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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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    球墨铸铁表面激光熔覆层的组织及耐腐蚀性能研究

    党钰钦李冬杰刘艳梅赵治伟...
    126-134,145页
    查看更多>>摘要：目的 解决用于乏燃料贮运的球墨铸铁筒体容器因内壁腐蚀导致服役寿命短的问题,提高球墨铸铁表面的硬度及耐腐蚀性能.方法 利用送粉式激光熔覆技术在球墨铸铁表面制备4 种不同组分的316L不锈钢、Ni625 合金、410L不锈钢及NJ30 合金熔覆层.采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪表征熔覆层的微观组织、物相组成、元素分布及腐蚀形貌.借助显微硬度计、电化学工作站测试熔覆层的显微硬度及耐腐蚀性能.结果 4 种合金熔覆层均成形质量良好,无裂纹及明显的气孔缺陷,并与基体形成了良好的冶金结合.熔覆层底部至顶部出现相似的组织形态,但晶粒尺寸存在较大的差异.316L、Ni625、410L及NJ30显微硬度显著高于基体,分别为基体的 1.74、1.92、2.35 及2.4 倍,熔覆层内部固溶体及硬质相的生成是提高硬度的显著因素.在3.5%的NaCl溶液中,4 种熔覆层的耐腐蚀性由好到差为 316L、Ni625、410L、NJ30.腐蚀形貌显示,316L及Ni625 熔覆层在电化学测试环境下具有良好的抗腐蚀性能.结论 316L及Ni625 合金熔覆层具有良好的综合性能,适用于提高大型球墨铸铁容器的表面改性.

    激光熔覆球墨铸铁Fe基Ni基耐腐蚀性能

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    不锈钢激光选区熔化单道成形表面介观模拟与实验验证

    李岩刘琪李亚杰李聚才...
    135-145页
    查看更多>>摘要：目的 为了获得不锈钢激光选区熔化单道成形质量好的加工参数,提高成形质量.方法 对于316L不锈钢材料的激光选区熔化(SLM)成形,采用离散元方法(DEM)构建颗粒随机分布的三维介观模型,采用流体体积法(VOF)动态追踪SLM成形过程熔池传热、流动和凝固等行为,该模拟考虑相变潜热、热物性参数随温度非线性变化、Marangoni效应,研究了温度梯度引起的表面张力和蒸汽反冲力等现象对熔池液态金属流动和凝固的影响,并对不同激光参数和扫描速度对熔池温度场和内部流动的影响规律进行了分析.结果 当激光功率为150 W、扫描速度为400 mm/s时,激光能使不锈钢粉末充分熔化,凝固后的轨迹形貌连续光滑.通过提高激光扫描速度和降低激光功率使得热输入减小,熔道表面成形出现球化等缺陷.结论 通过单道成形实验观察和分析熔池与熔道的三维尺寸与形貌,有效验证了数值模拟的正确性,较好地预测出SLM过程中的缺陷种类,为深入理解SLM过程中的复杂物理现象和优化工艺参数提供了参考.

    激光选区熔化熔池流动316L不锈钢介观模拟单道

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    基于CFD-DEM的激光熔覆粉末利用率仿真分析

    范红丽齐海波张钊韩日宏...
    146-156页
    查看更多>>摘要：目的 为准确描述激光熔覆过程中粉末与粉末、送粉管、基板之间存在碰撞的事实,提高粉末利用率,探究送粉量、载气量和保护气量对粉末利用率的影响规律及原因.方法 首先,基于FLUENT有限元分析软件和EDEM离散元分析软件建立基于CFD-DEM的激光熔覆三维耦合模型,对粉末流从喷嘴喷射到达熔池的全过程进行气固两相流模拟仿真;然后,采用正交方差分析法确定送粉量、载气量和保护气量对粉末利用率的影响规律;最后,利用粉末收集试验和单道激光熔覆试验验证模型的可靠性及准确性.结果 粉末利用率方差分析结果表明,送粉量、载气量和保护气量的显著性差异评价量 F 值分别为 169.079、114.317、50.153;粉末利用率随送粉量、载气量和保护气量的增大均先提高后降低;在送粉电压18 V、载气量15 L/min、保护气量 10 L/min和送粉电压 14 V、载气量11 L/min、保护气量 8 L/min 2 种极端工况下进行粉末收集试验,模拟值与试验值误差分别为 4.03%、4.54%;在激光功率1 100 W、扫描速度5 mm/s下进行单道激光熔覆试验,模拟值与试验值误差分别为 16.13%和 16.50%,说明该模型准确可靠.结论 送粉量对粉末利用率的影响最大,载气量次之,保护气量影响最小;获取较高粉末利用率的最优组合参数为送粉电压 16 V、载气量13 L/min、保护气量 10 L/min.

    激光熔覆粉末利用率CFD-DEM碰撞工艺参数模拟仿真

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    高频电源与活性屏离子渗氮对表面纳米化TC4钛合金渗氮层结合力的影响

    高鸿文凯张乘玮高岩...
    157-169页
    查看更多>>摘要：目的 评估高频电源对喷丸纳米化TC4 钛合金离子渗氮层结合力的影响,进一步探究在高频电源+活性屏工艺组合上,渗氮参数优化对渗氮层结合力的影响.方法 选取直流电源-500℃-20 h-300 Pa离子渗氮试样与高频电源-500℃-20 h-200 Pa离子渗氮试样,分别进行XRD、扫描电镜和划痕试验,对结构、形貌与结合力分析.在高频电源基础上,进一步选取活性屏优化前、后参数的渗氮试样进行结构、形貌和结合力对比.结果 通过划痕测试发现,高频电源渗氮层的声信号平稳,划痕无剥落,渗氮层摩擦力信号突增的载荷值有一定提升.在高频电源+活性屏工艺组合下,优化后渗氮试样的TiN和Ti2N层厚度比优化前渗氮试样的厚度明显增加.声信号上表现为更平稳及无明显突变,且优化后试样的渗氮层摩擦力信号突增的载荷值较优化前均增加.结论 高频电源抑制了传统直流电源渗氮过程中的打弧现象,缓解了渗氮层内部的热应力聚集,提高了渗氮层的表面性能,对渗氮层载荷承受力和结合力有一定的提升作用.在高频电源与活性屏组合工艺下,优化后渗氮试样的渗氮动力学条件更好,Ti2N层厚度显著增加,提高了基体中氮扩散层的性能.同时,Ti2N厚度的增加可以减缓TiN层与基体的成分与性能的突变,从而提升渗氮层与基体的结合力.

    TC4钛合金活性屏离子渗氮高频电源表面纳米化结合力

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    离子后氧化对渗氮层结构与性能的调控

    倪嘉麻恒于民华胡静...
    170-175页
    查看更多>>摘要：目的 调控离子渗氮层的结构和性能,获得少无化合物层且满足需求厚度的有效硬化层,同时具有良好的韧性和耐蚀性的离子渗层.方法 将 42CrMo4钢在温度500℃下离子渗氮5 h后,再进行不同工艺条件下的后氧化处理.通过调整后氧化的实验参数,探索它们对渗氮层结构和性能的影响规律.使用金相显微镜、XRD衍射仪、维氏显微硬度计及电化学工作站分析截面渗层结构、物相、硬度、韧性和耐蚀性.结果 在相同的离子渗氮条件(500℃,5 h)下,随着后氧化的温度和时间的改变,离子渗氮形成的化合物层逐渐分解,化合层的厚度逐渐减小,可由9.41 μm减薄至 3.62 μm;经离子渗氮+后氧化处理后,形成的有效硬化层的厚度和表面硬度相较于常规离子渗氮有所提高,其中有效硬化层的厚度由300 μm增至 378 μm,截面最高硬度由 765HV0.05 增至 825HV0.05;渗层表面形成由Fe3O4、Fe2O3 组成的氧化膜,提高了其耐蚀性,自腐蚀电位由-658.72 mV提升至-429.23 mV.结论 42CrMo4 钢经过离子渗氮及后氧化处理后,化合物层显著减薄,有效硬化层显著增厚,且截面硬度、韧性和耐蚀性等指标均得到改善,在后氧化工艺参数为 400℃、2 h时获得了最优的综合性能,包括硬度、韧性、耐蚀性.

    42CrMo4钢离子渗氮离子后氧化硬度韧性耐蚀性

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    基于回归分析的Mar M247镍基高温合金喷砂工艺预测与优化

    骆晓雨方伦彬袁小虎乔翔...
    176-185,195页
    查看更多>>摘要：目的 针对燃机叶片用Mar M247镍基高温合金,建立多因素喷砂工艺的高精度预测模型,筛选出粗糙度较高而夹砂率较低的工艺组合.方法 采用国产精工自动化精控喷砂系统制备试样.使用便携式表面粗糙度仪、激光显微镜和扫描电子显微镜进行检测.基于数理统计的分析方法,建立喷砂工艺与表面质量之间的函数关系.结果 当喷砂角度从30°增至90°时,粗糙度和夹砂率都单调递增,且夹砂率在低角度(30°～60°)比在高角度(60°～90°)增加的速率更高.喷枪移动速度从1 mm/s增至20 mm/s,粗糙度呈现先减少后增加再减少的趋势;夹砂率呈现先增加后减少的趋势.对于粗糙度,线性回归模型的预测误差率为5.97%,多项式回归模型的预测误差率为 5.15%;对于夹砂率,线性回归模型的预测误差率为 5.76%,多项式回归模型的预测误差率为 3.08%.结论 基于现有的数据,采用多项式和线性 2 种回归模型进行预测,多项式回归模型的预测精度比线性回归模型更高.结合现有的数据和多项式回归模型的预测数据得出了最佳工艺范围,喷砂压力为 0.2～0.3 MPa,喷砂角度为 45°～60°,喷枪移动速度为 15～20 mm/s.在该条件下,得到了较高的粗糙度和较低的夹砂率,有利于获得高的涂层/基材界面结合强度.

    镍基高温合金喷砂工艺表面质量数理统计回归分析工艺预测

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    基于DEM-FEM耦合模型的质量流量对喷丸强化效果的影响

    侯宏禹张闯裴悦涵陈岩...
    186-195页
    查看更多>>摘要：目的 提出一种将有限元(FEM)与离散元(DEM)相耦合的新方法,即通过定义关键字的方式在ABAQUS软件内实现DEM-FEM耦合功能,并应用此方法建立喷丸强化模型.方法 将弹丸视为等直径刚体,利用刚体动力学模拟弹丸-弹丸和弹丸-靶材之间相互作用以及整个弹丸流.通过建立的DEM-FEM耦合喷丸强化模型研究质量流量对残余应力场和表面粗糙度的影响.结果 质量流量对喷丸强化效果有显著影响,最大残余应力随质量流量的增加而减小,由 2 kg/min时的-596.77 MPa下降到6 kg/min时的-581.91 MPa;表面残余应力随质量流量的增加先增大后减小,由2 kg/min时的-420.86 MPa增大到4 kg/min时的472.06 MPa,随后减小到6 kg/min时的-450.50 MPa;表面粗糙度Ra随质量流量的增加减小,由 2 kg/min时的11.21 μm减小到6 kg/min时的 9.82 μm.设计了喷丸强化实验,对质量流量2 kg/min的结果进行了验证.结论 实测值与模拟值吻合较好,所建立的模型可以准确反映实际喷丸强化过程.质量流量对喷丸强化效果具有显著影响.

    喷丸DEM-FEM耦合质量流量最大残余应力表面残余应力粗糙度

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    Cu过渡层对冷喷涂CuCrZr涂层性能的影响

    王博余敏吕培源陈辉...
    196-201页
    查看更多>>摘要：目的 针对冷喷涂CuCrZr涂层与CuCrZr板材在界面处的开裂问题,采用Cu涂层为过渡层,并探究Cu 过渡层对 CuCrZr 涂层组织及性能的影响.方法 采用高压氮气为工作气体,使用冷喷涂技术在 CuCrZr基板上先制备一层Cu涂层打底,再继续喷涂多层CuCrZr涂层.通过金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和激光热导仪,对涂层的组织和性能进行表征.结果 Cu+CuCrZr涂层与基板界面结合良好,涂层的孔隙率约为 0.624%,CuCrZr颗粒的扁平率为(43.62±4.54)%.Cu涂层的平均硬度约为 153HV,冷喷涂 CuCrZr涂层的平均硬度约为173HV.采用Cu涂层打底获得的CuCrZr涂层的热导率随温度的升高而升高,在 500℃时与基体相当.结论 Cu过渡层促进颗粒与基体之间发生良好结合,有效防止CuCrZr涂层与CuCrZr板材开裂.采用Cu+CuCrZr涂层能满足CuCrZr结晶器力学与导热性能的要求.

    CuCrZr结晶器冷喷涂Cu过渡层导热性能

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    枪基距对悬浮液等离子喷涂YSZ组织结构的影响

    刘保侠张盟周绪强牛云松...
    202-207,217页
    查看更多>>摘要：目的 研究三电极悬浮液等离子喷涂不同枪基距对涂层组织结构的影响.方法 在DZ411 高温合金表面制备铂铝涂层后,配制纳米氧化钇稳定氧化锆悬浮液,采用AXIAL Ⅲ型悬浮液等离子喷涂设备,高能喷涂 8YSZ热障涂层,探索不同枪基距对热障涂层组织结构的影响规律.采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪,分析YSZ沉积态和退火态陶瓷涂层的组织结构.结果 喷涂所得的YSZ热障涂层呈花菜状,涂层均为非平衡t'相微纳米组织结构.随着喷枪与基体之间的距离增加,所获涂层的结晶度较好,粗糙度逐渐提高,菜花状颗粒尺度逐渐增大,涂层内部孔洞数量逐渐增加.涂层在 1 100℃退火后,出现不同程度的剥落、界面剥离以及横纵向裂纹搭接的现象.仅枪基距为 105 mm的YSZ涂层孔洞数量最多,且退火后并未出现明显的涂层剥离现象.结论 利用三电极等离子喷涂纳米YSZ悬浮液获得花菜状热障涂层,探讨了枪基距的不同对涂层组织结构的影响,涂层厚度的增加使得涂层结晶程度增加、孔隙高、裂纹少,且膜基界面的热稳定性好.

    悬浮液等离子喷涂热障涂层花菜状枪基距

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    基于数据挖掘技术的燃机透平叶片热障涂层孔隙率预测及力学性能研究

    王伟袭晟堃巩秀芳聂丽萍...
    208-217页
    查看更多>>摘要：目的 预测燃机透平叶片热障涂层孔隙率,加速热障涂层的研发及工艺优化,解决传统实验方法效率低、成本高的问题,为重型燃气轮机热障涂层研发及工业实际生产中的具体工艺参数调控提供一定指导.方法 采用 MATLAB 图像二值化处理技术计算陶瓷层的孔隙率数据,训练机器学习模型,预测不同工艺参数下热障涂层陶瓷层的孔隙率,并通过实验验证测试涂层的硬度和孔隙率.结果 Gradient Boosting Regression模型能够实现对热障涂层孔隙率的准确预测,喷涂功率、送粉率和喷涂距离对孔隙率的影响较大.机器学习具有一定的外延性,模型的R值(Related Coefficient,R)由 0.834 4 提高到0.943 0,R2 值(Square of Related Coefficient,R2)从 0.696 2 提高到0.889 2,而MAE的值(Mean Absolute Error,MAE)从 1.344 0降低到1.039 4,RMSE值(Root Mean Squared Error,RMSE)由1.881 0减少到 1.712 8.随孔隙率的降低,等离子喷涂8YSZ陶瓷涂层的硬度由 3.98 GPa增加到5.54 GPa,弹性模量由 62.36 GPa提高到84.30 GPa.该模型准确预测了不同工艺下的涂层孔隙率.结论 喷涂功率、送粉率和喷涂距离决定了热障涂层的孔隙率,热障涂层的孔隙率与其硬度和弹性模量息息相关.本工作利用机器学习准确预测了不同工艺下的涂层孔隙率,证明机器学习算法在重型燃气轮机透平叶片热障涂层研发、工艺优化及生产中具有一定的应用前景.

    燃气轮机热障涂层孔隙率数据挖掘机器学习

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