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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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    活性炭疏水/超疏水改性技术研究进展

    庄怡凡刘星宇花颢轩苏一凡...
    1-17页
    查看更多>>摘要：活性炭具有丰富的孔隙结构和表面官能团,广泛用于吸附污染环境中的各种有机物.由于活性炭表面富含亲水官能团,在潮湿环境下将优先吸附水分子,从而大幅度降低了对目标有机物的吸附容量,因此如何改善活性炭的防潮防水性能是其应用过程中亟待解决的问题.大量研究表明,活性炭经疏水/超疏水改性后,可有效隔绝水汽,显著提高其防潮、防水性能,这种特殊性能使疏水/超疏水活性炭在诸多领域都有着极高的应用前景和市场价值.基于活性炭的吸附机理,从活性炭的物理结构和表面化学性质 2 个角度出发,概述了活性炭的来源和形貌,着重介绍了不同的疏水/超疏水改性技术,包括高温加热处理、负载金属氧化物、有机分子改性、有机硅涂层、有机无机复合超疏水涂层的改性制备方法及相应的优缺点,并在此基础上分析了不同改性技术对活性炭的防潮、防水能力及吸附目标有机物的影响.进一步讨论了疏水/超疏水活性炭在不同领域(例如废水处理、废气处理及电化学催化等)的实际应用效果,并指出了现有技术存在的局限性,最后对活性炭的发展进行了展望.

    活性炭有机物吸附超疏水防潮防水

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    离子注渗复合表面改性技术研究进展

    赵燕春何瑞芳张斌王欣...
    18-30页
    查看更多>>摘要：综合国内外研究现状,目前针对离子注渗复合表面改性技术已开展了大量的研究工作,然而还缺少对其进行系统介绍的研究报道.首先,对离子渗技术(离子渗氮、离子渗碳和离子渗硫)、离子注入技术(氮离子注入、碳离子注入和金属离子注入)和离子注渗复合技术的原理进行了介绍.其次,对上述表面改性技术的研究进展进行了综述和总结.最后,针对目前离子注渗复合技术的不足之处,从改善硬件设备、强化作用机理、系统研究复合处理工艺和促进其工业化应用等方面进行解决,提出要充分利用注渗和镀膜技术复合的优势来实现材料结构功能一体化,推动多相复合强化技术的研究与开发,为工业化应用奠定理论基础.

    材料失效离子渗技术离子注入技术离子注渗复合技术

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    石墨烯对聚脲脂高温流变和摩擦学性能的影响

    李林燃刘豪余来贵张玉娟...
    31-40页
    查看更多>>摘要：目的 保证轴承体系的安全性和可靠性,研究轴承润滑脂在不同工作温度下的摩擦学性能和流变学性能.方法 用机械剥离法制备的石墨烯作为聚脲脂的润滑添加剂,通过四球摩擦试验机、旋转流变仪,研究石墨烯在不同工作温度下对聚脲润滑脂流变行为和摩擦学性能的影响,并通过三维轮廓仪、扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对磨斑形貌和结构进行分析.结果 添加石墨烯润滑添加剂使聚脲润滑脂的高温硬化现象明显改善,同时提高了聚脲润滑脂的结构稳定性和抗剪切能力.工作温度为 75、150℃时,与空白聚脲润滑脂相比,含 1.0%(质量分数)石墨烯的聚脲润滑脂润滑下的轴承钢摩擦副的摩擦系数和磨斑直径分别降低49%、20%和10%、20%.随着工作温度的升高,含石墨烯的聚脲润滑脂样品在钢滑动表面形成的沉积膜的结构有序化碳的含量稍有下降,但与空白聚脲润滑脂相比,石墨烯-聚脲润滑脂沉积膜的结构有序化碳含量高得多.结论 结构有序化碳的形成对提高基础脂的减摩抗磨性能起至关重要的作用,石墨烯润滑添加剂还可以有效改善聚脲润滑脂的高温硬化性能、胶体稳定性以及稠化剂的结构稳定性.

    聚脲润滑脂石墨烯减摩抗磨流变学性能高温

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    科隆蛋扣件区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果研究

    崔晓璐张洪伟徐佳徐晓天...
    41-51页
    查看更多>>摘要：目的 研究科隆蛋区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果.方法 首先,结合现场建立轮对-钢轨-吸振器系统的有限元模型.然后,基于摩擦自激振动理论,采用复特征值法与瞬时动态法对单重和双重钢轨吸振器的抑制效果进行对比.进而,采用谐响应分析探究双重钢轨吸振器对钢轨波磨抑制效果提高的原理.最后,对双重钢轨吸振器的关键连接参数进行参数化分析,基于最小二乘法对其进行多参数拟合求最优解.结果 轮轨系统有 3 个不稳定振动频率 228.57、480.97、1 181.60 Hz,单重钢轨吸振器对其的抑制效果分别达到了15.20%、100%、20.19%,双重钢轨吸振器对其的抑制效果达到了15.20%、100%、100%.双重钢轨吸振器调谐频率分别为 183.64、473.62 Hz.对比参数优化前后,经过优化连接参数后的轮对-钢轨-吸振器系统的复特征值实部较小,为 33.683.结论 双重钢轨吸振器因其 2 个调谐频率能更好地抑制轮轨系统的多个不稳定振动频率,从而对钢轨波磨的抑制效果更好.减小连接刚度和增大连接阻尼能提高其对钢轨波磨的抑制效果.当双重钢轨吸振器的下质量块垂向刚度为 22.7×107 N/m、上下质量块垂向刚度为 1.856×107 N/m、连接阻尼为 6 N·s/m时,能有效地抑制科隆蛋扣件区段钢轨波磨的产生.

    钢轨波磨摩擦自激振动双重钢轨吸振器科隆蛋扣件参数优化抑制效果

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    氮流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响

    张丽红张斌高凯雄于元烈...
    52-59页
    查看更多>>摘要：目的 研究磁控溅射过程氮气(N2)流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响,为设计新型结构hBN薄膜提供新思路.方法 利用中频电源磁控溅射硼靶,调节不同N2流量(6、12、18、24、30、36 mL/min),沉积4 h后得到hBN薄膜,使用表征工具分析N2 流量对hBN薄膜的组成、微观结构、表面形貌以及力学性能的影响.最后使用透射电子显微镜和选区电子衍射对所制备薄膜的纳米晶粒尺寸和晶体点阵结构进行分析.结果 XRD结果显示,薄膜物相主要为hBN.XPS结果说明,所制备薄膜为富硼hBN薄膜.薄膜的硬度和弹性模量随N2引入量的增加呈现先下降、后上升的趋势,最大硬度可达7.21 GPa,对应弹性模量为116.78 GPa.薄膜最低的硬度值为 1.2 GPa,弹性模量为32.68 GPa.薄膜弹性破坏应变(H/E*)和塑性变形抗力(H3/E*2)随N2引入量的增加也呈现先上升、后下降的趋势,硬度最高薄膜对应的H/E*值为6.414×10-2,H3/E*2值为29.27×10-3 GPa,最低硬度值对应的H/E*值为3.819×10-2,H3/E*2值为1.77×10-3 GPa.透射结果显示,当N2引入量从6 mL/min逐渐增加到36 mL/min时,薄膜微观结构由结晶较差的卷曲结构过渡到局部纳米晶结构,最后形成结晶性较好的卷曲结构,并再次证明所制备薄膜为hBN.结论 在中频磁控溅射沉积hBN薄膜时,通过调整N2流量可以有效调节薄膜的特殊组成,使结构发生转变,进而影响薄膜的力学性能.

    hBN薄膜B靶N2流量力学性能卷曲结构

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    煤油流量对HVOF喷涂FeCrMoSi-Ti3SiC2涂层高温摩擦磨损性能的影响

    何陶刘侠张世宏常诚...
    60-68页
    查看更多>>摘要：目的 提高燃煤锅炉四管的耐磨性能.方法 使用喷雾造粒技术制备FeCrMoSi/Ti3SiC2复合粉末,并利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在12CrMoV基体上制备煤油流量分别为26、28、30、32 L/h的复合涂层.使用 X 射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)、Raman、维氏显微硬度计和摩擦磨损试验机研究 FeCrMoSi/Ti3SiC2 粉末及其涂层相组成、组织结构,检测涂层的力学性能,并对涂层在800℃下的摩擦学性能和磨损机理进行系统分析.结果 粉末物相主要由Ti3SiC2、Fe-Cr和TiC组成,涂层的物相与粉末类似,但是新产生了 SiC 相,且随着煤油流量的升高,Ti3SiC2 物相逐渐分解.当煤油流量为30、32 L/h时,涂层内Ti3SiC2物相大量分解.涂层的硬度和断裂韧性随着煤油流量的升高表现出先升高、后降低的趋势,孔隙率和磨损率呈现先减小、后增大的趋势.当煤油流量为 28 L/h时,涂层磨损率最低,约为5.44×10-15 m3/(N·m).结论 煤油流量为28 L/h时,涂层表面生成的SiO2、TiO2和Fe2O3 等氧化物均匀分布在磨痕和对偶球表面,有效阻挡了对偶球和涂层的直接接触,使得涂层显示出最优异的摩擦学性能.涂层的主要磨损机制为氧化磨损和黏着磨损.

    FeCrMoSi/Ti3SiC2复合涂层超音速火焰喷涂煤油油量显微组织高温磨损氧化层

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    TC4 钛合金表面超音速火焰喷涂防护涂层及其摩擦学性能研究

    刘畅张春晖杜鹏程许建亮...
    69-77页
    查看更多>>摘要：目的 改善钛合金零部件之间因相对滑动造成的磨损,提升钛合金零部件的使用寿命.方法 采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在TC4 钛合金表面上制备Cr3C2-NiCr、Ni50和NiCr涂层.采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等分析涂层的显微结构及力学性能,采用多功能摩擦磨损试验机及白光共焦三维形貌仪测试和分析不同涂层与TC4 钛合金在干摩擦条件下的摩擦学性能.结果 Ni50和NiCr涂层的硬度分别为 680HV0.3和 438HV0.3,低于Cr3C2-NiCr涂层硬度 1 120HV0.3.在高载荷作用下,由于Ni50 和NiCr涂层的硬度较低,导致其颗粒界面出现裂纹,断裂韧性测试表现低于Cr3C2-NiCr涂层.3 种涂层的摩擦系数及波动均大于TC4 钛合金基材.Cr3C2-NiCr涂层对TC4 的切削和NiCr涂层对TC4 的黏着导致了TC4 对磨副的严重磨损.中等硬度的Ni50 涂层对TC4 的切削和黏着作用分别弱于Cr3C2-NiCr和NiCr涂层,TC4 对磨副的磨损损失最低.结论 采用超音速火焰喷涂技术制备Ni50 涂层可以降低TC4 钛合金基体和摩擦副的黏着磨损损失,本研究为钛合金表面耐磨涂层的设计和提高钛合金零部件间的摩擦性能提供了一种可行的方案.

    HVOFTC4钛合金Cr3C2-NiCr涂层Ni50涂层断裂韧性摩擦学性能

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    空心阴极放电复合稀土氧化物对Ti6Al4V合金离子渗氮组织及性能的影响

    陈赛男董志宏鲍泽斌
    78-84,107页
    查看更多>>摘要：目的 改善Ti6Al4V合金的耐磨和耐蚀性能,探究辅助渗氮手段的引入对Ti6Al4V合金离子渗氮组织和性能的影响.方法 利用空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge,HCD)及稀土氧化物(Y2O3 纳米颗粒)辅助在720℃对Ti6Al4V合金进行4 h离子渗氮处理.通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、往复式摩擦磨损实验仪以及电化学工作站,对比研究常规离子渗氮、HCD 辅助离子渗氮以及HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮3 种条件下Ti6Al4V合金的渗氮组织和性能.结果 HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮条件下,Ti6Al4V合金表面生成约126 μm厚的渗氮层,分别是常规离子渗氮条件和HCD辅助离子渗氮条件的3.1、2.4倍.化合物层中,TiN含量显著增加,渗氮层表面硬度达到1 067.9HV0.05.渗氮层整体硬度明显提高,且硬度梯度降低.Ti6Al4V合金的摩擦系数从常规离子渗氮时的 0.4 降至 0.2.同时,TiN含量的提高,使Ti6Al4V合金在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流降低,极化电阻增大,耐蚀性能得到改善.结论 HCD复合Y2O3辅助可显著提高氮势,促进氮向Ti6Al4V合金内快速扩散,提高合金的硬度,改善合金的耐磨性能和耐蚀性能.

    离子渗氮空心阴极放电稀土氧化物Ti6Al4V摩擦磨损渗氮层

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    激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的微纳压痕尺寸效应

    付子聪杨诗婷田宪会郎风超...
    85-95页
    查看更多>>摘要：目的 研究不同状态激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的纳米压痕尺寸效应.方法 对原始态合金分别进行600、700、800、900℃退火处理,利用扫描电子显微镜观察原始态和4 种退火态合金的显微组织.基于纳米压痕技术测量原始态及4种退火态合金的纳米硬度和弹性模量.基于比例试样阻力模型、Nix-Gao模型和Meyer 定律对纳米硬度进行函数拟合.结果 随着退火温度的升高,原始态组织从魏氏体逐渐演变为网篮组织.5种形态的Ti-6Al-4V合金的硬度和弹性模量均出现随压入深度的增加而减小的现象,表现出典型的压痕尺寸效应,基于试验测得的原始态及4种退火态合金的纳米硬度分别为3.66、4.36、3.96、3.88、4.77 GPa,弹性模量分别为113.1、125.2、102.1、100.3、108.7 GPa;基于比例试样阻力模型计算的纳米硬度分别为3.53、4.34、3.92、3.52、4.04 GPa;基于Nix-Gao模型计算的纳米硬度分别为3.68、3.94、4.07、3.85、4.47 GPa;基于Meyer定律拟合出的迈耶指数分别为 1.75、1.86、1.82、1.80、1.81,均小于 2,均表现为正压痕尺寸效应.结论 激光选区熔化 Ti-6Al-4V 合金的硬度及弹性模量均有典型的压痕尺寸效应;3 种模型均能较好地描述原始态和退火态合金的压痕尺寸效应,Nix-Gao模型直接建立了纳米硬度和压痕深度的关系,其拟合结果更接近于试验结果,计算的硬度值也最为准确.

    激光选区熔化退火处理纳米压痕尺寸效应Ti-6Al-4V合金Nix-Gao模型

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    42CrMo钢表面激光熔覆钴基金刚石耐磨层组织及性能

    罗亮斌梁国星刘东刚郝新辉...
    96-107页
    查看更多>>摘要：目的 增强42CrMo钢的耐磨性,改善其严重的磨损失效情况.方法 采用激光熔覆技术同步送粉的方式在 42CrMo钢表面制备金刚石/WC颗粒增强钴基复合熔覆层,借助SEM、EDS、XRD、显微硬度仪和多功能综合性能测试仪,研究了熔覆层宏观形貌与微观组织、物相组成、显微硬度与耐磨性.结果 使用Ti/TiC粉末对金刚石进行预处理可以改善其烧蚀和石墨化;适量ZrH2 提升了熔覆层宽厚比,促进了熔池对流传质作用,同时,活性元素Zr改善了金刚石颗粒的润湿性能,提高了黏结相对金刚石的把持力.熔覆层多道搭接过渡均匀,其显微组织主要由细小枝晶及致密网状碳化物共晶组成,熔覆层与基体结合区域反应生成了平面晶组织,进而提高了熔覆层结合强度.激光熔覆热特性使W2C、ZrC、γ-(Co,Fe)、M6W6C、CoZr2、(Ti,Zr)O2、TiCx、Co3Ti 等物相存在于熔覆层内,细晶强化及弥散强化作用使得熔覆层的平均显微硬度(1 002HV0.2)是基体的3倍.熔覆层平均磨损量是基体平均磨损量的 1/2,熔覆层平均摩擦因数也明显低于基体,表明熔覆层的耐磨性能得到提升,其磨损机制主要为磨粒磨损,熔覆层内金刚石因承担摩擦载荷而钝化,但磨痕中的金刚石完整且未发生脱落.结论 金刚石/WC颗粒增强钴基复合熔覆层的耐磨性显著提高,可用于 42CrMo钢表面强化.

    激光熔覆复合熔覆层显微组织显微硬度耐磨性

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