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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

    钢轨材料局部激光熔覆自熔性合金涂层的磨损与滚动接触疲劳行为

    丁昊昊谢天星王文健祝毅...
    1-13页
    查看更多>>摘要：激光熔覆技术可用于钢轨局部损伤表面的局部修复,但局部修复钢轨材料的磨损与滚动接触疲劳损伤规律尚不清楚.通过在钢轨试样表面切除凹槽来模拟局部损伤,在凹槽处激光熔覆Ni基、Fe基和Co基自熔性合金粉末,分析修复钢轨微观组织与硬度,然后利用双轮对滚试验研究局部修复钢轨试样的磨损与滚动接触疲劳行为.结果表明,激光熔覆涂层形成了共晶与枝晶组织,Ni基涂层组织粗大、硬度较小,Fe基与Co基涂层组织尺寸较小,Fe基涂层硬度最大,Co基涂层硬度居中.相比未熔覆区域,激光熔覆区(涂层)塑性变形层厚度较小,且涂层原始硬度越高,硬化后硬度越大,但硬化率和硬化层厚度更小.未熔覆区滚动接触疲劳裂纹较长,但裂纹角度较小;熔覆区裂纹长度均有所降低,但裂纹扩展角度明显增大;熔覆区与未熔覆区结合处疲劳损伤最为严重,疲劳裂纹角度和深度均比熔覆区和未熔覆区更大.对比分析发现,Stellite 21(Co基)熔覆试样摩擦因数较低,熔覆区与未熔覆区磨损深度差较小,抗滚动接触疲劳性能较好,较为适合钢轨局部损伤的激光修复.研究结果可为激光熔覆技术在钢轨局部修复上的应用与优化提供理论与技术指导.

    激光熔覆损伤钢轨微观组织磨损滚动接触疲劳

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    基于稳态磁场阻尼效应的激光熔覆气孔缺陷抑制机制

    胡勇孟庆鑫王梁邹朋津...
    14-24页
    查看更多>>摘要：气孔作为激光增材制造主要的缺陷之一,严重影响其在动态载荷下的力学性能.采用稳态磁场辅助激光熔覆的方法,以在不改变激光工艺条件下实现对气孔缺陷的抑制.为了明晰稳态磁场对气孔缺陷的抑制机制,基于稳态磁场下气孔输运多物理场模型及激光熔覆试验,研究不同磁场强度下熔池的流场分布、气孔输运轨迹、气孔分布及内部的元素分布等规律.模拟结果显示,外加稳态磁场在熔池内产生的感应洛伦兹力增加了流体的粘滞效应,降低了熔池内流体的流速.随着磁场强度从0T增加到1.2T,熔池表面最高流速从0.137m/s降低到0.054 m/s.试验结果显示:随着磁场强度从0T增加到1.2 T,涂层孔隙率从13.339％降低到7.768％.结合气孔运动轨迹及熔池元素分布规律,得出稳态磁场抑制气孔缺陷的主要原因为磁阻尼效应降低流体速度,抑制外界氧元素进入熔池与碳元素结合生成气孔,从而降低气孔的数量.研究结果可为磁场辅助激光熔覆、焊接及修复等过程中的气孔缺陷控制提供理论依据.

    激光熔覆气孔缺陷稳态磁场阻尼效应数值模拟

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    热丝激光熔覆Cr-W-Mo-V钢涂层组织与腐蚀磨损性能

    王彦芳周雪景宋子翰石志强...
    25-36页
    查看更多>>摘要：随着海洋油气资源的开发,钻采装备面临腐蚀与磨损的耦合损伤.开发耐磨耐蚀涂层材料及制备技术是海洋装备安全、可靠运行的保障.利用热丝激光熔覆技术在20钢基材表面制备Cr-W-Mo-V钢涂层,通过光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等分析涂层的显微组织和相组成,采用往复电化学腐蚀摩擦磨损试验仪分析涂层的干摩擦、电化学腐蚀及在3.5wt.％NaCl溶液中的腐蚀磨损行为.制备的涂层组织均匀、致密,无裂纹、气孔等缺陷,主要由碳化物、马氏体和残余奥氏体组成,显微组织主要为柱状晶和胞状晶.涂层的平均硬度约为780HV0.1,约是基材硬度的6.5倍,自腐蚀电位为-0.386 V,自腐蚀电流密度为3.45×10-6A/cm2,具有优异的耐蚀性.在3.5 wt.％NaCl溶液中,随摩擦载荷的增大,涂层的开路电位下降,摩擦因数下降,腐蚀电流密度增大,摩擦对腐蚀有明显促进作用.随外加电位增加,涂层腐蚀电流密度增大,摩擦因数降低.热丝激光熔覆技术制备的Cr-W-Mo-V钢涂层结构致密、组织均匀,具有优异的腐蚀磨损性能,可用于海洋油气钻采装备在腐蚀磨损苛刻环境下零部件的表面改性.

    热丝激光熔覆Cr-W-Mo-V钢涂层显微组织腐蚀磨损

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    激光熔覆Fe/Ti3SiC2复合涂层工艺优化及其组织结构与性能

    江平朱协彬张伟刘宏伟...
    37-45页
    查看更多>>摘要：通常在曲轴与轴瓦等摩擦副表面制备传统硬质涂层提高其耐磨性,但这对对偶件没有减磨效果,整体减磨效果不佳.为了提高摩擦副的使用寿命,采用高速激光熔覆技术在45钢表面制备Fe/Ti3SiC2耐磨减摩复合涂层,优化激光熔覆工艺参数,并研究工艺参数对涂层组织结构与性能的影响.研究表明,涂层工艺参数对涂层的摩擦性能影响程度大小依次是:激光功率、送粉量、扫描速率,最佳工艺参数为激光功率2.5 kW、送粉量为15 g/min、扫描速率为14 mm/s.涂层显微硬度达到591.7 HV0.2,涂层与基体结合处主要由柱状晶、树枝晶和平面晶组成,激光功率增加导致晶粒粗化,适当增大扫描速率和送粉量可使晶粒得到细化.摩擦磨损结果显示,在室温、载荷30 N和时间30 min的摩擦磨损试验中,该复合涂层表现出最佳摩擦性能,涂层磨损量0.4mg,对偶件的磨损量0.7mg.与未熔覆复合涂层的基体相比,复合涂层的磨损量降低了 94％,同时其对偶件的磨损量降低了 65％,表明Fe/Ti3SiC2复合涂层在大幅提升工件表面耐磨性能的同时,还能减少其对偶部件的磨损,使整个摩擦系统性能得到系统提升,是一种高性能的耐磨减摩复合涂层.该研究解决了传统硬质涂层提升工件自身耐磨性能,但会增加其对偶部件磨损的技术难题.

    高速激光熔覆复合涂层工艺优化组织结构摩擦磨损

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    超高速激光熔覆 Ni-cBN/(NiCoCr)94Al3Ti3涂层的组织及性能

    王新生骆纪锋李洋牟泓霖...
    46-56页
    查看更多>>摘要：钛合金性能优越,但表面耐磨性差制约了其应用和发展.为了克服钛合金耐磨性差的缺点,采用超高速激光熔覆技术在TC11基体上制备(NiCoCr)94Al3Ti3涂层并加入Ni包覆cBN颗粒,借助cBN颗粒的高硬度特性制备耐磨涂层.采用X射线衍射仪分析涂层物相,采用扫描电子显微镜(SEM)与能量分散谱仪(EDS)分析涂层组织,借助维式显微硬度计研究涂层截面硬度分布规律,利用摩擦磨损试验机测试涂层的耐磨性能.研究结果表明,Ni包覆cBN颗粒的加入会促进(NiCoCr)94Al3Ti3涂层中Cr元素的偏聚,使富Cr相组织长大.当Ni包覆cBN颗粒的含量在5～15wt.％时,涂层组织逐渐致密,涂层的硬度随Ni包覆cBN含量的增多而升高,但Ni包覆cBN颗粒含量到达20 wt.％时,涂层致密性降低,涂层的硬度也随之降低.涂层的摩擦因数随Ni包覆cBN含量的增加而升高,耐磨性也随含量的增多而增强.15 wt.％Ni包覆cBN涂层的综合性能最佳,硬度达到1 024 HV0.5,摩擦因数为0.534,磨损体积0.017 mm3,涂层耐磨性是未添加Ni包覆cBN颗粒涂层的2.8倍.Ni包覆cBN颗粒的加入可以提升涂层的耐磨性,为cBN在耐磨涂层的研究及应用提供参考和借鉴.

    超高速激光熔覆Ni包覆cBN硬度耐磨(NiCoCr)94Al3Ti3涂层

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    皮秒/纳秒脉冲激光抛光对激光选区熔化TC4表面完整性影响

    李亮亮牟建伟刘艳梅徐继文...
    57-66页
    查看更多>>摘要：以激光选区熔化TC4钛合金薄壁结构件为研究对象,采用皮秒脉冲激光和纳秒脉冲激光进行激光抛光,旨在探究不同激光抛光方式对增材制造的钛合金表面性能的影响.两种激光加工参数均为优化后的工艺参数,且均为高斯光源.对抛光后的表面形貌、表面粗糙度、热影响层深度、元素分布、氧化程度和试样的拉伸性能进行对比分析.结果表明皮秒脉冲激光和纳秒脉冲激光均可以显著改善增材制造TC4钛合金的表面质量,降低表面粗糙度,从原始的3.52 μm下降至皮秒抛光的0.71 μm或纳秒激光的0.66 μm.纳秒脉冲激光具有更高的热积累,表面氧化程度高,热影响层深,约为34.20 μm,比皮秒脉冲激光热影响层深度增大约40.9％.拉伸试验结果表明,虽然激光抛光略微降低了激光选区熔化增材制造钛合金的拉伸性能,但是纳秒脉冲激光抛光后试样的拉伸强度和拉伸应变下降更显著.本研究为激光抛光在增材制造中的应用提供了深入的试验分析和理论探讨,为进一步扩展皮秒脉冲激光在高性能金属零件的制备提供了新思路和方法.

    激光抛光皮秒激光纳秒激光增材制造组织和性能

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    航天铝合金表面脉冲激光毛化工艺及其胶接性能

    冯杰才李诚王星姜梦...
    67-77页
    查看更多>>摘要：传统的铝合金表面处理技术存在污染环境、损伤铝合金基体和加工质量不一致等问题.激光束能量精确可控,可在保证满足工业生产要求的前提下减少对环境的污染,且易于实现自动化.航空发动机制造过程中需要采用金属-粘接剂-金属连接,为提高其胶接强度需要对金属进行表面毛化处理.通过在LY12CZ铝合金表面进行纳秒激光毛化,探讨纳秒激光脉冲能量、脉冲频率、脉冲宽度等工艺参数对微孔直径、深度、分布形式等形貌的影响规律,并分析铝合金表面激光烧蚀微孔成形机理及其胶接性能的强化机制.研究表明,当脉冲能量增大时,微坑深度和孔径逐渐增加.当脉冲宽度在20～120 ns时增大或脉冲频率在10-90 kHz时增大,会导致孔径和孔深增大.当脉冲宽度大于120 ns时增大,孔深会减少,孔径会缓慢上升后缓慢减小.当脉冲频率大于70 kHz时增大,孔深和孔径会增大.熔融物在Marangoni对流作用下形成火山口状表面微结构.微孔直径较大、深度较深,微孔间距较密集且微孔外部形状呈现火山状的微结构利于胶接剂的渗入,形成"钉扎"作用,可提高铝合金胶接剪切强度至16.77 MPa,满足工业生产要求的10 MPa,推荐的工艺参数是激光脉冲能量为1.8 mJ、脉冲频率为70 kHz、脉宽为240 ns、烧蚀次数为5次、微孔间距为100 μm.研究结果可为LY12CZ铝合金表面高质量的纳秒激光毛化提供参考.

    激光材料加工铝合金工艺参数胶接形貌

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    微细波纹板激光热应力成形边界效应的抑制方法

    姚喆赫范伟鑫陈志敏张群莉...
    78-88页
    查看更多>>摘要：激光热应力成形为微细薄板结构的无模制造提供了解决方案,然而其边界效应严重影响成形精度.针对金属薄板激光热应力成形过程中的边界效应,采用振镜式激光,结合有限元模拟和成形试验分析激光工艺参数对边界效应的影响规律.研究了变速度、变方向以及两者耦合的边界效应抑制策略,进而用于微细波纹板成形过程.结果表明,扫描路径上的温度与应力分布不均是造成边界效应的主要原因,薄板成形过程中的热累积主要存在于扫描结束端,激光工艺参数是影响弯曲成形件变形的重要因素;采用变向-变速耦合策略比单方向扫描的相对角度变化减小77.8％,实现了深宽比大于0.75的微细波纹板精密成形.变向-变速耦合策略能够有效抑制微细波纹板激光热应力成形中的边界效应,为高质量微细薄板成形提供参考.

    激光材料加工波纹板激光热应力成形边界效应抑制策略激光工艺参数

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    钛酸铋钠基无铅压电陶瓷掺杂改性研究现状

    朱合法邢志国郭伟玲董丽虹...
    89-102页
    查看更多>>摘要：钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3,简称BNT)基无铅压电陶瓷因其环境友好型、良好的铁电压电性能等特点在航空航天、舰艇声纳、高速列车及电子产品等领域得到广泛应用.为了克服钛酸铋钠基无铅压电陶瓷高矫顽场并进一步提升其电学性能,通过对BNT基无铅压电陶瓷进行掺杂改性构建三方相-四方相共存的准同型相界(MPB).掺杂改性是改善BNT基无铅压电陶瓷性能的一种重要方法,针对BNT基无铅压电陶瓷掺杂改性进行系统总结十分必要.主要从BNT基无铅压电陶瓷多组元改性、A/B位离子掺杂和稀土离子掺杂改性等三方面综合论述近年来BNT基压电陶瓷研究进展.结果表明,引入合适的组元有利于BNT基无铅压电陶瓷构建三方相-四方相共存的准同型相界;A/B离子掺杂是根据离子半径和电价大小的一致性对BNT陶瓷中对应位置的离子进行取代;稀土离子掺杂主要对该陶瓷的光电特性有显著影响.上述三方面从不同角度改善了BNT基无铅压电陶瓷的性能,以期为研究性能更好的BNT基无铅压电陶瓷的科研和技术人员提供参考,并为BNT基无铅压电陶瓷的实际应用奠定基础.

    无铅压电陶瓷钛酸铋钠准同型相界掺杂电学性能

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    碳化硼陶瓷自润滑研究现状

    张巍张杰
    103-114页
    查看更多>>摘要：碳化硼(B4C)陶瓷的自润滑对其摩擦学性能具有重要影响,但缺乏这方面的系统性综述介绍.碳化硼具有高的硬度(维氏硬度为36 GPa),因此碳化硼陶瓷是一种应用于耐磨元件的潜在候选材料.然而,碳化硼陶瓷的摩擦因数较高,增加了摩擦系统的能耗,限制了其广泛应用.自润滑是一种可避免外部润滑剂造成污染的方法,揭示碳化硼陶瓷自润滑的机理可为解决碳化硼陶瓷摩擦因数高的问题提供可行参考方案.目前碳化硼陶瓷自润滑的方式主要有预氧化、添加固体润滑剂、构建表面浮雕结构三种.预氧化是将碳化硼陶瓷预先在空气环境中进行高温下氧化处理,使其表面生成氧化层;添加固体润滑剂是将具有层状晶体结构的材料添加到碳化硼陶瓷基体中,在滑动过程中固体润滑剂从碳化硼陶瓷基体中脱落,从而在碳化硼陶瓷的磨损面上形成一层外部润滑层;构建表面浮雕结构是在碳化硼陶瓷基体中引入硬度相对较低的第二相,利用两相晶粒的硬度差,在滑动过程中原位生成凹凸的表面形貌.这些自润滑方法虽然存在技术上的局限,但仍可在一定工况下实现碳化硼陶瓷的自润滑,减小摩擦副的摩擦因数,降低摩擦系统的能耗.总结近年来碳化硼陶瓷自润滑的相关研究进展,并对碳化硼陶瓷自润滑未来的研究方向进行展望,研究结果填补了碳化硼陶瓷自润滑领域目前缺少综述文章来引领的空白,可为碳化硼陶瓷自润滑的设计、研究及应用提供有益的指导.

    碳化硼陶瓷自润滑预氧化固体润滑剂浮雕结构

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