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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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    C2H2流量对反应溅射石墨制备非晶碳膜层结构及性能影响研究

    刘京周鞠鹏飞周宏邢明秀...
    113-122页
    查看更多>>摘要：目的 研究反应溅射石墨制备非晶碳过程中乙炔流量变化对非晶碳微观结构、力学性能及摩擦学性能的影响规律.方法 通过在乙炔气氛中反应溅射石墨靶,调控乙炔流量,制备不同结构的非晶碳膜层,采用X射线光电子能谱仪、激光共聚焦拉曼光谱仪分析膜层的微观结构,采用纳米压痕仪表征膜层的力学性能,采用球盘式摩擦磨损试验机、白光干涉仪和光学显微镜表征膜层摩擦学性能.结果 通过反应溅射法制备了致密均匀的非晶碳,分析发现,所有薄膜表层均含有一定量O元素(原子数分数为 6.36%～13.86%).经Ar+刻蚀后,大部分膜层的O含量可降至1%以下;随着乙炔流量的增加,膜层的硬度(H)、弹性模量(E)和H3/E2均呈先增后减的趋势,在乙炔流量为 10 cm3/min时膜层的硬度和弹性模量达到最大值,分别为27.93、233.55 GPa;摩擦学性能测试结果显示,膜层的平均摩擦因数在0.09～0.11 之间,在启动阶段摩擦因数随着氢元素(H)含量的增加呈下降趋势,5 cm3/min试样的膜层的耐磨性最高、磨损量最小,其磨损量为0.72×10-16 m3/(N·m).结论 通过调节反应溅射石墨过程中乙炔的流量,可调控非晶碳中sp3/sp2、H含量,进而达到调控非晶碳力学性能、摩擦学性能的目的.

    乙炔反应溅射非晶碳微观结构力学性能摩擦学性能

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    高压隔膜泵单向阀阀隙流场的冲蚀磨损特性分析

    陈虹潮马军熊新李祥...
    123-131页
    查看更多>>摘要：目的 探究高压隔膜泵单向阀阀隙流场冲蚀磨损产生的原因及主要影响因素.方法 基于固液两相流基本理论和冲蚀模型,考虑颗粒保护效应及磨蚀效应,采用计算流体力学(CFD)方法模拟单向阀阀隙流场的冲蚀磨损行为,探究矿粉颗粒体积分数、颗粒粒径、单向阀半锥角、胶垫突出高度等参数对单向阀冲蚀磨损特性的影响.结果 矿粉颗粒紧贴阀芯壁面的剪切运动是造成阀芯发生冲蚀磨损失效的主要原因.当矿粉的体积分数由 0.1 增大到0.5 时,由冲蚀造成的最大冲蚀磨损速率随之减小,由磨蚀造成的平均冲蚀磨损速率随之增大.当矿粉粒径为 0.025～0.048 mm时,随着矿粉粒径的增大,平均冲蚀磨损速率随之增大.当矿粉粒径超过 0.048 mm时,平均冲蚀磨损速率逐渐减小.当单向阀半锥角由30°增大到45°时,阀隙流场的最大流速由12.23 m/s减小至 9.19 m/s,矿粉颗粒对阀芯壁面的最大冲蚀磨损速率减小了41.16%.阀隙流场的最大流速和冲蚀磨损速率随着胶垫突出高度h的增大而增大,同时位置也发生了相应变化.结论 矿粉颗粒体积分数的增加会加重粒子对阀芯壁面的损伤程度,随着粒径的增加,泵阀的最大冲蚀磨损速率先增大后减小,增大半锥角可以缓解颗粒对壁面的冲蚀磨损,增大胶垫突出高度会导致冲蚀磨损区域逐渐向胶垫突出位置集中.

    单向阀冲蚀磨损阀隙流场固液两相流数值模拟

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    特高压输电线路磁场对电力金具材料摩擦磨损的影响

    商利李新梅路国闯陈霸...
    132-141,209页
    查看更多>>摘要：目的 通过分析特高压直流线路工频磁场环境对电力金具材料磨损行为的影响,探究其磨损机理,为联接金具的磨损失效预测提供理论依据.方法 分析线路实际运行参数,计算工频磁场强度,采用自制电磁线圈与M-2000 型磨损试验机相结合,通过分组控制变量法研究额定工况下金具材料的磨损过程,以及不同磁场强度下材料的磨损行为.结果 在磁场环境中材料的磨损程度远小于无磁场情况下.在0～800 A/m范围内,随着磁场强度的增加,摩擦因数稍降低,质量损失量和磨损率呈下降趋势.在不同磁场强度下磨损试样均呈现越贴近摩擦接触表面区域其显微硬度越高,且随着纵深向后呈递减趋势.在无磁场情况下,磨损接触表面的犁沟较深,遍布锯齿型边缘的凹坑和山脊型微凸峰.在磁场环境中试样的接触表面和磨屑表面更加光滑平整,且氧含量明显升高.结论 在无磁场情况下,接触表面为严重的磨粒磨损和黏着磨损.在磁场环境中,磨损试样在短时间内经历了初期磨合阶段和磨损加剧阶段,从而加速过渡到稳定磨损阶段,由严重的磨粒磨损和黏着磨损加速向轻微磨损转变.稳定阶段的主要磨损机制为氧化磨损,并伴随着轻微的磨粒磨损、黏着磨损,以及两摩擦副与磨屑"阻隔层"之间的三体磨损.工频磁场环境对试样磨损起到了一定的减摩作用,磨损程度减轻.

    特高压输电线路磁场U型环摩擦磨损

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    基于热混合润滑的钢/橡胶接触表面水润滑增强调控

    李群刘晓玲郭峰周家傲...
    142-151,178页
    查看更多>>摘要：目的 增强钢/橡胶摩擦副的润滑性能,为提高混合润滑状态下水润滑轴承的性能提供参考.方法 建立水润滑条件下钢/橡胶摩擦副的热混合润滑模型,讨论热效应对润滑性能的影响,并在此基础上进一步研究表面粗糙度、水基润滑剂黏度和供水压力对水润滑增强调控的作用.结果 与等温解相比,热效应使Stribeck曲线发生了右移,摩擦因数和载荷比增大,膜厚比降低.最高水膜温度随着转速的增加而升高,热效应对混合润滑性能的影响显著.减小摩擦副表面粗糙度,Stribeck曲线向左移动.在相同转速下,载荷比随着表面粗糙度的减小而降低,膜厚比反之.表面粗糙度越大,水膜温度越高,最高温度位于出口区,且钢的表面温度低于水膜和橡胶的表面温度.当水基润滑剂的黏度增大时,膜厚比增大,载荷比和最高水膜温度降低,Stribeck曲线发生左移.增加供水压力可以改善水膜压力分布,使水膜承载区增大、压力减小,粗糙峰接触压力和承载区减小,导致载荷比减小、膜厚比增加,Stribeck曲线向左偏移,水膜最高温度降低.当接触区由边界润滑向混合润滑过渡时,水膜最高温度出现拐点,且水膜最高温度拐点随着供水压力的增加而左移.结论 热效应会降低摩擦副的混合润滑性能,因此在混合润滑中不能忽略.考虑热效应时,通过减小表面粗糙度,或增加水基润滑剂黏度和供水压力,均有利于增强钢/橡胶接触表面水润滑的混合润滑性能.

    水润滑热混合润滑粗糙度水基润滑剂供水压力Stribeck曲线

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    山地城市地铁牵引与制动工况下钢轨波磨成因对比研究

    崔晓璐尹越徐佳漆伟...
    152-161页
    查看更多>>摘要：目的 探究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因.方法 基于摩擦自激振动理论,结合山地城市地铁长大坡道区段现场调研,分别构建上坡牵引和下坡制动工况下车辆-轨道系统的动力学模型,对比研究长大坡道区段牵引与制动工况下车辆-轨道系统的动力学特性.分别构建对应区段的轮对-钢轨-牵引系统和轮对-钢轨-制动系统的有限元模型,并采用复特征值法对比研究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因.采用最小二乘法和粒子群算法提出抑制长大坡道区段钢轨波磨的车辆-轨道参数的最优解.结果 在轮对-钢轨-牵引系统中存在不稳定振动频率369.93 Hz,其复特征值实部为 19.36.在轮对-钢轨-制动系统中存在不稳定振动频率 443.92 Hz,其复特征值实部为4.970 5.结论 在牵引摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,在制动摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,分别是长大坡道牵引与制动区段钢轨波磨的主要诱因,且牵引区段发生的可能性高于制动区段.在制动工况下设置制动压力为 5 kN,在牵引工况下设置牵引运行速度为 80 km/h,并结合优化后的扣件参数,能有效抑制长大坡道区段钢轨波磨.

    钢轨波磨摩擦自激振动复特征值牵引工况制动工况山地城市地铁

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    飞秒激光加工参数对RB-SiC表面形貌的影响

    吴东江刘成杨峰牛方勇...
    162-169页
    查看更多>>摘要：目的 揭示飞秒激光加工参数对反应烧结碳化硅(Reaction-Bounded Silicon Carbide,RB-SiC)表面形貌的影响规律.方法 通过改变激光能量密度和有效脉冲数,研究 RB-SiC 表面烧蚀槽的形貌变化规律,确定飞秒激光加工RB-SiC的去除机理.采用扫描电镜、共聚焦显微镜、X射线能谱仪和拉曼光谱仪分析RB-SiC烧蚀前后的表面形貌演变行为.结果 激光能量密度在 0.62～10.48 J/cm2时,Si富集区域形成凹陷结构,SiC颗粒区域形成周期性结构(Laser-Induced Periodic Surface Structures,LIPSS),周期约为970 nm.随着激光能量密度的增加,凹陷结构扩大加深,表面球形纳米颗粒增多,烧蚀槽宽度呈对数增长.有效脉冲数在69～1 379,Si富集区域的去除量高于SiC颗粒区域的去除量.随着有效脉冲数增加,烧蚀槽深度显著加深,凹陷结构扩展成深坑结构,飞溅至烧蚀槽外侧的纳米颗粒聚集成团簇物,由 Si、SiC 和非晶态 SiO2 构成的沉积物在烧蚀槽边缘形成堆积层.结论 降低激光能量密度能够减少 RB-SiC 表面凹陷和纳米颗粒,有助于提升烧蚀形貌的一致性.增加有效脉冲数会促进烧蚀槽底部深坑结构的产生,进而扩大Si与SiC去除量之间的差异.

    飞秒激光RB-SiC烧蚀槽表面形貌激光能量密度有效脉冲数

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    Mo含量对激光熔覆CoCrFeNiW0.6Mox高熵合金涂层组织与性能的影响

    杨佳伟牛伟孙荣禄张连旺...
    170-178页
    查看更多>>摘要：目的 研究Mo含量的变化对激光熔覆CoCrFeNiW0.6 高熵合金涂层的影响.方法 使用RFL-C1000 光纤激光器,在 45钢基体表面制备CoCrFeNiW0.6Mox(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8)高熵合金涂层,并利用Leica DVM6 光学显微镜、扫描电镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)、能谱仪、显微硬度仪、电化学工作站对熔覆层的宏观形貌与稀释率、相结构、微观组织结构、硬度、耐腐蚀性能进行测试与分析.结果 加入Mo元素后,结合状态与表面形貌良好,当x=0～0.4时,涂层微观组织主要呈树枝晶形态,且晶粒逐渐变细.当x≥0.6 时,涂层表面开始有裂纹产生.随着Mo元素的添加,涂层逐渐析出σ相,晶粒尺寸逐渐减小.当x=0.8时,有共晶组织形成.涂层显微硬度随Mo元素的增加而增加,但由于x=0.8 时出现较多裂纹,裂纹的出现影响了涂层硬度,导致x=0.8 时的硬度减小.当x=0.6 时,涂层平均显微硬度最高,达到了 959.69HV0.3,约为CoCrFeNiW0.6涂层平均硬度的 20.32%.当x=0～0.6 时,涂层耐腐蚀性能随着Mo元素含量的增加逐渐提升.当x=0.8 时,耐腐蚀性能变差,其原因是裂纹的出现以及σ相的形成使得涂层耐腐蚀性变差.在x=0.6时,涂层耐腐蚀性能最好.结论 Mo元素的加入使得涂层微观组织出现σ相,同时有细化晶粒的作用,可以显著改善涂层的硬度以及耐腐蚀性.

    高熵合金激光熔覆涂层CoCrFeNiMo微观组织显微硬度耐腐蚀性能

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    Si含量对激光熔覆316L工艺及腐蚀性能的影响

    董刚尤涵潇毛凯军袁能军...
    179-190页
    查看更多>>摘要：目的 提高 316L不锈钢粉末中Si元素的含量来改变熔覆层的组织形貌,进而提高熔覆层的耐腐蚀性能.方法 采用激光共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、差重-热差测试对熔覆层试样的宏观形貌与微观结构组成进行表征.结果 随着Si含量的提升,激光熔覆层厚度增大,平均单层熔覆层厚度由 0.8%Si的700 μm熔高增大至1.2%Si的 800 μm与 1.6%Si的900 μm,分别增大了14%与 29%.其次,Si含量的提升能显著提升熔覆层的抗高温氧化性能,高温下氧化形成的SiO2 膜层能够有效阻碍O2 对熔池的氧化.TG测试结果表明,0.8%Si在高温下的平均氧化质量增量为 32%,而1.6%Si的氧化质量增量仅为 19%.同时,原位生成的纳米氧化硅颗粒使得熔覆层组织晶粒出现细化.最后,随着Si元素含量的提升,熔覆层的耐腐蚀性能得到显著提升.Si 元素形成的氧化膜层能有效阻碍腐蚀的进行,提升熔覆层的腐蚀性能.熔覆层自腐蚀电位正向偏移,腐蚀电流下降,同时熔覆层阻值提升.结论 随着Si元素的质量分数由0.8%提升至1.6%,熔覆层的工艺性能显著提升,熔覆层厚度增加,且高温抗氧化性能提升,同时熔覆层的耐腐蚀性能得到显著提高.

    激光熔覆316Si工艺性能腐蚀性能

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    Cr3C2对激光选区熔化316L合金组织及力学性能的影响

    斯松华郑孟勤徐震霖雷进...
    191-199页
    查看更多>>摘要：目的 研究添加Cr3C2颗粒对激光选区熔化 316L合金的硬度、强度及耐磨性能的影响.方法 采用激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制备316L合金及10%(质量分数)Cr3C2颗粒增强316L合金(Cr3C2/316L),通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、维氏显微硬度计、双立柱电子万能试验机和摩擦磨损试验机分别对2 组合金试样的组织结构、硬度、拉伸性能以及耐磨性能进行测试与分析.结果 316L合金主要由γ-Fe相组成,Cr3C2/316L合金中除γ-Fe相外,还存在Cr23C6和Cr3C2相.316L和Cr3C2/316L合金的显微组织均由柱状晶和等轴晶组成,Cr3C2/316L的组织中等轴晶比例增多,且组织产生了细化.Cr3C2/316L 合金的显微硬度为 327HV0.1,相比 316L 合金(265HV0.1)增加了 23%.Cr3C2/316L合金的屈服强度和抗拉强度分别为687 MPa和1 029 MPa,较316L合金均提高了约 50%.Cr3C2/316L合金的磨损率相比316L合金减小了 50%.结论 在SLM过程中,由于添加的 Cr3C2 颗粒在激光选区熔化 316L 合金过程中所产生的非自发形核和提高过冷度的作用,促使了 316L合金组织发生明显细化和等轴化.添加的Cr3C2 颗粒所产生的细晶强化、沉淀强化和固溶强化作用,使316L合金的硬度、强度和耐磨性都得到有效提升.

    激光选区熔化316LCr3C2显微组织拉伸性能耐磨性能

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    激光除漆对铝合金基材表面质量的影响

    李强赵子铭刘伟军卞宏友...
    200-209页
    查看更多>>摘要：目的 研究激光除漆后对铝合金基材表面阳极氧化膜的损伤情况.方法 采用纳秒脉冲激光器对涂覆复合漆层的2A12铝合金表面进行激光清洗试验.采用超景深显微镜对清洗后表面形貌与横截面进行观察,利用扫描电子显微镜与能谱仪观察清洗后的微观形貌,并利用维氏硬度计对表面显微硬度进行检测.结果 选择合适的激光参数能够完全除去复合漆层,当激光功率过高或激光扫描速度较低时,会发生过度清洗现象,清洗后表面的阳极氧化膜层发生损伤,甚至被去除的情况.在激光功率为450、400 W,扫描速度为 4.5 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层发生破损;在激光功率为 450、400 W,扫描速度为 4 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层已经被去除.在激光功率为 500 W,扫描速度为 5.5 mm/s,与激光功率为450 W,扫描速度为 5 mm/s时,完全去除复合漆层后的阳极氧化膜层表面的平均维氏硬度分别约为 211HV与 242HV,在工艺参数为 450 W、4.5 mm/s时,表面平均维氏硬度约为 168HV.结论 在激光除漆的过程中,采用合适的激光工艺参数彻底去除漆层后,铝合金表面阳极氧化膜层的显微硬度并未受到影响.在发生过度清洗时,铝合金表面的阳极氧化膜层会发生烧蚀损伤以及弹性振动剥离.

    脉冲激光铝合金激光除漆阳极氧化膜表面损伤表面硬度

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