中国表面工程

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张梓浩，刘宇，窦新雨，海宝，刘晓光，庞晓露，张百成，祝斌

中国表面工程. 2022, 35(6): 1-25.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20211210002

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医用金属植入体已广泛应用于临床骨组织修复中，但是随着临床手术案例的积累，发现不锈钢、钛、钽传统生物金属材料在生物体内长期存在会造成应力屏蔽、组织排异发炎等症状，二次手术会给患者带来极大痛苦。近年来，可降解金属植入体材料的概念被提出并引起重视，由可降解金属制备的植入体在生物体组织中可被吸收分解，并促进血管组织愈合与骨组织再生，被视为新一代医用植入体材料。锌合金由于其优异的降解特性及生物相容性成为近年来的研究热点，在血管腔内支架、骨科及口腔科内固定材料领域拥有巨大的应用潜力。锌合金发展迅速，须及时进行全面总结。总结归纳目前医用锌合金的主要制备方式、材料力学性能、降解行为和生物相容性。基于大量的数据分析与归纳，发现在锌合金中添加 Li、Mg 元素可细化晶粒，显著提高锌合金强度，添加 Mn 元素则可在塑性变形中细化晶粒，可提高锌合金的延伸率。与纯锌相比，锌合金中的 Zn-(Fe、Cu、Ag)析出相与 Zn 基体形成的微电池作用提高了锌合金的降解速率。针对新型锌合金成分及先进制备工艺，提出以材料基因工程，指导适用于增材制造的三元高强锌合金体系开发，在提高力学性能的基础上匹配锌合金的降解速率和生物相容性，直接获得具有定制化结构的锌合金近终成型植入体。在系统性汇总的基础上，从性能、开发以及增材制造三个方面展望未来发展方向。

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表面接枝仿生聚合物刷的润滑性能研究进展

李晓菊，刘霞，崔树勋

中国表面工程. 2022, 35(6): 26-38.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20211207002

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关节软骨表面刷状的水溶性生物大分子赋予了人体关节优异的润滑性能。受此启发，表面接枝仿生聚合物刷被广泛研究，已经成为改善材料表界面润滑性能的有效手段。然而，目前依旧缺乏关于仿生聚合物刷提高润滑性能研究进展的综述研究。先介绍物理吸附和化学键合两种接枝仿生聚合物刷的表面修饰方法，并比较它们在改善表界面润滑性能方面的优缺点。然后详细论述三种带有不同电荷的仿生聚合物刷(中性聚合物刷、聚阴 / 阳离子刷和聚两性离子刷)的结构及其对润滑性能的调控作用，探讨其摩擦界面的润滑机制，并总结在构建高润滑性能表界面方面的最新研究进展。最后展望仿生聚合物刷在生物界面润滑领域的未来发展趋势。相关讨论可以为开发具有优异润滑性能的新型仿生材料提供参考。

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超高速激光熔覆技术研究现状及发展趋势

郭永明，叶福兴，祁航

中国表面工程. 2022, 35(6): 39-50.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20211112003

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超高速激光熔覆技术作为一项新兴表面技术，具有熔覆效率高、粉末利用率高、涂层与基体间冶金结合、涂层稀释率低、基体热影响区小、表面粗糙度小、可轻易制备薄涂层，且整个过程绿色无污染等优点，成为替代电镀硬铬最具潜力的表面技术手段之一。系统概述超高速激光熔覆技术当前技术水平、研究进展及应用现状，对于其大规模推广具有重要意义。首先介绍超高速激光熔覆的技术特点及优势。其次，重点从超高速激光熔覆关键工艺参数、涂层组织结构及性能、熔覆材料、工艺过程数值模拟四个方面对超高速激光熔覆技术的国内外研究现状进行综述。随后，总结超高速激光熔覆技术在工业领域的应用现状。最后，对超高速激光熔覆技术的未来发展方向及趋势进行展望。主要总结超高速激光熔覆各工艺参数及熔覆层组织结构、性能之间的构效关系，为超高速激光熔覆技术的广泛应用提供借鉴和指导。

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激光防护材料及其在涂层中的应用研究进展

王鸿琪，赵永峰，滕涛，赵阳，王晓明，鲁克锋，樊世冲，刘亚凡，殷凤仕

中国表面工程. 2022, 35(6): 51-72.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20211229001

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激光武器由于打击能量大、打击精度高、抗干扰能力强等优势已成为各军事强国竞相研究的技术领域。相应地如何开展激光防护工作成为科研人员亟须解决的难题，而之前对于激光防护材料及其在涂层中的应用研究进展仍未有较全面的归纳总结。首先介绍激光武器的优越性能和激光防护的重要意义；接着总结激光防护机制，包括激光与材料相互作用机理和三种激光对材料的破坏形式，提出激光防护材料的原理和要求，并归纳激光防护材料的研究进展，包括高反射率材料、耐烧蚀材料，以及相变材料等的防护特点和防护效果。随后归纳这几种材料在涂层中的应用研究进展。最后指出目前激光防护技术存在的局限性，并探讨激光防护材料未来的研究方向。根据激光与材料的作用机理，分别从高反射、耐烧蚀和激光软防护方面对防护材料进行综述，并分别综述各类材料在涂层中的应用，对防护材料的发展方向进行展望。填补了对于激光防护材料及其在涂层中应用研究进展总结的空白，可为激光防护新技术的发展提供借鉴。

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低氧压预氧化对FeCrAlSiY合金耐LBE熔液腐蚀性能的影响

李丹虹，江靖琛，陈军修，刘亚，苏旭平

中国表面工程. 2022, 35(6): 73-87.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20211130001

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为进一步提高核反应堆系统的结构材料 Fe-Cr 基合金抗 LBE 腐蚀的性能，对其进行成分优化和表面处理十分重要。对 Fe-12Cr-xAl-2Si-0.6Y 合金进行低氧压预氧化试验，分析并讨论氧分压和 Al 含量对合金预氧化产物的影响，并研究预氧化前后的合金在 LBE 合金熔液中的耐腐蚀性能。结果表明，Fe-12Cr-2Al-2Si-0.6Y 合金在不同氧分压下进行预氧化后生成的表面氧化物均以 Al2O3 为主，氧分压越大，合金表面发生选择性氧化速度越快。不同 Al 含量的 Fe-12Cr-xAl-2Si-0.6Y 合金在 10^?15 atm(1 atm=0.101 3 MPa)氧分压下进行预氧化，随着 Al 含量的增加，合金表面氧化物由以 Cr₂O₃为主逐渐变为以 Al₂O₃ 为主，还混合有少量复合氧化物。进行低氧压预氧化处理能有效提高合金在 450 o C 的 LBE 合金熔液中的耐腐蚀性能。研究成果可为设计和开发耐 LBE 熔液腐蚀的 FeCrAlSiY 合金提供参考，促进该体系合金在核电工业领域的运用。

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纯镁表面等离子体电解渗硼改性层的制备及性能

孙乐，马颖，李奇辉，王晟，王占营

中国表面工程. 2022, 35(6): 88-97.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20210422002

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在硼砂体系电解液中对纯镁进行等离子体电解渗硼(PEB)，以提高其硬度、耐磨性和耐蚀性。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和 X 射线衍射仪(XRD)分别对 PEB 表面改性层的微观结构、元素分布和物相组成进行研究，并用显微硬度计与摩擦磨损试验机对 PEB 表面改性层的硬度和耐磨性进行表征，同时用动电位极化曲线及电化学阻抗谱(EIS)来评估 PEB 表面改性层的耐蚀性。另外，还分析 PEB 表面改性层的生成机理，并建立物理模型。结果表明，PEB 表面改性层由氧化层和扩散层组成，且在 PEB 表面改性层中检测到 MgB₂新物相。PEB 表面改性层的最大硬度约为 480 HV，是基体硬度的近 16 倍；摩擦因数仅为 0.11，比基体减小了 70.27%，磨损率为 1.62×10^?9 m³ / (N·m)，比基体减小 1 个数量级；腐蚀电流密度比基体减小 1 个数量级，容抗弧半径和阻抗模值均比基体大，即纯镁经等离子体电解渗硼处理后，硬度、耐磨性和耐蚀性均得到提高。

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超声滚压对LZ50钢疲劳性能及短裂纹行为的影响

宋江杰，杨冰，周旻昊，肖守讷，王明猛，陈东东

中国表面工程. 2022, 35(6): 98-106.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20211226002

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针对超声滚压(USRP)对材料短裂纹行为影响规律不明的问题，对 LZ50 钢开展 USRP 试验，对比分析 USRP 对材料表面形貌、表层显微组织、表层显微硬度、残余应力分布和疲劳寿命的影响，并在 340 MPa 应力水平下开展旋转弯曲复型试验，研究 USRP 对疲劳短裂纹萌生和扩展的影响。结果表明：USRP 能使材料表面发生塑性变形，有效改善材料表面状态，降低表面粗糙度；处理后的 LZ50 钢表层铁素体、珠光体组织显微硬度平均值分别从 200 HV 和 240 HV 提升至 304 HV 和 357 HV，表层残余压应力从?103 MPa 提升至?720 MPa，且表层显微硬度和残余压应力沿深度方向呈梯度分布，影响层深约为 300 μm。在 340 MPa 应力水平下，USRP 试样平均疲劳寿命提升 385.54%，疲劳短裂纹突破晶界障碍、珠光体带状组织，出现第一、第二次显著降速时的平均寿命分数 f 分别从 0.068 和 0.469 延后至 0.172 和 0.604，短裂纹的萌生和扩展得到明显抑制与延缓。研究结果有助于明确 USRP 在抑制材料疲劳裂纹萌生与扩展上发挥的积极作用，可为工程材料表面强化工艺的选择提供参考。

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超声滚压强化对CoCrFeMnNiM(M=Ti,Mo)高熵合金激光熔覆层耐磨性的影响

刘昊，高强，戴剑博，李晓佳，杨海峰，韩静，郝敬宾

中国表面工程. 2022, 35(6): 107-115.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220303002

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CoCrFeMnNi 高熵合金较低的硬度和较差的耐磨损性能限制了其在表面工程领域的应用。利用激光熔覆技术制备强化的 CoCrFeMnNiM(M=Ti，Mo)高熵合金熔覆层，并通过超声表面滚压(USRE)技术强化熔覆层表面。采用 XRD、FSEM、 EDS、AFM、显微硬度计和摩擦磨损试验机等研究 USRE 处理对高熵合金激光熔覆层的微观组织、表面形貌、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明：CoCrFeMnNiTi 高熵合金激光熔覆层由面心立方(FCC)结构的固溶体相和 TiC 原位析出相组成，CoCrFeMnNiMo 高熵合金激光熔覆层仍由单一的 FCC 固溶体相组成。USRE 处理后涂层的相构成均未发生变化，但 CoCrFeMnNiMo 涂层的晶粒尺寸得到更明显的细化。USRE 处理降低了高熵合金激光熔覆层的表面粗糙度，提高了残余压应力和显微硬度，并且 USRE 处理对 CoCrFeMnNiMo 涂层的效果提升更加显著。经过相同工艺参数的 USRE 处理后， CoCrFeMnNiTi 高熵合金激光熔覆层的体积磨损率由 1.90×10^?4 mm³ / (N·m)降低到 0.71×10^?4 mm³ / (N·m)；但由于磨损机制的转变和表面脆性的增大，CoCrFeMnNiMo 高熵合金激光熔覆层的磨损率反而上升。探讨了超声表面滚压处理对高熵合金涂层的适用性，可为高熵合金涂层耐磨性的强化提供参考。

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基于GRNN的珩磨缸套表面3D粗糙度图像检测方法

吕延军，强程，张永芳，邢志国，赵晓伟，罗宏博

中国表面工程. 2022, 35(6): 116-127.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220328001

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活塞-缸套系统是内燃机重要的摩擦副之一，活塞-缸套的表面质量影响着活塞-缸套系统的摩擦学性能，进而直接影响整机的服役性能。针对珩磨缸套表面 2D 粗糙度参数的局限性与表面粗糙度非接触检测方法研究，提出一种基于广义回归神经网络(GRNN)的珩磨缸套表面 3D 粗糙度图像检测方法。通过运用灰度共生矩阵(GLCM)提取缸套表面图像的纹理特征参数，并分析纹理特征参数与 3D 粗糙度间的相关性。以图像纹理特征参数作为输入，分别采用 GRNN 和多元回归分析 (MRA)建立 3D 粗糙度检测模型，通过与试验检测结果对比验证了模型的准确性。GRNN 检测模型获得的可决系数 R2均值 (0.962)优于 MRA 检测模型，且均方误差 MSE 均值(0.07)更小，与试验检测结果对比可知，采用 GRNN 建立的珩磨缸套 3D 粗糙度检测模型具有更高的精度，与实测 3D 粗糙度的相对误差均值为 7.9%。所建立的 3D 粗糙度检测模型具有较高的检测精度。

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基于CFD-DEM耦合方法的喷砂冲蚀特性

周大鹏，马学东，陈燕

中国表面工程. 2022, 35(6): 128-139.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20211207001

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传统喷砂在实践中多以经验为主，缺乏理论支撑。研究喷砂工艺的冲蚀磨损规律及其影响因素。在 CFD-DEM 耦合的基础上，引入 Archard wear 模型求解喷砂气固两相流对平板的冲蚀过程，预测颗粒冲击状态和冲蚀区域效果，研究不同的喷射角度、砂粒粒径及供砂速率对平板冲蚀深度总量的影响规律及其变化原因。结果表明：喷砂作用于平板形成的冲蚀区域形貌大致为盆地状，但又因喷射角度的不同会造成类椭圆形或类圆形区域。在控制单因素变量条件下，冲蚀深度总量随着喷射角度增大先缓慢增大至峰值，随后基本上呈线性减小，因此喷砂作业时应尽量保持倾斜，以喷射角度 50°为宜，另外，从能量出发，喷射角度 50°时法向-切向累积接触能量都相对较大；同时砂粒粒径在 0.25 mm＜d＜0.55 mm 范围内，冲蚀深度总量下降最快；冲蚀深度总量随供砂速率增大呈线性梯度增大。以数值模拟和试验验证相结合的形式给喷砂工艺提供了一种较为可行的研究方法。

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C掺杂TiAlN涂层的硬度演变机理

周琼，仝旭，张而耕，黄彪，陈强，程先华

中国表面工程. 2022, 35(6): 140-149.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220213002

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C 元素掺杂 TiAlN 涂层的增硬机理尚不明确，为了揭示 C 元素对涂层硬度的作用规律，采用阴极电弧离子镀膜技术在 316 不锈钢表面制备 C 原子比率分别为 0%、3.87%、9.24%、14.76%、20.57%、25.90%的 TiAlCN 涂层，通过试验研究和密度泛函理论系统地从原子量级角度阐述 C 掺杂对涂层硬度的作用规律及机理。研究结果表明：C 原子会置换 TiAlN 晶胞中的部分 N 原子形成 TiAlCN 固溶体相；随着 C 含量的增加，涂层硬度呈现先上升后下降的趋势，在 C 含量为 14.76%时，涂层中 Ti-N 键转化成为 Ti-C 键的数量达到饱和，硬度达到最高值 31.60 GPa；当 C 原子含量高于 14.76%时，涂层中出现类石墨结构，且随着 C 含量的增加，sp² 层状结构增多，在抵抗外界压力时石墨层发生侧滑，涂层硬度降低；第一性原理数值模拟结果显示，随着 C 含量从 0%增加到 15.625%，涂层硬度逐渐上升是由于共价性较强的 Ti-C 键逐渐增加。阐明 C 元素掺杂对涂层硬度的作用变化规律，有利于指导超硬涂层的工艺设计和生产。

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基于磁过滤沉积技术TiAlCr基多元结构调控及性能

吴帅，赵艺蔓，刘爽，陈淑年，覃礼钊，廖斌，陈琳，张旭，张同华，王可平，赵仁兵

中国表面工程. 2022, 35(6): 150-160.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20211213004

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科技发展使军用、船舶、切削等各领域的精密器件所面临的环境更加极端复杂，多元防护涂层因具有良好的综合性能而逐渐取代传统的二三元氮化物，但目前关于 TiAlCr 基多元涂层结构与性能的影响研究尚未报道。通过调控氮气流量(5 ≤ F_N ≤ 40 mL / min)，基于磁过滤阴极真空弧(FCVA)技术制备 TiAlCr 基的多元(TiAlCrSi)N 涂层。采用 FESEM、EDS、 XRD、XPS 和 TEM 对涂层的相结构、形貌和成分进行表征，并通过纳米压痕仪、划痕仪和电化学工作站对涂层性能进行表征。结果表明：随着氮气流量增加，涂层由无序致密的非晶相转变为具有柱状晶的(TiAlCr)N 纳米晶 / Si₃N₄ 非晶相的复合结构。F_N ≤ 20 mL / min 时，涂层结构以均匀致密的非晶相为主；F_N = 20 mL / min 时，涂层的结合强度 L_C3(27.1 N)较高，在 3.5 wt.% NaCl 溶液中拥有较好的耐腐蚀性能(E_corr = ?0.314 V, I_corr = 2.903 8 μA·cm^?2 )；F_N ≥ 30 mL / min 时，涂层结构转变为具有柱状晶的(TiAlCr) N 纳米晶 / Si₃N₄非晶相复合结构，涂层的硬度得到显著提升，达到超硬级别；F_N = 40 mL / min 时，涂层拥有良好的力学性能，硬度、弹性模量、H / E 和 H³ / E² 分别为 45.11、460.4、0.098 和 0.433 GPa。通过 FCVA 制备的(TiAlCrSi)N 涂层具有优异的耐腐蚀和力学性能，可为表面防护技术在复杂苛刻环境中的发展提供参考。

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多层碳键联石墨烯涂层的宏观摩擦磨损特性

王彬，周剑，祝宸宇，李莉华，叶家鑫，刘小君，刘焜

中国表面工程. 2022, 35(6): 161-170.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20211127001

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石墨烯作为固体润滑剂具有重要应用价值，但目前宏观载荷下多层石墨烯涂层对微机电系统硅材料器件的保护作用尚待进一步探索。利用线性往复摩擦试验机，对硅基底上厚度约为 230 nm 的多层碳键联石墨烯(CBG)涂层进行常温高接触应力条件下的宏观摩擦磨损特性分析。试验结果发现：CBG 涂层显著降低了硅片表面的摩擦因数以及磨损程度。当载荷从 1 N (约 551 MPa)增加至 5 N(约 942 MPa)，摩擦因数均稳定在 0.12~0.18。进一步，在 5 N 大载荷作用下的 18 000 次往复摩擦中，摩擦因数仍基本维持在 0.2 以下，最低磨损率约为 5.0×10^?7 mm³ / (N·m)，有效验证了 CBG 涂层优异的宏观摩擦磨损性能。CBG 涂层上出现的块状碎片、剥离坑和连续划痕是磨损退化的基本缺陷形式，较高接触应力下磨损颗粒产生的犁削行为可能是涂层被逐渐剥落的主要原因。研究成果表明 CBG 涂层在宏观载荷下具有优异的减摩耐磨性能，可以揭示涂层的磨损过程和破坏机理。

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电解微织构对镀铬气缸套摩擦磨损性能的影响

邢传斐，沈岩，袁晓帅，刘志翔，范君静，徐久军

中国表面工程. 2022, 35(6): 171-182.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220121002

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针对柴油机强化程度不断提高引起的镀铬气缸套摩擦磨损问题，采用往复式电射流加工技术在镀铬气缸套表面制备直径 810 μm、深度 11 μm、面积占有率 20%、相交排布的电解微织构，研究其在边界润滑条件下的摩擦磨损性能。结果表明，在载荷 22~66 MPa 范围内，相比于无织构气缸套，微织构气缸套可以有效降低摩擦因数和磨损量，在载荷 66 MPa 时摩擦因数和磨损量分别降低 12.3%和 10%；微织构气缸套往复滑动方向的磨痕明显减少，并且在个别区域微坑具有阻断磨痕的作用；微坑内部和微坑之间平台上都含有 S、P、Zn 等元素的二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的摩擦化学反应产物，这种产物多数以白亮斑点呈现，主要成分为硫化锌、短链磷酸盐等化合物。往复式电射流技术制备的电解微织构表面能有效改善镀铬气缸套摩擦磨损性能，可为镀铬气缸套微织构表面设计提供理论依据。

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带锈涂装水性植酸富锌涂层的制备及其耐蚀性能

金义杰，詹胜鹏，贾丹，章武林，杨田，马利欣，段海涛

中国表面工程. 2022, 35(6): 183-196.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220126001

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带锈涂装涂料在海洋船舶和电力设备领域有着迫切应用需求，而溶剂型带锈涂料难满足绿色环保的要求，水性带锈耐蚀涂料的开发迫在眉睫。通过片状锌粉和植酸的协同作用成功研制一种应用于带锈钢基材表面的环保型水性植酸富锌涂层，采用附着力拉开法、中性盐雾试验、电化学测试检测附着力与耐蚀性能，利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜 (SEM)、X 射线光电子能谱(XPS)对腐蚀后涂层表面锈层进行分析，并讨论涂层的防锈转锈机理。结果显示：环氧乳液和固化剂配比为 4∶1，片状锌粉含量为 40%，以植酸为转锈剂时，该涂层对带锈钢基材表现出突出的附着力(11.8 MPa)及优异的耐蚀性能。该涂层优势在于：片状锌粉致密堆积延长了腐蚀粒子入侵通道，为基材提供物理屏蔽效果；片状锌粉和钢基材形成若干微电池区，为基材提供牺牲阳极的阴极保护作用；植酸与铁锈形成稳固的植酸铁螯合物，转化锈层进一步保护基材。

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高韧性过渡层对大气等离子喷涂热障涂层性能的影响

梁立康，黄文，王世兴，何箐

中国表面工程. 2022, 35(6): 197-205.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220324001

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高温服役环境下，大气等离子喷涂(APS)制备的纳米结构热障涂层受热应力作用，黏结层 / 陶瓷层界面附近的陶瓷层内部易形成横向裂纹而导致热障涂层失效。利用常规大气等离子喷涂和超音速等离子喷涂(SAPS)制备 8YSZ 高韧性过渡层。结果表明，采用 APS 和 SAPS 制备的高韧性过渡层提高了扁平化粒子间结合状态和涂层致密度，相比常规结构 8YSZ 涂层的断裂韧性分别提高约 46%和 84%，高韧性过渡层均提高了复合结构热障涂层结合强度、抗热震性能和燃气热冲击寿命， SAPS 制备的高韧性过渡层厚度为 30~50 μm 时复合结构热障涂层抗热震性能最优，当高韧性过渡层厚度为 10~30 μm 时，相比常规结构热障涂层燃气热冲击寿命提高 120%。在温度梯度作用下，热障涂层最终失效由陶瓷层逐层剥落转变为靠近陶瓷层 / 黏结层界面处剥落。通过高韧性过渡层设计，兼顾热障涂层的隔热性能的同时，提高了热障涂层的结合强度和寿命。

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熔融硅酸盐环境沉积物(CMAS)在不同表面粗糙度的热障涂层表面润湿行为

王一皓，王卫泽，方焕杰，杨挺，袁宝涵

中国表面工程. 2022, 35(6): 206-213.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220218002

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随航空发动机涡轮端进口温度提高，硅酸盐环境沉积物(CMAS)成为高温部件热障涂层(TBCs)失效的重要威胁。研究热障涂层与 CMAS 的作用关系，可为提高热障涂层的服役寿命提供基础。目前表面粗糙度(Ra)对高温熔体润湿性能的影响并未形成明确统一的定论，针对 TBCs / CMAS 体系润湿性的研究较少。采用座滴法研究 1 300 ℃条件下氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)涂层 Ra 对熔融 CMAS 润湿行为和渗透行为的影响。结果表明，在研究的涂层表面粗糙度的范围内，随着 Ra 的减小，熔融 CMAS 的润湿半径减小，接触角增大，渗透深度减小。由此推断粗糙表面有利于涂层抗润湿性能的增强。粗糙涂层表面为熔融 CMAS 铺展提供驱动力，促进三相线的移动；同时，粗糙涂层表面具有更大的实际接触面积以及更多的渗透方向，为 CMAS 渗透提供了有利条件。研究结果可为进一步开发表面不浸润的抗 CMAS 腐蚀热障涂层提供理论和实践依据。

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C/C复合材料表面SiC-ZrB₂涂层的缺陷修复与抗烧蚀性能

王蔚言，付前刚，胡逗，谢薇，刘天宇

中国表面工程. 2022, 35(6): 214-221.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220218003

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碳 / 碳(C / C)复合材料表面涂层在制备与服役过程中易出现裂纹、凹坑和孔洞等缺陷，使涂层失去完整性而极易导致防护失效，目前常用的解决方法为更换整体涂层，成本高、工艺复杂、耗时长，因此快速高效的涂层轻微缺陷修复技术是解决这一难题的有效途径。通过大气等离子焰流在 C / C 复合材料表面 SiC-ZrB₂(SZ)涂层表面预先构造缺陷，采用异丙醇以及高温下性能稳定的含硼聚氮硅烷胶粘剂作为修复剂，以 SiC-ZrB2粉末作为改性填料，Al₂O₃作为烧结助剂，对 SZ 涂层缺陷进行修复，研究修复前后涂层的微观结构演变与烧蚀防护性能。结果表明：经等离子焰流烧蚀后，未修复的 SZ 涂层试样中心出现圆形凹坑缺陷，裸露出 C / C 复合材料基底；而对于修复后的涂层试样，修复剂热解生成的 SiBCN 陶瓷和改性陶瓷填料均匀覆盖于缺陷处，使涂层保持较高完整性，且在氧乙炔烧蚀下生成致密的 SiO₂玻璃膜可有效阻挡氧扩散，保护 C / C 复合材料免受机械冲蚀；修复后的涂层试样在氧乙炔焰流下烧蚀 60 s 后线烧蚀率与质量烧蚀率分别为 0.65 μm / s 和?0.28 mg / s，相比于未修复涂层试样分别降低了 83.54%和 129.47%，修复后涂层的抗烧蚀性能得到显著提升。

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基于PSO-SVR的非均质涂层组织均匀性超声表征

张伟，林莉，樊俊铃，马志远

中国表面工程. 2022, 35(6): 222-231.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220118001

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针对非均质涂层组织均匀性超声衰减法表征中存在的非线性和不适定问题，提出一种基于多尺度超声衰减系数的粒子群优化-支持向量回归(PSO-SVR)表征方法。基于非均质材料中超声波散射的“多尺度效应”，利用连续小波变换获得涂层的多尺度超声衰减系数，使涂层在不同频带范围内的超声响应得到充分提取。以多尺度衰减系数作为输入向量，借助 SVR 在小样本条件下优异的数据挖掘和自动学习能力，实现多因素耦合约束下涂层组织均匀性信息的有效解耦，并引入粒子群优化和交互检验技术对 SVR 关键超参数进行全局优选。采用该模型对铝硅聚苯酯封严涂层的组织均匀性进行预测，结果表明，涂层分布均匀性长度模型预测值与显微 CT 原位标定值间的决定系数 R²和均方误差 MSE 分别为 0.834 和 0.824，与反向传播算法(BP)、径向基神经网络(RBF)和广义回归神经网络(GRNN)等人工神经网络模型相比，PSO-SVR 模型在小样本条件下具有更好的泛化能力和更高的预测精度。研究结果为非均质材料组织均匀性的定量无损表征提供了新的研究思路。

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45#钢激光熔覆Ni60/Cu自润滑复合涂层组织演变及摩擦学性能

王权，刘秀波，刘庆帅，王港，张诗怡，张林

中国表面工程. 2022, 35(6): 232-243.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220428002

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为改进 45#钢表面硬度低、耐磨性差的缺点，拓宽其在工业生产中应用范围，选择激光熔覆技术在其表面制备 Ni60(N1)、 Ni60-10%Cu(N2)、Ni60-20%Cu(N3)(wt.%)三种耐磨复合涂层，研究三种涂层的微观组织、显微硬度及摩擦学性能。结果表明： N1 涂层主要包括 γ-Ni 固溶体、Cr₇C₃ 硬质相、FeNi₃ 金属间化合物，N2、N3 涂层额外含有固体润滑相 Cu。性能上 N1(730.41 HV_0.5)、N2(653.04 HV_0.5)和 N3(592.29 HV_0.5)涂层的显微硬度均高于基体，分别达到基体(299.20HV0.5)的 2.44、2.18 和 1.98 倍；室温下 N3 涂层表现出优异的减摩性能，摩擦因数比 N1 涂层降低 8.5%，N2 涂层表现出优异的耐磨性能，磨损率为 1.74×10^?5 mm³ (N·m)，而添加 20%Cu 后，涂层对硬质相的支撑下降，导致硬质相剥离涂层，进而破坏润滑膜，导致磨损率上升。然而在 600 ℃下，N1 涂层的减摩性能最佳，摩擦因数比基体下降 50.7%，N2 涂层耐磨性最高，磨损率为 5.99×10^?5 mm³ (N·m)，低于 N3 涂层的磨损率 9.02×10^?5 mm³ (N·m)，这是因为添加固体润滑相 Cu 对涂层的保护作用不足以抵消涂层硬度下降的负面影响。为固体润滑相 Cu 改进 Ni60 复合粉末，进而制备成自润滑复合涂层提供了添加量参考范围。

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磨损失效零件激光增材再制造性神经网络量化评价方法

张琦，张秀芬，蔚刚

中国表面工程. 2022, 35(6): 244-256.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220301001

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针对现有激光增材再制造性评价方法主观性强、效率低等不足，提出一种失效数据驱动的磨损失效退役零件增材再制造性神经网络量化评价方法。根据磨损失效退役零件的激光增材再制造修复难易程度与失效模式相关的特点，以修复路径规划可行性、运动轨迹规划可行性、激光熔覆材料选择、再制造时长、再制造经济性为评价指标，构建磨损失效退役零件激光增材再制造性层次评价模型；通过退役零件失效区域的修复路径规划、修复设备运动轨迹模拟和碰撞检测进行修复路径可行性和运动轨迹可行性指标量化，并定义再制造时长、经济性指标的量化公式。以多个同类零件为对象，通过上述量化评价方法构建样本空间，基于神经网络训练获得再制造性神经网络量化评价模型，实现同类零件的快速激光增材再制造性评估。最后，以碎煤机端盘为例对所提方法进行验证，结果表明了该方法的可行性与有效性。根据失效数据与退役零件再制造性之间的映射关系，可实现磨损失效零件增材再制造性的快速量化评价，为其工程应用提供技术支撑。

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脉冲电压对内花键齿Si-DLC薄膜微观结构及性能的影响

徐天杨，詹华，张艳静，吴佳亿，汪瑞军

中国表面工程. 2022, 35(6): 257-265.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20211223002

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为提高花键齿表面硬度和耐磨性，利用空心阴极放电(HCD)产生的高密度等离子体，在内花键齿表面，采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备 Si-DLC 薄膜，并研究脉冲电压变化对花键齿表面 Si-DLC 薄膜微观结构及性能的影响。结果表明：拉曼光谱显示增加脉冲电压可以减少 Si-DLC 薄膜中的 sp³ 杂化键含量。随着脉冲电压增加，键齿表面 Si-DLC 薄膜厚度和沉积速率先增加后降低，在脉冲电压为?1 100 V 时达到最大。在相同的脉冲电压条件下，花键齿顶处 Si-DLC 薄膜的厚度最大，齿中处 Si-DLC 薄膜厚度最小。Si-DLC 薄膜的显微硬度随着脉冲电压的升高逐渐降低，硬度可达 800~1 300 HV_0.025。Si-DLC 薄膜能显著降低花键齿的摩擦因数，且脉冲电压为?900 V 时，制备的 Si-DLC 薄膜有着最优的减摩效果，沿花键齿廓方向上的 Si-DLC 薄膜的摩擦因数均小于 0.1。Si-DLC 薄膜的制备提高了花键齿表面的硬度和耐磨性，为其他机械传动部件表面耐磨薄膜的制备奠定了基础。

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外延硅片表面时间雾的形成及其机理

李慎重，梁兴勃，田达晰，马向阳，杨德仁

中国表面工程. 2022, 35(6): 266-273.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220505002

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外延片生产中有时会遇到外延硅片在洁净室中暴露一段时间后产生雾状宏观缺陷(即所谓的时间雾)的不利情形，然而关于外延硅片表面时间雾的成因目前尚不清楚。通过探究常压化学气相外延工艺生长的外延硅片表面时间雾的形成条件，发现外延硅片取出之前生长腔和传递腔之间的压力差是时间雾形成与否的关键因素。分析认为：取片之前，当生长腔相对传递腔为正压时，外延尾气的返流使得外延硅片表面吸附了尾气中的 SiCl₂ 及其团簇(SiCl₂)_n，进一步吸附空气中的水分并与之发生化学反应，这是时间雾形成的内因。采用扫描电子显微镜(SEM)、X 光能量色散谱(EDS)和全反射 X 光荧光光谱(TXRF) 等手段，对时间雾相关的颗粒形貌和组分进行表征。结果表明：时间雾相关的颗粒呈现为规则多面体和球形两种典型形貌，前者与 NH₄Cl 小晶体有关，而后者与有机物有关。分析认为：洁净室空气中的含 NH₄ ⁺ 无机组分以及异丙醇(IPA)等有机组分是形成时间雾的外因。生产中避免外延硅片表面时间雾的根本措施在于，在外延炉腔中取片之前必须避免外延工艺的尾气不会返流至生长腔。

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仿形磁极头对电磁研磨管件内表面形成的影响

潘明诗，陈燕，张东阳

中国表面工程. 2022, 35(6): 274-285.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220119001

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针对 304 不锈钢管内表面的氧化膜难加工以及加工后表面存在沟状纹理、微裂纹、凹坑等质量问题，采用磁粒研磨法去除 304 不锈钢管内表面氧化膜。通过设计不同锥度的磁极头并结合模拟仿真，探究加工区域磁场强度和研磨压力变化规律，最后通过研磨试验与仿真进行对比。结果表明：随着磁极头锥度增大，磁场强度呈先增大后减少的趋势，研磨压力受磁场强度的影响较大也呈先增大后减小趋势。当磁极头锥度为 80°时磁场强度最强，研磨压力最大，研磨后管件内表面粗糙度 Ra 由原始 3.06 μm 降至 0.23 μm，表面最大高度差由原始 47.4 μm 降至 19.6 μm，内表面的氧化膜均被去除，呈现出均匀的研磨痕迹。磁性磨粒运动受力仿真以及研磨试验均表明，采用 80°仿形磁极头进行加工可以有效提高 304 不锈钢管内表面质量。

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Mo和C含量对AlCrN薄膜组织和性能的影响

施杰，陈云，刘浩，康建军，李潇阳，张丽，鲜广，杜昊

中国表面工程. 2022, 35(6): 286-296.
https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20220411004

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AlCrN 薄膜因其具有优异的力学性能广泛应用于金属切削领域，Mo 和 C 的掺杂对提高 AlCrN 薄膜的硬度和耐磨性有理论上的可行性，然而 Mo 和 C 元素的共同作用对 AlCrN 薄膜的组织结构、力学性能及摩擦学性能的影响仍须进一步探索。使用中频反应磁控溅射和热丝弧离子镀复合薄膜设备在硬质合金和 Si(100)表面制备 AlCr(MoC)N 薄膜。使用 SEM、XRD 和 EDS 分析薄膜的微观形貌、物相组成和元素含量，采用纳米压痕测试仪、摩擦磨损试验仪和 3D 轮廓仪表征薄膜的硬度、耐磨损性并观察薄膜的磨痕形貌。结果表明：随着 MoC 镶嵌靶(Mo 和 C 等面积)电流的增加，Mo 和 C 元素含量上升，当 MoC 靶电流为 2.5 A 时，薄膜中 Mo 和 C 的含量分别升至约 14.6 at.%和 9.1 at.%。与 AlCrN 薄膜相比，AlCrMoCN 薄膜中出现 β-Mo₂N 和 γ-Mo₂N 相，c-CrN 相的生长从高表面能(111)面转变为低表面能(200)面。随着 Mo 和 C 元素含量的增加，薄膜硬度先增加后减小，靶电流为 1 A 时薄膜硬度达到最大值 35±0.5 GPa，在 MoC 靶电流为 2.5 A 时，薄膜出现可由 SEM 观察到的纳米多层结构，此时 AlCrMoCN 薄膜硬度下降至约 23±1 GPa。随着 Mo 和 C 元素含量的增加，薄膜的残余压应力由 4.8±1 GPa 减小至 2.2±0.1 GPa。与无 Mo 和 C 薄膜相比，Mo 和 C 的掺杂有利于降低 AlCrN 薄膜的摩擦因数，Mo 和 C 含量增高，薄膜的摩擦因数大小呈现相近的趋势。AlCrMoCN 薄膜在与 Si₃N₄对偶球对磨时获得相较于 Al₂O₃对偶球更低的磨损率。对比分析 AlCrN 薄膜在不同 Mo 和 C 含量下的力学性能及摩擦学性能，揭示 Mo 和 C 的作用机理，可对其实际应用场景提供指导。

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