2025年, 第38卷, 第5期　刊出日期：2025-10-23

  

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特邀专栏：高端芯片原子级磨抛技术
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  单晶金刚石表面平坦化技术的发展与挑战

  杨阔, 柴智敏, 戴媛静, 刘宇宏, 路新春

  中国表面工程. 2025, 38(5): 1-33.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20250415001

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  作为新一代超宽禁带半导体材料,单晶金刚石（SCD）凭借其优异的物理特性（禁带宽度5.5 eV,击穿场强9.9 MV / cm,热导率22 W /(cm·K)）,被视为突破硅基集成电路性能极限的理想材料。然而,其极高硬度（莫氏硬度10）和极强化学惰性使其表面加工面临重大挑战,特别是晶圆级平坦化技术已成为制约金刚石集成电路发展的关键瓶颈。聚焦集成电路制造需求,系统评述了单晶金刚石抛光技术的最新进展,重点分析了机械类、高能束和多场耦合三大类抛光方法的材料去除机理、影响因素及局限性。机械类抛光（如机械抛光和超声波辅助抛光等）工艺过程简单,但硬对硬摩擦易引入表面损伤,难以实现亚纳米级抛光;高能束抛光（如激光抛光、离子束抛光和等离子体抛光等）利用高能粒子代替磨粒来抛光,这类抛光存在选择性差、热影响区深、高能粒子注入等问题,难以实现低亚表面损伤及亚纳米级平坦化;多场耦合抛光（如化学机械抛光和等离子体辅助抛光等）通过场间耦合效应实现表面平坦化,但抛光工艺复杂且速率较低。尽管现有技术在不同应用场景中取得了一定进展,但仍无法完全满足亚纳米级精度、低损伤、高速率的抛光需求。未来的研究应致力于开发新型抛光技术,结合多种抛光方法的优势,推动单晶金刚石在高端芯片制造领域的广泛应用。
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  芯片化学机械抛光中磨料技术研究进展

  马家辉, 程洁, 陈金池, 简雷铸

  中国表面工程. 2025, 38(5): 34-59.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241016001

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  芯片作为数字经济的基石,朝着集成化、低功耗化、智能化、功能化方向发展。化学机械抛光（Chemical mechanical polishing, CMP）是实现芯片表面超光滑、无缺陷的全局和局部平坦化制造的关键使能技术。抛光液中的磨料是化学和机械作用协同实施的“桥梁”,是CMP实现多种材料高效率、原子级光滑制造的关键,成为抛光液研究的重要一环。人们致力于开发用于芯片制造的高性能磨料,并取得了长足的进步。首先介绍了磨料在CMP材料去除中的作用机理和对抛光性能的影响,总结了典型磨料如SiO₂、Al₂O₃、CeO₂和金刚石在芯片CMP中的相关研究进展,重点介绍了不同种类磨料在CMP中的应用和改性策略。此外,还讨论了新型磨料与能场辅助抛光技术的结合和纳米尺度下磨料的CMP行为的研究新热点。同时对磨料在芯片CMP中的应用进行了前瞻性展望,旨在为后续研究提供有力的理论支撑与指导方向。
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  高端芯片用半导体基片原子级磨削技术的研究现状与发展趋势

  王浩祥, 康仁科, 李生博, 董志刚, 高尚

  中国表面工程. 2025, 38(5): 60-82.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20250609001

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  随着集成电路、功率器件等高端半导体器件向微型化与高性能化发展,单晶硅、碳化硅、氮化铝、氧化镓、氮化镓等半导体材料的超精密加工面临原子级精度需求。作为半导体基片平整化与减薄加工的核心工艺,原子级磨削技术直接决定了器件的使役性能,成为制约芯片制造精度的关键技术瓶颈。为了实现半导体基片的原子级磨削加工,需要对半导体基片超精密磨削理论和工艺全面深入的理解。围绕半导体基片原子级磨削加工的表面材料去除机理和加工工艺两个方面,对国内外研究现状进行了系统的论述与总结,分析了目前半导体基片原子级磨削技术面临的难题及未来的发展趋势,以期为后续相关技术的深入研究提供理论支撑。
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  集成电路化学机械抛光终点检测技术研究进展

  赵光恩, 王成鑫, 陈剑雄, 黄煜华, 黄若辰

  中国表面工程. 2025, 38(5): 83-98.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241202001

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  化学机械抛光（CMP）是集成电路制造中实现晶圆表面平坦化的关键工艺。CMP终点检测技术通过实时测量晶圆表面薄膜的厚度以实现抛光压力的动态分区调节,从而精确控制晶圆表面形貌及材料去除率,对于确保抛光质量和均匀性至关重要。系统综述了CMP终点检测技术的研究现状,重点分析了离线检测方法（时间法）与在线检测方法（摩擦力法、光学法、电涡流法）的基本原理、技术特点及前沿进展。根据检测精度、多材料适用性和成本等指标对不同终点检测技术进行了综合评价,揭示了其在CMP工艺中的适用性及局限性。最后,为了满足先进制程对检测精度和可靠性的苛刻需求,探讨了终点检测技术在多物理信号融合、智能监测算法、设备集成化和低成本设计等方面的发展方向。
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  砷化镓化学机械抛光中的摩擦化学去除机理研究

  高健, 任兴云, 梁德旭, 张宏林, 周怀诚, 江亮, 余丙军, 钱林茂

  中国表面工程. 2025, 38(5): 99-106.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241229001

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  化学机械抛光是实现砷化镓原子级精度表面加工的关键技术,其对材料去除的过程由摩擦化学作用主导。因此深入研究化学机械抛光中摩擦化学去除机理,有助于其加工表面质量的提升。借助原子力显微镜分别在酸性环境（pH值约为4）、中性环境（pH值约为7）、碱性环境（pH值约为10）下利用二氧化硅微球针尖对砷化镓表面在进行纳米磨损试验。采用透射电子显微镜对材料去除区域进行表征,同时结合密度泛函理论计算阐明化学机械抛光中的原子去除机制。试验结果表明,碱性环境下,砷化镓表面材料去除最为严重。透射电子显微镜分析结果显示材料去除区域晶格结构完整,表明摩擦化学反应占主导地位。密度泛函理论计算表明,碱性环境中的界面电荷转移最为明显,也表明OH^-通过促进Si-O-Ga键桥形成和削弱Ga-As键的强度导致材料发生去除。研究结论还可为优化其他二元材料的化学机械抛光工艺提供指导。
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  不同粒径氧化铈磨料对K9玻璃化学机械平坦化性能的影响

  姜峰, 钱善华, 屈克松, 卞达, 倪自丰

  中国表面工程. 2025, 38(5): 107-118.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241226002

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  氧化铈（CeO₂）磨料广泛应用于光学玻璃的表面平坦化加工,其粒径尺寸对玻璃去除速率和表面质量有着至关重要的影响。现针对K9玻璃的高去除速率和高表面质量要求,研究五种不同粒径CeO₂磨料在单一及混合使用条件下对K9玻璃化学机械抛光（CMP）性能的影响。采用H₂O₂处理CeO₂抛光液来对材料的总去除速率进行量化分解,并结合XPS表征分析,揭示不同粒径CeO₂磨料的去除机制。结果表明,随着单一CeO₂磨料粒径的增大,K9玻璃的去除速率经历了先增大后减小的变化,抛光后的表面粗糙度经历了先减小后增大的变化,并在粒径50 nm和300 nm时分别获得较高的材料去除速率（99.53 nm / min）和较低的表面粗糙度（1.27 nm）。同时,粒径50 nm与300 nm的混合CeO₂磨料显著提高K9玻璃的去除速率,当二者的质量比为1∶2时,K9玻璃获得了良好的去除速率（121.72 nm / min）和良好的表面粗糙度（1.24 nm）。CeO₂磨料的机械磨削作用与其粒径呈正相关,而化学活性则与粒径呈负相关。CeO₂磨料化学机械协同作用是材料去除的主要方式,混合磨料体系结合了小粒径磨料化学作用强和大粒径磨料磨削作用强的优势,提升了K9玻璃的抛光性能,其研究结果将为K9玻璃等光学材料光整加工的抛光液研发提供较好的参考。
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  氮化铝超声振动辅助纳米磨削过程中振幅和频率的微观作用机制：分子动力学研究

  冯帅诚, 殷佳钦, 刘阳, 肖晨, 郭剑

  中国表面工程. 2025, 38(5): 119-132.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20250226001

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  超精密表面磨抛是制造高端氮化铝基宽禁带半导体芯片及器件的关键工艺。氮化铝为硬脆难加工材料,采用传统纳米磨削等工艺对其加工存在效率低和易损伤等难点。引入超声振动可以提高磨削加工中工件材料的去除率、降低其亚表面损伤。然而,目前对氮化铝超声振动辅助纳米磨削去除机理的认识尚浅,振幅和频率的影响规律和微观作用机制不明。为此,开展了不同条件下氮化铝表面超声振动辅助单金刚石磨粒纳米磨削过程的分子动力学仿真,从原子层面探究振幅和频率对纳米 / 亚纳米级材料去除和亚表面晶格损伤的作用机制。研究结果表明：增加振幅或频率可在降低磨削力的同时,提高材料去除率,降低表面粗糙度和亚表面晶格损伤。随着振幅的增大,磨削力线性减小,去除体积线性增大,位错分布范围减小,材料去除行为由单一的塑性域去除逐渐向复合去除方式转变。当频率达到1 GHz时,磨削力急剧下降。在超高频振动的影响下,工件局部出现高温,同时磨粒的冲击作用显著增强,导致去除体积大幅增加。此时,磨削表面呈现出均匀稳定的原子层状剥离现象,亚表面则近乎零损伤,无位错和非晶结构。研究结果可为硬脆半导体材料高效率、低损伤的超精密磨削加工工艺条件优化提供理论参考。
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  纳米级金属薄膜厚度电涡流检测方法研究

  李弘恺, 韩子栋, 王金龙, 陈明尚, 张彤

  中国表面工程. 2025, 38(5): 133-146.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20250501001

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  集成电路（Integrated circuit,IC）制造的快速发展对化学机械抛光（Chemical mechanical polishing,CMP）工艺的精度要求愈加严格。面向金属CMP工艺,实现精确在线终点检测是保障材料去除量可控及可靠工艺质量的技术基础。与基于摩擦或光学等其他常规在线终点检测方法相比,电涡流检测方法具备灵敏度高、响应速度快且抗干扰能力强等优势,是目前有效解决铜CMP工艺过程中晶圆表层铜膜厚度在线检测问题的最优方案。针对纳米级金属薄膜厚度检测问题,通过建立电涡流传感器在电磁场与电路耦合作用下的仿真模型,揭示了检测线圈和检测电路信号转换模块的基础参数对检测性能的作用规律,并开展电涡流传感器研制工作,提出了器件优化设计方法。在此基础上,进一步揭示了提离距离波动和环境温度变化等对于检测线圈的影响规律,并分别建立测量误差量化评估模型与特征分量解耦计算方法。最后,通过搭建纳米级金属薄膜厚度电涡流检测系统,开展相关检测性能试验。根据试验结果,自研电涡流检测系统对于铜薄膜厚度可在1.5 μm大量程下实现纳米级精度测量。相关研究工作将助力高质量磨抛工艺中高精度在线检测技术的发展。
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  单晶硅原位激光辅助车削修复

  杨思铄, 黄惟琦, 张建国, 肖峻峰

  中国表面工程. 2025, 38(5): 147-156.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20250103001

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  以单晶硅为材料的元件在红外光学领域有着广泛的应用。金刚石车削是单晶硅加工的重要方法,但其通常会在单晶硅的表面留下切削纹等表面缺陷,光学元件的表面质量会直接影响其性能和使用寿命。目前对于这些缺陷的修复通常存在效率低和准确度较差等问题,提出了一种原位激光辅助车削修复技术,利用激光辅助切削降低缺陷,利用修复激光修复缺陷。在完成了装置的论证设计及搭建后,研究了修复激光能量密度,转速和进给量对修复效果的影响,并对激光修复前后单晶硅的表面及亚表面质量进行分析。结果表明,与普通车削相比,原位激光辅助车削修复后单晶硅的表面粗糙度从2.85 nm降低至1.59 nm,并且有效消除车削过程中产生的相变和残余应力。因此,原位激光辅助车削修复技术是一种高效且精确的表面加工方法,其能够在不增加额外工序的前提下,获得纳米级的单晶硅完整表面。
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  晶圆减薄机用多孔质推力轴承静态特性研究

  石明辉, 张国龙, 杜鹏, 陈江义, 胡洪洋

  中国表面工程. 2025, 38(5): 157-170.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20250324002

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  针对节流材料变形导致的晶圆减薄机中磨削主轴性能下降问题,研究了石墨材料变形对多孔质推力轴承静态特性的影响规律。基于Darcy定律、Navier-Stokes 方程（N-S方程）、流量平衡方程建立多孔质推力轴承静特性分析模型,并耦合轴承间隙内的非均布气膜压力建立多孔质节流器的变形模型。采用数值方法求解流固耦合作用下多孔质推力轴承承载面的变形分布和气膜压力分布,分析了多孔质石墨厚度和弹性模量对无量纲气膜压力和变形量的影响规律,揭示了气膜压力与多孔质石墨变形之间的相互作用机制。研究结果表明,轴承间隙越小、供气压力和渗透系数越高,多孔质石墨的变形量越大,承载力降低的幅度和体积流量的增加量越大,材料变形对轴承静态特性的影响显著且不可忽略。多孔质石墨越薄、弹性模量越低,材料变形对轴承静态特性的影响越显著,增加多孔质石墨的厚度和弹性模量可以减小材料变形对轴承静态特性的影响。为了减小材料变形对轴承静态特性的影响,轴承间隙和供气压力宜取20 μm和0.5 MPa,多孔质石墨的渗透系数和厚度宜分别取5×10^-9 mm²和4 mm,弹性模量不宜低于20 GPa。该研究为晶圆减薄质量及空气静压磨削主轴性能的提升提供一定的理论支撑。
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  超声辅助光催化抛光单晶碳化硅去除机理研究

  田壮智, 班新星, 巴文兰, 朱建辉, 王宁昌, 惠珍, 栗正新

  中国表面工程. 2025, 38(5): 171-181.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20250122001

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  单晶碳化硅（SiC）是一种性能优异的宽禁带半导体材料,广泛应用于高功率电子器件和光电子领域。然而,高脆硬性和强化学惰性使得其高效、低损伤抛光难度极大。因此,基于光催化化学机械抛光工艺施加超声振动,研究超声辅助光催化的协同增效机制与多能场作用下材料去除机理,有助于推动多能场协同抛光方法的发展。通过不同频率（0、22、25、28、40 kHz）超声辅助光催化氧化性能表征和静态腐蚀试验,探究超声振动对羟基自由基生成速率和SiC表面氧化程度的影响规律;开展抛光工艺试验,分析材料去除率和表面粗糙度的变化情况。结果表明：施加22 kHz超声振动时,抛光液褪色时间229 s、腐蚀后试件表面氧元素含量2.94at.%、材料去除率503.47 nm / h、表面粗糙度48.28 nm。相对于光催化氧化,超声辅助使褪色时间降低117.90%、氧元素含量提高215.96%、材料去除率提高52.63%、表面粗糙度降低91.30%。在光催化化学机械抛光基础上引入超声振动,可以提高光催化剂活性和磨粒的动能,增强氧化速率和去除效率,实现更加高效的单晶SiC抛光。
综述
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  仿生防冰涂层工程应用研究进展

  唐雨婷, 田盼, 汪洋, 李生, 刘家琪, 刘兰轩, 李冬冬, 秦卫华, 陈文锐

  中国表面工程. 2025, 38(5): 182-197.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241022001

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  以防冰涂层为代表的工程机械表面防除冰策略被广泛研究,然而大量工作聚焦于讨论防除冰机制和方法,较少涉及防冰涂层在工程应用领域的研究现状和重难点问题,因而须对当前防除冰技术在工程应用领域的研究现状和关键问题进行梳理和分析。当前防冰技术研究的重点在于克服传统方法效率低、成本高等问题,研究人员基于仿生学原理,开发了多种防冰涂层技术。总结超疏水、超润滑以及抗冻蛋白等仿生防冰涂层的防冰机制及其制备工艺,重点探讨仿生防冰涂层面向工程化应用的性能评价方法、施工工艺研究以及应用验证。提出仿生防冰涂层在工程化应用中所面临的挑战与局限,并对未来的研究趋势进行展望。目前仿生防冰涂层的研究和制备取得显著进展,为实现涂层广泛工程应用,仍须进一步优化涂层防冰性能、简化工艺流程并建立防冰综合评价体系。综述仿生防冰涂层的研究现状可为防冰涂层的工程应用提供思路与方法。
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  类金刚石薄膜的制备及摩擦学性能调控研究现状

  韩冰源, 许建飞, 杜文博, 赵泳林, 崔方方, 李函, 朱胜

  中国表面工程. 2025, 38(5): 198-214.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240902001

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  类金刚石薄膜（DLC）因其卓越的耐磨性、低摩擦因数、高硬度等特点,在汽车工业、航空航天、机械制造等领域得到广泛的应用。为了延长机械零部件在磨损、腐蚀等环境下的服役寿命,目前开发了多种先进的DLC薄膜性能调控技术,实现了对机械零部件性能的强化。研究领域的相关内容和方法正在不断地丰富和完善,但目前缺少这类综述论文,此类论文对于引领整个行业和领域的发展显得尤为重要。从DLC薄膜的制备技术、工艺参数优化、元素掺杂改性、梯度构筑和表面织构化等方面,系统总结国内外相关耐磨性能的研究工作。大量研究发现,适当调控工艺参数可以提高DLC薄膜的硬度和耐磨性;元素掺杂可以改善DLC薄膜的结构和性能,实现高弹性恢复、低摩擦磨损;梯度构筑可以增强DLC薄膜的附着力、硬度、抗磨损性;表面织构化可以改善DLC薄膜的摩擦学性能。因此,通过精细调控工艺参数、掺杂元素和含量、表面结构设计等,可以有效改变DLC薄膜的微观结构,增强其附着力、硬度和抗磨损性,这些改进有助于延长机械零部件在严苛条件下的使用寿命。通过全面调整DLC薄膜的制造工艺及其他策略,以实现其耐磨性能的全面提升,填补了行业内对DLC薄膜性能优化方面系统性综述的空缺,对相关技术领域的进一步发展具有重要的指导性意义。
技术基础
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  火焰喷涂石墨改性CF/PEEK复合材料涂层及其摩擦学性能

  李昱鹏, 解佳琦, 张硕累, 梁泰贺, 雷明凯

  中国表面工程. 2025, 38(5): 215-225.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240530001

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  火焰喷涂树脂基复合材料涂层是一种提高金属机械零部件表面性能的有效方法,采用自润滑填料改性提升涂层的减摩耐磨性能有望拓展运动部件在苛刻使役条件下的应用。采用火焰喷涂技术在17-4PH钢基底上制备不同质量分数（1wt.%、2wt.%和5wt.%）石墨改性的10wt.% CF / PEEK复合材料涂层,研究石墨含量对火焰喷涂CF / PEEK涂层截面形貌、结晶行为、热性能、表面硬度、摩擦学性能和磨损机理的影响。结果表明：涂层孔隙率随石墨含量的增加呈先下降后提高的趋势,2wt.%石墨改性的CF / PEEK涂层孔隙率最低（2.13%）,较CF / PEEK涂层下降了23.9%。CF / PEEK涂层随着加入石墨含量的增加,结晶度和表面硬度均呈先上升后下降的趋势,2wt.%石墨改性的CF / PEEK涂层表面硬度最高（0.326 GPa）,较CF / PEEK涂层提高了9.86%。石墨填料可以降低PEEK复合材料涂层在火焰喷涂过程中的降解,石墨含量为5wt.%时效果最好。随着石墨含量的增加,CF / PEEK涂层摩擦因数呈先上升后下降的趋势,5wt.%石墨改性的CF / PEEK涂层摩擦因数最低（0.291）;涂层比磨损率呈先下降后上升的趋势,1wt.%石墨改性的CF / PEEK涂层比磨损率最低（0.84×10^-6 mm³ / (N·m)）,较CF / PEEK涂层下降了37.8%,1wt.%和2wt.%石墨改性的CF / PEEK涂层的疲劳磨损和磨粒磨损的程度均降低,涂层耐磨性提高。因此,火焰喷涂石墨改性CF / PEEK复合材料涂层在耐磨减摩方面具有潜在的工程应用价值。
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  CNTs含量对激光熔覆耐磨抗蚀涂层的微观组性能影响

  吴正江, 李帅兵, 魏小强, 杜鹏程, 余斯亮, 刘贻欧, 贺学明, 庞旭明, 蒲吉斌

  中国表面工程. 2025, 38(5): 226-237.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240529001

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  海洋装备关键机械运动部件的工作面不仅会受到环境的腐蚀作用,还将会在机械相对运动过程中发生磨损,磨损与腐蚀的耦合作用是海洋装备机械运动部件表面失效的主要形式,也是相关装备系统可靠服役长期面临的重大挑战。采用球磨工艺将镀镍碳纳米管与铁基非晶粉体混合后,通过同轴送粉激光熔覆技术在Q235钢表面制备不同含量碳纳米管（CNTs）的铁基非晶合金涂层,探讨CNTs对涂层的微观结构、相组成、力学性能及摩擦腐蚀性能的影响。研究表明,随着CNTs含量的增加,涂层的结晶度增加、非晶含量减少,涂层中出现了α-Fe固溶体、Cr₂₃C₆和Cr₁₂Fe₃₆Mo₁₀金属间化合物,当CNTs含量超过0.25wt.%,涂层中开始出现Cr₇Ni₃;而当CNTs含量超过0.5wt.%,涂层中还会出现Fe₂C。其中,0.25wt.%的CNTs含量对涂层性能影响最优,其显微硬度达到1 024.55 HV_0.2;在摩擦腐蚀耦合下,摩擦因数随CNTs含量的增加而增大,但0.25wt.% CNTs有较低的摩擦因数。此外,镀镍碳纳米管在裂纹处的桥接行为抑制材料损耗,提高了涂层的耐腐蚀性。适量添加CNTs可以有效改善涂层的耐磨蚀性能。性能优异的耐磨抗蚀涂层对于保障海洋装备关键机械运动部件长寿命可靠运行具有重要意义。
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  超声表面滚压加工与离子渗氮复合强化对4Cr13不锈钢摩擦学性能的影响

  骆小双, 潘邻, 段海涛, 凃杰松, 刘炼, 詹胜鹏, 贾丹

  中国表面工程. 2025, 38(5): 238-249.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240626001

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  为了解决4Cr13不锈钢硬度较低、耐磨性差的问题,利用超声表面滚压加工（Ultrasonic surface rolling processing,USRP）作为离子渗氮（PN）的前处理工艺,对4Cr13不锈钢进行超声表面滚压加工与离子渗氮复合强化（USRP+PN）处理。采用SEM、EDS、EPMA、金相显微镜、维氏硬度计和摩擦磨损试验机等分别研究了USRP+PN工艺对4Cr13不锈钢微观组织、显微硬度、氮元素分布和摩擦学性能的影响。结果表明：4Cr13不锈钢分别经过USRP处理4次和6次（USRP4、USRP6）后,表面粗糙度降低,表层产生严重塑性变形,晶粒细化,形成纳米梯度组织结构。其中,USRP6试样的塑性变形层更深,晶粒更加细小。与未处理（UN）试样相比,USRP4、USRP6、UN+PN、USRP4+PN和USRP6+PN试样的表面硬度分别提高了34.56%、37.01%、328.63%、352.53%和358.21%。试样的渗氮层厚度排序为：UN+PN<USRP4+PN<USRP6+PN,磨损率大小顺序为：USRP6+PN<USRP4+PN<UN+PN<USRP4<USRP6<UN,其中USRP6+PN试样的磨损率最低,为UN试样的3.5%。USRP作为前处理工艺可有效提高PN效率,USRP+PN复合强化处理为提高4Cr13不锈钢的耐磨性提供了一种新的途径。
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  壳聚糖包封管状二氧化硅的pH响应型自修复涂层

  石浩, 张培琦, 褚贵文, 张建凯, 宋立英, 蒋全通, 麻福斌

  中国表面工程. 2025, 38(5): 250-263.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240806002

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  有机涂层是目前保护金属表面免受腐蚀最经济、最常用的方法。但在金属材料服役过程中,保护涂层很容易受到损坏,导致涂层防护性能减弱。通过添加缓蚀剂赋予涂层修复损伤的能力可以有效解决这个问题。制备具有pH响应控释效果的负载缓蚀剂的纳米容器,并作为填料制备自修复涂层,用于实现缓蚀剂可控释放和涂层的腐蚀防护。利用管状介孔二氧化硅（T-mSiO₂）的中空结构负载腐蚀剂5-乙基-1,3,4-噻二唑-2-胺（ETDA）,并通过在T-mSiO₂外表面包覆壳聚糖（CS）,作为缓蚀剂控制释放的开关。当发生腐蚀,局部环境变为酸性,CS会发生膨胀,T-mSiO₂外的控释开关失效,管内的缓蚀剂得以释放。当释放一定量缓蚀剂后,受损区域会形成保护膜抑制腐蚀进一步发生,局部环境变回碱性,CS收缩,控释开关发挥作用,阻止缓蚀剂继续释放。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、热重分析（TG）等测试验证T-mSiO₂成功负载ETDA且负载量良好,管外成功包覆CS且包覆修饰对ETDA负载的影响较小。使用电化学阻抗谱（EIS）测试涂层的自修复性能,通过分析0.01 Hz频率阻抗值确定在第11 d时涂层自修复能力达到最大,使用ZSimpWin对电化学阻抗数据进行拟合,通过分析拟合结果可知自修复涂层具有一定的防腐蚀能力。通过SEM、能量色散谱（EDS）和扫描Kelvin探针（SKP）验证涂层的自修复能力,自修复前后EDS测试划痕处铜元素含量的明显减少和SKP测试划痕处电势谷的消失都证明涂层具有良好的自修复性能。研究制备的CS-T-mSiO₂-ETDA涂料具有良好的pH响应控释功能和自修复效果,为海洋金属设备防腐提供了一种新的思路,有望延长海洋设备服役年限。
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  多体制激光清洗镁合金基体表面微观形貌演化特征与机理分析

  郑万庆, 王思捷, 李哲, 王忠龙, 殷凤仕

  中国表面工程. 2025, 38(5): 264-275.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240923003

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  目前传统激光清洗技术在金属表面漆层去除过程中存在清洗效率低下、清洗效果有限及基体完整性难以控制等问题。通过创新性地采用连续-脉冲复合多体制激光清洗方法,显著提升清洗效率并实现对基体表面形性的精确控制。主要研究连续- 脉冲复合激光对AZ31B镁合金表面漆层的清洗效果,并探讨不同激光功率组合、扫描速度和扫描间距对基体表面微观形貌演化的影响。试验结果表明,在“连续激光功率90 W+脉冲激光功率30 W”、扫描速度3 m / s、扫描间距0.06 mm工艺参数组配下,能够高效、无损地去除镁合金表面漆层,通过调整激光清洗工艺参数,能有效控制基体表面毛化、重熔及微结构化等表面微观形貌状态。借助高速摄像机和热红外监测设备,进一步揭示多体制激光清洗过程中热效应、力效应和等离子体冲击等多效应耦合作用机制。研究结果可为镁合金表面漆层的优质高效清洗及其基体表面微观形貌的工艺控制提供有力支撑。
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  脉冲激光标刻ABS板材数值模拟与表面质量的优化

  蔡颂, 陈达, 陶能如, 文跃兵, 白斌, 何志坚, 黄湛

  中国表面工程. 2025, 38(5): 276-289.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240129002

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  丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物（ABS）因其优异的抗冲击、耐腐蚀、耐低温等特性广泛应用于各类工程领域。但在激光标刻加工中,受限于材料热敏感性,需控制合适激光工艺参数以保障激光标刻质量。针对该问题,考虑了材料的热物理特性及能量累积效应,建立了脉冲激光标刻ABS材料的一维传热物理模型,依据模型数值仿真获得了脉冲激光标刻ABS材料的激光功率与传热温度的动态演化规律,获得了材料发生轻微去除与达到最大质量损失速率的功率范围区间。开展激光标刻ABS板材试验研究,采用三维超景深系统等测量板材表面标刻后的粗糙度、刻蚀深度及微观地形地貌,试验结果验证了传热模型的准确性及可行性。理论与试验研究分析表明激光频率为20 kHz、激光光斑直径为100 μm、激光扫描速度为100 mm / s、激光功率范围在2 W至2.8 W时,激光标刻ABS区域表面质量优良且仅极少污染物产生。研究结果可为优化激光标刻工艺参数以提高标刻效率及提高标刻质量提供理论参考。
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  磁粒研磨工艺中磁性磨粒柔性团聚动力学行为

  刘帅航, 曹睿, 韩冰, 应骏, 杨海吉

  中国表面工程. 2025, 38(5): 290-300.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240911002

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  由于磁性磨粒间的磁化、磁场作用以及频繁接触,现有方法难以准确模拟其动态行为,且计算耗时。采用颗粒离散动力学与磁场力耦合的多尺度数值算法,对磁性磨粒在磁场和工件作用下的迁移、团聚、旋转的运动过程进行分析。现有算法缺少颗粒磁化力分析,且磨粒运动表现不明晰,为此基于Hertz-Mindlin接触理论,建立包含磨粒间作用力和磁场力粘附性颗粒离散元动力学模型。该模型考虑了磁性磨粒在动态磁场中的位移和旋转,以及磨粒之间的力学作用等微观过程。随后,进行磁性磨粒在磁场中的磁化现象模拟,并在加工平面条件下分析磨粒在不同速度和位移条件下的运动规律,揭示磨粒因磁化作用而形成团簇状聚合体的过程。此外,通过结合密集颗粒流中对颗粒的分类方法,将运动中的磨粒进行分类,并根据各类磨粒的运动特点,分析其在加工中所起的作用。试验研究不同加工间隙和磁极转速对各位置磨粒运动的影响,高磁极转速和低加工间隙可以有效改善表面粗糙度,验证了模拟结果的准确性。结果表明,模拟仿真与试验具有较高的一致性。建立结合颗粒磁化力和动态接触力的多尺度模型,可以精确模拟磁性磨粒在磁场中的运动行为及团聚过程。
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  修整辅助液对固结磨料化学机械抛光单晶SiC材料去除稳定性的影响

  吴鹏飞, 刘宁, 贺雷, 朱楠楠, 朱永伟

  中国表面工程. 2025, 38(5): 301-311.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240417002

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  为了改善固结磨料垫材料去除率的稳定性,进一步提高单晶SiC化学机械抛光的材料去除效率,提出一种在线修整固结磨料垫高效化学机械抛光单晶SiC的加工方法。采用烧结法制备聚集体金刚石磨料,通过热固化等工艺得到本研究中所用的固结磨料垫,利用修整辅助液对固结磨料垫进行在线修整;通过正交试验探索聚集体金刚石磨料一次粒径、抛光压力、修整辅助液的磨料浓度、H₂O₂浓度对材料去除率和表面粗糙度的影响规律;讨论修整辅助液磨料的种类、粒径对材料去除率、材料去除率变化、摩擦因数、固结磨料垫形貌的影响。结果表明：当聚集体金刚石磨料一次粒径为7~10 μm、抛光压力为27.6 kPa、修整辅助液的磨料浓度为3%、H₂O₂浓度为10%时,材料去除率的最优水平达到27.3 μm / h。修整辅助液中的磨料粒径和种类对固结磨料垫在线修整能力影响显著,其中8000#碳化硅粉的修整能力优于相同粒径范围的氧化铝粉,且修整辅助液中的磨料粒径越大,修整能力越强;在相同抛光压力下,不同修整辅助液类型对抛光过程中实时摩擦因数影响各不相同,并且摩擦因数与材料去除率呈正相关。修整辅助液在加工中的作用机制表现为：修整辅助液的磨料加速固结磨料垫基体的磨损,促进聚集体金刚石磨料的微破碎过程,从而提高固结磨料垫的自修整能力和材料去除的稳定性,有助于实现单晶SiC的高效稳定抛光加工。
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  HiPIMS频率对弧辉复合沉积TiZrN/TiN纳米多层膜微观结构和性能的影响

  魏永强, 张晓晓, 张华森, 顾艳阳, 杨佳乐, 蒋志强, 韦春贝, 钟素娟

  中国表面工程. 2025, 38(5): 312-325.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240326005

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  随着先进制造业的快速发展,单元单层氮化物涂层刀具很难满足苛刻工况条件下的高性能要求,通过设计多层结构,可以提高基体材料的硬度、耐摩擦磨损和耐腐蚀等综合性能,提高关键零部件的使用寿命。采用电弧离子镀（Arc ion plating, AIP）和高功率脉冲磁控溅射（High power impulse magnetron sputtering, HiPIMS）复合技术,通过调控HiPIMS频率在M2高速钢基体和单晶Si片上沉积TiZrN / TiN纳米多层膜,探究HiPIMS频率对TiZrN / TiN纳米多层膜微观结构和性能的影响规律。研究发现,HiPIMS频率的增加有助于改善TiZrN / TiN纳米多层薄膜表面质量,降低薄膜表面大颗粒数量,TiZrN / TiN纳米多层薄膜厚度呈先增大后减小趋势。不同HiPIMS频率下制备的TiZrN / TiN纳米多层薄膜均以(220)晶面为择优取向,平均晶粒尺寸为4.01~5.31 nm,膜基结合力等级均为HF1级,硬度均在30 GPa以上,稳定摩擦因数在0.79左右。在HiPIMS频率为600 Hz时,平均晶粒尺寸降低到最小4.01 nm。当HiPIMS频率为800 Hz时,硬度达到最大46.28 GPa,磨损率最小,为1.46×10^-8 mm³·N^-1·mm^-1,此时薄膜的耐磨损性能较好。当HiPIMS频率为1 000 Hz时,自腐蚀电位升高到最大-0.39 V（vs. SCE）,自腐蚀电流密度降低到最小0.731 μA / cm²,薄膜耐腐蚀性能最强,腐蚀速率最低。纳米多层结构提升TiZrN / TiN薄纳米多层薄膜的硬度、摩擦磨损和耐腐蚀性能,为薄膜工艺优化提供了试验依据和技术支撑,具有良好的应用前景。
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  TC4钛合金表面热处理-阳极氧化-复合碳纤维涂层的制备及摩擦腐蚀性能

  裴文乐, 谢壮壮, 裴晓亮, 王建梅

  中国表面工程. 2025, 38(5): 326-333.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240717001

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  为提高TC4钛合金材料在海洋工程领域中的摩擦腐蚀性能,采用阳极氧化、喷涂和涂覆技术,将TC4钛合金与碳纤维相结合,在TC4表面制备了热处理-阳极氧化-复合碳纤维涂层（TAD-CF）。利用扫描电镜和能谱仪分析涂层的表面形貌和元素分布。采用多功能微动腐蚀试验机研究试样在空气和人工海水环境下的腐蚀及摩擦腐蚀性能。结果表明,用含有氟化铵的乙二醇电解液在60 V电压、20 min氧化时间和3 h热处理条件下,成功制备出由TiO₂组成的纳米多孔结构涂层。电化学腐蚀测试显示,与TC4基体相比,TAD试样的腐蚀电流密度下降为65.2 nA / cm²,极化电阻增加到0.743 GΩ。而TAD-CF试样的腐蚀电流密度仅为8.57 nA / cm²,极化电阻为9.08 GΩ,证明该涂层具有优异的耐腐蚀性能。摩擦磨损测试显示,TAD-CF试样的平均摩擦因数显著降低,其次是TAD试样,最后是TC4基体。研究成果增强了TC4钛合金在海洋环境中的摩擦腐蚀性能,可为海洋工程装备关键部件的防护性能提供新的思路与实践依据。
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  C靶功率对AlCrTiCN涂层组织结构与力学、摩擦学性能的影响

  陈浩然, 范其香, 郭明璐, 吴正环, 郝雪卉, 王铁钢, 刘艳梅, 曹凤婷

  中国表面工程. 2025, 38(5): 334-346.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240326002

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  氮化物涂层因其具有优异的性能被广泛研究和应用,在氮化物涂层中引入适量的C元素有望进一步增强涂层的耐磨性。为明晰C元素对AlCrTiN涂层组织结构和性能的影响规律,采用直流脉冲磁控溅射与射频磁控溅射复合技术,通过调整C靶功率为0、50和100 W,在单晶Si片和不锈钢片上制备出三种不同C含量的AlCrTiCN涂层。C靶功率为50与100 W时,涂层主要相结构为NaCl型fcc-(Al,Cr,Ti)(C,N)固溶体,当C靶功率为50 W时,涂层中产生了C₃N₄相。随着C靶功率增大,涂层中非晶C随之增多,晶粒尺寸逐渐减小,表面质量逐渐改善。涂层的硬度和弹性模量逐渐增大,这是因为涂层晶粒尺寸减小导致细晶强化和C的固溶强化作用逐渐增强。当C靶功率为100 W时,涂层达到最高硬度和弹性模量,分别为23.7 GPa和249.8 GPa。随着C靶功率升高,摩擦因数先增大后降低,未出现掺C涂层摩擦因数显著降低的现象,这是由于涂层中非晶相和CN_x相削弱了石墨相的润滑作用。尽管如此,得益于掺C涂层力学性能的提升,涂层的磨损率随着C靶功率增大而逐渐降低,说明掺C可以提升涂层的耐磨性能。三种涂层表现出不同的磨损失效形式,C靶功率为0 W时磨损形式主要为氧化磨损、磨粒磨损和黏着磨损,50 W时以磨粒磨损为主,100 W时涂层的主要磨损形式为黏着磨损。研究成果对AlCrTiN涂层的性能提升与AlCrTiCN涂层的工程化应用有一定指导意义。
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  (Ni@SiC)_p复合吸波材料的制备及性能表征

  宿辉, 郑奇, 闫峰, 孙向东, 邢中辉, 陈玉金, 曹茂盛

  中国表面工程. 2025, 38(5): 347-355.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240916002

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  碳化硅颗粒(SiC)_p是一种性能优良的非氧化物陶瓷材料,也是微波吸收剂的优选材料,但其吸波效率偏低,不能满足宽频带、强吸收等要求。为进一步提高(SiC)_p的电磁性能,制备性能优良的复合吸波材料。通过使用操作简单、可控性好的化学沉积技术,对SiC进行表面改性,制备出核壳结构的(Ni@SiC)_p。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）等仪器对改性前后的样品进行形貌、成分、物相等方面的表征分析;采用矢量网络分析仪测定改性前后SiC的电磁吸波特性。结果表明：改性后SiC的颜色、微观形貌、成分及物相均较改性前发生了明显改变。外观颜色由灰白色转变为黑色,SEM显示表面有新物质沉积;EDS可见金属镍沉积;XRD出现明显的馒头状镍峰。电磁特性有较大提高,其中,介电常数实部增加3~6倍,虚部增加2~7倍;电磁损耗增加2~4倍,介电损耗增加3~5倍。在频率为11.6 GHz时,(Ni@SiC)_p的反射损耗（R_L）为-41.25 dB,有效带宽为7.28 GHz,明显提高了SiC的电磁吸波性能,为国防领域隐身材料制备提供了新的方法和思路。
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  氯化甜菜碱酰肼与KI复配在酸性介质中对碳钢表面缓蚀性能

  刘岳龙, 刘金彦, 陈博, 任晓慧

  中国表面工程. 2025, 38(5): 356-369.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240912001

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  碳钢是工业领域储存和运输盐酸时常用的材料,但在酸性介质中碳钢容易被腐蚀,绿色缓蚀剂是抑制这种腐蚀的有效措施,氯化甜菜碱酰肼（GRT）与碘化钾（KI）在1 mol·L^-1盐酸溶液中对Q235碳钢表面能有效防腐。通过试验研究与理论分析相结合的方法,探究GRT与KI作为复配缓蚀剂对碳钢表面的保护效果及其作用机制。其中试验部分包括失重法、电化学和表面分析;理论分析包括量子化学计算、蒙特卡罗模拟和分子动力学模拟。结果表明,单独使用GRT和KI为缓蚀剂对Q235钢的缓蚀效果不佳,但将GRT与KI复配后,缓蚀效果有了明显提升,当GRT的浓度为4.0×10^-3 mol·L^-1,且KI的浓度为2.0×10^-3 mol·L^-1时,缓蚀效率最高可达到94.86%,电化学阻抗谱和动电位极化曲线表明该复配缓蚀剂是以阴极为主的混合型缓蚀剂。AFM和XPS分析表明,金属表面生成吸附膜。理论分析表明缓蚀剂具有得失电子基团,可以吸附在Fe{110}表面,吸附能为 -423.722 kJ·mol^-1,该复配缓蚀剂是一种优良的缓蚀剂。研究结果不仅能丰富相关领域的理论基础,还可为今后开发更高效率的绿色缓蚀剂提供思想启示和技术路径。
工程应用
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  网纹织构在气/液介质条件下的润滑性能对比

  孙亚民, 杨惠雅, 朱天宇, 郑伟, 吕田, 王静秋, 王晓雷

  中国表面工程. 2025, 38(5): 370-379.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240904002

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  斯特林发动机使用纯净气体作为工作介质,其活塞环的摩擦和磨损是影响效率和寿命的主要问题。目前珩磨网纹的研究主要集中在液体润滑条件,与气体润滑相关的研究几乎是空白。为探究珩磨网纹在气体介质条件下对斯特林发动机活塞环 / 缸套的润滑效果,通过建立理想珩磨网纹模型,利用不可压缩和可压缩雷诺方程耦合弹性变形方程进行求解,对比刚性和弹性边界条件下液体和气体的流体动压力。研究发现,液体润滑条件下弹性变形会引起压力的明显下降,而气体润滑条件下PTFE材料弹性变形的影响可以忽略;与液膜承载力的特性不同,气膜承载力与速度呈凹函数递增关系,表明在高速条件下气体润滑会得到更好提升;在最佳的网纹参数上,气体与液体润滑也存在差异,在相同条件下,液体润滑刚性边界时的最佳宽距比为0.5~0.65,弹性边界时为0.4~0.55,而气体润滑条件的最佳宽距比为0.3~0.4。珩磨网纹亦可用于改善斯特林发动机缸套和活塞环的摩擦和磨损问题,但设计参数须进行相应修正。
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  超低压等离子喷涂装备研制

  吴朝峰, 王波, 梁志敏, 倪立勇, 汪殿龙

  中国表面工程. 2025, 38(5): 380-386.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241004001

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  超低压等离子喷涂工艺作为先进航空发动机热障涂层制备的关键性支撑技术,相关装备长期受到国外技术制约。为解决超低压等离子喷涂装备国产化替代问题,基于“PC+PLC”架构,开发集成控制技术、高频斩波数字多相交错并联电源控制技术和大尺寸宽范围快速真空压力闭环控制技术,成功自主研制国内首台套完全国产化超低压等离子喷涂装备,具备喷涂工艺参数的自动监控、存储和显示功能。在50 Pa~80 kPa宽域压力范围内可实现低压等离子喷涂（3~80 kPa）和超低压等离子喷涂（50~1 000 Pa）作业,同时可实现等离子物理气相沉积功能;经过喷涂工艺验证,装备运行安全可靠,稳定性良好,达成用户指标并交付使用。通过超低压等离子喷涂国产化装备的研发,实现了关键技术自主可控,摆脱了相关装备进口依赖,对于提升我国相关行业产业链和供应链韧性和安全可靠水平具有重要意义。
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  激光修整时V形超硬磨料砂轮视觉在位测量

  邓辉, 刘超强, 高淑蓉, 周恩怀, 尉迟广智, 何船

  中国表面工程. 2025, 38(5): 387-397.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240619001

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  针对激光修整过程缺乏监控、砂轮表面测量方法较少的瓶颈,对激光修整时V形超硬磨料砂轮视觉在位测量进行研究。搭建超硬磨料成形砂轮激光修整视觉测量平台,实现对不同修整阶段砂轮轴截面图像的在位连续采集。针对传统Canny算法存在磨粒特征识别较难、图像边缘识别过度等问题,采用双边滤波、3×3 Sobel梯度计算及OTSU阈值法对其进行改进,并在此基础上提出一种基于改进Canny算法和Zernike矩的亚像素级边缘检测方法,完成对不同激光束进给次数条件下砂轮轴截面轮廓的精确提取。建立圆跳动误差、全跳动误差、直线度误差、尖端圆弧度误差、激光入射角等V形砂轮表面参数的计算方法,经测试证实能够满足激光修整过程监控对砂轮表面参数测量的速度要求。研究成果将有助于推动超硬磨料成形砂轮激光修整及表面测量技术加速朝着自动化、智能化方向发展。
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  渗锌层表面水性锌铝涂层制备及耐蚀性能

  张涛, 王胜民, 梁伟, 黄智权, 黄腾

  中国表面工程. 2025, 38(5): 398-409.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240129004

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  渗锌件的应用范围广泛,但在严酷环境下的耐腐蚀性能较差,难以满足应用需求,为了提高渗锌层的耐腐蚀性能,以片状锌粉、铝粉和助剂为原料,通过喷涂方式在渗锌层表面制备水性锌铝涂层。利用带有EDS能谱仪的扫描电镜（SEM）分析表征水性锌铝涂层的表面、截面形貌和成分组成;采用开路电位（OCP）、极化曲线（Tafel）、电化学阻抗（EIS）分析表征水性锌铝涂层在3.5% NaCl溶液中的电化学行为;通过中性盐雾试验分析水性锌铝涂层的耐腐蚀性能。结果表明：水性锌铝涂层为磷酸盐层与片状锌、铝粉的复合涂层,主要由Al、Zn、P、Cr和Fe元素组成,水性锌铝涂层结构致密且无裂纹,片状锌、铝粉在磷酸盐层中交错堆叠。渗锌层表面涂覆水性锌铝涂层后,表面的OCP值正移,对于电化学腐蚀的敏感性更低;与渗锌层相比,水性锌铝涂层的自腐蚀电位正移72 mV,水性锌铝涂层自腐蚀电流密度为1.242×10^-5 A·cm^-2,仅为渗锌层的7.9%左右,极化电阻为渗锌层的12.5倍;水性锌铝涂层的阻抗弧半径远大于渗锌层的阻抗弧半径,表明水性锌铝涂层对于电荷转移具有更好的抑制作用。48 h中性盐雾试验后,渗锌层表面布满白锈;144 h中性盐雾试验后,渗锌层表面50%被红锈覆盖,边缘红锈区域处已丧失防护能力;1 000 h中性盐雾试验后,水性锌铝涂层表面出现白锈;2 000 h中性盐雾试验后,水性锌铝涂层表面仍无红锈生成,表现出优异的耐腐蚀性能。在渗锌层表面涂覆水性锌铝涂层极大地提高了其耐腐蚀性能,为延长渗锌件的使用寿命提供参考。
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  载流工况下滚珠轴承摩擦磨损特性

  安格正, 梁兴鑫, 董小伟, 罗保洋, 刘绪儒

  中国表面工程. 2025, 38(5): 410-419.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241009003

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  轴承电流损伤显著影响滚动轴承的服役寿命。为探究滚动轴承电绝缘性能受工况参数的影响规律和载流摩擦电损伤特征与机理,以6006ZZ型滚珠轴承为试验样品,搭建轴承载流摩擦磨损试验台,开展轴电流击穿特性和载流摩擦磨损特性试验。利用扫描电子显微镜和能谱仪分别得到轴承滚道的表面微观形貌和元素分布。结果表明：滚珠轴承临界击穿电压随击穿次数增长而下降,随转速的增大而上升。在400 r / min转速、ISO VG32油润滑工况下,三次连续电流击穿特性试验临界击穿电压分别为1.066、1.006、0.954 V,呈下降趋势。转速从200 r / min增加至800 r / min,轴承临界击穿电压从0.706 V增加至1.083 V,击穿后系统电阻从0.44 Ω增加至0.51 Ω。在脂润滑条件下,轴承更易于在低转速形成稳定润滑油膜,相同转速下击穿电压显著提高。未发生击穿时轴承仅受机械摩擦作用,其滚道表面损伤主要表现为机械划痕和磨粒磨损;而击穿后,轴承滚道表面出现密集的电弧高温烧蚀小凹坑,凹坑密度随外加电压的增大而增大。研究成果可为滚珠轴承在载流工况下的安全运行提供指导。