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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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收录年代

    冷喷涂粒子沉积的数值模拟研究现状

    王慧鹏胡泽凌郭伟玲黄艳斐...
    158-176页
    查看更多>>摘要：机械、船舶、航空和医学等领域通常采用冷喷涂技术制备表面薄膜和功能性涂层,其中以金属涂层、陶瓷涂层和复合涂层较多,并且冷喷涂能很好的保留材料原有特性.但冷喷涂过程中难以观察到粒子的沉积形式、塑性变形和结合状态,无法探究冷喷涂过程中的机理性问题.因此,通常采用数值模拟建立模型的方式来探讨喷涂过程中粒子的沉积机理.基于数值模拟从金属、陶瓷和金属-陶瓷复合三方面,系统分析模型的差异及适用场景,阐述粒子速度、粒子入射角度和粒子尺寸对冷喷涂沉积行为的影响,概括冷喷涂实际应用场景.结果表明,二维模型与三维模型存在边界条件设置和热传导问题,但在特定的情况下,二维模型与三维模型并无差别,且二维模型是一个简化模型,相比较于准确的三维模型更节约时间成本;单粒子与多粒子在喷涂过程中存在热传导问题,并且单粒子模型适用于沉积形式和结合机理的分析,而多粒子模型适用于沉积形貌和实际验证的分析;三个影响因素对沉积行为都有着不可忽视的影响,优化影响因素可大大提高沉积效率,提升涂层质量;虽然对冷喷涂的研究以及制备涂层已经进入大发展阶段,但在实际应用方面却极少,未来对冷喷涂的发展应广泛的应用到实际工作中.从数值模拟模型上分析三种材料的模拟结果,并且对影响因素进行总结,从而对冷喷涂技术的微观过程进行研究,可为冷喷涂沉积机理的研究提供理论认识.

    冷喷涂数值模拟沉积机理沉积行为

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    激光熔覆过程数值模拟及裂纹调控研究进展

    谢晓明刘秀波陈涛刘志远...
    177-194页
    查看更多>>摘要：激光熔覆作为一种先进的表面技术广泛应用于航空航天和军工等领域,然而激光熔覆在短时间内历经多种复杂的物化过程,其中涉及的传热传质和熔池对流行为与涂层质量密切相关,目前仅依靠试验方法难以直观准确地观测到熔覆过程的瞬态演化对涂层质量的影响,且受限于成本高和周期长等问题.而数值模拟为深入分析熔覆过程中的温度变化,应力分布和熔池流动提供了有效途径,为改善涂层质量提供了理论依据,但针对该方面的综述仍然有限.从熔覆过程中热-力-流多场动态演化出发,系统综述多物理场数值模拟方面的相关研究现状.同时针对裂纹调控问题,归纳总结导致裂纹产生的影响因素,并概述多物理场耦合动态演化-工艺优化-裂纹调控之间的内在关联.准确的模拟结果是有效指导实践的必要条件,但目前的数值模拟研究仍难以精准反映实际熔覆情况.最后指出影响模拟准确性的难点,并对其进行展望.利用数值模拟指导激光熔覆是有效提高涂层质量的可靠手段,对该方面的研究进行系统综述可为后续相关研究和实际应用提供有益参考.

    激光熔覆动态演化数值模拟工艺优化裂纹调控

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    等离子体喷涂致密陶瓷涂层技术研究进展

    刘方圆魏连峰张薇薇郑勇...
    195-219页
    查看更多>>摘要：等离子体喷涂陶瓷涂层技术具有加热温度高、沉积速率快、基体受热小、材料范围广和投资成本低等显著优势,广泛应用于航空航天、核能发电和兵器装备等领域.随着现代工业的快速发展,高端装备和部分关键零部件对陶瓷涂层的服役性能提出了更高的使用要求,如何提高等离子体喷涂陶瓷涂层的密度和力学性能成为该领域的研究热点.研究者近年来采用优化的等离子体喷涂技术制备了性能优异的致密陶瓷涂层.系统综述该技术的研究进展,对于其大规模推广应用具有重要意义.首先,从常规大气等离子体喷涂技术的原理和涂层沉积过程,介绍常规大气等离子体喷涂陶瓷涂层的技术特点、显微特征和瓶颈问题.然后,从等离子体喷枪的结构设计、工作原理和涂层性能,系统综述8种用于制备致密陶瓷涂层的等离子体喷枪技术.而后,根据高效能等离子体喷涂工艺的原理、特点和涂层特征,详细阐述超低压、长层流和悬浮溶液3种致密陶瓷涂层等离子体喷涂工艺.最后,总结等离子体喷涂致密陶瓷涂层技术的发展现状,并对未来发展趋势进行了展望.主要综述等离子体喷涂致密陶瓷涂层技术的先进喷枪结构和高能效喷涂工艺,可为等离子体喷涂致密陶瓷涂层技术的广泛应用提供借鉴和指导.

    等离子体喷涂致密陶瓷涂层等离子体喷枪等离子体喷涂工艺

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    长寿命热障涂层失效机制、材料选择及结构设计研究进展

    刘雨薇李淳冯世钊王叶...
    220-237页
    查看更多>>摘要：热障涂层(Thermal barrier coatings,TBCs)是一种应用于航空发动机、地面燃气轮机等动力装备的高效功能性隔热涂层,具有低导热系数、良好的高温相稳定性和断裂韧性等优点.随着动力系统强化程度的不断提高,关键部件常常在极端高温环境下服役,容易导致涂层发生开裂、分层、退化而过早失效.然而,目前关于长寿命热障涂层的失效机制、材料选择及结构设计缺乏相关系统总结.总结几种典型的热障涂层失效机制:残余应力失效、高温烧结失效、钙-镁-铝-硅酸盐(CMAS)渗透腐蚀失效和热生长氧化层(TGO)失效,提出减小涂层内部孔隙率、缩小层间热膨胀系数差、降低表面粗糙度等抑制涂层失效的方法.据此,从顶部涂层的材料选择与结构设计两方面阐述热障涂层的研究进展.从材料选择角度,归纳氧化锆和部分钇稳定氧化锆(YSZ)在长时高温环境下出现的问题,总结近年来的一些先进涂层材料,包括氧化物稳定氧化锆、A2B2O7型氧化物、稀土钽酸盐以及自愈合材料.从结构设计角度,介绍不同涂层结构的制备方法,分别从微观结构、耐腐蚀性、涂层内部热应力、热循环寿命等方面对层状结构、柱状结构、纳米结构和功能梯度结构进行归纳.综述相关研究现状不仅能指出现有研究的不足及未来研究的发展方向,还能为开发更高抗腐蚀性、更好隔热性和更长寿命的新一代TBCs提供理论依据.

    热障涂层失效机制陶瓷材料结构设计

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    类金刚石薄膜的残余应力调控研究进展

    杜乃洲付志民冯存傲郭鹏...
    238-252页
    查看更多>>摘要：类金刚石薄膜(Diamond-like carbon,DLC)由于其优异的性能而在诸多领域显示出广阔的应用前景.然而,DLC薄膜中存在的高残余应力,削弱了膜基结合力,导致薄膜开裂或剥落,严重限制了其使用寿命和可靠性,成为DLC薄膜研究领域中亟需解决的关键问题之一,也是基于实际应用的紧迫需求.介绍了 DLC薄膜应力产生的来源,并结合国内外研究现状从元素掺杂、过渡层和工艺调控3个方面分别综述了应力调控方面的试验和理论研究进展.结果表明,元素掺杂主要是通过降低薄膜中扭曲的C-C键长和C-C-C键角的百分比含量以及缓和键长、键角的扭曲程度来降低薄膜残余应力;添加过渡层主要通过缓解DLC薄膜与基体间因热膨胀系数不匹配而引起的内应力,从而达到降低DLC薄膜残余应力的目的;不同工艺参数对残余应力的影响较为复杂,且参数的不同组合可能会导致不同的残余应力状态.以上DLC薄膜应力来源、调控方法和机理的研究将为高质量DLC薄膜的设计和制备提供理论依据.

    类金刚石薄膜残余应力元素掺杂过渡层工艺参数

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    激光熔覆NiCoCrTaAl-TiC复合涂层组织性能及摩擦学性能

    谢玉莹刘思思刘金刚杨正航...
    253-262页
    查看更多>>摘要：Ni基合金因其在高温条件下具有优异的性能,在航空航天、船舶制造、冶金化工等领域受到广泛的关注.为了进一步提高合金在严苛环境下的服役年限,采用激光熔覆技术在K418镍基合金表面设计并制备了 NiCoCrTaAl-TiC复合涂层,探究Al含量对复合涂层组织形貌及摩擦学性能的影响,并在雨水、海水和润滑油等严苛工作环境下对涂层性能做进一步分析.研究结果表明:添加Al元素后,复合涂层出现Al2O3、AlNi3、Al4CrNi15、Al4Ni15Ta等金属间化合物相,涂层内部组织构成发生改变;随Al含量增加,熔池边界逐渐消失,涂层硬度、耐磨性能呈先减小后增加的趋势,并在Al含量为15wt.％时达到最佳,其耐磨性较NiCoCrTa-TiC涂层约提高25％;在雨水、海水介质中浸泡2 h后在边界润滑条件下的磨痕深度及磨损量与未经处理涂层的基本相同,表明Al元素的添加提高了复合涂层的耐腐蚀性能.

    激光熔覆复合涂层显微组织腐蚀介质摩擦学性能

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    喷涂参数对螺栓表面涂层均匀性的影响

    张云鹏李海涛鲍思洁郭冬妮...
    263-274页
    查看更多>>摘要：工程中螺栓喷涂铝涂层时易出现涂层厚度不均匀,会导致螺栓连接的可靠性下降和涂层电偶腐蚀防护作用削弱问题,航空钛合金螺栓表面铝涂层均匀性方面缺乏深入的研究.采用欧拉-拉格朗日法建立雾化流场的气液两相流物理模型,分析喷涂距离、进气压力和扇面控制压力对螺栓表面涂层厚度的影响,并搭建喷涂试验系统与模拟结果进行比对.结果表明:喷涂距离大小会影响涂料液滴到达螺栓表面时的速度,进而影响涂层厚度和均匀性.进气压力较小时,涂料雾化不彻底,涂层出现不均匀的斑块;进气压力较大时,涂覆的范围较大,单个螺栓表面涂层过薄.扇面控制压力较小时,喷雾集中,螺栓表面涂层较厚;扇面控制压力则会影响喷雾范围,若喷雾集中,螺栓表面涂层较厚,反之螺栓表面涂层较薄.当喷涂距离在190mm左右,进气压力在0.4 MPa左右,扇面控制压力在0.1 MPa左右时,螺栓表面涂层厚度均匀性最佳.试验证实气液两相流物理模型用于研究喷雾流场和预测涂层厚度分布是可行的.采用欧拉-拉格朗日法模拟螺栓表面喷涂成膜的过程,获得涂层厚度分布规律,能为航空钛合金螺栓表面铝涂层均匀制备提供可行的方法.

    喷雾流场铝涂层计算流体力学仿真涂层均匀性

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    结晶器铜板表面HVOF喷涂NiCrCoBSi多主元合金涂层的高温磨损性能

    黄东保周霆伟郁海涛贾玺泉...
    275-287页
    查看更多>>摘要：针对连铸结晶器铜板在服役过程中的磨损失效问题,采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在结晶器铜板表面制备了NiCrCoBSi自熔性多主元合金涂层,以提高铜板的耐磨性能.利用XRD、SEM、TEM等方法研究了 NiCrCoBSi涂层的微观结构;借助摩擦磨损设备对其耐磨性进行评价,并与市场化占有率最高的电镀NiCo涂层进行对比.结果表明:NiCo涂层为单相面心立方(FCC)固溶体结构,而NiCrCoBSi涂层的主要物相包括FCC固溶体、CrB和M23C6.与NiCo涂层相比,NiCrCoBSi涂层的硬度提高了 95％,而断裂韧性只下降了 5.4％.磨损测试后发现两种涂层的磨损机制均以黏着磨损、疲劳磨损为主,伴随着少量磨料磨损.NiCrCoBSi涂层表现出优异的耐磨性和较低的摩擦因数,其磨损率较NiCo涂层降低了 81％.NiCrCoBSi涂层耐磨性较高的主要原因是其较高的硬度、内部的各种硬质耐磨相以及磨损表层的加工硬化.这是因为在循环载荷作用下,涂层产生塑性变形,涂层的硬质相在塑性变形过程中被切割、旋转,导致碳化物及硼化物被细化和球化,从而提升了磨损表层的硬度.制备了具有优异高温耐磨性能的NiCrCoBSi自熔性多主元合金涂层,为长寿命铜及其合金涂层的开发提供了理论依据和技术参考.

    超音速火焰喷涂多主元合金铜板涂层磨损

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    钛合金表面掺Sn微弧氧化层的制备及其在模拟体液环境中的防护性能

    邓婉蓉杨巍李珂珂王力群...
    288-295页
    查看更多>>摘要：TC4钛合金植入人体后感染风险高,为提高TC4钛合金在模拟体液中的防护性能,通过改变电解液中Na2SnO3浓度,在钛合金表面制备掺锡微弧氧化层.利用扫描电子显微镜(SEM+EDS)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对微弧氧化层的微观形貌、物相组成和成分进行表征,通过摩擦磨损试验,电化学及抗菌测试研究微弧氧化层在模拟体液(SBF)中的耐磨性、耐蚀性和抗菌性.结果表明,添加Na2SnO3后微弧氧化层表面孔洞数量增多,随着Na2SnO3浓度增加,微弧氧化层表面微孔数量减少直至消失,出现了小颗粒物且膜层越来越致密均匀.Na2SnO3浓度为10g/L时制备的掺锡微弧氧化层在模拟体液中表现出最佳的耐磨性和抗菌性,但该微弧氧化层没有改善基体的耐蚀性,这可能是SnO2比TiO2的耐蚀性低所导致的.研究结果可为钛合金在生物医疗领域的应用提供一定的试验支撑.

    钛合金微弧氧化防腐耐磨性抗菌性

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    (Yb0.25Lu0.25Tm0.25Y0.25)2Si2O7环境障涂层材料的制备及其性能

    何翰伟郭星晔周正吴旭...
    296-304页
    查看更多>>摘要：环境障涂层(EBCs)可以有效保护SiC陶瓷基复合材料(CMC-SiC)免受航空发动机高温水氧环境中的腐蚀.稀土焦硅酸盐(RE2Si2O7)因其与SiC基体匹配的热膨胀系数和良好的高温性能,成为理想的EBC候选材料之一,然而其耐高温水蒸气腐蚀性能尚无法满足其服役需求,有待进一步优化.取四种稀土元素设计并制备一种新型高熵焦硅酸盐硅陶瓷(Yb0.25Lu0.25Tm0.25Y0.25)2Si2O7((4RE0.25)2Si2O7).稀土元素Yb和Lu对应的焦硅酸具有单一的β相结构及优秀的抗高温水氧腐蚀性能,稀土元素Tm和Y的焦硅酸也具有β相结构及较低的热导率.试验结果表明,采用无压烧结成功制备出具有单斜β相的(4RE0.25)2Si2O7块材,差示扫描量热法(DSC)曲线无明显的吸/放热峰,从室温到1 300 ℃保持平直,具有良好的相稳定性.(4RE0.25)2Si2O7 具有较低的热膨胀系数(CTE,2.66×10-6～3.84×10-6 ℃-1)和热扩散系数(0.41～0.92 mm2/s).在1 300 ℃,90％Air-10％H2O 的气氛中腐蚀 200 h,质量损失仅 0.625 mg/cm2,远低于 Yb2Si2O7 的失重,(4RE0.25)2Si2O7表现出了较好的抗高温水蒸气腐蚀能力.设计并制备的新型(Yb0.25Lu0.25Tm0.25Y0.25)2Si2O7高熵硅酸盐陶瓷在热学性能和抗高温水氧腐蚀性能方面具有一定优势,有望成为一种潜在的高性能环境障涂层材料.

    环境障涂层高熵焦硅酸盐无压烧结热学性能高温水蒸气腐蚀

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