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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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    不同预热温度WC增强镍基合金堆焊层的微结构演化与摩擦学性能

    张春霖张丽李胜利李静...
    127-136页
    查看更多>>摘要：目的 研究不同预热温度(200、400℃)条件下硬质颗粒增强镍基合金堆焊层的微观组织结构演化机理,以及对其力学性能、磨损性能的影响规律.方法 采用等离子弧焊接技术在 42CrMo钢基体表面堆焊硬质WC颗粒增强镍基强化层,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、硬度计和摩擦磨损试验机,分析不同预热温度堆焊层的物相组成、微观组织形貌、力学性能和磨损性能,建立堆焊层制备工艺-微观组织结构-力学性能-磨损性能之间的强映射关系.结果 堆焊层主要由γ-Ni/Fe、WC、W2C、M7C3、M23C6、Ni2W4C、Cr3C2 等物相组成,在预热温度 200℃下堆焊层二次碳化物析出较少,发生了严重的 WC 颗粒沉降现象;在预热温度 400℃下,堆焊层析出了大量的二次碳化物,WC 颗粒沉降减弱,组织均匀性提高.在 400℃下预热,相较于200℃下预热,堆焊层的磨损质量减少了 51.85%,磨损率减少了51.89%.结论 高预热温度和长保温时间可促进WC颗粒界面反应,驱动大面积二次碳化物的析出,有效缓解WC颗粒沉降,改善凝固组织中WC颗粒的分布均匀性,从而显著提高堆焊层的硬度和耐磨性.

    预热温度等离子堆焊镍基WC涂层微观组织磨损机理

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    表面织构对滑动电接触界面摩擦学行为的影响

    王东伟李发强黄起昌赵阳...
    137-147,179页
    查看更多>>摘要：目的 利用表面织构减摩抗磨的优良特性,将其应用于电接触摩擦表面,探讨它对滑动电接触界面摩擦磨损及电接触可靠性的影响.方法 利用激光系统制备 2 种织构,即方坑型表面织构(SPT)和沟槽型表面织构(GT),并与光滑表面的载流摩擦学信号进行对比分析.利用ABAQUS模拟试验,分析界面接触应力、电压和位移的变化特性.结果 随着试验的进行,GT 表面的摩擦因数逐渐增大,并与光滑表面达到同一水平(0.7),SPT表面的摩擦因数在整个试验过程中始终较低(0.4).光滑表面在电接触过程中发生了多频振动现象,2 种织构表面的振动信号非常微弱,尤其是SPT表面,仅出现了100 Hz的振动频率.光滑表面和 GT 表面出现较严重的磨损现象,而 SPT 表面磨损轻微.有限元分析结果表明,表面织构的存在能够避免应力集中现象,GT表面的应力较大(90 MPa),且始终分布在沟槽棱边.结论 在电接触状态下,2种织构表面均能不同程度地降低界面的摩擦因数和摩擦力,其中SPT表面的减摩降磨效果最显著.GT表面沟槽棱边的损伤和磨屑堆积是导致其逐渐失去减摩效果的主要原因.模拟分析结果证实,SPT表面织构的存在能避免应力集中,有利于改善磨损和降低振动强度.虽然GT表面的最大应力分布也具有时变特征,但是其值较大,且分布在沟槽棱边,导致沟槽织构的减摩效果逐渐减弱.

    表面织构滑动电接触摩擦磨损试验测试有限元分析

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    棉纤维股线与303钢线接触摩擦磨损行为分析

    刘园玲王红飙陈春晖马承诺...
    148-157页
    查看更多>>摘要：目的 探究棉纺织加工过程中棉纱线对金属表面的摩擦磨损行为.方法 通过线接触摩擦磨损试验,分析加载力、预加张力、速度和棉纱线股数等因素对金属表面摩擦磨损性能的影响,采用 3D表面轮廓仪表征金属表面形貌随磨损时间的变化特征,基于Archard磨损模型对磨损量进行预测.结果 在加载力相同时,棉纱线股数越多,摩擦因数越小;在相同股数下,预加张力对摩擦因数的影响小于加载力,速度对摩擦因数的影响较小.金属表面磨痕深度随着磨损时间的延长而增加,最大磨痕深度为23.158 μm,磨损量随着磨痕体积的增大而增加.与磨损 24 h时相比,在48 h时金属磨损严重,磨损量增大了71%;相较于其他磨损时间段,在96 h时磨损量变化较小.在磨损阶段,磨痕面积的变化规律与磨痕体积相似,均与磨损时间呈正相关.在磨损时长达到120 h后,非直接接触区域会发生链式反应,导致损伤面积不断扩大.结论 在连续摩擦条件下,棉纱线会对金属表面造成损伤,基于Archard磨损模型的预测结果与试验结果较为一致.

    棉纱线摩擦磨损加载力磨损形貌磨损量

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    KH550修饰纳米莫来石对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响

    李国涛何强许泽华张磊...
    158-166页
    查看更多>>摘要：目的 研究硅烷偶联剂表面修饰纳米莫来石(Mullite)(Al2O3-SiO2体系)作为添加剂,对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响.方法 用硅烷偶联剂(KH550)对纳米Mullite表面进行修饰,分别制备质量分数为 0.03%的纳米Mullite和KH-mullite的聚脲润滑脂.采用四球摩擦试验机测试纳米Mullite和KH-mullite作为添加剂对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)和三维表面形貌仪观察磨损表面形貌,通过X射线能量色散能谱仪(EDS)分析磨损表面的元素分布,使用X射线光电子能谱(XPS)分析磨损表面润滑膜的元素价态,探究添加剂在聚脲润滑脂中的作用机理.结果 经过修饰后,纳米KH-mullite在聚脲润滑脂中的减摩抗磨性能较优,摩擦因数和磨斑直径分别降低了22.4%、15.6%.通过SEM和三维表面轮廓仪观察磨损表面发现,KH-mullite添加剂能够有效降低磨损表面的粗糙度,修复磨损表面.KH-mullite聚脲润滑脂优良的摩擦学性能归功于两点,首先 KH-mullite 能够沉积并吸附在磨损表面,在起到修复作用的同时促进了润滑膜的形成;其次,KH-mullite能够进入润滑膜中,将摩擦副之间的摩擦方式变为滚动摩擦.结论 Mullite和KH-mullite都具有提升聚脲润滑脂润滑性能的作用,经硅烷偶联剂修饰后的KH-mullite在减摩抗磨性能方面表现更优越.

    莫来石纳米添加剂KH550聚脲润滑脂摩擦学性能磨损机制

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    基于响应面法的Ni60/WC涂层表面织构皮秒分束工艺参数预测研究

    钟林伍小龙王国荣罗敏敏...
    167-179页
    查看更多>>摘要：目的 实现六分束激光在Ni60/WC涂层表面烧蚀目标织构激光加工工艺参数的精确选择.方法 基于CCD响应面法,设计在不同的激光工艺参数下对Ni60/WC涂层表面进行织构烧蚀试验,以激光频率、扫描次数、扫描速度为影响因素,以圆凹坑织构直径、深度及由其直径和深度综合加权所得的综合目标为响应目标,建立目标织构所需激光工艺参数的预测模型,以织构直径、深度及综合目标作为优化条件,对预测模型进行实验验证.结果 扫描次数对织构直径的影响最显著,单个脉冲光斑上所聚集的能量大小是影响织构直径误差的关键因素.对织构深度影响最显著为扫描次数和频率,织构深度与扫描次数、频率呈正相关,不同因素间的交互作用是影响织构加工结果的关键.通过对预测模型所优选的参数进行实验验证发现,以织构直径和深度、综合目标建立的预测模型优选工艺参数所加工圆凹坑织构的质量评价指标与其预测指标的误差率分别为 19.37%、3.57%.功率为6 W时,六分束激光加工最优工艺参数为速度5 500 mm/s、频率400 kHz、扫描2 次.结论 通过综合目标建立的Ni60/WC涂层表面圆凹坑织构六分束激光加工参数优选预测模型精确程度较高,能够实现Ni60/WC涂层表面加工所需织构激光参数的准确预测,为涂层表面织构加工激光参数精确选择提供了理论依据.

    皮秒激光分束激光加工Ni60/WC圆凹坑织构CCD响应面法参数预测

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    激光一次性去除铝合金飞机蒙皮涂层实验与数值研究

    姜苏航李多生叶寅谢非彤...
    180-189页
    查看更多>>摘要：目的 研究激光的频率、功率及扫描速度等参数对脉冲激光清洗航空铝合金表面S06-0215 油漆涂层的影响,分析脉冲激光清洗的机制,优化工艺参数组合,并设计航空铝合金表面涂层一次性去除方法.方法 以航空铝合金2A12为基材,开展脉冲激光的频率、功率和扫描速度等参数对基材表面涂层烧蚀深度的影响研究,以及烧蚀过程中基材表面最高温度的模拟研究.同时,以表面粗糙度和去除深度为评价指标,对 2A12铝合金飞机蒙皮表面涂层进行清洗实验,对采用优化参数清洗后的蒙皮表面进行粗糙度测量、元素含量以及组成成分分析.结果 脉冲激光的扫描速度和频率变大,以烧蚀为主导作用的去除机制逐渐减弱,同时振动机制逐渐增强,并最终转变为主导地位.影响激光去除深度的参数,按权重大小依次为扫描速度、功率、频率.结合模拟与实验结果发现,激光频率 125 kHz、功率70 W和速度50 mm/s为表面涂层S06-0215 最佳的一次性去除工艺参数组合,此时能量密度大小为1.47 J/cm2,清洗过程中,不损伤2A12铝合金飞机蒙皮基材.通过XRD、SEM以及EDS表征分析表明,氧化膜仅被部分去除.结论 激光清洗铝合金表面油漆涂层采用合适的参数组合可以保留氧化膜,可以实现一次性地去除铝合金表面油漆涂层,同时对基材不会造成损伤.

    激光清洗纳秒脉冲激光铝合金飞机蒙皮一次性去除正交实验法

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    激光内送粉变姿态熔覆非水平熔池流场的数值模拟

    陈海俊朱刚贤贺继宏王丽芳...
    190-199,208页
    查看更多>>摘要：目的 提高激光内送粉变姿态熔覆层成形质量,对变姿态熔覆时非水平熔池流场随基板倾斜角的演变规律进行研究.方法 首先,利用FLUENT软件中离散相模型对喷嘴流场进行模拟,获取粉末频次的分布规律.其次,采用流体体积法耦合熔化/凝固模型对熔池流场进行计算.通过施加质量源项引入同步送粉,施加能量源项模拟激光热输入,选取姿态角为 30°、60°、90°进行计算,对熔池流场及熔覆层界面进行追踪分析.最后,基于激光内送粉熔覆工艺进行实验测定.结果 粉斑内粉末量呈"中间均匀,两端密集"的分布规律.熔池流动为"双环流"分布特征,但流动方向受重力影响,产生偏转.取 3 种姿态角计算时间同为0.3 s 时,熔池中心处流体的偏转角分别为 2°、4°、6°,并且随着倾斜角的增大,熔覆层高度分别增加了0.28%、0.83%、1.45%,熔覆层宽度减小了 1.19%、1.28%、1.73%,熔覆层顶点偏移量增大到 48.08、86.54、105.76 μm.最后结合实验测定,数值计算与实验结果一致.结论 Marangoni应力使得激光内送粉熔覆熔池流体产生由中心向边界流动的"双环流"分布特征,非水平熔池流动方向受重力影响产生偏转.随着基板倾斜角增大,熔覆层截面高度增加、宽度降低、顶点偏移量增加.为提高不便摆平非水平基面的激光内送粉变姿态熔覆再制造成形质量提供了指导.

    激光熔覆光内送粉变姿态熔池流场数值模拟

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    选区激光熔化成形NiTi合金工艺参数对表面粗糙度的影响规律

    王俊伟贺定勇吴旭王国红...
    200-208页
    查看更多>>摘要：目的 针对选区激光熔化(SLM)制备NiTi形状记忆合金表面粗糙度难以满足实际应用要求,通过优化工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距)以有效地降低表面粗糙度以及研究各工艺参数对表面粗糙度的影响规律.方法 采用L16正交阵列的田口模型设计选区激光熔化制备NiTi样品的工艺参数,通过对表面粗糙度信噪比值进行统计方法分析以及样品表面形貌的表征,研究不同工艺参数对表面粗糙度的影响程度以及影响机理,最终优化出制备低表面粗糙度的工艺参数组合.结果 在激光功率为 20 W和 30 W时,NiTi粉末不能够充分熔化造成熔道不连续,使得样品表面起伏增大,粗糙度值最大到 7.8 μm;增大激光功率到40 W和50 W时,粉末充分熔化,样品表面形貌明显改善;在相同功率下,扫描速度从200 mm/s增加到 500 mm/s时,样品的粗糙度值也随之增大.结论 工艺参数对表面粗糙度影响的重要性顺序依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最终优化出的工艺参数组合为激光功率50 W、扫描速度200 mm/s、扫描间距0.07 mm,并在该工艺参数下制备的样品表面粗糙度值为 1.38 μm,与模型预测的值 1.43 μm接近,相差仅为 9.97%.

    选区激光熔化NiTi形状记忆合金田口方法表面粗糙度工艺优化

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    激光熔凝处理对P20钢组织及性能的影响

    李勇缪星旭张成佳姜鹤明...
    209-215页
    查看更多>>摘要：目的 提高P20 模具钢的表面硬度和耐磨性能.方法 采用激光熔凝技术对P20 模具钢表面进行强化处理.通过硬度梯度检测和摩擦磨损测试,分别评价熔凝层的硬度分布特征和耐磨性能,并通过光学显微镜和扫描电子显微镜对熔凝层及磨痕形貌进行分析.结果 使用激光输出功率为500 W、光斑直径为2.5 mm、聚焦透镜距离为 40 mm、扫描速度为 6 mm/s、搭接率为 45%、氮气保护的激光熔凝工艺所得熔凝层的组织细小,无脱碳、畸变、裂纹等缺陷,熔凝处理质量高.熔凝过程中单道激光熔凝层呈半椭圆形分布,最大深度为610～620 μm.熔凝处理后表面硬度提升显著,熔凝层的硬度分布与熔凝层的区域位置有关,具有较高硬度且硬度保持基本稳定的熔凝层深度约为400 μm;单道激光熔凝层最高硬度可达460～480HV,重叠影响区即双熔凝区的最高硬度在 540～560HV之间,即熔凝层硬度普遍较基体硬度提高了60%以上.此外,P20模具钢经过激光熔凝处理后耐磨性能提升明显,其平均摩擦因数约为 0.85,熔凝处理的磨损失重较未处理的试样减少了约 61%,其磨损机制主要表现为磨粒磨损和少量的黏着磨损或剥落脱离.结论 激光熔凝处理能够显著提高P20 模具钢的表面硬度和耐磨性能,试验采用的激光熔凝工艺可在P20 钢表面获得硬度较高且稳定可靠的熔凝层深度在 400 μm左右,能将P20 模具钢的表面硬度及耐磨性提高 60%以上.

    P20模具钢激光熔凝熔凝层显微硬度金相组织摩擦磨损

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    铝合金阳极氧化方法及成膜机理的研究进展

    薛合刘灿灿唐大兴王润...
    前插1-前插2,1-10页
    查看更多>>摘要：对铝合金阳极氧化的发展现状及趋势进行了总结和展望.首先,介绍了阳极氧化工艺的类型,并着重阐述了最常用的酸性阳极氧化以及碱性阳极氧化的特点.随后,概括了阳极氧化膜生长机理的研究进展,包括氧化膜的生长过程及提出的相关理论.此外,对碱性阳极氧化的研究现状进行了归纳,并简要介绍了其与酸性阳极氧化在氧化膜结构特点及生长机理方面的异同.最后,针对当前阳极氧化技术存在的问题和面临的挑战,对其未来的发展趋势做了展望,并指出了阳极氧化技术的发展方向.

    铝合金阳极氧化氧化膜生长机理

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