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期刊信息/Journal information
中国表面工程
中国表面工程

刘世参　

双月刊

1007-9289

cse1988@263.net

010-66719584

100072

北京市丰台区杜家坎21号

中国表面工程/Journal China Surface EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>1988年创刊的《表面工程》杂志，1997年由国家科委批准正式更名为《中国表面工程》并在国内外公开发行。《中国表面工程》杂志是中国科协主管、中国机械工程学会主办的科技期刊，其编委会由58位国内外知名专家组成。它主要内容有：热喷涂、电镀、电刷镀、化学镀、离子渗镀和浸没、高能束表面改性、喷丸强化、表面工程技术设计以及纳米表面工程等方面的理论研究、工艺试验、工程应用及前瞻综述等。主要技术和工艺：热处理、热喷涂、电镀、电刷镀、离子渗扩（PVD、CVD）、高能束（激光束、电子束）熔覆、喷丸强化等。《中国表面工程》已经是中国期刊方阵“双效”期刊、中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国核心学术期刊（RCCSE）、中国期刊全文数据库收录期刊、中国学术期刊综合评价数据库统计源期刊；同时被五大国际重要数据库收录，如美国《化学文摘》(CA)、美国《剑桥科学文摘》(CSA(Technology))、美国《剑桥科学文摘》CSA(Natural Science)）、俄罗斯《文摘杂志》（AJ）、美国《乌利希期刊指南》（UPD）；且于2008年荣获第三届中国科协优秀科技期刊奖。
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    2Cr13钢离子渗氮和WCrAlTiSiN离子镀复合处理及电化学行为

    卢金鹏张念武王政伟张哲浩...
    137-147页
    查看更多>>摘要：马氏体不锈钢的常规表面改性方法基本局限在单一化学热处理或镀膜,对表面性能的提升有限.对2Cr13不锈钢进行离子渗氮与多弧离子镀WCrAlTiSiN纳米多层涂层复合强化处理,研究其在天然海水环境中的耐腐蚀性能.采用不同的表面强化工艺,即未处理(Untreated)、低温渗氮处理(LPN)、高温渗氮处理(HPN)、单一镀膜处理(Coating)、低温渗氮+镀膜处理(LPN+C)和高温渗氮+镀膜处理(HPN+C).采用X射线衍射、光学显微镜、透射电子显微镜和维氏硬度计对不同样品的组织结构、化学成分和硬度等进行表征.采用电化学阻抗法和动态电位极化法对2Cr13在天然黄海海水中的电化学行为进行测试.试验结果表明:WCrAlTiSiN涂层可在一定程度上提升腐蚀性能,但是溶液中的Cl-通过较薄单一涂层的缺陷侵入基体.LPN样品因渗氮层的存在提升了一定的耐腐蚀性能,而HPN样品因为渗氮温度过高而导致CrN大量析出,使得样品表面出现"贫Cr"现象,耐腐蚀性能下降.复合处理样品的渗氮层-WCrAlTiSiN涂层可形成保护屏障,有效阻止电荷转移和电流从阳极流向阴极,提高2Cr13钢在海水环境中的耐腐蚀性能.通过离子渗氮-多弧离子镀WCrAlTiSiN纳米涂层复合强化方法可有效提升马氏体不锈钢在海水中的耐腐蚀性能.

    氮化物涂层离子渗氮多弧离子镀显微硬度电化学腐蚀

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    超音速火焰喷涂(HVOF)多相流瞬时演化机理及敏感性分析

    赵晓玉李昌李思语刘鹏飞...
    148-159页
    查看更多>>摘要：以航空煤油为燃料的超音速火焰喷涂(HVOF)技术在制备WC-Co涂层方面具有独特优势.目前对HVOF热喷涂稳态过程的研究无法揭示燃料液滴在燃烧室中的动态燃烧行为.液体燃料进入燃烧室前需要雾化,量化揭示燃料燃烧反应瞬时演化机理是优化喷涂工艺的关键.基于JP5000喷枪建立HVOF热喷涂过程瞬时演化数值模型.将煤油液滴破碎、气化过程、燃烧反应焰流与喷涂粒子直接耦合.采用双向耦合欧拉-拉格朗日方法跟踪连续相和离散相,以realizablek-ε湍流模型、一步反应涡耗散模型(EDM)表述喷涂燃烧焰流特性.通过KHRT(Kelvin-Helmholtz Rayleigh-Taylor)破碎模型描述航空煤油液滴破碎过程.基于可靠性理论,综合分析煤油液滴直径、氧气/燃料比率及反应物质量流量对喷涂粒子飞行行为的影响.结果表明:氧气/燃料比率对粒子温度影响程度最大,煤油液滴直径对粒子速度影响最大.HVOF瞬时演化模型可以直观呈现燃料的动态行为及喷涂粒子的飞行特性,可为优化热喷涂工艺提供参考和理论支撑.

    超高音速火焰喷涂(HVOF)多相流瞬时演化灵敏度分析

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    微织构排布方式对水润滑轴承启停过程摩擦学性能的影响

    崔博超陈平杨潍旭乔小溪...
    160-168,178页
    查看更多>>摘要：梯度排布微织构在提升水润滑轴承摩擦学性能方面具有显著效果,然而梯度排布微织构在水润滑轴承中的应用仍缺乏系统性研究.为了探究梯度排布微织构对水润滑轴承启停过程摩擦学性能的影响,基于Greenwood-Tripp微凸体接触模型、Archard磨损模型求解轴瓦表面的磨损量.通过CFT-I材料表面性能综合测试仪对CNC雕刻机加工的织构化表面进行水润滑条件下的摩擦学试验研究.针对光滑、单一圆形织构、圆形与三角形以轴向交错平行(112)和周向交错平行分布(1212)方式梯度排布的表面,测量各个表面的磨损量和摩擦因数.通过立体显微镜、扫描电子显微镜对摩擦磨损试验前后的表面形貌和摩擦因数进行分析.数值模拟和试验结果显示,与光滑表面和单一织构化表面相比,梯度排布微织构化表面磨损量和摩擦因数显著降低;圆形与三角形以112方式的梯度排布微织构化表面摩擦学性能最佳,接触表面磨损量最小、表面摩擦因数最低.梯度排布微织构在流体润滑过程中相互影响,可以起到提高轴承表面举升力,减少表面接触,降低表面磨损和摩擦因数的作用.研究不同形状、排布方式下梯度排布微织构化表面的磨损量和摩擦因数的变化规律,可为舰船装备水润滑轴承研制阶段主动设计提供理论基础.

    梯度排布微织构水润滑轴承磨损量摩擦因数

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    石墨烯柔性压阻传感器微织构压缩应变机制

    许静马靖轩王路文连加俤...
    169-178页
    查看更多>>摘要：为满足智能机器人、电子皮肤等领域对柔性传感器高灵敏度日益增加的需求,通过设计高表面积形貌以制备石墨烯凸台微织构柔性传感器,并对比分析有无微织构传感器的灵敏度;基于结构力学方程与静电方程,建立微织构柔性传感器模型,开展了电场作用不同基底厚度以及微织构间距下柔性传感器微织构应变的数值模拟,研究柔性压阻传感器微织构压缩应变机制,探寻机械载荷和电载荷的交互作用关系.结果表明,柔性基底的微织构化处理能有效提高柔性压阻传感器的灵敏度.模型总位移的最大值随基底厚度的增加呈非线性增加,微织构应变随着厚度的增加而减小.电场作用下微织构应变受机电耦合压力叠加的影响均大于无电场作用.框状微织构类似于悬臂梁,作用在微织构上的力矩随间距增加而增大,同时刚度减小,微织构的压缩形变增加,应变增大.组合尺寸微织构的应变随着微织构间距的增加而增大,制备多尺寸微结构传感器可使用(150+350)μm的组合尺寸,能够有效增加接触面积提高传感器灵敏度.机械载荷和电载荷的耦合作用,组合尺寸对力矩与刚度的分配有效增加了基底的应变,提高了柔性传感器的灵敏度.

    柔性传感器数值模拟电场超弹性材料接触模型

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    Si3N4工程陶瓷基底金刚石涂层生长规律及性能

    吴玉厚杨淯淼闫广宇王贺...
    179-191页
    查看更多>>摘要：为了避免氮化硅材料因产生裂纹或延伸破裂等造成的失效,利用热丝化学气相沉积法(Hot filament chemical vapor deposition,HFCVD)在氮化硅基底上沉积具有高硬度的金刚石涂层,采用单因素影响试验,分别探究碳源浓度、腔室压力、基底温度对金刚石成膜过程的影响机制,探究微米和纳米金刚石涂层的最优生长工艺参数.利用拉曼光谱仪(Raman)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对不同参数制备出的金刚石的形核、表面形貌、薄膜质量、表面粗糙度等进行表征,利用洛氏硬度计分析膜基结合力.结果表明,腔室压力越大,活性物质到达基底的动能越小,不利于金刚石的成核和生长.生长速率和表面粗糙度主要受甲烷浓度的影响:甲烷浓度从1％到7％,生长速率从0.84 μm/h上升到1.32 μm/h;表面粗糙度Ra从53.4 nm降低到23.5 nm;甲烷浓度过高导致涂层脱落严重,膜基结合力变差;晶面形貌和金刚石含量受到基底温度的影响较为明显,随着温度升高,金刚石质量提高.综合基底温度、腔室压力对金刚石涂层的影响,确定最佳生长温度为900 ℃,气压为1 kPa.调节甲烷浓度1％为微米金刚石;甲烷浓度5％为纳米金刚石.研究方法可以优化在陶瓷基底上制备具有优异性能的金刚石薄膜的制备参数.

    金刚石涂层氮化硅热丝化学气相沉积法(HFCVD)

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    弹性基体软固结磨料磨具的材料去除机理

    王家庆郭磊刘天罡郭万金...
    192-204页
    查看更多>>摘要：基于弹性磨具的磨抛工艺为硬脆材料超精密加工效率与加工质量的兼顾平衡提供了新的解决思路,但其磨抛过程的材料去除机理尚未明确.为研究弹性磨抛过程中的材料去除行为,以硅橡胶作为磨具基体材料,混合微米级金刚石磨料制备弹性基体软固结磨料磨具,利用有限元仿真分析方法研究弹性基体软固结磨粒的受力状态,结合接触力学与运动学分析建立考虑单颗磨粒磨损行为与有效磨粒数量的材料去除模型,通过石英玻璃试件的弹性磨抛加工试验验证预测模型的准确性.结果表明:石英玻璃试件的材料去除率随着磨抛压力、主轴转速、磨具偏角的增大而显著增加,而磨料粒径对其影响程度较小;当工艺参数组合为磨料粒径100 μm、磨抛压力7N、主轴转速1 500r/min、磨具偏角20°时,经60min磨抛后,工件已加工表面粗糙度由1.069 μm降至0.089 μm,材料去除率为8.893×108 μm3/min;该试验条件下,建立的材料去除模型预测准确度相比Preston经典模型提高36.7％.研究成果可为实现硬脆材料的确定性材料去除提供技术支持和理论依据.

    弹性基体磨具软固结磨料磨削抛光材料去除效率多因素模型

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    基于Cr-O-C钝化层改变多晶Cu表面能和表层位错的脱模力与脱模精度

    田振岐杨光陈菊李波...
    205-215页
    查看更多>>摘要：Cr-O-C钝化层可以提高精密电铸脱模精度,但Cr-O-C钝化层对基底表面的钝化规律和对表层的影响尚未清楚.利用分子动力学方法,在多晶Cu表面沉积离散的Cr、O和C原子,获得不同比例和数量的Cr-O-C钝化层.计算结果表明,不同比例的Cr、O和C原子均可以大幅降低多晶Cu的表面能;随着原子数量的增加,多晶Cu的表面能呈下降趋势;Cr-O-C钝化层增加了多晶Cu表层的位错密度;新增加的位错以Shockley位错为主;在一定沉积原子数量内,位错密度有极值.在多晶Cu表面电沉积不同密度的Cr、O和C原子,通过接触角测试验证了 Cr-O-C钝化层降低多晶Cu表面能的结论.电沉积脱模强度和脱模表面粗糙度结果显示,随着沉积原子数的增加,脱模强度和脱模表面粗糙度均降低.研究结果可为利用离散Cr-O-C界面辅助精密电铸脱模提供一种解释.

    Cr-O-C界面多晶Cu表面能位错脱模分子动力学

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    基于激光表面织构提升钢材与木材间粘接强度

    林宇杰柏亚双徐国林李洪毅...
    216-224页
    查看更多>>摘要：胶接钢-木组合构件中,受胶黏剂在钢材表面附着力弱的制约,钢材和木材的粘接强度不高.为改善胶黏剂在钢材上的粘附能力,提出采用激光在钢材表面形成微织构增加胶黏剂与钢材接触面积及嵌入深度.通过单搭接剪切试验,探究织构形状(方形凹坑、竖向沟槽、横向沟槽)对钢材和木材粘接强度的影响;借助激光共聚焦轮廓仪检测钢材表面粗糙度和织构深度,采用扫描电镜(SEM)观察激光处理后钢材表面形貌特征及断口特征,基于检测数据构建有限元模型,探究织构形状对钢材和木材间胶层应力分布影响;总结钢材表面织构对钢材和木材粘接强度影响规律和机制.结果表明:钢材表面织构能有效提升钢材和木材粘接强度;织构形状对钢材和木材粘接强度起决定性作用;在相同激光设置参数和相同织构设计参数(宽度和间距)下,沟槽织构比方形织构更有利于增加胶黏剂与钢材粘结强度;织构周围存在的激光熔融物有利于提高胶黏剂与钢材粘结强度.研究成果可为提高钢材和木材间粘接强度提供技术支撑,也为织构在胶接型钢-木组合构件中的应用与设计提供新思路.

    激光表面处理微织构粘接强度胶接钢-木组合构件

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    润滑介质及基体对不同厚度PTFE/PI-PAI涂层的摩擦性能

    涂传坤曹均朱旻昊叶佩青...
    225-239页
    查看更多>>摘要：船舶发动机轴瓦在受到炮弹攻击后处于极端工况,造成轴瓦失效破坏.传统的电镀镀层和磁控溅射薄膜因存在高污染、高成本等缺点,目前亟须寻求新的解决方案来提高轴瓦在极端工况下的耐磨性能.针对轴瓦因炮击而处于极端工况,设计了ZrO2填充PTFE/PI-PAI的涂层材料,采用液体喷涂工艺在A370铝合金和CuPb22Sn2.5铜合金基体表面制备三种不同厚度涂层,研究涂层在不同润滑介质下的摩擦学性能.结果表明,涂层的摩擦学性能受到涂层硬度、润滑介质及基体支撑作用影响,涂层的硬度及弹性模量随厚度的增加呈现递减的趋势.涂层越厚,基体的支持作用越小.在油润滑工况下,铜合金基体上涂层摩擦因数及磨损率均小于铝合金,润滑油是涂层摩擦性能最主要影响因素.在海水工况下,涂层主要表现为磨粒磨损,并出现明显的犁沟现象.铜合金基体上涂层的摩擦因数高于铝合金,海水腐蚀和高频往复摩擦带来的冲刷作用是摩擦性能主要影响因素.在干摩擦工况下,涂层以黏着磨损为主.涂层的硬度受到基体支撑的影响,高频往复运动中硬质对磨球与硬质基体夹击软质涂层和接触压力是摩擦性能主要影响因素.通过涂层与合金摩擦因数对比,可知30 μm涂层能够大幅度地降低轴瓦材料的摩擦因数,有利于提高船舶发动机轴瓦在极端工况的摩擦学性能.阐明了基体对不同厚度自润滑涂层的支撑机理,分析了涂层在极端工况下受到轰击后的摩擦学性能,确定了船舶发动机轴瓦涂层的最佳设计厚度.

    涂层厚度润滑介质基体支撑摩擦行为磨损机制

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    内部结构非对称织构对材料表面的润滑性能分析

    杨宇杨发展姜芙林黄珂...
    240-253页
    查看更多>>摘要：织构对材料表面的减摩降磨具有积极效果,但内部结构对称织构在摩擦方向和润滑方式上较为单一.为研究内部结构非对称织构对加工润滑特性的影响以及在改善材料表面摩擦性能方面的激励机制,通过研究对称织构和两种内部结构非对称织构的正、反向摩擦行为,对比润滑油在各织构单元体的压力分布、流速和流迹线来分析织构内部结构的对称性对润滑性能的影响.利用飞秒激光以倾斜加工的工艺制备内部结构非对称织构,并进行摩擦磨损试验.结果证明:织构内部结构的对称特征直接影响润滑油的流速和流迹线状态,进而影响油膜的承载力,而流速越大空化效应越剧烈,且流迹线越向涡旋中心集中,惯性效应越强.在内部结构非对称织构正反两个方向的摩擦中,正向摩擦的润滑性能要优于反向摩擦的润滑性能,且无论是正向摩擦还是反向摩擦,织构沟槽呈现直角时的润滑性更加优异,内部结构非对称织构的加工工艺可以增加表面硬度,有利于降低摩擦因数.

    非对称织构Fluent仿真分析流体动压润滑倾斜加工工艺摩擦因数

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