润滑油中颗粒的存在会改变其润滑性能,颗粒与轴承表面的接触摩擦会导致接触表面出现点蚀等现象,进而降低轴承的使用寿命,应尽量避免润滑油中含有尺寸较大、数量较多的杂质颗粒.

    滚针轴承两相流体颗粒承载弹塑性变形接触摩擦表面点蚀

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    石墨烯含量对铜铁基自润滑摩擦材料组织结构及摩擦性能的影响

    付传起耿奥丁亚东汪滦...
    88-99页
    查看更多>>摘要：目的 改善石墨烯与铜铁基摩擦材料的结合方式,探究不同含量的石墨烯对铜铁基摩擦材料组织结构的影响,研究加入不同含量石墨烯时摩擦材料的摩擦性能和摩擦机理.方法 采用粉末冶金冷压法制备铜铁基摩擦材料,利用SEM、XRD等分析方法和手段,探究不同含量石墨烯对摩擦材料的组织结构、综合力学性能和摩擦性能的影响规律,确定最佳工艺参数.结果 在铜铁基摩擦材料中加入石墨烯时,其密度和抗压强度随着石墨烯含量的增加呈下降趋势,硬度呈先上升后降低的趋势.在相同转速下,随着石墨烯含量的增加,其摩擦材料的摩擦因数呈下降趋势,磨损率呈现先下降后上升的趋势.在石墨烯的质量分数为0.5％时,摩擦材料的摩擦率最小,为2.52×10-9 mm3/(N·m),此时摩擦材料的磨损机理为黏着磨损及少量磨粒磨损.结论 在铜铁基摩擦材料中,石墨烯作为润滑组元,与基体的结合性能表现优异,对比石墨烯对铜铁基摩擦材料的影响规律可知,在石墨烯的质量分数为0.5％时,摩擦材料的性能最佳.

    铜铁基石墨烯自润滑摩擦材料摩擦性能磨损率

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    润滑与腐蚀防护复合涂层的设计制备及性能研究

    彭文雅李钢陈晓龙李奎...
    100-108页
    查看更多>>摘要：目的 解决无机磷酸盐复合涂层本身润滑与腐蚀防护功能不可兼具的制备技术难题.方法 采用多层复合结构的设计理念,设计制备润滑与腐蚀防护兼具的功能一体化复合涂层.对多层复合涂层的组成和显微结构,以及力学性能、摩擦学性能和腐蚀防护性能进行分析和研究.结果 多层复合涂层底层与基体结合良好,涂层整体界面结合良好且较致密,未出现界面分层和破裂等现象;高温摩擦磨损试验表明,随着试验环境温度的升高,摩擦因数和磨损率均增大,但是增大幅度不显著.在室温至600℃的宽温域范围内其平均摩擦因数均在0.2以下,磨损率在10×10-5 mm3/(N·m)以下.经500 h的中性盐雾试验后,复合涂层表面未出现气泡、裂纹、锈蚀点.结论 多层复合涂层在室温至600℃范围内具有优异的润滑性能和耐磨性能,多层复合涂层具有良好的耐腐蚀防护性能.

    磷酸盐涂层高温润滑腐蚀防护多层复合结构功能一体化

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    页岩油集输管内壁润湿性与黏油性影响因素研究

    敬加强张文李雅娇尹然...
    109-117,128页
    查看更多>>摘要：目的 解决集油管材界面润湿性与黏油性的不确定性问题.方法 选用吉庆页岩油与采出水分别为试验液体与预润滑液体,采用接触角测定仪和改进的沾滴试验装置,分别测定2种页岩油与采出水在普通钢管、涂层钢管和柔性管及其水预润滑或锈蚀后的接触角与黏油量.结果 普通钢管锈蚀前后水相接触角为52.5°和124.5°,锈蚀后的水相接触角增大72.0°,润湿性由亲水性转变为疏水性,油相接触角及润湿性则相反.3种管材表面的油、水接触角及黏油量随温度升高均表现出不同程度的减小,涂层钢管的亲油性受温度影响最显著,在151#井和020#井页岩油的油相接触角分别由104.0°、110.1°降至43.8°、46.1°,黏油厚度分别减小1.45 mm和1.16 mm.预润滑使3种管材的亲水性增强、亲油性减弱、油相黏附量降低,其中涂层钢管预润滑使151#井和020#井页岩油的黏壁厚度分别减小1.35、1.13 mm.涂层钢管通过升温或预润滑可改善页岩油的润湿性及流动摩阻.进一步分析固体表面能和黏附功与接触角的关系发现,随着固体材料表面能和黏附功的增大,固-液之间的接触角减小.结论 测试分析不同因素对集油管道流固界面接触角和黏油性的影响规律,为油田集输管材基于润湿性与黏油性的比选提供基础数据与参考,从而极大减少了集输过程中的能量损失.

    润湿性黏油性减阻接触角预润滑页岩油

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