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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。
正式出版
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    冷喷涂金属颗粒变形行为数值模拟研究进展

    陈进殷强郑志明邢亚哲...
    1-10页
    查看更多>>摘要：理解冷喷涂中的颗粒变形和沉积行为一直是科学工作的焦点.由于颗粒撞击基底后的瞬时变形行为难以通过实验观测,因此多数研究工作聚焦于数值模拟.总结了一些颗粒撞击基底的建模方法,在前人研究的基础上,针对每个模型的原理及优缺点,分析了每个方法的适用场景,给出了改善模型的方法.综述了颗粒特性、入射角度、气体预热温度等对颗粒变形行为的影响,其中粒径大小、颗粒形状等是影响颗粒变形行为的主导因素,因此重点探讨了颗粒特性的影响.颗粒的撞击变形是影响冷喷涂涂层残余应力分布的重要因素,对涂层残余应力的相关数值模拟研究进行了综述,分析了颗粒变形与颗粒残余应力的关系.最后就目前冷喷涂残余应力建模较单一的形势,探讨了如何建立一种新模型以分析涂层残余应力.

    冷喷涂颗粒瞬时变形数值模拟有限元法颗粒特性涂层残余应力

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    基于激光表面微纳结构的胶接性能研究进展

    徐喻琼郑黔松杨奇彪钟紫珊...
    11-24页
    查看更多>>摘要：胶接具有独特的性能而被广泛关注,但在实际应用中往往由于界面结合强度不足而导致接头在服役过程中过早失效.激光表面处理是一种能够有效提高胶接接头表面性能的方法,通过激光表面处理会使黏接材料表面形成不同的表面微纳结构,从而改善接头的性能.首先介绍了激光表面处理原理及激光器分类,对比了不同激光器的优缺点及加工质量特性,分析了激光加工参数对接头强度的影响.其次从激光加工不同表面微纳结构入手,阐述了不同表面微纳结构的加工方式,分析了不同表面微纳结构对不同材料接头强度的影响.此外,针对不同的表面微纳结构,其结构参数有所不同,导致接头表面化学成分和润湿性能也有所不同,使得接头强度有所差异,在此基础上分析了微纳结构参数对接头强度的影响及原因.同时,胶层间的作用机制与接头强度具有密不可分的联系,研究表明,不同的表面微纳结构对胶层的作用机制具有明显的不同,归纳总结发现,经激光表面处理形成表面微纳结构后接头表面粗糙度、化学性质、润湿性能及胶层间裂纹的扩展对接头强度的提升具有一定作用.最后,对激光表面处理微纳结构的研究进行了展望.

    激光表面处理胶接微纳结构接头强度表面性能作用机理

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    CrFeCoNi系高熵合金块体/涂层表面改性技术的研究进展

    孟超刘书鑫宋子衡邱星武...
    25-39页
    查看更多>>摘要：综述了近年来高熵合金(涂层)表面改性技术的研究进展,从原理角度将表面改性技术分为高能量束表面重熔处理和表面冷变形处理2类.这2类表面改性技术都可以改善高熵合金(涂层)的微观组织并减少缺陷,从而达到调控性能的目的.不同之处在于,高能量束表面重熔处理是通过快速熔化及凝固实现的,而表面冷变形处理则是通过使表面发生严重的塑性变形来达成的.高能量束表面重熔处理包括激光重熔和强流脉冲电子束重熔,而表面冷变形处理包括表面机械研磨处理、超声表面滚压处理、超声冲击处理和激光冲击强化.简述了以上几种技术的原理,总结了不同技术之间的优缺点,并对不同改性技术与工艺参数对高熵合金相结构、微观组织的影响进行了概述.基于微观结构的变化,重点探讨和总结了不同改性技术对高熵合金(涂层)力学性能、磨损性能、腐蚀性能的强化机理.最后提出了高熵合金表面改性技术所面临的困难和挑战,并对未来发展方向进行了展望.

    高熵合金表面改性力学性能磨损性能腐蚀性能

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    TiAlSiN涂层力学性能改善措施的研究现状及进展

    周琼王涛黄彪张而耕...
    40-51页
    查看更多>>摘要：TiAlSiN涂层具有耐温性好、化学惰性高等优异性能,其作为防护层被广泛应用于摩擦零部件、机械加工工具上.但TiAlSiN涂层内应力过大导致的力学性能不足,限制了其在严苛工况下的进一步应用.总结了目前改善TiAlSiN涂层力学性能的主要措施:涂层微观结构优化、膜层结构设计以及热处理工艺.对改善涂层力学性能所涉及的细晶强化、共格效应、固溶强化以及模量差理论等机理进行了全面的描述,并详细地对比分析了上述理论之间的内在联系与差异.系统地讨论了纳米多层和梯度复合膜层结构对涂层力学性能的影响规律,主要从调制结构以及成分调整2个角度对膜层结构变化进行了分析,有利于指导具有良好力学性能的膜层结构的设计.此外,分别阐述了退火温度、时间以及气氛环境对TiAlSiN涂层力学性能的影响规律,分析了退火条件对涂层微观结构的影响以及微观结构与力学性能之间的关系.在此基础上,提出了未来可以从基础理论和改善措施之间的协同作用角度,对TiAlSiN涂层力学性能的改善展开进一步研究.

    TiAlSiN性能改善力学性能微观结构膜层结构热处理

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    DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望

    汤鑫王静静李伟胡月...
    52-62页
    查看更多>>摘要：类金刚石(DLC)薄膜是一种良好的固体润滑剂,能够有效延长机械零件、工具的使用寿命.DLC基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点,薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合,能从多个角度(如高温、硬度、润滑)进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等.综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展,以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主,对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述.介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路(形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积,诱导转移膜形成,实现非公度接触).随后对摩擦机理进行了分析总结:1)层与层间形成特殊过渡层,提高了结合力;2)软/硬的多层交替设计,可以抵抗应力松弛和裂纹偏转;3)高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化,形成高度有序的转移膜,从而实现非公度接触.最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望.

    DLC基纳米多层膜力学性能摩擦学性能摩擦机理结构

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    钽掺杂对多层Ta-DLC薄膜摩擦及腐蚀行为的影响

    李超孙刚马国佳吴俊升...
    63-73页
    查看更多>>摘要：目的 解决316L不锈钢在苛刻海洋环境中易磨损、易腐蚀的问题.方法 采用中频磁控溅射技术在316L不锈钢上沉积了Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜.通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、纳米压痕、往复摩擦磨损试验和电化学测试等手段,重点研究了DLC膜层中Ta元素掺杂含量对薄膜结构、组成成分、力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响规律.结果 随着Ta元素含量(原子数分数)从2.04％增到4.16％,薄膜中的sp3键含量呈现先升高后降低的趋势,当Ta原子数分数为3.60％时,薄膜中sp3键含量最高,且薄膜的硬度及弹性模量达到最大,分别为7.01 GPa和157.87 GPa.随着Ta元素含量的增加,薄膜的平均摩擦因数逐渐减小,在4.16％(原子数分数)时达到最小0.21.Ta元素含量对薄膜的结合力影响较小,且所有薄膜结合力总体在10 N左右.当Ta原子数分数为3.60％时,薄膜的腐蚀电流密度及钝化电流密度最小,分别为0.006μA/cm2和0.63μA/cm2,比其他薄膜的低1～2个数量级,并且薄膜电阻及电荷转移电阻最大,展现出最为优异的耐腐蚀性能.结论 Ta元素的掺杂提高了薄膜的耐摩擦性能,且适当的Ta元素掺杂能够提高Ta/TaN/TaCN/Ta-DLC薄膜的耐磨耐蚀性能.

    DLC薄膜磁控溅射腐蚀摩擦磨损元素掺杂

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    深冷处理对X52管线钢耐磨性与耐腐蚀性的影响

    何琼李永刚朱艳强杨林滋...
    74-83页
    查看更多>>摘要：目的 提高X52管线钢基体的耐磨性能与耐腐蚀性能,探究深冷处理对X52管线钢性能的影响机制.方法 采用液体法的冷处理方式,对X52管线钢进行不同时间的深冷处理.采用显微硬度仪、超景深光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损仪器、万能拉伸机以及电化学工作站,分别观察或评价深冷处理后X52管线钢的显微组织、物相组成、硬度变化、拉伸性能、耐磨性与耐腐蚀性能.结果 经过不同时间的深冷处理后,由于弥散碳化物的析出和晶粒细化,试件的显微硬度、抗拉强度和弹性模量均有所提高,但屈服强度变化不明显.当深冷处理时间为30 h时,其显微硬度达到最大值210.8HV0.2,比未深冷态190.3HV0.2提高了10.77％,当深冷处理时间为7 h时,其抗拉强度达到最大值600.7 MPa,比未深冷态574.7 MPa提高了4.05％.经过深冷处理,由于试件的晶粒得到了细化,组织成分更加均匀,试件的摩擦磨损性能得到提高,磨损机理为氧化磨损和磨粒磨损的共同作用,其中磨粒磨损起着主要作用.极化曲线结果显示,深冷处理后的试件自腐蚀电位均正移,当深冷处理时间分别为11、30和55 h时,腐蚀电流密度由未深冷态的15.47×10-6 A/cm2分别降低到1.781×10-6、1.335×10-6、1.257×10-6 A/cm2,数值降低了一个数量级,说明材料的耐腐蚀性能得到了提高.结论 深冷处理可以有效改善X52管线钢的力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能,在管道运输领域具有潜在的应用前景.

    深冷处理X52管线钢显微组织耐磨性耐腐蚀性

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    轴向应变作用下含腐蚀缺陷X80管道氢渗透的有限元分析

    刘韦辰韦博鑫尹航许进...
    84-92,132页
    查看更多>>摘要：目的 研究在役天然气管道掺氢输送条件下氢原子在管道腐蚀缺陷处的扩散和分布情况及应变对腐蚀缺陷处氢扩散行为的影响.方法 利用COMSOL软件,将固体力学模型和扩散模型相结合,建立了基于有限元的氢原子扩散渗透模型,研究了在纵向拉伸应变作用下X80钢制管道不同尺寸腐蚀缺陷处氢原子的分布情况.结果 在没有拉伸应变的情况下,氢原子一旦进入管道内,在浓度梯度的驱动下,沿径向梯度扩散到管道内.当在管道上施加应变时,氢原子的扩散受到静水应力的驱动.氢原子在腐蚀缺陷处的最大浓度超过了进入管道的氢原子初始浓度.结论 氢原子在腐蚀缺陷处聚集.此外,施加的拉伸应变也影响氢原子聚集的位置,随着缺陷长度的减小和深度的增大,在内壁腐蚀缺陷处,更多的氢原子会集中在缺陷中心和尖端.

    X80管道氢扩散腐蚀缺陷应变有限元模拟点蚀

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    BI@ZIF-8/EP 涂层的制备及在深海压力下的防护性能研究

    景超杰郭辉赵方超吴德权...
    93-106页
    查看更多>>摘要：目的 制备负载苯并咪唑(BI)的BI@ZIF-8粒子,研究BI@ZIF-8/EP涂层在2种静水压力下的失效行为.方法 制备并表征BI@ZIF-8粒子.制备BI@ZIF-8/EP涂层,在常压(0.1 MPa)和模拟深海压力(6 MPa)开展浸泡实验.通过微观形貌、失光率、色差、附着力、红外光谱、电化学阻抗谱等手段进行涂层失效行为对比分析.结果 成功制备了BI@ZIF-8粒子;在相同压力条件下,BI@ZIF-8/EP涂层具有更高的附着力和阻抗值;同种涂层在6 MPa下退化更加严重,附着力和阻抗值下降速率增大;随着浸泡时间的延长,6 MPa下BI@ZIF-8/EP涂层中的BI特征峰强度明显减弱,2种涂层的主要特征峰强度均有下降.结论 ZIF-8粒子中的咪唑基,能增加环氧涂层交联密度,降低侵蚀性粒子渗透速率;高静水压能显著加速侵蚀性粒子向涂层内部的扩散,并加速有机涂层失效进程;BI分子和2-Melm分子中N原子的孤电子对与Fe原子的空轨道能在金属基体表面形成吸附膜,并且Zn2+和OH-能在金属基体表面形成沉积膜,有效减缓了金属腐蚀.此外,2种涂层的退化机制不受静水压力升高的影响.

    静水压力模拟深海压力失效进程红外光谱电化学阻抗谱吸附膜

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    NH2-ZIF-7 MOFs负载羧基化苯并异噻唑啉酮防污剂的制备和抗菌防污性能研究

    张馨郝晓娴刘文静赵海超...
    107-118页
    查看更多>>摘要：目的 开发长效缓释且具有生物相容的绿色环保防污剂,消除防污剂在涂层中初期"爆释"、后期无法释放的弊端,实现新型缓释剂长效防污的功效.方法 通过简单的浸渍法负载防污剂分子,实现有效且缓慢释放;通过SEM、TEM观察负载前后纳米粒子的形貌;通过FT-IR、XRD、TGA、XPS、BET探究客体分子与纳米容器间的耦合作用,利用UV-Vis测试其释放性能;通过抑菌圈、平板菌落计数法、浊度法测试其抑菌性能;通过激光共聚焦观察涂层表面防细菌/藻类贴附性能.结果 氨基ZIF-7(NH2-ZIF-7)成功负载羧基化1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT-COOH),实现了有效封装和稳定释放,并且金属有机框架材料负载后(NH2-ZIF-7@BIT-COOH),革兰氏阴性菌(E.coli)和革兰氏阳性菌(S.aureus)的抑菌圈直径分别提高至(21.7±0.2)和(21.7±0.3)mm.进一步利用激光共聚焦观察涂层表面的细菌/藻类贴附情况,表明添加质量分数4％NH2-ZIF-7@BIT-COOH的混合树脂涂层具有优异的防细菌/藻类贴附性能.结论 利用NH2-ZIF-7封装BIT-COOH防污剂,可有效捕获、稳定释放并具有优异的抗菌性能,另外在丙烯酸树脂涂层中加入NH2-ZIF-7@BIT-COOH新型缓释防污剂能够有效抑制细菌/海藻的贴附,为新型缓释长效广谱低毒的防污剂开发提供了新的思路.

    金属有机框架材料1,2-苯并异噻唑啉-3-酮缓释抗菌防污涂层

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