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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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    激光选区熔化铜合金多道成形的熔池行为和缺陷机理

    傅广李舒玥李泓历任治好...
    118-128页
    查看更多>>摘要：目的 针对激光选区熔化成形铜合金零件中孔隙缺陷的质量问题,研究不同扫描间距下多道熔池的动力学行为,以及不规则未熔合孔隙缺陷的生成机制.方法 构建多物理场的高保真数值模型,采用离散元法搭建粉末床,结合两相流法追踪金属相自由表面,并通过射线追踪算法研究多道成形时的全局吸收率,深入分析扫描间距对熔池演变以及未熔合孔隙缺陷的影响.结果 前一熔道的扫描对后一熔道有预热效果,因此第2熔道的宽度和吸收率总是大于第1道.随着扫描间距的增加,热积累效应减弱,第2道熔池的宽度和深度随之减小.扫描间距小会增加熔道间的重叠部分,不利于提升零件的构建速率,但无限地增加扫描间距会导致未熔化孔隙缺陷.通过对比70、100、130μm扫描间距下的成形熔道发现,70μm熔道的搭接率接近50％,100μm能形成良好的搭接,且没有缺陷生产,而130μm熔道有明显的孔隙缺陷及未完全熔化的粉末.结论 扫描间距的变化会造成液态熔体流动、传热和传质的改变,进而改变激光选区熔化铜合金多道成形的熔池动力学行为与吸收率,最终影响成形件的质量.选用合适的扫描间距可以有效地避免未熔合缺陷,并保证相邻熔道间有良好的搭接率.

    激光选区熔化数值模拟铜合金吸收率孔隙缺陷熔池动力学

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    AlSi10Mg选区激光熔化表面粗糙度预测、优化及表面形貌分析

    惠记庄骆伟阎志强王俊杰...
    129-140,151页
    查看更多>>摘要：目的 选区激光熔化制造过程相当复杂,通过理论模型去研究表面粗糙度较为困难,因此采用数据驱动的方式进行研究是一种可行的方案.方法 基于麻雀算法优化双向长短期记忆网络来预测表面粗糙度,并对比验证该模型的适用性.首先进行三因素四水平全因素试验,其次,以激光功率、扫描速度、扫描间距为输入,以粗糙度为输出,建立模型.然后,利用遗传算法优化预测模型,从而获得最佳工艺参数组合.最后,分析不同工艺参数下成形零件的表面形貌,探究各参数及其耦合关系对表面质量的影响.结果 最佳工艺参数为扫描间距0.12 mm、扫描速度1800 mm/s、激光功率280 W,预测表面粗糙度为10.407μm,调整工艺参数进行实验,得到的样件的平均表面粗糙度为10.897μm,与预测值相比,误差仅为4.5％.工艺参数对表面形貌的影响从大到小的顺序为扫描速度、激光功率、扫描间距,各因素间存在耦合作用,且共同影响激光能量密度,能量密度过高、过低均会使表面形貌恶化.结论 基于麻雀算法优化双向长短期记忆网络构建的数据驱动预测模型适用于粗糙度的预测与优化,能够实现对样件表面粗糙度的精准预测,可以指导实践,保证加工质量.

    表面粗糙度选区激光熔化AlSi10Mg工艺参数优化表面形貌预测模型

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    304不锈钢表面激光熔覆Inconel625涂层组织与性能分析

    秦明军孙文磊管文虎吴文宁...
    141-151页
    查看更多>>摘要：目的 解决不锈钢零部件在热电厂中由于腐蚀和磨损造成的资源浪费和设备报废等问题,通过表面改性的方式来提高不锈钢零件的耐磨耐腐蚀性能.方法 利用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备Inconel625涂层,利用工业显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、超景深仪器等设备,系统地探究熔覆层表面形貌、显微组织、元素分布、表面粗糙度.采用显微硬度计、摩擦磨损仪、电化学工作站等设备,检测熔覆层的硬度分布规律、耐磨和耐腐蚀特性.结果 单因素试验最佳工艺参数为激光功率1200 W、送粉率10 g/min、扫描速度14 mm/s.熔覆层底部到顶部组织,主要以不同形态的典型树枝晶组织为主,以及少量胞状晶.熔覆层物相组成主要包括FeCr0.29Ni0.16C0.06、NbC、Cr2Ni3、Mo2C.涂层硬度较基体大幅提升,涂层最高硬度值达425.48HV0.2,约为基体的1.8倍,涂层的磨损量为2.4 mg,约为基材磨损量(4.4 mg)的55％,摩擦系数平稳,变化幅度较小,耐磨性能较基体显著提高.电化学腐蚀试验后,基体开路电位为-0.44 V,熔覆层开路电位稳定在-0.17 V,较基体偏正.涂层的自腐蚀电位(Ecorr)为-1.00 V,大于基体的自腐蚀电位(-1.10 V),涂层的自腐蚀电流密度(Jcorr)为3.47×10-8 A/cm2,小于基体的自腐蚀电流密度(6.43×10-8 A/cm2),从而得出涂层腐蚀倾向较基体小.涂层的电容弧半径大于基体,该频率范围内涂层的阻抗模量均大于基体,表明涂层的耐腐蚀性能更好.结论 Inconel625合金涂层能够显著提高304不锈钢的表面硬度、耐磨耐腐蚀性能.

    激光熔覆显微组织显微硬度304不锈钢电化学腐蚀摩擦磨损试验

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    激光熔覆Ni/WC梯度复合涂层的组织与性能研究

    盛永琦危亚城尚大智夏琨...
    152-162页
    查看更多>>摘要：目的 减少涂层内部缺陷,提高Cr12MoV模具钢表面的显微硬度及耐磨性.方法 采用激光熔覆技术在Cr12MoV钢上逐层制备Ni60-Ni60/25％WC(Ni/WC)梯度复合涂层.借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计、摩擦试验机和冲击试验机,研究梯度复合涂层的物相组成、微观组织、显微硬度、耐磨性与冲击韧性.结果 在Cr12MoV的基体上制备Ni/WC梯度复合涂层,Ni60层与Ni60/25％WC冶金结合理想.Ni/WC梯度复合涂层的表面主要物相为γ-(Fe,Ni)、FeNi3、CrB、Cr7C3、Cr23C6,从Ni60层底部到顶部依次为胞状晶、柱状晶、细小的等轴枝晶.Ni/WC梯度复合涂层硬度呈梯度分布,涂层的平均硬度达到698.5HV,相较于基体提高了约55.2％.与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层表现出更好的耐磨性能,摩擦系数和磨损率分别下降了40.92％和28.6％,其中基体表现为黏着磨损,然而涂层整体表现为磨粒磨损.但较基体而言,Ni/WC梯度复合涂层的冲击韧性值降低了32.48％,复合涂层区域表现为脆性断裂.结论 Ni/WC梯度复合涂层冶金结合良好,同时与基体相比,Ni/WC梯度复合涂层可以有效提高硬度及耐磨性,但冲击韧性有所降低.

    激光熔覆Ni/WC梯度复合涂层硬度耐磨性冲击韧性

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    添加Y2O3对激光熔覆制备FeCoNiCuAl高熵合金涂层组织性能的影响

    黄光灿郭纯李云陈林婷...
    163-172页
    查看更多>>摘要：目的 研究不同质量分数Y2O3对激光熔覆制备FeCoNiCuAl高熵合金涂层的影响.方法 利用IPG-4000W激光器和KUKA机器人组成的激光熔覆设备在45钢基材表面制备FeCoNiCuAl-xY2O3(x=0％、5％、10％、15％、20％)高熵合金复合涂层,分别使用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计、摩擦磨损试验机、扫描电镜(SEM)以及电化学工作站,分析涂层的显微组织及物相构成,测量涂层的显微硬度,分析涂层的摩擦磨损行为和腐蚀行为.结果 Y2O3的加入并未明显改变涂层物相构成,添加Y2O3与FeCoNiCuAl高熵合金复合涂层物相主要由γ-Fe固溶体、Cu2O、AlNi、Al5CO2、Fe2O3组成.FeCoNiCuAl高熵合金复合涂层的显微组织由等轴晶与枝状晶构成,Y2O3的加入促进了熔池流动,使孔隙逐渐消失,因此在加入Y2O3后,晶粒细化变得更加致密,明显改善了组织的内部缺陷,从而有效提升了涂层的性能.结论 当x=5时涂层显微组织为致密的枝状晶,对应的平均显微硬度为675.1HV0.2,涂层磨损率为1.12×10-7 g/(N·m),表现出最优的耐磨损性能,腐蚀电位为-0.628 V,同时表现出最优的耐腐蚀性能;相较于未添加Y2O3的涂层以及基材本身,力学性能与耐腐蚀性能得到了明显提升.

    激光熔覆高熵合金Y2O3力学性能显微组织耐腐蚀性

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    强化改性研磨时间对12Cr17Mn6Ni5N钢表层特性及拉伸性能的影响

    何鹏谢鑫成陈嘉懿张宇鹏...
    173-183,233页
    查看更多>>摘要：目的 提高12Cr17Mn6Ni5N钢焊缝的表层特性及拉伸性能.方法 采用单一变量法控制强化改性研磨加工时间,在12Cr17Mn6Ni5N钢表面进行强化改性研磨处理.进行了室温拉伸试验,绘制各样品的应力-应变曲线图,并通过扫描电镜拍摄距离表面30、100、170μm深度附近的断口形貌,分析表层的断裂机理.进一步分析各样品的表面线粗糙度、表层三维形貌、表面微观形貌、强化层厚度、截面显微硬度和表面残余应力.结果 与母材相比加工时间从1 min增加至3 min,12Cr17Mn6Ni5N钢表面微观织构越多,拉伸方向和沿焊缝方向的表面粗糙度分别提高到Ra=1.81μm、Ra=1.46μm,三维形貌高度差先增加到34.82μm后减少为31.75μm,表层显微硬度最多提高了104.60％,残余应力提高到-1221.3 MPa,强化层最厚为160μm.在相同的载荷条件下,加工时间为3 min的样品的屈服强度和抗拉强度分别提高了15.89％和10.17％.在深度30μm附近,加工时间为3 min的样品的断口形貌出现少量韧窝,其他样品都为脆性断裂,其中母材样品为全解离脆性断裂;深度100μm附近,母材样品仍为脆性断裂,加工时间为1 min和2 min的样品都为混合断裂,加工时间为3 min的样品为韧性断裂且出现较深的大韧窝和深韧窝.结论 强化改性研磨可以有效改善12Cr17Mn6Ni5N钢焊缝的表层特性,获得高硬度、高残余应力和组织致密的厚强化层,进而提高屈服强度和抗拉强度.

    强化改性研磨12Cr17Mn6Ni5N表层特性拉伸性能

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    2A97铝锂合金喷丸表面完整性及耐腐蚀性能分析

    黄浩牛金涛尹建国张朝阳...
    184-193页
    查看更多>>摘要：目的 延长2A97铝锂合金的服役寿命,提高其耐腐蚀性能.方法 采用正交试验法,研究喷丸工艺对合金2A97加工表面完整性的影响.通过极差分析,获得喷丸角度、弹丸粒径、喷丸速度和覆盖率等工艺参数对表面粗糙度、残余应力和加工硬化的影响.采用超景深三维显微镜分析2A97喷丸前后的表面形貌,采用扫描电子显微镜分析表面元素分布,采用光学显微镜表征其微观组织结构.通过动电位极化测试和表面接触角的测量,对比、评价喷丸处理对合金表面耐腐蚀性能的影响.结果 喷丸处理在合金2A97表面引入了剧烈的塑性变形层,且使其表面粗糙化.与喷丸角度和覆盖率相比,喷丸速度和弹丸粒径对表面粗糙度的影响程度更大.喷丸表面的最大残余压应力为-415.54 MPa,表面加工硬化程度在133％～241％之间波动.与未喷丸相比,经喷丸后试样表层组织发生了明显细化.在质量分数为3.5％的NaCl溶液中,喷丸试样表面表现出更好的耐腐蚀性能,表面腐蚀坑数量及大小明显降低;喷丸表面接触角均大于90°,均表现出疏水性.结论 相较于铣削表面,2A97铝锂合金喷丸表面的耐腐蚀性能更加优异.

    2A97铝锂合金喷丸工艺表面完整性耐腐蚀性能润湿性

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    20MnCrS5真空低压渗碳气淬多场耦合模拟分析

    张泽宇邓小虎凡园园王会珍...
    194-205页
    查看更多>>摘要：目的 采用试验研究、模拟计算和理论分析相结合的手段,对20MnCrS5齿轮钢真空低压渗碳过程的组织性能演变机理进行研究.方法 引入符合真空渗碳强渗、扩散交替进行的扩散边界条件,并修正硬度计算方程,开发真空低压渗碳高压气淬过程仿真模型.分别建立ϕ15 mm×100 mm圆棒试样二维轴对称和三维实体有限元模型,对20MnCrS5圆棒试样不同工艺参数下真空渗碳过程进行模拟仿真,开展真空渗碳试验与仿真分析化研究.结果 二维轴对称模型和三维实体模型计算精度接近,可以代替三维模型,提高计算效率.不同工艺参数真空渗碳过程得到的模拟和试验结果吻合较好,验证了改进模型和方程的可用性,并对不同工艺条件下碳浓度、组织和性能演变规律进行了研究.而后将模型应用到德国FZG(Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau)标准齿轮样件,对其真空渗碳过程进行了模拟,结果可较好地反映齿轮不同位置碳浓度分布的特点,进一步验证了模型的准确性.结论 通过本研究,揭示了20MnCrS5齿轮钢真空低压渗碳过程的组织性能演变机理,并为复杂零部件真空渗碳过程工艺开发提供了新的思路.

    真空渗碳数值仿真COSMAP碳含量硬度20MnCrS5齿轮钢

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    溅射技术与基体偏压对TiBx涂层结构和力学性能的影响

    谷佳宾李建勇金杰李刘合...
    206-215页
    查看更多>>摘要：目的 改善TiBx涂层的残余应力,提高其力学性能.方法 采用不同的磁控溅射技术(dcMS、HiPMS、Hybrid)和基体偏压制备TiBx涂层.通过电子探针显微分析仪(EPMA)测试TiBx涂层的化学成分,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征涂层的表面形貌、组织结构特征、相组成和择优取向,通过sin2ψ 法、纳米压痕仪和洛氏压痕法分别测试TiBx涂层的残余应力、纳米硬度和膜层/基体结合强度.结果 溅射技术和基体偏压对TiBx涂层的组织结构和力学性能都有着显著的影响.在基体旋转条件下,不同溅射技术和基体偏压制备的涂层均呈现出TiB2-(001)择优取向.随基体偏压的升高,涂层的残余应力呈现出先增大、后减小的规律.偏压相同时,HiPIMS技术制备的TiBx涂层具有最高的残余应力.随着基体偏压的增加,TiBx涂层的纳米硬度和弹性模量不断增加,在偏压为-130 V时,Hybrid-TiBx涂层具有最高的纳米硬度(40.1 GPa).偏压相同时,dcMS-TiBx和Hybrid-TiBx涂层表现出优异的膜层/基体结合强度(HF1-HF2级),而HiPIMS涂层表现出较差的膜层/基体结合强度(HF1-HF4级).结论 溅射技术和基体偏压对TiBx涂层的微观组织结构和力学性能有着重要的影响,Hybrid模式结合了dcMS模式和HiPMS模式的优点,Hybrid-TiBx涂层呈现出最优的综合力学性能(高的纳米硬度、沉积速率和膜层/基体结合强度).

    磁控溅射TiBx涂层基体偏压Hybrid微观组织结构力学性能

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    NiCrAlY/YSZ/0.8Sm2Zr2O7-0.2Y3Al5O12热障涂层在1150℃水淬-热震环境中的服役行为

    邱质彬李飞乔立捷王浩瀚...
    216-223,233页
    查看更多>>摘要：目的 热障涂层是主要应用于航空发动机涡轮叶片表面的高温防护材料,它可以有效降低基体的工作温度,是提高涡轮叶片的工作温度、延长其服役寿命的重要技术手段.氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)在高温环境中易发生烧结、相转变等行为,降低了热障涂层的服役寿命,因此有必要研发新的热障涂层材料.方法 利用大气等离子喷涂技术制备了NiCrAlY/YSZ/Sm2Zr2O7和NiCrAlY/YSZ/0.8Sm2Zr2O7-0.2Y3Al5O12热障涂层体系,利用XRD、DSC、SEM等系统地研究了沉积态0.8Sm2Zr2O7-0.2Y3Al5O12涂层的相结构和热导率等.然后,将其在室温和1150℃水淬-热震环境中进行循环服役行为测试,研究热障涂层体系在水淬-热震环境中的相结构演变、失效模式和失效机理等.结果 利用大气等离子技术沉积的0.8Sm2Zr2O7-0.2Y3Al5O12涂层中具有非晶相,在1200℃下热处理5 h后发现了SmAlO3相.沉积态0.8Sm2Zr2O7-0.2Y3Al5O12涂层的热导率维持在1.5 W/(m·K),但随着温度的升高稍增大,经退火处理后其热导率高于沉积态0.8Sm2Zr2O7-0.2Y3Al5O12涂层的热导率,随着温度的升高呈先降低后升高的趋势.NiCrAlY/YSZ/Sm2Zr2O7热障涂层体系在12次循环后失效,而NiCrAlY/YSZ/0.8Sm2Zr2O7-0.2Y3Al5O12热障涂层体系在90次循环后失效.结论 与NiCrAlY/YSZ/Sm2Zr2O7热障涂层体系相比,NiCrAlY/YSZ/0.8Sm2Zr2O7-0.2Y3Al5O12热障涂层体系的循环服役寿命提高了约7倍.表明0.8Sm2Zr2O7-0.2Y3Al5O12是一种有潜力的热障涂层材料.

    热障涂层服役温度大气等离子喷涂技术热导率服役寿命

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