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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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    异质a-C∶H/a-C∶H∶F配副的摩擦学行为研究

    唐诗琪邢朝阳王圆圆张俊彦...
    107-115页
    查看更多>>摘要：目的 研究F元素掺杂非晶碳基薄膜与a-C∶H薄膜摩擦配副的摩擦学行为机制.方法 利用PECVD法在Si基底上制备a-C∶H∶F薄膜,与直径为6.0 mm的a-C∶H薄膜摩擦对偶球组成摩擦配副体系,使用往复模式的CSM TRB 3摩擦机研究a-C∶H∶F薄膜的摩擦学特性,频率为5 Hz,滑动总次数为9 000,外加载荷分别为2、4、6、8、10 N.通过纳米硬度、X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱、激光共聚焦拉曼光谱、场发射扫描电镜及CSM摩擦试验机等,分别评价a-C∶H∶F薄膜的结构、表面形貌、力学性能、摩擦学性能等.结果 在干摩擦环境下,随着载荷的增加,a-C∶H∶F薄膜的摩擦因数逐渐降低,平稳后摩擦因数低至0.018.通过掺杂F元素,一方面促进了薄膜的sp2-C杂化,另一方面增大了薄膜的无序度.F元素具有钝化薄膜表面和静电排斥的作用,使得a-C∶H∶F薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率.结论 采用PECVD方法制备的a-C∶H∶F薄膜具有更好的减摩降损能力.

    摩擦学性能F元素掺杂改性类金刚石薄膜等离子体增强化学气相沉积

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    选区激光熔化6511SS/GH3536多材料界面特性和力学性能研究

    孙权威杨文美臧文茁白倩...
    116-125页
    查看更多>>摘要：目的 考虑不同材料对应的最优工艺参数的差异,研究材料的沉积顺序对多材料界面特性的影响,获得界面无明显缺陷、力学性能良好的多材料部件.方法 采用SLM制备6511不锈钢/GH3536高温合金/6511不锈钢多材料试样,研究材料的沉积顺序对界面特性的影响.采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)观察界面微观结构和元素分布情况.通过显微硬度和拉伸实验表征界面的力学性能.结果 采用SLM制备的多材料试样的界面无明显缺陷,表明6511不锈钢(6511SS)和GH3536高温合金具有良好的冶金结合特性.由于6511SS与GH3536的最优工艺参数存在差异,GH3536/6511SS的界面扩散区(480 μm)宽于6511SS/GH3536的界面扩散区(330 µm).6511SS/GH3536扩散区的硬度介于6511SS与GH3536之间,而GH35636/6511SS扩散区的硬度小于6511SS和GH3536的硬度.拉伸实验结果表明,多材料试样在GH3536高温合金处断裂,其极限拉伸强度与GH3536高温合金相当,多材料试样的断裂伸长率低于GH3536高温合金试样的断裂伸长率.结论 证明了采用SLM制备6511不锈钢和GH3536高温合金多材料零件的可行性,揭示了沉积顺序对界面微观结构和力学性能的影响,可为SLM制造多材料零件提供指导和参考.

    多材料6511不锈钢GH3536高温合金选区激光熔化界面表征

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    Cu含量对激光选区熔化CoCrMoCu合金微观组织及表面摩擦磨损性能的影响

    岳术俊史文玲解凤宝潘超...
    126-135页
    查看更多>>摘要：目的 阐明不同Cu含量对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的CoCrMoCu合金微观组织的影响及其在表面摩擦磨损和腐蚀性能使役行为方面的作用.方法 采用CoCrMo合金粉和纯Cu粉通过行星球磨机进行机械混合,制备了 Cu质量分数为2％、4％、6％的CoCrMo/Cu混合粉末,并通过SLM技术制备相应的试样.对不同Cu含量的SLM CoCrMoCu的相组成、微观结构、硬度、摩擦磨损和腐蚀性能进行检测和分析.结果 Cu含量对SLM CoCrMoCu的相组成和微观组织没有明显影响,在不同Cu含量的试样中,试样的微观组织均主要为胞状等轴晶.在力学性能方面,随着Cu含量的升高,试样的硬度先提升后降低,在含2％Cu的情况下达到最大值(429.2HV0.2),在含6％Cu的情况下达到最小值(367.7HV0.2).CoCrMoCu的摩擦因数和磨损率随着Cu含量的升高而降低,在4％时摩擦因数和磨损率达到最低(2.7×10-5mm3/(N·m)),摩擦磨损性能最好.随着Cu质量分数进一步增加到6％,由于硬度降低,磨损性能下降,试样表面出现沟壑,影响Cu自润滑层的附着,磨损机制由黏着磨损向磨粒磨损转变,导致摩擦因数和磨损率增加.在腐蚀性能方面,腐蚀电位随着Cu含量的升高而升高,而腐蚀电流随着Cu含量的升高呈现先下降后上升的趋势,在4％时达到最佳的腐蚀性能.结论 Cu的引入在一定范围内(2％～4％)可以有效提高CoCrMoCu合金的硬度和腐蚀性能.结合Cu的自润滑效应和类钝化效应,实现CoCrMo合金耐磨性能和腐蚀性能的协同提升.

    激光选区熔化CoCrMoCu摩擦磨损性能微观组织自润滑医用金属

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    无保护层纳秒脉冲激光强化对DD5单晶合金耐磨性能的影响

    史增祥党晓凤罗思海郭嘉琛...
    136-145页
    查看更多>>摘要：目的 提高发动机涡轮叶片榫头材料DD5单晶高温合金的高温耐磨性能.方法 采用不同能量的无保护层纳秒脉冲激光对DD5单晶合金试样表面进行处理,利用摩擦磨损试验机获得DD5单晶合金在650 ℃下的摩擦磨损性能参数,并通过显微硬度计、扫描电子显微镜、能谱仪、共聚焦三维表面轮廓仪对磨损前后的DD5单晶试件进行表征分析,揭示纳秒脉冲激光强化技术提高单晶高温合金耐磨性能的机理.结果 采用纳秒脉冲激光处理DD5单晶高温合金后,材料表层发生了重熔现象,并在重熔层中生成了弥散分布的铝的氧化物颗粒,其粒径为5～50nm;纳秒脉冲激光处理后产生的弥散分布的氧化铝颗粒为硬质相,它提升了单晶表面的显微硬度;经纳秒脉冲激光处理后,试样的磨损率降低了 19.7％～37.6％,单晶合金的磨损机制以磨粒磨损为主.结论 经纳秒脉冲激光处理后,单晶表面生成了含有弥散分布的纳米氧化铝颗粒的重熔层,在它与激光诱导的等离子体冲击波产生的硬化层的共同作用下,提升了镍基单晶高温合金在高温下的耐磨性能.

    镍基单晶高温合金纳秒脉冲激光氧化铝颗粒显微硬度摩擦磨损磨损机制

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    激光冲击强化对镍基单晶高温合金SRR99组织及性能的影响

    何佳琪乔红超张楠楠赵吉宾...
    146-155页
    查看更多>>摘要：目的 解决镍基单晶高温合金航空发动机涡轮叶片在服役时发生表面损伤的问题,探究激光冲击强化对镍基单晶高温合金SRR99的强化变形机制.方法 采用高功率(8 J)短脉冲激光分别对试样进行1、2、3次表面强化,使用白光干涉仪、显微硬度仪、X射线分析仪对强化前后的镍基单晶高温合金试样表面形貌、粗糙度、显微硬度、残余应力进行测试,通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪分析激光冲击强化对镍基单晶高温合金微观组织和物相组成的影响.结果 经过1、2、3次激光冲击后,单晶高温合金试样表面发生了塑性变形,表面凹坑随着冲击次数的增加逐渐加深,表面粗糙度分别为1.566、1.868、2.265 µm,显微硬度分别增加了 15.3％、25.8％、32.1％,表面残余压应力分别提高为-790、-870、-917 MPa.经强化后,试样表层形成了畸变层,γ'相的面积和体积分数均增大,合金未发生相变,但两相发生了严重的晶格畸变,晶格常数和晶面间距的变化导致两相晶格发生失配,经强化后在试样表层γ'强化相、γ通道、γ/γ'界面观察到大量位错结构,此外还观察到贯穿 γ'相、γ相的位错滑移带和致密的位错网络.结论 激光冲击强化技术可使镍基单晶高温合金SRR99发生塑性变形,在其表层内部形成高密度位错网络结构,加工硬化效果显著,提高了基体表面的显微硬度和残余应力.

    激光冲击强化单晶高温合金力学性能残余应力微观组织

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    开放环境下钛合金激光熔覆的表面色差模型研究

    朱清清张津超王恒曹宇鹏...
    156-163,199页
    查看更多>>摘要：目的 选择合适的工艺参数范围,在开放环境下获得性能良好的钛合金激光熔覆层.方法 以氧含量衡量熔覆层的氧化程度,研究不同表面色差值下的氧含量的变化规律.以激光功率、扫描速度、送粉速率和气体流量为控制变量,利用分光测色仪检测熔覆层表面色差并以之来量化熔覆层表面颜色,以表面色差作为响应指标,基于响应面法建立熔覆层表面色差与熔覆工艺参数之间的数学模型.结果 随着色差值的增加,熔覆层中的氧含量增加.激光功率对色差的影响要大于扫描速度,激光功率越大,色差值越大;低激光功率和高送粉速率可获得较小的色差值;扫描速度和送粉速率的交互作用对色差的影响较小;气体流量的变化对色差的影响较为显著,为了获得较小的色差,可增大气体流量.根据表面色差模型,当激光功率为950～1 090 W,扫描速度为5～7mm/s,送粉速率为1.15～1.65 g/min,气体流量为24～32 L/min进行工艺参数组合时,可获得满足熔覆条件的表面色差值.结论 可用色差来表征熔覆层表面颜色,极限表面色差值为5.09,并得到了合适的激光熔覆工艺窗口.通过试验验证了模型所得预测值与实测值相吻合,证明了本文研究方法的有效性.

    激光熔覆钛合金工艺参数响应面法表面色差开放环境

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    60Si2Mn钢表面激光熔覆铁基涂层的组织及耐磨性研究

    曹新娜宋路阳黄玲玲江涛...
    164-170页
    查看更多>>摘要：目的 提高60Si2Mn钢的表面耐磨损性能.方法 采用同步送粉方式在60Si2Mn钢表面进行激光熔覆X1、X22种铁基粉末.通过金相显微镜、场发射扫描电镜和X射线衍射仪,观察和分析熔覆层的显微组织、化学元素分布及相组成,采用显微硬度仪、多功能摩擦磨损试验机进行硬度、耐磨损性能测试.结果 2种熔覆层均无裂纹、气孔等缺陷,涂层内部存在大量树枝晶、等轴晶和少量沿基材表面生长的平面晶,其中X1熔覆层的顶部区域等轴晶数量较多,组织更细小均匀.2种熔覆层均由相同物相(α-Fe)固溶体组成,未出现明显的其他物相的衍射峰.基体60Si2Mn钢平均硬度约为300HV,X1熔覆层的硬度为950～1 000HV,平均硬度为975HV.X2熔覆层的硬度为784～821HV,平均硬度为803HV.经过球-盘磨损试验后,X1、X2熔覆层以及基体的体积磨损率分别为1.32×10-4、1.94×10-4、3.29×10-4 mm3/(N,m).结论 2种熔覆层的硬度和耐磨损性能均优于基体,其中X1熔覆层的平均硬度比X2熔覆层的高约21％,其体积磨损率最小,耐磨损性能更好.

    60Si2Mn钢激光熔覆铁基粉末微观组织耐磨损性能

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    基于分布位错法对涂层裂纹力学行为的研究

    吴金波孙奇江晓禹
    171-179页
    查看更多>>摘要：目的 在单轴拉伸载荷下,用理论方法求解弹性涂层中裂纹的力学性质和相互影响.方法 根据叠加原理,将问题分为2个子问题,使用分布位错原理求解裂纹问题,将裂纹建模为沿裂纹线分布的位错阵列,叠加后使用数值求解方法进行求解.结果 得到了不同涂层模量、不同裂纹长度下表面裂纹尖端的应力强度因子(SIF)和涂层界面应力.涂层与基底模量相差越大,表面裂纹越长,其界面应力越大.计算了不同方位下的微裂纹对表面裂纹的影响,给出了 60°倾角微裂纹、2l/h=0.2和2l/h=0.04表面裂纹以及2a/h=0.01和2a/h=0.018表面裂纹的影响区域.分析了涂层内部倾斜裂纹对表面裂纹应力强度因子和扩展角的影响.内部倾斜裂纹尖端对表面裂纹尖端的等效应力强度因子(ESIF)有增强作用,两侧有减弱作用.结论 较硬涂层对表面裂纹的扩展有增强作用,裂纹越长,受涂层模量对其应力强度因子的影响越大.微裂纹对表面裂纹的影响跟微裂纹位置、方向、长度和表面裂纹长度有关.表面裂纹附近的倾斜裂纹对表面裂纹的扩展具有吸引作用.

    涂层裂纹分布位错应力强度因子界面应力扩展方向

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    喷丸对铝合金亚表面裂纹闭合修复的影响与试验

    胡俊廖凯罗鹏博李立君...
    180-189页
    查看更多>>摘要：目的 研究喷丸修复7075-T651铝合金亚表面裂纹的愈合机理及修复效果.方法 建立材料亚表面裂纹在喷丸作用下的修复模型,运用Ansys进行数值模拟计算,并预测裂纹深度修复阈值;根据模型,利用线切割制造相应的裂纹,并对其进行喷丸修复,从残余应力、疲劳强度、微观结构等方面分析裂纹愈合的机理,并评估修复效果.结果 仿真结果表明,在弹丸直径D=0.5mm、弹丸速度v=100 m/s时喷丸修复效果最佳,裂纹修复深度阈值为0.15 mm;裂纹修复区域的表面应力为非裂纹区域的83.17％,实验结果与仿真结果相符;在修复裂纹后,试件的疲劳强度可以达到完好试样的70.32％.剧烈的喷丸冲击使裂纹亚表面材料产生较大的微观形变热,有利于组织形变,促使裂纹两侧的晶粒组织形成闭合挤压,宏观上表现为压应力下组织的紧密闭合,这种闭合起到了修复裂纹的作用,整体上属于物理性修复,但仍无法完全消除裂纹对材料的消极影响.结论 喷丸通过压力作用对亚表面材料的裂纹进行闭合修复,使材料的疲劳强度得到恢复,这对于铝合金结构件裂纹的早期修复和应急性修复具有积极作用.

    喷丸7075-T651铝合金亚表面裂纹裂纹闭合裂纹修复

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    人工淹没空化射流喷丸强化7075铝合金性能分析

    吴思豪杨勇飞施卫东王高伟...
    190-199页
    查看更多>>摘要：目的 利用喷丸强化技术提高材料的性能,延长零件的使用寿命.方法 在人工淹没空化射流喷丸中,利用由2个具有大速度差的同心共流射流产生的剪切层引起的空化,在承受疲劳载荷或腐蚀环境的金属部件的表面层中引入压缩残余应力,从而实现冲击性能显著提高的新型喷丸强化技术.为了进一步验证人工淹没空化射流的强化性能,采用人工淹没空化射流喷丸对7075铝合金(Al7075)进行表面强化处理,研究不同扫描速度的人工淹没空化射流喷丸对其微观组织和力学性能的影响.观测不同扫描速度人工淹没空化射流喷丸下Al7075的表面形貌和粗糙度.结果 在扫描速度为3.0 mm/min时,粗糙度值约为1.27 μm;在扫描速度为2.0 mm/min时,粗糙度值约为4.08 μm;在扫描速度为1.0 mm/min时,粗糙度值约为12.35μm.测量了人工淹没空化射流喷丸冲击前后Al7075的残余应力和显微硬度沿深度方向的分布,研究并讨论了Al7075在人工淹没空化射流喷丸过程中的微观结构演变.结论 人工淹没空化射流喷丸会在Al7075表面发生塑性变形,增加了表面粗糙度,且产生加工硬化.揭示了Al7075在塑性变形过程中的晶粒细化机制,旨在为获得高性能的Al7075提供一种新的表面强化方法.

    人工淹没空化射流喷丸7075铝合金显微硬度残余应力微观结构演化表面强化

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