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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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    超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀及影响因素研究进展

    封茂廉影李阳吴亚鹏...
    1-16,111页
    查看更多>>摘要：超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层作为一种耐空蚀保护涂层,以其优异的性能被广泛应用于流体机械的过流部件.概述空蚀破坏的机制和超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层的制备过程,同时从内因和外因两方面归纳影响此类涂层空蚀行为的因素.在此基础上,从喷涂粉末因素、喷涂制备因素、工况因素、力学性能、空蚀机理,以及与其他涂层的比较等几个方面重点综述近年来国内外学者对超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀行为研究的重要成果.喷涂粉末因素主要与WC颗粒的尺度、Cr元素及稀土元素等有关;喷涂制备因素主要与喷涂工艺(助燃气体、燃料、燃烧室压力、喷嘴几何形状及喷涂粒子速度等)和喷涂后处理(封孔和磨抛处理)有关.喷涂粉末因素和制备因素会影响涂层的显微组织结构(元素分布、物相组成、孔隙率及层间结构等)和力学性能(显微硬度、断裂韧性、结合强度及残余应力等),进而影响涂层的抗空蚀性能.此外,涂层的破坏程度还受到空蚀时间和所处介质的腐蚀和流速的影响.最后,对超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀研究的发展方向进行展望.

    超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀影响因素

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    磨料流光整加工理论与技术研究进展

    郑宸曦陈书凝张鑫龙
    17-40,111页
    查看更多>>摘要：在简要阐述挤压磨料流加工技术、磨料水射流抛光技术及软性磨料流加工技术材料去除机理的基础上,介绍了磨料流加工方法的研究进展,总结了上述 3 种磨料在流光整加工技术抛光过程中,磨粒种类/浓度/粒度、磨料黏度与黏温特性、挤压压力、喷射角度及喷射距离等关键工艺参数对被加工工件材料去除率(材料去除量)和表面粗糙度(表面粗糙度变化)的影响规律,分析了磨料流应用过程中存在的加工均匀性、力学性能及加工精度等技术难题.同时,针对所述技术难题,不仅探讨了相关试验研究,而且提出了一种磨料流与管材液力成形技术相结合的复合工艺,为实现增材制造零件短流程、低排放、低成本的低碳制造目标提供了有效方法.最后,综合归纳了磨料流加工技术在各领域的具体应用,并展望了磨料流光整加工的发展方向.

    磨料流加工技术工艺参数表面粗糙度材料去除率力学性能加工精度

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    铜表面织构密度对铜/碳配副载流摩擦性能的影响

    周涛涛宋晨飞钱志源张燕燕...
    41-49页
    查看更多>>摘要：目的 碳刷是大型水轮机组、风电、新能源汽车等装备中电机转子供电的唯一通道,在长期服役过程中其碳块磨耗过度,落粉现象严重,探索织构化对铜/碳配副载流性能和摩擦磨损性能的影响,提出改善碳刷服役性能的表面技术.方法 在铜环表面制备不同织构密度的圆形微织构,与碳块构成滑动载流摩擦副,研究织构密度对铜/碳配副载流摩擦磨损性能的影响.采用光学显微镜、白光干涉三维形貌仪、扫描电子显微镜等表征手段分析试样的磨损形貌,并通过能谱仪分析铜环表面碳元素分布及含量,揭示织构化对铜/碳配副性能的影响机制.结果 当织构密度从 0%增至 18%时,摩擦跑合时间下降了 47.2%,碳块磨损量下降了 31.8%,在同等名义接触面积下接触电阻增高了 28.7%.结论 铜表面织构化有利于收集和储存摩擦过程中产生的碳颗粒,促进碳转移膜的形成,织构密度的增加可有效缩短摩擦跑合时间、降低碳磨损率.由于织构化破坏了铜表面的连续性,且碳转移膜的导电性弱于铜,因此织构密度的增加导致接触电阻升高.铜表面织构化对于提高碳刷磨损寿命、减少落粉量有一定效果.

    碳刷表面织构载流摩擦接触电阻磨损转移膜

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    基于气-固两相流喷嘴实验的20G钢冲蚀机理研究

    邓宽海程金亮林元华黄耕...
    50-61页
    查看更多>>摘要：目的 由天然气管道内壁减薄及穿孔导致的天然气泄漏事故频繁发生,输气管道面临着日益严重的冲蚀磨损问题.针对这一问题需要明确输气管道材料的冲蚀行为及机理,为抗冲蚀材料设计和延长管道使用寿命等工作的开展提供有效支撑.方法 基于 ASTM-G76 测试标准,采取气-固喷嘴冲蚀试验研究方法,利用空气射流冲蚀实验机,开展不同冲击角度和冲击速度下天然气管道材料20G钢的气-固冲蚀实验;采用扫描电子显微镜、激光粒度分析仪等设备分析试样表面冲蚀形貌及特征;采用 Ahlert 冲蚀模型对实验数据进行拟合,建立 20G钢的冲蚀率方程.结果 当冲击速度(15～72 m/s)增大时,冲蚀率随之增大.当冲击角度(15°～90°)增加时,冲蚀率随之减小.冲蚀面积随着冲击角度的增加而减小.在低冲击角度下(15°、30°),固相颗粒的"犁削"为主要冲蚀及材料移除机制.在中等冲击角度下(45°、60°),冲蚀机制呈现混合形式,犁削、压实与开裂共同作用于材料表面.在高冲击角度下(75°、90°),以压实和开裂为主要冲蚀及材料移除机制.结论 在气固两相流作用下,20G钢的冲蚀磨损过程符合典型的塑性材料冲蚀规律.颗粒冲击速度不会直接影响冲蚀机制,颗粒冲击能量的变化是影响冲蚀率的主要因素.建立了适用于天然气管道材料抗冲蚀性能对比和CFD冲蚀模型的冲蚀速率方程.

    冲蚀磨损20G钢冲蚀机理气固两相流冲蚀速率方程冲蚀试验

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    Si含量对激光熔覆FeCrNiCSix涂层组织结构及高温摩擦性能的影响

    龙海洋史海江卢冰文马汝成...
    62-70页
    查看更多>>摘要：目的 研究不同Si含量对Fe基涂层组织结构及高温摩擦磨损性能的影响规律,为延长高温环境下冶金部件的服役寿命提供技术支持.方法 选用铬粉、硅粉、镍粉、碳粉、铁粉(纯度均大于等于 99%),配制不同Si含量(质量分数分别为 5%、10%、15%)的FeCrNiCSix 粉末,在配制完成后使用行星球磨机混合粉末,采用激光熔覆技术制备不同Si含量(质量分数分别为 5%、10%、15%)的FeCrNiCSix涂层.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和其自带能谱仪(EDS)分析涂层的物相组成、显微组织和元素分布;利用维氏显微硬度计分析涂层的截面显微硬度分布规律;采用摩擦磨损试验机测试涂层在温度 500℃、载荷 200 N下的摩擦因数,称量磨损实验前后的质量差,计算磨损率;通过SEM观察磨痕形貌,分析涂层磨损机理.结果 质量分数为5%的Si涂层物相主要是γ-Fe和Fe-Cr固溶体,显微组织由树枝晶和等轴晶组成.质量分数为 10%、15%的Si涂层的物相主要为Fe3Si、Fe-Cr固溶体,显微组织主要由等轴晶组成.质量分数为5%、10%、15%的Si涂层的显微硬度分别为 301.3HV0.5、576.6HV0.5、598.5HV0.5,摩擦因数分别为 0.61、0.50、0.47,磨损率分别为 3.10×10-5、5.90×10-5、7.39×10-5 g/m.结论 随着涂层中Si含量的升高,涂层的摩擦因数降低,显微硬度和磨损率升高.其中,Fe3Si相的产生使得涂层的平均显微硬度提高,由于Fe3Si相的脆性较大,剥落程度较严重,导致涂层的磨损率上升.综合评判可知,质量分数为 10%的Si涂层的高温耐磨最优,其磨损形式为磨粒磨损.

    激光熔覆Fe-Cr-Si合金显微组织显微硬度高温磨损磨损机理

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    CeO2颗粒对7075铝合金微弧氧化膜生长行为及耐磨/耐蚀性能的影响

    詹中伟张骐刘小辉王帅星...
    71-82页
    查看更多>>摘要：目的 通过CeO2颗粒复合,进一步改善铝合金微弧氧化膜的耐磨和耐蚀性能.方法 在硅酸盐-磷酸盐电解液体系中加入CeO2颗粒,利用微弧氧化技术在 7075-T6 铝合金表面制备CeO2颗粒复合氧化膜;从氧化电压、放电行为及膜层厚度的变化规律探讨CeO2颗粒含量对微弧氧化膜生长过程的影响;通过扫描电子显微镜、动电位极化曲线、球-盘磨损试验等研究电解液中CeO2颗粒浓度对微弧氧化膜微观结构、耐磨性能和耐蚀性能的影响.结果 通过 CeO2 颗粒的复合,改变了铝合金微弧氧化成膜过程的能耗分布,加速了微弧氧化膜的放电击穿.CeO2 颗粒复合会使膜层的生长速率有所下降,但氧化膜的致密性、均匀性及膜基的结合强度得到明显改善.CeO2 颗粒主要以熔融和嵌合等方式存在于氧化膜中.相较于普通微弧氧化膜,复合膜的摩擦因数普遍降低了约0.2,比磨损率也更低,耐磨性更佳.此外,复合膜呈现出更好的耐腐蚀性,其自腐蚀电流密度至少下降了50%,且在模拟海水中浸泡2 000 h后腐蚀增重更小、腐蚀更轻微.在电解液中加入10 g/L的CeO2 颗粒时,所得复合膜的综合性能较佳.结论 CeO2 颗粒复合以熔融或嵌合的方式沉积到铝合金微弧氧化膜中,有效减少了膜层的微孔等缺陷,提高了膜层的致密性和硬度,改善了膜层的耐蚀性和耐磨性.

    7075-T6铝合金微弧氧化CeO2颗粒硬度耐磨性耐蚀性

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    NiAl复合涂层中强化相的形成机理及其对磨损性能的影响

    夏鹏成占庆威谢鲲曹梅青...
    83-93页
    查看更多>>摘要：目的 提高 NiAl 复合涂层的硬度,扩大它作为涂层材料在矿山机械和石油化工领域的应用范围.方法 TiC、TiB2 金属陶瓷颗粒具有较高的熔点、硬度、弹性模量及较好的化学稳定性,是一种优良的高温结构材料.采用等离子熔覆技术在Q235 低碳钢表面制备NiAl金属间化合物涂层和TiC-TiB2 强化NiAl复合涂层,研究涂层的微观组织结构、金属粉末反应热力学、TiC-TiB2 强化相的形成机理和涂层的摩擦行为.结果 涂层组织紧密、均匀,涂层与基体具有良好的冶金结合.NiAl涂层主要由NiAl、γ-(Fe,Ni)固溶体组成.复合涂层由NiAl、Ni3Al、γ-(Fe,Ni)、TiC和TiB2增强相组成.TiC相呈小块状,TiB2 相呈短棒状.粉末反应的热力学计算进一步证明了强化相TiC、TiB2 的形成.强化相的形成机理与原子扩散沉淀和晶体结构有关.与NiAl涂层相比,复合涂层的平均硬度从 416HV提高到525HV,摩擦因数和磨损失重(质量损失)从 0.68、0.376 g分别降至0.54、0.192 g.NiAl涂层磨损表面出现较多大且深的犁坑,NiAl复合涂层磨损表面较为平滑,只有少量浅犁沟.结论 TiC和TiB2主要通过溶解、扩散和沉淀析出方式形成.NiAl复合涂层具有高硬度、低摩擦因数和较少的磨损失重,具有优异的耐磨性能.在基体中弥散分布的小块状 TiC 颗粒和组织稳定性高的强化相有利于提高NiAl复合涂层的硬度和磨损性能.NiAl涂层的磨损机理主要为黏着磨损,复合涂层的磨损类型以磨粒磨损为主.

    NiAl复合涂层热力学计算强化相硬度磨损性能

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    纳米镍颗粒改性钛合金微弧氧化膜的摩擦性能

    唐明奇禹业帅辛畅冯在强...
    94-102页
    查看更多>>摘要：目的 基于微弧成膜机制形成的类陶瓷氧化膜层中存在大量孔洞、裂纹和凸起,使得膜层的致密性和耐磨性不够理想.通过在钛合金微弧氧化膜中引入镍,从而改善膜层的组织结构,提高膜层的抗磨性能.方法 利用不同含量纳米镍颗粒的碱性电解液,在TC4 钛合金表面制备微弧氧化膜层.利用SEM、EDS、XRD、XPS 对微弧氧化膜层的微观结构、截面形貌、相组成和元素组成进行分析,采用显微维氏硬度计和摩擦磨损试验机检测膜层的硬度和摩擦学性能.结果 纳米镍颗粒的引入,使得微弧氧化膜的厚度增加,提高了膜层的致密性.当纳米镍颗粒的加入量(质量浓度)为 2 g/L,且微弧氧化时间为 45 min时,膜层表面微孔分布均匀,凸起和微裂纹较少.微弧氧化膜主要由金红石相和锐钛矿相组成,进入膜层的Ni主要以NiO的形式存在.在添加 2 g/L纳米镍颗粒、微弧氧化时间为 45 min时,制备的膜层硬度为 452HV,抗磨性能表现最好,其摩擦因数一直稳定在 0.75 左右,抗磨性能相较于基础膜层提升了约 67%.结论 适当加入纳米镍颗粒及采用合理的微弧氧化时间能够减少膜层的微孔和微裂纹,进一步提高膜层的硬度和抗磨性能.

    钛合金微弧氧化纳米镍颗粒膜层摩擦性能

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    SnAgCu-Al2O3在不同织构角度下对TiNi润滑行为的影响

    熊亚辉林海波熊邦英杨慷...
    103-111页
    查看更多>>摘要：目的 研究高镍钛基合金(TiNi)的摩擦学性能以提高其使用精度和服役寿命.方法 以 TiNi 为研究对象,结合仿生学方法在 TiNi 表面设计并制备了鱼鳞状表面织构.随后将复合固体润滑剂 SnAgCu-Al2O3(S-A)均匀填充至织构,使用摩擦磨损测试仪对制备的样品进行摩擦实验.最后利用场发射扫描电子显微镜和三维表面形貌仪对磨痕表面进行表征,重点分析表面织构的角度参数对复合材料 SnAgCu-Al2O3/TiNi(S-A/TiNi)摩擦学性能的影响.结果 与TiNi相比,当表面织构的角度为 70°时,S-A/TiNi-70°的平均摩擦因数和磨损率分别降低约81.8%和 85.5%,其值分别约为 0.1 和1.2×10-13 m3/(N·m).结论 研究过程中发现,S-A/TiNi-70°试样表现的优异摩擦学性能依赖于S-A固体润滑膜的完整性,摩擦表面形成的固体润滑膜越连续其表面磨损越小.S-A/TiNi-70°试样优异的摩擦学性能主要归因于在表面织构角度为 70°时,织构凹槽中的 S-A 固体润滑剂相较于其他角度更容易流动.这导致织构凹槽中的润滑剂能够大量迁移到摩擦表面形成S-A固体润滑膜,从而减少了摩擦副和基体直接接触.

    S-A/TiNi摩擦学性能表面织构润滑行为固体润滑剂

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    光斑搭接率对激光清洗铝合金阳极氧化膜表面质量及耐磨性能的影响

    王蔚李晓旭刘伟军李相锦...
    112-125页
    查看更多>>摘要：目的 研究激光清洗铝合金表面阳极氧化膜后,光斑搭接率对基材表面质量及磨损性能的影响规律.方法 采用纳秒脉冲激光器清洗 7075 铝合金表面的阳极氧化膜,分析不同激光光斑搭接率(20%～60%)对材料表面形貌、元素含量、表面粗糙度、显微硬度、残余应力和耐磨性的影响,通过研究激光清洗后 7075铝合金的表面特征,探究激光光斑搭接率对铝合金表面耐磨性的影响规律.结果 随着光斑搭接率的减小,被清洗表面的显微硬度、粗糙度均呈现先减少后增大的趋势,残余应力呈现下降趋势.当光斑搭接率为46.7%～60%时,试样表面存在烧蚀形成的凹坑,导致粗糙度增大.当光斑搭接率为 20%时,氧元素的含量较高,氧化膜去除不完整,达不到清洗要求.当激光光斑搭接率为 33.3%时,激光清洗能够有效去除 7075 铝合金表面的阳极氧化膜,并会形成粗糙度较小、显微硬度较大的熔融热氧化层.结论 经不同光斑搭接率清洗后,清洗表面磨损机制主要以磨粒磨损和剥层磨损为主,在光斑搭接率为33.3%时,表面清洗效果较好,同时清洗后的表面生成的熔融热氧化层可以提高耐磨性,此时样件表面磨损量达到最低值,这为铝合金清洗后重新使用提供了可行性.

    激光清洗光斑搭接率阳极氧化膜表面质量耐磨性

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