2025年, 第38卷, 第6期　刊出日期：2025-12-23

  

• 全选
  |

综述
• Select
  智能润滑材料和表面

  郜培丽, 解国新, 雒建斌

  中国表面工程. 2025, 38(6): 1-11.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20250326002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  新型智能润滑材料和表面具有按需响应、主动应变的特征,这种类生命体自调节机制赋予在役摩擦副自主感知外界环境刺激并进行界面润滑状态自适应调控的功能,为航空航天、军事武器等高端装备“在线感知-决策-执行”转型升级提供了新解决方案。同时,人工智能（AI）驱动的润滑材料逆向设计革新了传统试错模式,实现了摩擦副表面润滑基于需求的高效靶向定制,为构建满足各类复杂工况的高性能、高可靠润滑材料和表面体系提供了新路径。润滑材料和表面智能化发展正在逐渐重构机械表面界面科学研究范式,有望为前沿润滑理论和技术研究提供新的突破口。以智能润滑材料和表面技术及其AI创制为切入点,梳理具有自润滑、自修复、自诊断等功能的润滑材料和表面研究现状,以及AI加速其逆向设计的前沿进展,并对未来先进表面润滑材料智能化发展趋势进行展望。
• Select
  高熵热障陶瓷的性能优化及发展现状

  孟凡威, 叶福兴, 姚远, 孙凯琪, 宋子祺

  中国表面工程. 2025, 38(6): 12-22.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240904001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了应对航空发动机服役温度的升高对高性能热障涂层（Thermal barrier coatings, TBCs）材料的迫切需求,高熵陶瓷材料的合成及性能评价为新型TBCs材料的开发提供了新的思路。研究表明,由于存在四种独特的效应,与传统TBCs材料及单组元TBCs材料相比,高熵TBCs陶瓷的成分设计及性能调控灵活,综合性能也更为优异。总结了高熵热障陶瓷的研究现状,基于高熵陶瓷材料的微观结构及质点间成键性质从热导率、热膨胀性能、高温抗烧结性及相稳定性、力学性能及抗CMAS腐蚀性能等五个方面对高熵TBCs材料的组分设计及性能优化进行了分析总结。成分设计时,具有较大的质量差和离子半径差的不同组元成分进行固相合成,形成较大程度的晶格畸变,扩大声子碰撞几率,可降低热导率;电负性相差较小的阴阳离子可形成具有较弱键合强度的离子键,易于获得高的热膨胀系数,同样,形成较强键合强度的离子键有益于力学性能的提高;半径相差越大的元素离子竞争同一晶格点位,越易形成更为严重的晶格畸变,阻碍物质扩散,表现出迟滞扩散现象。研究旨在为高熵TBCs材料的成分设计及性能优化调控提供一定的理论指导。
• Select
  面向精准医疗的生/机界面仿生设计技术现状与发展趋势

  周新朝, 杨佳俊, 王晓博, 金泽枫, 张力文, 陈华伟

  中国表面工程. 2025, 38(6): 23-40.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20250714003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  精准医疗的发展亟需高效、稳定且多功能的生机界面。大自然中丰富的微纳结构与功能机制为生机界面设计提供了重要的灵感源泉,但面向精准医疗的生机界面仿生设计仍然缺少深入、系统的综述研究。系统梳理生机界面设计中的典型仿生策略,重点介绍防粘、粘附增强、液体定向传输与微针穿刺等生物功能结构的原理及其在界面构建中的应用价值,探讨激光加工、3D打印等前沿制造技术在实现多尺度仿生结构制造方面的优势与局限。结合精准医疗领域中的典型应用实例,包括防粘电刀、粘附贴片、可穿戴微流体诊疗传感器与药物递送系统,展示出仿生结构在提升界面适配性、功能集成度与临床适用性方面的显著优势。最后,展望人工智能、智能响应材料、多材料3D打印等新兴技术对推动仿生生机界面发展的重要作用。主要提出结合智能材料的动态化仿生设计和结合人工智能的智能化界面设计的指导性观点,可填补行业和领域目前缺少这类综述文章来引领的空白,对未来精准医疗中生机界面的仿生设计制造的发展具有一定借鉴意义。
• Select
  MXene基材料摩擦学和吸波性研究进展

  方祥, 马婧, 俞凯还, 李凝, 强力

  中国表面工程. 2025, 38(6): 41-79.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241126001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  随着现代工业和信息技术的迅猛发展,极端环境下对高性能摩擦与吸波材料的需求日益增长。得益于高导电性、独特的层状结构、优异的力学性能、化学稳定性以及丰富的表面端基,MXene材料已成为摩擦学与电磁波吸收领域的研究热点。然而,目前关于MXene基材料在上述领域的研究进展尚缺乏系统性总结。为全面梳理MXene基材料的研究现状,首先从其基本结构出发,系统性地总结了结构特征、主要制备方法及基础性能,并详细概述了MXene及其衍生物的制备技术,以及MXene基材料在摩擦学与吸波领域的作用机理与研究进展。通过对不同制备与处理方法的比较与分析,揭示了MXene基材料在改善摩擦特性、降低摩擦系数、增强吸波性能以及优化吸波带宽方面的显著优势。同时,针对MXene基材料在极端环境下稳定性不足、复合材料的设计复杂性以及制备成本较昂贵等问题,提出了潜在的改进策略。相关研究为摩擦学与电磁波吸收领域的研究提供了重要的理论依据与参考价值。
• Select
  超疏水表面在柔性可穿戴器件上的应用研究进展

  张燕珂, 高辰珂, 叶羽敏, 刘文娜

  中国表面工程. 2025, 38(6): 80-92.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241007002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  柔性可穿戴电子器件因其轻薄便携、集成度高以及保形性好等特点在医疗保健、运动跟踪及环境监测等领域获得广泛关注。然而,特殊的使用环境使得其长期稳定性受到外界环境及受试者体表分泌物等复杂水合环境的挑战。超疏水表面因其特殊的防水、自清洁、抗腐蚀、抗菌等功能,为可穿戴电子器件及其供能设备的性能提升及延寿提供了新契机。简述了柔性可穿戴电子器件的研究进展;揭示了超疏水表面的主要原理和影响因素;汇总了超疏水表面的主要制备方法及其各自优缺点;简述了超疏水表面在可穿戴传感器、能量转化器件及储能器件方面的应用;指出高机械稳定性、良好的环境耐久性以及高透光率是未来超疏水表面在可穿戴器件上实现应用与发展的重点与难点。
• Select
  海洋防污涂层研究进展

  何浩, 范其香, 王铁钢, 刘艳梅, 曹凤婷

  中国表面工程. 2025, 38(6): 93-113.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20250127001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  海洋生物污损频繁附着于海上设备表面造成设备损坏,严重影响海洋资源的开发,已成为海上设备亟需解决的重要难题。开发高效实用的防污手段一直是国内外海洋防污领域的研究重点,在多种防污手段中防污涂层因其防污效果出众、操作便捷等优势备受欢迎。介绍了传统防污涂层和新型防污涂层的研究进展,归纳了不同涂层的防污体系和研究现状,分析了各类涂层的防污机制,讨论了不同涂层的防污性能,系统阐述了各种涂层的防污特性和待解决的难题,最后提出协同防污策略的重要性,并展望了未来海洋防污涂层的发展方向。
技术基础
• Select
  微织构再生冷却流道的一体化成形制造及换热性能

  朴钟宇, 安彪, 王海斗, 底月兰, 陈荣, 董丽虹

  中国表面工程. 2025, 38(6): 114-123.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240308001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  随着航天飞行器的飞行速度不断提高,航天发动机燃烧室的热防护技术急需一场技术革新。借助选择性激光熔化（SLM）的增材制造技术,成功在冷却流道内壁面一体化制备出高质量的顺流向矩形微沟槽作为冷却流道内壁面的改性微织构。借助自主搭建的循环水洞试验平台,分别对不同尺度微沟槽结构的单冷却流道开展流阻与换热性能测试。结果表明：当微沟槽结构尺寸在250~450 μm时,含有微沟槽的冷却流道均表现出明显的强化换热效果。但是伴随微沟槽结构的存在带来冷却流道换热能力提升的同时,冷却流道的流阻也随之增加。利用粒子图像测速（PIV）技术,分别获取不同尺度微沟槽结构的表面速度场与涡量场等流场参数。基于试验结果,提出通过在并联冷却通道中合理布置微沟槽结构,进而提升再生冷却通道整体换热均匀性的设想。并且以并联三冷却流道为例,通过合理地在并联冷却通道中布置微沟槽,试验发现并联三冷却流道的换热均匀性最大提升约34%。试验针对主动冷却结构换热效率提升的需求,探究微织构几何特征与燃油流阻、换热效率间的关联机制,实现特定介质、流向流速下管内流阻可控,有效提升换热效率,为主动冷却结构换热性能优化、非均匀换热设计等提供全新的自由度。
• Select
  直接时效处理对17-4PH激光熔覆层组织及抗汽蚀性能的影响

  董刚, 胡健东, 王永强, 李国明, 姜晓峰, 张群莉, 姚建华

  中国表面工程. 2025, 38(6): 124-134.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240319001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  汽轮机末级叶片在服役期间进汽边极易受汽蚀破坏,造成尺寸缺失,影响机组整体运行状况。为修复汽轮机叶片尺寸、提高其使用寿命,利用激光熔覆技术在17-4PH钢制备同材料熔覆层,并采用后热处理改善其组织,提高抗汽蚀性能。利用高温箱式炉对17-4PH熔覆层进行530、580以及630 ℃温度下的直接时效处理,使用OM、XRD、SEM以及配套的EBSD对组织进行表征分析,并通过超声波系统测试试样耐汽蚀性能。结果表明,经直接时效处理后熔覆层内部残余应力得到释放,组织内部奥氏体含量上升,且析出大量沉淀相。熔覆层汽蚀累积质量损失随时效温度上升呈现先上升后下降：经530 ℃处理后,试样汽蚀累积质量损失最低,仅为60.6 mg,相较于沉积态145.4 mg,质量损失减少了约58%。此外,汽蚀表面粗糙度在经时效处理后得到较好改善,其中在580 ℃试样中表现最佳,为180 μm,表现出较好的抗汽蚀性能。通过对17-4PH熔覆层采用合适温度的直接时效处理,能够有效促进组织的均匀化,提高抗汽蚀性能,为汽轮机末级叶片的汽蚀损伤修复提供重要的工程指导。
• Select
  环向梯形凹槽对核主泵柱面推力瓦润滑性能影响

  王伟光, 蔡龙, 雷明凯, 李昱鹏, 吕向平, 李梦启

  中国表面工程. 2025, 38(6): 135-151.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20230828001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  核主泵水润滑推力轴承的柱面推力瓦表面形貌对润滑特性有着重要影响,为了识别环向梯形凹槽在柱面推力瓦表面不同径向位置和深度对润滑的影响水平,在推力瓦表面剖分网格基础上考虑表面织构偏差特征,构造扇形推力瓦柱面表面及其环向梯形凹槽的表面织构,并采用有限差分法求解简化的雷诺方程。计算结果表明,随着推力瓦表面的环向梯形凹槽深度增加,水膜厚度降低,水膜压力增加,水膜温度略增加,轴向刚度和轴系阻尼显著增加;推力瓦表面的压力峰由一个峰分离为内侧、外侧两个压力峰,推力瓦润滑性能有所下降。对比不同情况凹槽,环向梯形凹槽深度固定时,随着凹槽径向位置由内侧向外侧移动,最小水膜厚度先降低后增加,最大水膜压力呈现升、降、再升、再降的M型变化规律,最高水膜温度先增加后降低,轴向刚度和轴系阻尼均为先上升后下降的趋势;当环向梯形凹槽深度不大于0.1 mm时,压力峰未发生明显分离,仍具备较好的润滑性能;当环形梯形凹槽深度大于0.3 mm时,润滑性能基本不再大幅变化。研究为延伸核主泵水润滑推力瓦表面的形貌设计、高性能制造和台架试验提供了分析形性关系分析技术手段,对核主泵可靠性设计和在役运行对推力瓦表面痕迹限值具有一定参考,特别给出在润滑方面空化影响,有助于其他形貌的表面划痕、织构等对润滑影响的研究。
• Select
  生石油焦粉对机械密封用细结构炭石墨密封材料抗磨性能的影响

  游睿智, 涂川俊, 罗宏, 黄霞, 刘艳丽, 曾晓彬, 刘仕统

  中国表面工程. 2025, 38(6): 152-160.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240228002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  炭石墨材料因其优异的自润滑特性,广泛应用于机械密封之中。然而受传统制备工艺限制,传统炭石墨材料内部分布着大量气孔,易发生脆性断裂与磨损失效。因此,针对机械密封用炭石墨密封材料在服役工况下易脆性崩边的问题,以细结构炭石墨材料为研究对象,采用超细炭骨料与煤沥青粘结剂复合,经过多级混均、预模压、等静压成型、一次焙烧制得炭石墨密封块体。同时引入具有一定挥发分含量的生石油焦作为固相增密剂,调控生坯内部孔隙结构,降低孔隙率,减少锐角裂纹区,提升相界面结合强度,从而提升炭石墨材料的机械强度与抗磨性能。借助XRD、Raman、SEM、POM等表征手段和摩擦磨损性能测试,研究生石油焦添加量对炭石墨材料典型缺陷结构的抑制程度和炭石墨材料孔结构、孔隙率的影响,阐明生石油焦对炭石墨材料致密性及表面抗磨性能的影响规律。研究表明：10wt.%生石油焦掺杂构筑的具有两级骨架增强结构的焙烧块致密性较好,锐角裂纹区明显减少,孔隙率降低59.41%。相较未添加生石油焦的焙烧块体,其抗折和抗压强度均提升207%,分别为99.79和273.94 MPa。同时,摩擦因数降低27.74%,磨损率降低69.23%,这得益于炭石墨密封材料力学性能的改善。通过生石油焦调控细结构炭石墨材料的骨架结构,提高干摩擦条件下的抗磨性能,为机械密封材料选择提供新的思路。
• Select
  耐久性透明疏水HfCeYZrO高熵氧化薄膜的制备及性能

  王林青, 吴杉杉, 杨钧, 田卓颖, 王军军

  中国表面工程. 2025, 38(6): 161-170.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240326006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  耐久性透明疏水薄膜因其多功能性及其在光学器件防护领域的广泛应用引起了人们的关注。然而,具有特定表面粗糙度和低表面能的微纳结构的疏水表面很难抵御机械摩擦或磨损等物理作用的破环,从而导致薄膜疏水性能下降或丧失,此外,粗糙的表面也会恶化薄膜的光学透过率。因此,构建耐久性透明疏水薄膜极具挑战。为获得透明、疏水且耐磨的耐久性多功能薄膜材料,HfCeYZr高熵氧化物（HEO）薄膜被提出。采用射频反应磁控溅射以Ar+O₂为反应气体制备了HfCeYZr HEO薄膜,研究不同氧气流量比（${{f}_{{{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}}}$=O₂ / (O₂+Ar)）下薄膜的结构、光学、浸润特性以及机械耐久性。结果表明,不同${{f}_{{{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}}}$下所制备的HfCeYZr HEO薄膜均为NaCl型面心立方晶体结构,随${{f}_{{{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}}}$增加,薄膜的表面粗糙度Ra先增加后减小,晶粒尺寸先减小后增加,与此同时,薄膜的表面化学成分也发生变化,其中表面主要吸附物C-C / C-H键随${{f}_{{{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}}}$增加先增加后减小。相应地,由于表面粗糙度及化学成分的协同作用,随${{f}_{{{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}}}$增加,薄膜的水接触角先增加后减小,光学透过率减小。特别地,在${{f}_{{{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}}}$为11%时,所制备的薄膜具有最好的疏水性（水接触角为108.6°）和较高的光学透过率（550 nm处的透过率超过60%）。此外,薄膜显示了极好的耐久性,在线性循环磨损20次后,薄膜的光学透过率仅下降了18.52%,接触角仅下降了3.88%。透明、疏水且耐磨的耐久性HfCeYZr HEO薄膜的成功制备为开发透明、疏水且耐磨的多功能薄膜材料提供了参考,HfCeYZr HEO薄膜在光学器件防护领域具有很大的应用潜力。
• Select
  载流摩擦副电流的极性效应及其对表面损伤的影响

  秦红玲, 肖锦文, 唐伟, 顾卫坤, 李明, 桑希涛, 吴思琪, 何伟, 赵新泽

  中国表面工程. 2025, 38(6): 171-183.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241230001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  载流摩擦副在轨道交通、电刷系统及各类电机等装备中起着关键作用,其电流介入引发的过热、电弧与表面损伤问题仍未得到有效解决,尤其是电流极性影响下的多物理场耦合机制的影响尚不明确,严重制约载流设备的长周期稳定运行。基于对水轮发电机组碳刷-集电环系统的实地调研、故障案例分析,并结合相关理论,探讨正、负极集电环在不同电流极性下形成的氧化膜与转移膜的差异,以及其对接触电阻、局部温升和电弧产生的综合影响。结果表明：负极集电环表面因氧化反应加剧及热效应耦合,易产生较大电阻和过热问题,从而引发更严重的电气磨损。它同时与机械磨损和化学磨损耦合,从而使负极表面更容易损伤,而正极则表现出相对稳定的电接触特性。在全面阐明极性效应作用机理的基础上,构建适用于碳刷-集电环系统的极性效应理论体系,并提出针对性优化措施,可为载流摩擦副的合理配副、长寿命设计与科学运维提供新的理论依据和实践指导。
• Select
  碱液预处理对碳钢表面硅烷膜耐蚀性的影响

  陈俊, 徐政一, 王艳秋, 邵亚薇, 王俊一

  中国表面工程. 2025, 38(6): 184-198.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240125002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  硅烷化处理作为一种新型表面处理技术,在碳钢材料上具有广阔的应用前景。在硅烷化处理前,对碳钢表面进行适当的预处理,对于提高碳钢表面硅烷膜的防护性能至关重要。为了提高碳钢基体在酸性硅烷水解液中的稳定性和表面氧化膜的羟基含量,尝试在碱性溶液中加入缓蚀剂苯并三氮唑（BTA）和氧化剂过硫酸钠（Na₂S₂O₈）,对碳钢基体进行预处理。结果表明,碱性预处理液中加入BTA后,BTA分子能化学吸附于碳钢表面,抑制基体在酸性硅烷水解液中点蚀的发生,从而改善硅烷膜的完整性,并抑制硅烷膜与基体界面处腐蚀介质的侵蚀,使得硅烷膜的短期和长期耐蚀性均得到明显提升。而将BTA与Na₂S₂O₈复配使用,能够进一步提升基体表面的羟基含量和降低酸性硅烷溶液对基体表面的侵蚀,使得硅烷膜的短期耐蚀性进一步提升。研究结果验证了在碱性预处理液中同时引入氧化剂和缓蚀剂能够提高碳钢表面羟基含量并抑制酸性硅烷水解液对碳钢表面的侵蚀,对通过预处理工艺来改善碳钢表面硅烷膜的耐蚀性能具有一定的参考价值。
• Select
  TC4钛合金表面不同涂层的摩擦磨损性能

  任小勇, 刘凯学, 李刚, 冯韶伟, 王婕, 任一龙, 程洁, 高学敏

  中国表面工程. 2025, 38(6): 199-208.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240415001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  钛合金紧固件进行表面处理是防止其在装配或拆卸中发生“黏着”和“咬死”现象的主要方法之一,研究经过不同表面处理后钛合金样品的摩擦磨损特性,对设计高可靠性钛合金紧固件具有重要意义。以表面未处理钛合金（LT）、脉冲阳极氧化处理（PA）、脉冲阳极氧化和涂铝复合处理（PA-Al）、脉冲阳极氧化和涂MoS₂复合处理（PA-MoS₂）四种表面状态的TC4钛合金为测试对象,以TC4钛合金球为对磨副,对不同表面状态TC4钛合金摩擦磨损特性展开研究。结果表明,在载荷为1和4 N的测试载荷下,LT样品的磨痕最宽且最深,摩擦因数波动幅度大,平均值约为0.53,磨损机理主要表现为犁削和黏着磨损;PA-Al样品的磨痕形貌为不连续剥落状,摩擦因数波动较小,稳定值约为0.58;PA-MoS₂样品磨痕为较浅的连续状,摩擦因数波动较小,稳定值约为0.25;PA样品磨痕最窄,摩擦因数约为0.16。所测试样品的磨损率从高到低顺序为PA-Al>PA-MoS₂>LT>PA,表明经过脉冲阳极氧化处理的TC4钛合金的减摩耐磨性最佳。
• Select
  Y₂O₃对不锈钢激光改性层高温高压水腐蚀行为影响

  李赛, 艾新港, 陈东旭, 徐振, 周艳文, 李胜利, 赵坦

  中国表面工程. 2025, 38(6): 209-218.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240920002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了提高不锈钢在核电运行环境中的耐蚀性能及服役寿命,采用激光熔覆技术在核电用304不锈钢表面制备不同Y₂O₃含量的激光改性层,研究Y₂O₃添加量对激光改性层微观组织、耐蚀性能及高温高压水中腐蚀行为的影响规律,并对相关腐蚀失效机制进行讨论。结果表明,适量添加Y₂O₃可显著减少304不锈钢表面激光熔覆层中的缺陷数量,进而显著提高其耐蚀性能。Y₂O₃质量分数为1.0%时,改性层的腐蚀电位为-257 mV（vs. SCE）,腐蚀电流密度为2.410×10^-7 A·cm^-1,电位较未添加Y₂O₃的改性层提高了110 mV（vs. SCE）以上,电流密度则降低了两个数量级。而Y₂O₃添加量为2.0%时,Y₂O₃的团簇导致应力集中,使改性层中缺陷增加,耐蚀性能反而下降。通过微区水化学计算得到304不锈钢表面不同Y₂O₃含量的激光熔覆层在290 ℃、3×10^-6（质量浓度）溶解氧的高温高压水中局部腐蚀孕育期的范围为22~30 h。结合电化学噪声监测结果可知,304不锈钢表面不同Y₂O₃含量的激光熔覆层在高温高压水中主要表现为两种腐蚀失效形式。未添加Y₂O₃时,改性层在缺陷内溶液自催化的作用下发生严重点蚀。添加过量Y₂O₃时,应力腐蚀敏感性增加,随着裂纹的不断扩展,氧化膜最终发生破裂。在本研究范围内,Y₂O₃添加量在1.0%时,改性层具有较高的耐蚀性,并且在高温高压水中也表现出较优异的服役性能。
• Select
  强流脉冲电子束改性对45钢耐磨性能的影响

  陈军, 未剑豪, 李伟, 郝胜智, 王轶农

  中国表面工程. 2025, 38(6): 219-228.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240326003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  由45钢制成的零部件,如齿轮、齿条和轴承等耐磨性能差,难以满足严苛的服役条件,为提高45钢材料的耐磨性能,利用强流脉冲电子束（HCPEB）对45钢进行不同脉冲次数辐照处理,工作参数为加速电压26 kV,脉冲宽度2 μs,能量密度4 J / cm²,脉冲次数分别为1、3、8、15。利用LEICA DMi8型金相显微镜和OLYMPUS OLS4000型激光共聚焦显微镜观察辐照前后样品表面形貌和表面粗糙度变化;利用HV-1000Z型数字显微维氏硬度计测量辐照前后样品表面硬度变化;利用扫描电子显微镜附件SYMMETRY2型电子背散射衍射（EBSD）探头分析样品辐照前后的晶粒尺寸分布和晶粒取向变化;利用HSR-2M型高速往复摩擦试验机进行摩擦磨损试验;利用OLYMPUS OLS4000型激光共聚焦显微镜测量辐照前后样品的磨损量;利用XL-640型应力测定仪测试辐照前后样品表面残余应力。结果表明：辐照后表面出现了熔坑形貌,随着脉冲次数的增加,熔坑数量逐渐减少,熔坑尺寸逐渐变大,样品表面粗糙度逐渐增加。辐照后晶粒明显细化,晶粒平均尺寸范围从未辐照样品的1.5~29.5 μm变成15次脉冲辐照样品的1.5~9.5 μm,晶粒直径0~1.5 μm占比从未辐照样品的17.54%增大为15次脉冲辐照样品的92.54%。随着脉冲次数增加,样品表面硬度增加,从未辐照样品的257.9 HV增至15次脉冲辐照样品的371.4 HV。样品的磨损体积、磨痕深度和宽度在8次脉冲时最小,磨损体积相比较未辐照样品减少了约94 %。通过强流脉冲电子束技术辐照45钢金属表面,可以提高其表面硬度和表面耐磨性能,满足了45钢零部件在严苛环境下的广泛应用。
• Select
  超声冲击强化轧制5B70-H32铝合金梯度组织及残余应力对疲劳行为影响

  高冲, 董丽虹, 刘彬, 张宇鹏

  中国表面工程. 2025, 38(6): 229-239.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241215001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  表面强化技术作为一种提高结构部件疲劳性能的有效手段,在增强铝合金疲劳性能方面得到广泛应用,然而针对现役轧制5B70-H32新型航天铝合金,表面强化是否能延长其使用寿命及强化后试样的疲劳损伤行为规律尚未得到关注。为探索强化工艺提高轧制5B70-H32铝合金疲劳性能影响机制,对超声冲击强化前后试样的疲劳寿命和裂纹扩展速率进行测试。通过电子背散射衍射（EBSD）技术观测厚度方向的梯度组织,使用电解抛光配合X射线衍射的方法测量母材和强化后试样厚度方向残余应力分布。结果表明,400%超声冲击强化后疲劳寿命提高幅度最高,与未处理试样相比提高约114%。拟合强化前后试样的裂纹扩展速率,结果表明,强化前的材料常数m为2.043 1,强化后m为1.890 32,超声冲击强化后试样的裂纹扩展速率降低。与母材相比,400%超声冲击覆盖率处理后在表面引入了183.4 MPa的残余压应力,并在轧制5B70-H32铝合金表层形成独特的轧制晶粒梯度细化非均匀晶粒结构。超声冲击通过形成轧制晶粒梯度细化非均匀晶粒结构和引入残余压应力,可实现延缓开裂和促进裂纹转折的目的,提高轧制5B70-H32铝合金疲劳性能。研究结果揭示了超声冲击强化对轧制5B70-H32铝合金裂纹扩展的影响机制,可为提高铝合金疲劳性能的制备提供一种新的研究思路。
• Select
  NiCrFeAl/BN隔热阻燃涂层热循环裂纹模拟研究

  黄啸, 翟傲霜, 彭俊清, 王欣, 田浩亮, 周述军

  中国表面工程. 2025, 38(6): 240-250.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240416002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  钛合金叶片与机匣在冲击、摩擦等极端情况下会产生局部温升,造成钛合金机件起火,NiCrFeAl / BN隔热阻燃涂层可有效防止钛火的产生。但NiCrFeAl / BN隔热阻燃涂层热震循环中隔热效果和裂纹扩展问题尚未得到广泛研究。利用有限元方法模拟了以NiCrFeAl / BN为隔热面层、以YSZ为阻燃层、以NiCoCrAlY为粘结层的涂层体系在750 ℃下加热-保温-水冷的热震循环过程中的温度场和应力场,研究了热震循环中裂纹的发展历程。建立了涂层体系热力耦合二维平板有限元模型,用于研究涂层 / 基体在热循环过程中的温度和应力变化情况;联合使用扩展有限元单元和内聚力单元构建了裂纹扩展模型,分别模拟了涂层体系的表面裂纹、内部裂纹及界面裂纹开裂和扩展行为。结果表明：隔热阻燃涂层显著降低了基体温升速度,涂层具有热障效果;热循环过程中由于热膨胀系数差异,涂层承受了较高的热应力,尤其是NiCoCrAlY粘结层附近存在较大的热冲击应力;随热震次数增加初始微裂纹逐渐向涂层内部扩展并逐渐趋于稳定;经历500余次热震循环后,NiCoCrAlY粘结层附近将出现界面裂纹,从而导致涂层剥落失效。研究结果为评估隔热阻燃涂层的服役寿命提供了理论依据,为多因素耦合作用下的涂层失效预测提供了技术基础,对提升我国航空发动机关键部件的主动防火能力具有重要价值。
• Select
  一种肋条数值计算的模化方法

  张茂军, 赵春立, 董颖, 李雪松, 张明明, 王国付

  中国表面工程. 2025, 38(6): 251-258.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241101001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  现有肋条流场模拟方法因近壁面网格精度需求高导致计算效率低下,制约了工程应用,如何在保证计算精度的前提下突破计算效率限制,已成为当前亟待解决的关键技术难题。提出一种基于k-ω SST湍流模型的模型模化方法,通过修正 SST 湍流模型中的耗散方程,将湍流耗散方程中的生成项乘以一个函数,以改变近壁面处的湍流耗散,从而再现对数律区速度偏移量ΔU⁺的变化。经过理论推导建立起肋条尺度h⁺、模化参数A以及速度偏移量ΔU⁺间的定量关系,运用Fluent中的UDF改变湍流耗散的方程以实现对湍流方程的修正,得到模化模型计算结果后对比肋条模型计算结果。分析光滑平板与肋条表面近壁面处的湍流流场发现,在对数律区的对数律拟合曲线上,肋条表面的减阻效果与量纲一速度型剖面曲线变化ΔU⁺有关：当ΔU⁺>0时产生减阻效果,ΔU⁺<0时产生增阻效果。改变肋条形状及尺寸,对数律区的速度剖面曲线也会随之上下移动,且速度偏移量ΔU⁺与肋条的h⁺呈抛物线分布。理论推导建立起模化参数A与肋条尺度h⁺、速度偏移量ΔU⁺间的定量关系,调整A即可代表铺设不同形状的肋条,对应减阻效果也可直接通过速度剖面在对数律区内的曲线运动状况反映出来。对比肋条模型与模化模型计算结果,发现二者一致。通过此模化模型计算可以避免模拟近壁面流场细节,有效减小计算量、缩短计算时间,对肋条结构的替代效果较为优异。研究结果可为肋条减阻设计提供高效的数值分析方法。
• Select
  大气等离子喷涂石墨烯纳米片改性Al₂O₃-Cr₂O₃涂层的抗腐蚀性能

  冯艺康, 周铖, 苏泽彬, 勾俊峰, 杨阳, 张晓东, 王铀, 余克强, 刘稳, 罗晓风

  中国表面工程. 2025, 38(6): 259-270.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240408003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  石墨烯具有优异的疏水性、自润滑和耐腐蚀性能。石墨烯纳米片可有效提高Al₂O₃块体及涂层的力学性能和耐磨损性能。然而,有关石墨烯纳米片对Al₂O₃基涂层耐腐蚀性能影响的研究却未见报道。采用机械球磨和喷雾造粒的方法制备了纳米结构石墨烯纳米片改性Al₂O₃-Cr₂O₃粉体,利用大气等离子喷涂技术制备了石墨烯改性Al₂O₃-Cr₂O₃涂层。采用SEM、EDS、XRD、拉曼光谱仪、电化学工作站等设备和浸泡腐蚀方法表征了涂层在腐蚀前后成分、形貌、微观结构的变化和耐腐蚀性能。结果表明：随着石墨烯含量的增大,涂层的孔隙率单调增大,然而其耐腐蚀性能却先增大后降低。当石墨烯含量为1%时,涂层具有最好的耐腐蚀性能,其自腐蚀电位提高了89 mV,自腐蚀电流密度降低了26%,极化电阻提高了1倍。与未改性涂层相比,石墨烯改性涂层的浸泡腐蚀速率最多可降低29%。在盐水浸泡过程中,涂层钢基体发生腐蚀,在孔隙处存在明显锈迹,然而浸泡没有导致涂层物相结构的变化。石墨烯改性可有效提高Al₂O₃-Cr₂O₃涂层的耐腐蚀性能,主要归因于石墨烯对孔隙中腐蚀介质扩散过程的抑制作用,过量添加的石墨烯降低了Al₂O₃-Cr₂O₃涂层的耐腐蚀性能,主要归因于涂层高的孔隙率。研究结果对开发高耐腐蚀性Al₂O₃基陶瓷涂层具有重要指导意义。
• Select
  热弹流润滑条件下摩擦膜生长的影响因素

  孔薪茹, 刘晓玲, 孙晓薇, 郭杨

  中国表面工程. 2025, 38(6): 271-279.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241212002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  目前探究驱动摩擦膜生长的因素一直是摩擦膜研究的热点,但综合热效应等对摩擦膜影响机制的研究仍不全面。为了揭示弹流润滑条件下影响摩擦膜生长的关键因素,构建考虑摩擦膜生长函数的非牛顿热弹流润滑模型,综合分析温度、压力、剪切应力、滑滚比等因素对摩擦膜厚度分布的影响,并从温度变化的角度探究相关因素的影响机制。结果表明,温度作为影响摩擦膜生长的关键参数,随着温度的升高,摩擦膜厚度呈现出指数型增加趋势;剪切应力对摩擦膜的生长也起到了促进作用,在具有高摩擦特性的润滑油中,生成的摩擦膜厚度要大于低摩擦特性润滑油,验证了应力辅助热激活理论;此外压力与滑滚比也通过影响温度分布,增加了摩擦膜的厚度,并且当滑滚比较大的时候,压力对摩擦膜厚度的影响也更加显著。在弹流润滑条件下生成摩擦膜分布,考虑剪切应力、压力以及接触区域温度变化,可更好地探究影响摩擦膜生长的因素,验证应力辅助热激活理论。
• Select
  熔覆电流和扫描速度对等离子熔覆Fe-Mo-Si-B涂层组织与性能的影响

  陈旭, 杨洪宇, 颜建辉, 吴吉文, 陈芳

  中国表面工程. 2025, 38(6): 280-291.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240401002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  Q235低碳钢广泛应用于建筑工程、机械制造等领域,长时间的复杂工况环境下表面容易因摩擦磨损、疲劳、腐蚀等问题导致失效。为改善Q235钢表面硬度低、耐磨性差的缺点,延长其在复杂工况下的服役周期,以喷雾干燥法制备的Mo-Si-B球形粉为熔覆粉末,采用等离子熔覆技术在Q235钢表面制备了Fe-Mo-Si-B涂层。研究了熔覆电流与扫描速度对涂层组成、微观组织、显微硬度和断裂韧性的影响。结果表明：不同熔覆电流与扫描速度下,涂层主要由Fe₃Mo、λ-Fe₂Mo、R-Fe₃Mo₂、μ-Fe₇Mo₆、(Fe,Si)₃B、Fe₃B组成,微观组织均以树枝晶为主,涂层与基体呈现冶金结合。由于(Fe,Si)₃B、Fe₃B硬质相的弥散分布及细晶强化作用,涂层显微硬度达780~1 138 HV_0.2,为Q235基体4~6倍。随着电流的增加,涂层组织中的枝晶粗化,显微硬度逐渐降低,断裂韧性增大;随着扫描速度的增加,涂层组织中的枝晶细化,显微硬度先增大后减小,断裂韧性先减小后增大。在不同电流与扫描速度下,涂层裂纹均为典型的穿晶断裂。熔覆电流为80 A时,涂层具有最高的显微硬度1 138 HV_0.2,熔覆电流为120 A时,涂层具有最高的断裂韧性9.94 MPa·m^{1 / 2}。研究结果可为铁基上等离子熔覆Mo-Si-B涂层的工艺参数优化提供指导。
• Select
  乙二醇改性黑磷量子点在NaOH协同作用下的高承载水基超滑

  高原, 胡乐乐, 王伟, 王快社

  中国表面工程. 2025, 38(6): 292-302.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240425002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  液体超滑能够大幅减少能源消耗、提高运动副使用寿命,但现有体系承载压强低且在钢表面难以超滑,限制了其工程应用。采用乙二醇球磨法制备羟基化改性的黑磷量子点,与NaOH水溶液构建固液耦合超滑体系,在使用GCr15轴承钢球的四球摩擦磨损试验机上实现60 N载荷下的稳定超滑,摩擦因数约为0.007。在此基础上,分析超滑的形成条件以及失效规律,表征摩擦副表面的摩擦化学反应,建立固液耦合超滑模型。羟基化黑磷量子点在通过氢键网络吸附于金属表面的摩擦氧化层可以降低摩擦因数。水合钠离子吸附在接触区内有助于承受较大载荷,促使体系的润滑稳定性和承载能力都有明显提升从而实现钢 / 钢界面的超滑状态。揭示了二维材料与水合效应的协同机制,可为开发黑磷基高承载固液耦合超滑体系提供理论依据。
• Select
  固溶处理工艺对喷射沉积7055铝合金微观组织和疲劳性能的影响

  郭洪飞, 邬佳芳, 侯小虎, 曾超, 赵敏

  中国表面工程. 2025, 38(6): 303-314.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240414001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  喷射沉积7055铝合金具有超高强度、优异的机加工性和热处理性,但该铝合金在服役过程中常出现表面裂纹、疲劳失效等问题,影响其使用寿命和安全性。通过固溶工艺对合金组织进行调控,使该合金具有更加优异的力学性能和抗疲劳性能,利用SEM和EBSD等检测手段,研究了固溶处理工艺对喷射沉积7055铝合金微观组织、疲劳性能和疲劳断口的影响。结果表明：铝合金经440 ℃ / 4 h+490 ℃ / 30 min双级固溶处理后,基体中的难溶相Al₂CuMg和杂质相Al₇Cu₂Fe尺寸减小、第二相占比减少10.2%,再结晶程度提高,晶界清晰、晶粒大小分布均匀,合金硬度明显提升。挤压态合金、单级和双级固溶处理后合金的硬度分别为101、134和182 HV,抗拉强度分别为356、435和559 MPa,在300 MPa应力水平下疲劳寿命平均值分别为1.2万、3.4万和5.6万次。研究结果表明双级固溶处理对7055铝合金的力学性能与疲劳性能发挥积极作用,可为7000系铝合金热处理工艺优化提供参考价值。
• Select
  TC4钛合金表面微弧氧化超疏水膜的制备及耐腐蚀性能

  王莹, 户宁波, 张燕, 宋仁国, 刘麟, 袁宁一, 丁建宁

  中国表面工程. 2025, 38(6): 315-324.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240418001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  微弧氧化技术因其绿色环保等优点,被广泛用于金属表面防护中。但单一的微弧氧化膜存在较多的孔洞及裂纹难以大幅度提高金属的耐腐蚀性能,需要与其他方法结合使用。通过微弧氧化技术在TC4钛合金表面构建微纳米结构,结合低表面能物质十八烷基三甲氧基硅烷表面修饰,在TC4钛合金表面构建了长效耐腐蚀超疏水复合膜。采用SEM、EDS、FT-IR、XRD分别表征其表面形貌、成分和物相组成;采用接触角测量仪、电化学工作站分别测试其润湿性及耐腐蚀性。结果表明,在TC4钛合金表面成功构建了以TiO₂为主要成分的陶瓷基超疏水复合膜。与TC4钛合金基体相比,该超疏水膜的腐蚀电流密度降低了近4个数量级,自腐蚀电压提升了0.934 V,阻抗增大了2个数量级;而且在3.5wt.%的NaCl溶液中浸泡一周后,仍能保持较好的耐腐蚀性。超疏水膜中的微纳米结构可以捕获空气形成空气层,防止腐蚀介质接触表面,从而提高样品的腐蚀性能及耐久性。研究可以为钛合金的表面腐蚀防护提供一定的实验依据和理论基础。
工程应用
• Select
  TGO生长下热障涂层材料塑性和蠕变特性对界面应力的影响

  乔达, 曾武, 肖波

  中国表面工程. 2025, 38(6): 325-337.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240306001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  热障涂层对于燃气轮机至关重要,其在提升工作效率、延长服役寿命方面发挥着关键作用,但同时也面临着高温氧化、界面失效等问题,这些问题严重影响涂层的耐久性。深入研究该材料体系及其不同的材料属性对涂层系统应力分布和损伤演化的影响,具有重要意义。采用有限元模拟方法,将涂层界面简化为正弦曲线,并在考虑热生长氧化层生长条件下,逐层分析热障涂层材料的塑性和蠕变对涂层界面应力分布的影响。在陶瓷层 / 热生长氧化层界面引入内聚力单元,以系统分析界面损伤行为的演化。研究结果表明,热生长应力显著大于热不匹配应力,且在考虑热生长氧化层生长时,法向应力增大近3倍。粘结层的塑性特性有效释放了界面应力,使法向应力、剪切应力分别降低近40%和18%。热生长氧化层塑性则几乎抵消了粘结层塑性带来的应力释放效应。材料蠕变特性并未显著影响应力分布,仅改变应力数值大小。其中,粘结层蠕变分别降低了法向、剪切应力的20%和35%;而热生长氧化层的蠕变则略微提高了应力水平。此外,损伤首先发生在界面近波峰部位,并呈现向两侧扩展的模式。研究成果将为热障涂层的研发以及失效分析提供支持与指导。
• Select
  激光喷丸对7050-T7451铝合金薄壁件表面完整性及宏观变形的影响

  丁兆群, 路来骁, 陈庆强, 王忠雷, 石奇龙

  中国表面工程. 2025, 38(6): 338-348.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240827005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在高性能轻质材料需求增加的领域,铝合金因其力学性能和耐腐蚀性被广泛使用,然而铝合金部件制造中的表面质量和尺寸精度问题影响了性能。喷丸成形技术虽能提升材料性能,但激光喷丸在薄壁铝合金件中引起较大变形,影响尺寸和装配。因此,理解激光喷丸参数与变形的关系并建立预测模型,对优化工艺和控制变形至关重要。探讨了不同功率密度激光喷丸处理对7050-T7451铝合金薄壁件宏观尺寸、残余应力分布、表面完整性及微观结构的影响。试验采用2~6 GW / cm²的多个梯度功率密度对7050-T7451铝合金进行激光喷丸处理。研究发现,当功率密度超过4 GW / cm²时,工件表面质量明显下降,因此重点分析功率密度4 GW / cm²及以下的试验结果。结果表明,随激光功率密度增加,工件呈现中心向上凸起变形,残余压应力显著提高,并在3.5 GW / cm²时趋于饱和。激光喷丸还导致表面粗糙度和显微硬度增加,微观结构出现微孔。建立了激光喷丸与工件结构参数对铝合金薄板最大挠度的定量描述模型,通过等效弯矩拟合公式准确预测了不同激光功率密度下的工件变形。研究结果不仅揭示了功率密度与变形之间的定量关系,还为精确控制激光喷丸过程和优化工艺参数提供了理论依据。
• Select
  基于Archard模型的环境障涂层与Inconel 625叶片碰摩特性分析

  樊金虎, 丁坤英, 张涛, 谢春海, 姬赟, 林国锭, 陆锦涛

  中国表面工程. 2025, 38(6): 349-361.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241205005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  Yb₂Si₂O₇（YbDS）可作为环境障涂层（EBCs）应用于碳化硅陶瓷基复合材料（SiC-CMC）表面,然而对该涂层的机械碰摩特性研究十分有限。为深入了解YbDS与Inconel 625高温合金叶片的碰摩机理,考虑实际工况中摩擦热效应的影响,建立基于Archard磨损理论的力-热-磨损耦合模型,旨在厘清碰摩过程中的相互作用关系和耦合规律。采用大气等离子喷涂技术制备两种不同孔隙率的Si / YbDS双层环境障涂层。通过试验分别评价涂层的硬度、弹性模量、磨损系数,以及在高速转子碰摩过程中不同工况下的碰摩力与碰摩温度。基于Archard磨损模型通过ANSYS软件对涂层的磨损深度、摩擦升温及碰摩力仿真计算,通过LCSM和SEM对叶尖与涂层碰摩后的磨损深度、磨损形貌及磨损转移情况进行分析,同时根据陶瓷涂层的温度依赖特性对Archard磨损模型进行修正。结果表明：YbDS添加（质量分数）5% PHB后,涂层硬度下降20%,磨损系数提高4倍,各工况下最大法向碰摩力降低7.24%~21.13%。最大法向碰摩力主要受单次切削量和高转速带来摩擦热效应的影响,碰摩过程主要发生涂层向叶片的黏附转移。在热-应力-磨损有限元迭代的求解过程中,采用完全耦合法持续更接触面几何形状可以更真实地表征碰摩过程力-热-磨损耦合现象。仿真分析得到4种不同工况下磨损量、温度和接触应力的变化规律与分布特点,而且与试验得到的变化规律具有较好的一致性。考虑实际工况中摩擦热效应的影响,修正后的Archard模型的仿真值更接近于试验值,在单次切削量0.6 µm时法向碰摩力的误差控制在7%以内。对YbDS涂层与Inconel 625叶片的碰摩行为进行深入分析,揭示了其在实际工程应用中的摩擦磨损性能和切削特性。
• Select
  GH4169蠕变本构模型建立及涡轮盘变形分析

  张洪伟, 陈涛, 闫锡超, 史松宜, 谢明昭, 秦海龙

  中国表面工程. 2025, 38(6): 362-370.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20240224001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  GH4169合金拥有良好的强度及的抗疲劳性能,被广泛用于航天航空发动机合金盘件,但因其服役环境恶劣,在长时间服役过程中产生的蠕变形变会影响航空发动机正常工作及装配。为分析GH4169高温合金材料蠕变行为,通过拉伸试件在650 ℃下不同应力水平的蠕变变形规律,综合考虑θ参数法与Combined Time Hardening两种本构模型,建立适应于不同应力水平的蠕变耦合模型,编写耦合模型用户子程序。基于Abaqus,通过弹塑性有限元分析,验证蠕变耦合模型子程序的计算合理性。进一步将耦合模型应用于某涡轮盘的蠕变变形分析中,并与旋转蠕变实验进行对比,研究结果表明：建立的基于θ参数法与CTH蠕变模型的耦合模型可以更加准确地描述GH4169高温合金在不同应力水平下的蠕变行为;对于涡轮盘来说,随蠕变时间的累积,盘芯处蠕变最突出且伴随着一定的应力松弛现象,对盘件结构设计的改善具有工程指导意义。
• Select
  激光熔覆NiCrBSi涂层对TP347HFG锅炉管长期服役后高温拉伸性能的影响

  李勇, 李青, 熊智, 谢威威, 吾明良, 刘刚, 王艳松, 常哲, 韩天鹏

  中国表面工程. 2025, 38(6): 371-382.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20241025001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  激光熔覆NiCrBSi涂层作为耐高温腐蚀磨损的涂层已在电站锅炉高温受热面防护领域获得一定规模的应用。在火电机组深度调峰过程中,由于炉膛烟温不均匀,经常发生超温爆管现象。为探究激光熔覆NiCrBSi涂层的长期服役安全性问题,采用激光熔覆工艺在TP347HFG炉管表面熔覆NiCrBSi涂层,并置于650、750、850、950 ℃进行高温热处理,热处理时间分别为50、100、200、500、1 000、2 000 h。分别采用高温拉伸、SEM等试验方法,研究激光熔覆NiCrBSi涂层长期服役后,对锅炉管高温拉伸性能的影响规律。结果表明,相比于无涂层炉管,NiCrBSi涂层有助于提高炉管的高温屈服强度,但随着热处理温度的升高及时间的延长,覆层炉管的屈服强度逐渐降低;而在相同的热处理温度下,随着保温时间的延长,覆层炉管的高温拉伸强度均表现出先降低,后升高的趋势,当保温200 h时,不同热处理温度下覆层炉管的高温抗拉强度均达到最低值。覆层炉管的整体力学性能变化主要受到母材碳硼化物的析出、涂层 / 母材界面元素扩散等影响,随着热处理温度与时间增加,母材内部的析出相及晶粒长大现象更为显著;而当热处理温度提高并时间延长时,涂层中的C、B等元素向母材扩散,加剧母材近表面碳化物的析出,致使断口韧窝处析出物数量尺寸均增大,最终导致炉管高温强度逐渐降低。研究结果揭示了具有覆层NiCrBSi的TP347HFG锅炉管长期服役的力学性能演变规律,可为发电机组深度调峰过程中的防腐涂层设计提供数据支撑。