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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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    无机薄膜组织结构及应力演化行为研究现状

    刘怀远李佳临魏龙君马东林...
    1-13页
    查看更多>>摘要：物理气相沉积技术制备的无机薄膜,其组织结构及残余应力会在储存或服役环境中自发地产生演化,进而使薄膜性能发生变化,最终影响薄膜的长期服役稳定性.首先从物理气相沉积技术制备薄膜的组织结构特征入手,介绍了无机薄膜应力的产生,发现薄膜的残余应力主要受薄膜非平衡生长后的亚稳态、薄膜与基体之间的晶格错配以及热膨胀系数差异的影响.之后论述了无机薄膜在生长过程中应力的演化规律,这个规律主要受薄膜的制备工艺影响,包括沉积速率、沉积气压、沉积温度以及基体偏压等.随后,重点综述了非平衡生长后的亚稳态金属薄膜、陶瓷薄膜及金属/陶瓷复合薄膜的组织结构、残余应力在储存或服役环境中的演化,以及薄膜性能变化行为的研究进展.针对无机薄膜在自然时效及人工时效过程中,其组织结构演变与应力释放的关系进行了总结和讨论,发现原子扩散是自然时效及人工时效过程中薄膜产生变化的主要途径.最后,对无机薄膜组织结构及应力演化行为的研究方法进行了展望.

    无机薄膜物理气相沉积技术时效应力演化稳定性

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    钛合金的渗氮工艺及机理研究进展

    李聪莫帆肖辉陈汪林...
    14-26页
    查看更多>>摘要：对钛合金的气体渗氮、真空渗氮、离子渗氮、激光渗氮、稀土催化渗氮、复合渗氮等工艺的研究现状进行了全面梳理,重点阐述了渗氮温度、渗氮时间、气压、氮含量、间歇周期、渗氮气氛、激光功率、扫描速度等工艺参数对钛合金渗氮层组织和性能的影响,详细分析了渗氮层显微组织的演变规律和性能提升的机理.最后,介绍了目前发展的新型钛合金渗氮工艺,总结了实际生产中钛合金各渗氮工艺的优缺点以及应用中存在的问题,并对未来钛合金渗氮工艺的发展方向进行了一定的展望,以期为钛合金渗氮层性能优化与表面强化技术的发展提供有益借鉴.

    钛合金渗氮工艺渗氮层工艺参数显微组织性能提升

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    钢结构表面光电阴极保护材料及其光阳极最新研究进展

    石廷阅杨晓红程馨刘聪...
    27-39页
    查看更多>>摘要：钢结构的腐蚀带来了巨大的经济损失和安全隐患.光电阴极保护是利用材料转换光辐射产生光电子,光生电子通过外接电路转移到金属表面并富集,使金属发生阴极极化,从而抑制腐蚀的技术,也是一种真正节能、环保的腐蚀防护技术.光电阴极保护材料存在可见光利用率低、光电转换效率不足、光阳极稳定性不良、很少与有机涂层联用等问题,这些问题成为制约光电阴极保护材料发展的突出问题.总结了近年来国内外改善光电阴极保护材料及其光阳极性能的最新策略和方法,重点评述了通过离子掺杂重构、敏化与共敏化、异质结工程和聚合物涂层联用等方式提升TiO2、ZnO、g-C3N4、BiVO4和聚合物基纳米材料光电转化效率的发展成果,评述了研究成果的贡献和影响,对钢结构的光生阴极保护可行性进行了论证,提出了材料防腐研究与应用中存在的问题、挑战和发展趋势,可为国内外半导体材料在光生阴极保护中的实际应用提供有价值的理论和技术参考.

    光电转换效率阴极保护光阳极掺杂重构异质结工程防腐涂层

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    地铁小半径曲线不同扣件区段钢轨波磨磨耗对比研究

    崔晓璐李靖晨尹越漆伟...
    40-49页
    查看更多>>摘要：目的 针对重庆地铁小半径曲线不同扣件区段钢轨波磨磨耗情况呈差异性问题,对科隆蛋扣件区段和DTVI2扣件区段的钢轨波磨开展对比研究.方法 首先,结合现场调研数据建立相应区段的轮对-钢轨-扣件系统有限元模型.然后,基于摩擦自激振动理论对比分析2种不同扣件区段轮轨系统的振动特性,基于摩擦功理论对比分析2种不同扣件区段轮轨系统的磨耗特性.最后,根据钢轨波磨的发展情况,分别给定2种扣件区段钢轨波磨的磨耗修正系数.结果 在科隆蛋区段轮轨发生摩擦自激振动的主频为486 Hz,DTVI2扣件区段轮轨系统发生摩擦自激振动的主频为496 Hz.另外,轮对通过1次,2种扣件区段钢轨表面的磨耗平均值分别为0.00075、0.00037 mm.在添加钢轨表面不平顺后,2种扣件区段的钢轨波磨磨耗增加率分别为33.3％、18.9％.结论 在小半径曲线路段轮轨系统的摩擦自激振动是诱发钢轨波磨的成因,车轮与钢轨间的相对滑动所产生的轮轨摩擦功将进一步导致钢轨磨耗.不同扣件区段轮轨系统振动响应的差异是导致钢轨磨耗差异的根本原因.此外,2种扣件区段钢轨表面的波磨不平顺会加剧轮轨系统的摩擦自激振动,同时轮轨间摩擦功增大导致钢轨磨耗增大.最后,给定科隆蛋扣件区段磨耗修正系数为1.10,DTVI2扣件区段磨耗修正系数为1.19,这为现场地铁线路中钢轨波磨的运营维护周期提供了参考.

    钢轨波磨振动特性磨耗特性科隆蛋扣件DTVI2扣件

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    γ射线辐照对PA66结构和摩擦学性能的影响

    欧阳杏张帆肖雨生覃冬...
    50-60页
    查看更多>>摘要：目的 研究辐照后PA66的分子结构和摩擦学性能变化情况,以及两者之间的联系.方法 采用凝胶含量测试、红外光谱测试、XPS测试分析、DSC测试分析等方法研究辐照前后PA66的分子结构变化情况,将辐照前后各剂量PA66以球-平面形式进行往复式摩擦磨损试验,对摩擦因数、磨损率及磨痕形貌进行分析,以研究辐照对PA66摩擦学性能的影响.结果 随着辐照剂量的增加,PA66凝胶的质量分数从1.31％增加到60.77％,辐照导致PA66表面含氧官能团含量增加,且在1000 kGy剂量下生成了羟基,同时材料结晶度整体随辐照剂量的增加而降低.经辐照后,PA66的摩擦因数从0.49逐渐增至0.615,磨损率从179.3×103μm3/(N·m)大幅增至2511.7×103μm3/(N·m).磨痕中央和边缘的磨损形式的变化趋势不同,磨痕中央始终为黏着形貌,磨痕边缘在剂量增大后从黏着形貌变化为沟壑状形貌.结论 PA66在γ射线辐照影响下主要发生分子链间的交联和表面氧化,分子间的交联和辐照破坏了材料内晶体的结构,导致材料的结晶度下降.同时,PA66交联使对磨副运动时剥落表面材料受到更大的阻力,导致材料在黏着和犁削过程的剥落体积更大,经辐照后PA66的摩擦因数上升、磨损率增大.

    PA66γ射线辐照分子结构摩擦磨损

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    沉积压力对石墨共溅射沉积(AlTiVCrNb)CxNy涂层结构及摩擦学性能的影响

    张英豪侯雪滨蔡海潮薛玉君...
    61-69,140页
    查看更多>>摘要：目的 研究不同沉积压力对磁控溅射(AlTiVCrNb)CxNy涂层微观结构及摩擦学性能的影响.方法 采用非平衡射频磁控溅射法制备(AlTiVCrNb)CxNy涂层,利用相关设备分析涂层成分、形貌、晶向结构及各元素的化学形态,进一步采用纳米压痕仪、往复滑动摩擦磨损试验机和白光干涉形貌仪,对涂层的硬度、弹性模量和摩擦磨损性能进行表征.结果 随着沉积压力的增大,(AlTiVCrNb)CxNy涂层表面形貌由分散柱状转变为花朵形柱状聚集,涂层截面形貌间隙度呈现先降低、后升高的趋势.在沉积压力为0.4 Pa时,涂层的致密性达到最优.(AlTiVCrNb)CxNy涂层的硬度和弹性模量随着沉积压力的增大,因受涂层中碳sp3键相对含量变化的影响,呈现出先升高、后降低的趋势,硬度最大值为21.23 GPa.在沉积压力为0.4 Pa、载荷为5 N时,涂层在摩擦磨损过程中因sp2团簇在对磨球表面形成质量较良好碳转移膜,(AlTiVCrNb)CxNy涂层的平均摩擦因数及磨损率达到最低,分别为0.261和0.69×10-6 mm3/(N·m).结论 沉积压力的变化对(AlTiVCrNb)CxNy涂层的微观结构、力学性能及摩擦学性能产生较大影响,通过石墨共溅射可以制备出结构组织优良、摩擦性能较优异的(AlTiVCrNb)CxNy涂层.

    磁控溅射沉积压力(AlTiVCrNb)CxNy涂层摩擦学性能

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    多孔含油聚酰亚胺润滑性能及其与氮化硅配副的摩擦磨损分析

    李颂华邓俊杰张丽秀王俊海...
    70-81页
    查看更多>>摘要：目的 探究多孔聚酰亚胺(PPI)对氮化硅(Si3N4)陶瓷材料的减摩润滑效果及其自润滑机理.方法 利用Retc球/盘摩擦磨损试验机在浸油和干摩擦条件下进行不同温度和载荷下的滑动摩擦磨损试验,通过泰勒粗糙度仪和3D激光共聚焦显微镜分析试样在不同润滑条件下的磨损机制与润滑机理.结果 浸油条件下的摩擦因数及磨损率要明显低于干摩擦条件下的摩擦因数及磨损率,且在试验时间内PPI含油试样保持润滑持续稳定.在滑动摩擦过程中,PPI含油试样由于温度和压力作用,PPI孔隙内的润滑油逐渐向试样表面移动,形成润滑油膜,使摩擦因数处于一个持续较低的状态,对PPI试样起到良好的润滑和保护作用.随着温度和载荷的增加,润滑油黏度及出油量发生变化导致润滑油膜的质量也发生变化,使PPI在浸油条件下的摩擦因数呈现波动的趋势.结论 适当的温度与载荷,有利于形成完整且稳定的润滑油膜,起到较好的润滑效果.因此,合理控制温度和载荷,可使PPI减摩润滑效果最佳,为其作为保持架材料在Si3N4全陶瓷轴承中润滑提供指导依据.

    多孔聚酰亚胺Si3N4润滑性能摩擦因数磨损率

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    调制周期对CrNx/TiAlSiN多层涂层抗冲蚀性的影响

    李花李刘合李多铎唐令...
    82-92,140页
    查看更多>>摘要：目的 在砂粒环境下,改善TiAlSiN硬质涂层于高角度下的抗冲蚀性能.方法 采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术,制备不同调制周期下的CrNx/TiAlSiN多层涂层.应用电子扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪和划痕仪对涂层的显微结构、物相组成、纳米硬度、弹性模量以及结合力进行分析,于冲蚀试验平台对涂层抗冲蚀性能进行评价(Al3O2砂粒平均粒径为50μm,冲蚀速度为30 m/s,角度为90°).结果 涂层结构致密,由面心立方结构c-(Ti,Al)N、c-Cr、c-CrN和六方h-Cr2N相构成.随着CrNx子层结构的引入,TiAlSiN子层对应的(220)取向逐渐消失,(111)衍射晶面逐渐呈现.随着调制周期减少,CrNx子层对应的h-Cr2N(300)和c-CrN(220)衍射峰强度表现出先逐渐降低、后缓慢增加的规律.涂层结合变化幅度不大,处于68～71 N.虽然纳米硬度和弹性模量逐渐下降,分别从(37.5±0.46)GPa和(339.92±1.85)GPa下降至(31.2±0.40)GPa和(267.50±7.98)GPa,但H/E韧性指标逐渐增加,从0.110增加至0.116.在最小调制周期下,涂层表现出最优抗冲蚀性能,其冲蚀速率仅TiAlSiN硬质涂层的1/5.结论 调制周期的减少增加了涂层界面数目,对扩展的裂纹起到了很好偏转作用,提升了涂层韧性,贡献了涂层抗冲蚀性能.在砂粒反复冲击作用下,于涂层中产生了交互作用的横纵裂纹,致使涂层以碎屑脆性剥落机制而失效,破坏特征表现为逐层剥落.

    电弧复合磁控多层涂层调制周期抗冲蚀性能损伤破坏

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    三气合采井下分层调控工具高速流体冲蚀研究

    唐洋向上赵鹏王杰...
    93-106页
    查看更多>>摘要：目的 针对三气合采复杂工况导致井下分层调控工具易冲蚀失效的问题,开展高速气固混合流体对该工具冲蚀规律研究,以获得其最优结构设计参数.方法 通过计算流体力学的方法建立了井下分层调控工具的三维冲蚀模型,并采用离散相模型描述了固相颗粒的运动轨迹.通过数值模拟分析,得到了井下分层调控工具的易冲蚀区域,并通过实验验证了不同结构参数和产量下的冲蚀破坏机理.结果 冲蚀磨损区域主要分布在笼套段底部、节流孔及其内壁面、笼套段与固定油嘴的过渡段、固定油嘴入口端、固定油嘴内壁面.随着固定油嘴入口角度增大,固定油嘴内壁面最大冲蚀率变化不大,过渡段和固定油嘴入口端最大冲蚀率先增大后减小再增大.随着笼套底部半径增大,笼套段底部最大冲蚀率处于较低水平且无明显变化,但节流孔及其内壁面最大冲蚀率逐渐增大.随着笼套式阀芯开度增大,节流孔及内壁面最大冲蚀率处于较低水平且无明显变化,过渡段及油嘴入口端最大冲蚀率在阀芯开度为60％时取得最大值.随着固相颗粒粒径以及质量流量的增大,节流孔及内壁面、过渡段和固定油嘴入口端最大冲蚀率呈增大趋势,笼套段底部和固定油嘴内壁面最大冲蚀率较低且无明显变化.结论 本研究结果揭示了高速高压气固两相流对两级节流结构的冲蚀破坏机理,在设计同类井下工具时,可选择固定油嘴进口角为25°～30°,笼套底部半径为25～30 mm,阀芯开度小于50％或大于70％.

    三气合采井下分层调控工具冲蚀失效机理数值分析计算流体力学天然气水合物

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    仿生犁铧耐磨性能仿真分析与试验研究

    李庆达刘明辉汪昊王屹峰...
    107-116页
    查看更多>>摘要：目的 解决传统犁铧耐磨性差、使用寿命短等问题.方法 以栉孔扇贝壳为仿生原型,对其表面几何特征进行提取,将棱纹几何结构特征应用于犁铧的设计.设计6种不同仿生棱纹方向及3种不同仿生棱纹间距的犁铧试样,建立离散元模型,分析土壤颗粒运动速度场以及犁铧耕作阻力图.结果 表面仿生结构设计改变了土壤颗粒的流动方向,减小了土壤堆积量,降低了所需牵引力,从而提高了耐磨性能.不同仿生棱纹方向犁铧试样中,F-1竖棱纹结构试样的平均耕作阻力最小,平均耕作阻力值为1681.73 N;不同仿生棱纹间距犁铧试样中,棱纹间距为5 mm的F-1-1仿生表面接触的土壤颗粒的运动速度分布和趋势最佳.通过田间试验得出,同种仿生棱纹方向结构设计下,棱纹间距为5 mm的F-1-1试样的耐磨性能最佳,相比传统犁铧试样磨损量减少17.25％.结论 合理改变表面仿生棱纹方向与间距设计可显著提高犁铧耐磨性,为仿生技术在农业机械方向上的应用提供参考.

    犁铧栉孔扇贝壳离散元仿生耐磨性能

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