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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。
正式出版
收录年代

    XPS原位分析纯铁微动磨损摩擦氧化行为

    肖子玥盛亮亮魏雪娇魏怀正...
    161-169页
    查看更多>>摘要：摩擦化学是微动磨损过程中不可避免产生的一种复杂的摩擦学行为,对材料的磨损性能及磨损机理具有重要的影响.基于原位XPS高精度切向微动磨损试验平台,系统性研究工业纯铁在真空(p=4mPa)和大气环境下不同微动运行区域接触界面摩擦化学状态及其微动磨损行为.试验结果表明,工业纯铁在大气环境下未观察到微动混合区,然而真空环境下因接触界面发生了严重粘着效应,使得微动运行难以进入滑移区而具有较宽的混合区.随着位移幅值的增加,工业纯铁在真空环境下的微动磨斑具有更多的Fe基体暴露,并伴有以FeO为主的氧化物,整体表现出较高的磨损量;相对比,在大气环境下其磨斑表面产物为以FeO和Fe2O3为主的氧化物,特别在滑移区几乎没有Fe单质暴露,且磨斑表面主要以Fe2O3氧化物为主,表现出较真空环境下更轻微的磨损.磨损结果表明,FeO和Fe2O3具有较好的润滑保护作用,特别是Fe2O3氧化物能显著提高材料表面抗微动磨损性能.利用原位XPS技术可以实现表征材料接触表面真实的摩擦化学状态,且更加准确地揭示摩擦氧化反应对微动磨损行为的影响作用机理,对丰富和发展微动磨损基础理论具有科学意义.

    纯铁原位XPS分析微动磨损磨损氧化微动磨损机理

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    选择性激光熔化成形(SLM)增材制造重熔次数对316L构件表面粗糙度及磨损性能的影响

    李强刘送永王庆阳
    170-181页
    查看更多>>摘要：重熔次数对选择性激光熔化增材制造构件表面粗糙度及耐磨性能有重要影响,研究其影响机理及确定经济重熔次数对发展选择性激光熔化增材制造技术具有重要意义.采用选择性激光熔化增材制造设备制备316L样件,在样件制备过程中分组进行0、1、2、3次激光重熔,对不同激光重熔次数下的样件表面利用三维轮廓扫描仪、扫描电子显微镜等进行表征,利用高速往复摩擦磨损试验机对样件进行摩擦磨损试验,利用电子分析天平测定磨损前后的质量,对表征及磨损性能进行分析.结果表明:SLM增材制造样件表面粗糙度随重熔次数的增加而逐渐减小,重熔后的平均表面粗糙度Sa、Sq、Sv、Sz值分别从0次重熔(正常打印)的8.437、11.88、82.68、252.2μm降低到三次重熔的6.18、7.735、37.597、104.36 μm,分别降低26.75％、34.89％、54.53％、58.62％;随重熔次数的增加,平均摩擦因数逐渐增大,质量磨损量逐步减小;2、3次重熔样件在磨损试验的后半段瞬时最大摩擦因数出现了大于1的情况,这是由于在明显滑动之前出现"接点增长",接点面积不断增大,致使摩擦力超过正压力.表面粗糙度及摩损性能出现上述变化的原因是,每次重熔会使表面吸附的粉末颗粒及熔接痕进一步融化融陷,直至消失,相邻熔道搭接处的"峰谷"现象得到抑制,孔隙和球化等缺陷逐渐被修复,表面变得更加平整.研究发现不同重熔次数对表面粗糙度和磨损改变的程度不同;定义了经济重熔次数概念,1、2、3次重熔次数对表面粗糙度和摩擦磨损性能综合改变率分别为ζ1=26.61％、ζ2=43.60％、ζ3=23.68％,确定了经济重熔次数为2;根据研究成果,给出经济重熔次数在矿山机械上的应用实例.提出经济重熔次数概念,并给出经济重熔次数的应用实例,可为提高增材制造构件表面质量和耐磨性能提供新思路.

    SLM增材制造316L重熔次数表面粗糙度质量磨损摩擦因数

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    超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料的加工机理及试验

    林洁琼吴明磊刘思洋周岩...
    182-198页
    查看更多>>摘要：切削加工过程中材料损伤形式对加工表面质量会产生较大影响,现有仿真分析难以模拟真实颗粒失效行为,通过建立二维微观多相有限元模型能够深入了解材料损伤与表面质量的关系.基于常规切削(Conventional cutting,CC)与超声振动辅助切削(Ultrasonic vibration-assisted cutting,UVAC)两种加工方式,通过有限元仿真软件Abaqus对20％SiCp/Al复合材料的切削过程进行仿真模拟,阐释加工过程中刀具与工件的相互作用机理,并在同一参数下验证有限元仿真的准确性.通过设计单因素试验,对比两种加工方式及不同加工参数对切削力和表面粗糙度的影响规律,得出最佳加工参数组合,并对最佳加工参数下表面形貌进行分析.模拟和试验结果表明,SiC颗粒断裂、颗粒耕犁、颗粒拔出以及Al基体撕裂是影响SiCp/Al复合材料加工质量的主要原因,刀具与颗粒不同的相对作用位置会产生不同的损伤形式.与常规切削相比,施加超声振动后可以有效抑制颗粒失效和基体损伤,使加工中的平均切削力(主切削力)降低33％,工件己加工表面粗糙度值最大减小量为531 nm,显著提高了表面质量.所建立的二维微观多相有限元模型,能够有效模拟铝基复合材料的加工缺陷和裂纹损伤问题,对提高难加工材料的高质量表面制备有重要借鉴意义.

    超声振动辅助切削SiCp/Al复合材料加工机理表面质量切削力

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    单晶硅磨抛协同加工的分子动力学

    郭磊郭鹏举刘天罡郭万金...
    199-210页
    查看更多>>摘要：磨削与抛光是实现单晶硅材料超精密表面加工的重要工艺方法,磨抛协同加工过程中由磨粒运动状态主导的二体与三体磨损机制对材料去除效率以及表面加工质量具有重要影响.采用分子动力学方法,建立固结与游离运动状态双磨粒协同作用下的单晶硅表面超精密磨抛加工过程仿真模型,分析磨粒切入深度、横向与纵向间距干涉等因素对磨削力、材料相变、表面损伤及材料去除行为的影响规律,阐释单晶硅磨抛协同超精密加工表面形貌演化规律.研究表明:受磨粒运动状态驱动的单晶硅材料表层损伤原子数量随固结及游离磨粒切入深度增大而增加,磨粒切入深度对工件的材料去除、裂纹生长及损伤行为影响显著;法向和切向磨削力随磨粒切入深度增加而增大,且在同等切入深度变化时法向磨削力增加幅度大于切向磨削力;通过单晶硅金刚石结构分析磨粒间干涉区域的损伤情况可知,随着磨粒间纵向间距增加时,工件所受干涉作用减小,六角金刚石晶体结构减少;相比较固结磨粒,游离磨粒对工件的损伤区域更深,产生瞬态缺陷原子更多.研究结果可为实现超精密磨抛协同加工工艺高材料去除效率和高表面质量提供理论基础.

    单晶硅分子动力学固结磨粒游离磨粒磨抛协同加工

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    微弧氧化钛电泳沉积制备氧化镁涂层及其抗菌性与生物相容性

    范鑫丽杜佳恒肖东琴李耀华...
    211-219页
    查看更多>>摘要：口腔种植修复术失败的主要原因是术后细菌在种植体表面黏附形成生物膜并导致周围炎症,主要致病菌为牙龈卟啉单胞菌(P.gingivalis,P.g),植入物相关感染严重影响手术效果及增加患者痛苦与费用,因此须赋予植体表面抗菌能力以降低感染发生率.微弧氧化(Micro-arc oxidation,MAO)技术是通过高电压形成牢固结合且具备良好骨整合性能的氧化涂层,同时已有研究发现镁及其化合物(氧化镁)具有良好抗菌性和生物相容性.将MAO与电泳沉积(Electrophoretic deposition,EPD)技术结合,在多微孔的二氧化钛表面沉积纳米氧化镁(nano-MgO)涂层,并评价其体外抗菌性能及生物相容性.通过SEM、XRD、EDS观察样品表面形貌结构、测定元素组成.通过稀释涂板计数法、细菌活死染色及SEM观察评价nano-MgO涂层对P.g的体外抗菌性能.通过将人牙龈成纤维细胞(HGF)与nano-MgO涂层共培养后CCK-8法、细胞活死染色及骨架染色观察评价nano-MgO涂层体外生物相容性.研究结果发现,nano-MgO颗粒在二氧化钛多微孔表面均匀-团聚沉积且覆盖率随沉积时间增加.各组样品对Pg的体外抗菌性能在24 h为6％～54％,在72h为39％～79％.显微观察(活死及SEM)样品表面活菌比例随沉积时间而减少.各组样品与HGF共培养1 d后细胞相对存活率为79％-67％,5d后为93-85％.荧光显微观察发现MAO钛样品表面几乎无死细胞,其余4组表面死细胞比例随沉积时间增加,各组样品表面细胞形态完整且各组间无明显差异.MAO钛表面EPD nano-MgO涂层具备良好体外抗菌性能及生物相容性,研究成果可为降低口腔种植修复术的感染发生率、减少患者痛苦及手术费用提供一种新方法.

    口腔种植体微弧氧化电泳沉积氧化镁抗菌

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    UO2与Zr包壳的扩散反应阻挡层

    黄杰曾强刘喆陈江善...
    220-226页
    查看更多>>摘要：UO2-Zr燃料体系广泛应用于压水反应堆和各种研究试验堆中,但在反应堆运行工况下,UO2燃料与Zr包壳会发生扩散反应.在UO2燃料与Zr包壳之间制备一层氧扩散阻挡层,阻止UO2中的氧原子向Zr包壳中扩散,是提高核燃料元件的安全性和使用寿命的方法之一.进行理论计算,结果表明Nb和Cr是最具潜力的氧扩散阻挡层材料.采用电弧离子镀技术制备Nb、Cr、Nb/Cr三种涂层,通过对这三种扩散阻挡层的研究,发现在UO2燃料上制备一层金属涂层能够有效阻止UO2与Zr包壳的扩散反应,Nb涂层具有较好的氧阻挡能力,但是Nb与Zr在试验条件下能够无限固溶,形成Nb与Zr的双相结构.Cr与UO2燃料和Zr包壳均有较好的相容性,但是Cr与O原子的亲和性比Nb好,Cr涂层中O原子浓度比Nb涂层中的O原子浓度高.Nb/Cr复合涂层是一种比较理想的扩散阻挡层,且靠近UO2燃料一侧为Nb涂层,靠近Zr包壳一侧为Cr涂层.研究结果表明Nb/Cr复合涂层作为氧阻挡层材料,在氧阻挡能力上优于Nb涂层和Cr涂层.扩散反应阻挡层的研究可为提高核燃料元件的安全性和使用寿命提供一定参考数据.

    核燃料扩散阻挡层相容性涂层

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    医用TC4钛合金激光-化学复合抛光及表面形貌演化

    邵勇孙树峰王萍萍蒙卡·彼得·帕沃尔...
    227-237页
    查看更多>>摘要：表面粗糙度是医疗器械构件最重要的质量特征之一,然而现有的激光抛光、化学抛光等单一表面抛光技术存在一定局限性.针对医用TC4钛合金表面的精密抛光需求,设计并搭建一套激光-化学复合抛光系统,通过激光-化学复合加工材料去除机理分析和开展TC4钛合金的激光-化学复合抛光试验,深入探究复合抛光过程中不同抛光阶段材料表面形貌的演变过程及粗糙度变化并进行分析,进而明确激光-化学复合抛光机理.研究结果表明,激光-化学复合抛光材料去除是基于激光热-力效应与激光诱导化学腐蚀溶解共同作用的结果,而且两者具有一定协同效应,在适当的工艺窗口内,化学腐蚀溶解可以完全去除激光烧蚀产生的残渣和重熔物.激光辐照会在工件表面"峰-谷"区域产生温度差,进而导致化学溶解速率差异,即"山峰"区域溶解速率快,"山谷"区域溶解速率慢,从而实现表面粗糙度的降低.最后采用合适的工艺参数,优化了抛光效果,实现了医用TC4钛合金的选择性精密抛光,激光辐照区域表面粗糙度Ra由初始的5.230 μm下降至0.225 μm,Sa由初始的8.630μm下降至0.571 μm,分别下降95.7％和93.4％.研究结果可为钛合金或其他自钝化金属的精密抛光提供参考.

    激光钛合金抛光表面形貌化学腐蚀

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    耐久超疏水涂层的制备及其防冰防腐自清洁性能

    王波辛蕾张凯高健...
    238-247页
    查看更多>>摘要：超疏水涂层在防结冰、防腐蚀等领域具有广阔的应用前景,然而目前仍无法大规模制备稳定的超疏水表面.提出一种操作简单、成本低廉的方法,在铝合金基材上通过一步喷涂法制备出耐磨超疏水涂层.首先在铝合金基体表面涂覆环氧树脂粘结层,待其达到半固化状态时,喷涂硬脂酸修饰的微米SiO2和纳米TiO2粒子混合悬浮液,固化后该涂层与水的接触角为～155.4°,滚动角为～3°,实现了超疏水性.试验结果表明,该超疏水涂层具有较好的耐磨耐久性,在胶带剥离、砂纸摩擦、紫外光长时间照射以及不同pH液滴等多种测试条件下仍具有良好的超疏水性.此外,此超疏水涂层在极端寒冷的天气下可以显著延缓水的冻结时间.环氧树脂和疏水颗粒的协同防腐作用使超疏水涂层在海水中表现出良好的防腐蚀性能.所制备的超疏水涂层还具有优异的自清洁特性,且因TiO2粒子本身的光降解性能,该涂层还可用于光降解污染物和净化水质.这种简单、环保的超疏水涂层在防结冰、防腐蚀等方面具有潜在的应用前景,可为克服传统超疏水表面使用耐久性差的问题提供解决思路.

    超疏水喷涂法防结冰防腐蚀光降解

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    重载变速冲击工况下MoDDP/CaB复合润滑油添加剂的润滑性能

    王小勇张慧峰郭佳毫姜宇...
    248-259页
    查看更多>>摘要：为解决机械设备在恶劣工况下由润滑失效而导致的设备故障甚至安全生产事故问题,进一步提升机械设备的运行稳定性和安全性,研究纳米硼酸钙(CaB)和二烷基二硫代磷酸钼(MoDDP)单一润滑油添加剂和复合润滑油添加剂的减摩抗磨效果,并探究其润滑作用机制.研究结果表明,重载、变速、冲击工况条件下1.5 wt.％MoDDP/3.0 wt.％CaB复合润滑油添加剂具有良好的减摩抗磨效果,与基础油相比,在不同转速下可最大降低65.1％的摩擦因数和80％的磨痕深度,施加50N冲击载荷时,可分别降低66.7％的摩擦因数和76.5％的磨痕深度.MoDDP/CaB复合润滑油添加剂在润滑过程中能生成包含C-C、Fe2O3、FeB和MoS2的金属化合物层,添加剂中的CaB和MoDDP能够相互促进彼此反应,增加FeB/MoS2润滑膜的生成量,对比单一的添加剂和基础油,复合添加剂具有更好的自修复性能和协同功效,形成具有高承载力的润滑油膜,提高了复合润滑油的抗磨减摩性能.MoDDP/CaB复合润滑油添加剂的制备可以充分综合利用抗氧化剂与极压耐磨剂的稳定、优异润滑特性,研究结果可为复合添加剂的广泛应用提供数据支持和理论支撑.

    MoDDP/CaB复合润滑油添加剂减摩抗磨变速、重载、冲击

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    通过优化偶联剂含量改善磁粉芯综合性能

    余红雅袁涵李竞舟刘仲武...
    260-268页
    查看更多>>摘要：磁粉芯在工程应用中会遇到体积变化引起的开裂、磁性能低等问题,目前未见关于这方面的研究.通过在羰基铁粉磁粉芯(包含磁环、磁片和一体成型电感)中加入不同含量KH550硅烷偶联剂,研究其成型性、磁性能和力学性能,并利用SEM、TMA和LCR等测试分析偶联剂对磁粉芯性能影响的作用机理.研究表明偶联剂能将树脂"约束"在磁粉表面,并在固化过程中带动磁粉颗粒重排,从而增加磁粉芯的膨胀系数.添加0wt.％和0.1wt.％偶联剂的磁粉芯具有负的膨胀系数,容易收缩开裂.当偶联剂含量达到0.3wt.％、0.5 wt.％和0.7wt.％时,树脂固化过程中磁粉芯的膨胀系数升高,从而增加磁粉芯的体积,有效抑制磁粉芯的开裂倾向.但是,体积的增加会降低磁粉芯的密度、磁导率、Q值和力学性能,增加损耗.综合考虑磁粉芯的成型性和其他性能,偶联剂添加的最佳比例是0.3 wt.％.揭示了偶联剂对磁粉芯膨胀系数等综合性能的影响规律,可为高性能磁粉芯的工程化应用提供重要理论依据.

    羰基铁粉KH550偶联剂膨胀系数磁粉芯一体成型电感

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