中国表面工程

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传承徐滨士院士精神,共迎中国表面工程未来——纪念徐滨士院士诞辰九十五周年

朱胜

中国表面工程. 2026, 39(1): 1-1.

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移动式增材修复与再制造技术

朱胜, 王晓明, 韩国峰, 杜文博, 赵阳

中国表面工程. 2026, 39(1): 2-8.
https://doi.org/10.11933/CSE2026001

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面向现场复杂环境的移动式增材修复与再制造技术面临着作业环境与对象多约束、修复材料质域离散、修复质量准确调控与评估三个方面的挑战,以解决面向现场的移动式增材修复与再制造技术共性基础性问题为目标,阐述现场移动式增材修复与再制造技术的内涵及面临的挑战,详细概述现场移动式增材修复与再制造系统构成和主要功能,系统分析移动式增材修复与再制造技术主攻方向及技术路线,通过突破特殊环境或无法拆卸装备关重件的现场增材修复与再制造的关键技术点,开发满足现场作业要求的移动式装备,建立设计、材料、工艺、装备等一系列新的技术体系,可为能源化工、重载机械、航空航天等领域重大装备损伤零件现场优质高效修复提供技术支撑。

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再制造毛坯微裂纹损伤的主动红外热成像检测研究进展

王慧鹏, 李伟胜, 孔鹏飞, 董丽虹, 李凯旋, 刘惠中

中国表面工程. 2026, 39(1): 9-22.
https://doi.org/10.11933/CSE2026002

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再制造是实现资源循环利用的重要途径和有效手段,再制造毛坯微裂纹检测是再制造质量控制的关键环节。针对主动红外热成像技术在再制造毛坯微裂纹检测领域的研究进展进行了系统综述。阐述了主动红外热成像检测的基本原理,分析了涡流、超声、激光等典型激励方式及传统图像处理方法、数据分解与降维处理方法以及深度学习与智能识别方法等信号处理方法的特点与适用条件。系统梳理了主动红外热成像技术在微裂纹检测中的应用实例与效果评价。总结了当前技术面临的微小裂纹识别精度、复杂曲面适应性、环境干扰抑制、定量化评估等挑战,展望了智能化信号处理、高性能激励源、多物理场耦合、数字孪生融合及便携式检测装备等未来发展方向。研究表明：主动红外热成像技术在再制造毛坯微裂纹损伤检测中具有显著优势和广阔应用前景,该技术的应用将为再制造产业质量提升和绿色转型提供有力技术支撑。

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脉冲等离子弧增材再制造钛合金沉积态组织特征及力学性能

林建军, 谢一鸣, 孙哲, 刘玉欣, 吕耀辉

中国表面工程. 2026, 39(1): 23-31.
https://doi.org/10.11933/CSE2026003

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增材再制造技术可实现钛合金构件直接成形,但再制造构件沉积态力学性能低于或与铸造性能相当,难以满足增材再制造直接沉积直接使用的应急需求。提出采用脉冲等离子弧增材再制造修复钛合金表面的方法。研究脉冲等离子弧表面沉积对再制造钛合金构件微观组织及力学性能的影响规律。研究结果表明：脉冲等离子弧沉积钛合金表面粗糙度及硬度与沉积冷却速度有关,其沉积态显微组织为针状马氏体及魏氏体混合组织;在沉积过程中脉冲频率对熔滴过渡扰动作用提高了沉积层冷却梯度,进一步细化了原始晶粒,并且受多层热循环影响,促进沉积层二次α相析出,提高了等离子弧增材再制造修复钛合金力学性能界面强度,且70 Hz工艺条件力学性能最优达到锻造水平。采用脉冲等离子弧增材再制造钛合金的方法可有效提高在线修复构件沉积态的力学性能,可为先进装备修复提供理论和技术基础。

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非线性超声评价微缺陷数值模

陈咫键, 刘彬, 汪笑鹤

中国表面工程. 2026, 39(1): 32-40.
https://doi.org/10.11933/CSE2026004

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非线性超声技术对于微缺陷极为敏感,在缺陷评价中展现出独特的优势,但是在建立缺陷尺寸与超声特征参量的定量关系方面仍纯在不足,且数值模拟对微缺陷的瑞利散射机制及尺寸响应阈值缺乏深入研究。旨在通过有限元数值模拟探究超声波在含腐蚀缺陷铝合金材料中的传播行为,建立缺陷尺寸与超声波信号特征参量的定量关系模型,为铝合金构件腐蚀缺陷的无损检测提供理论依据和技术支持。采用有限元软件建立含圆孔缺陷和裂纹缺陷的二维铝板超声波传播数值模型,铝板的尺寸设定为10 mm×10 mm。通过合适的网格划分策略将检测区域网格尺寸优化至0.1 mm,施加10个周期汉宁窗调制的 5 MHz正弦波脉冲激励,分别对圆孔缺陷和椭圆形裂纹缺陷进行参数化仿真,利用傅里叶变换提取接收端信号幅值特征。针对圆孔缺陷,当半径小于0.6 mm时信号幅值变化很小,在0.6~1.1 mm范围幅值呈现非线性剧增,超过1.1 mm后增幅又区域平缓;对于裂纹缺陷,信号幅值随长度增加呈抛物线分布,短裂纹阶段,小于1.5 mm时呈线性增长,长度超过1.5 mm后增速递减。成功建立信号特征参量与缺陷尺寸的定量拟合关系模型,研究证实超声波信号对0.6 mm以上缺陷尺寸变化具有显著响应规律。通过数值模拟揭示了非线性超声波在微缺陷评价中的临界尺寸效应,并证明了圆孔与裂纹缺陷尺寸与超声信号幅值特征之间纯在一定的关系,可为量化识别腐蚀缺陷提供一定的参考依据。

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面向跨生命周期的高端装备再制造价值链协同与智能技术

郑汉东, 王璐瑶, 刘渤海, 李凯, 张强, 陈意

中国表面工程. 2026, 39(1): 41-49.
https://doi.org/10.11933/CSE2026005

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高端装备具有技术含量高、研制周期长、结构功能复杂、服役条件苛刻等特点,其研制需跨学科、跨行业、跨地域协同推进,再制造是其全生命周期管理的核心环节。以航空发动机为典型案例,剖析高端装备再制造价值链场景活动,揭示当前存在的设计与制造接口耦合复杂、信息互通不足、再制造知识沉淀与新型号研制脱节等问题,构建“价值链主体-价值活动-研制全生命周期-关键技术支撑”四维度再制造价值链框架,明确设计所、制造厂、供应商、用户、科研机构与再制造企业的协同分工,提出数据智能、流程智能、平台智能和敏捷智能系统工程四类关键技术,分别通过多模态数据闭环、业务流程重构、多主体动态激励、跨学科迭代优化提供支撑。该价值链可降低全寿命周期成本、延长装备服役寿命,实现“修旧超新”与新装备跨代升级,提升产业链韧性与自主可控能力,形成人工智能与高端装备制造业融合的新质生产力。目前在组织激励机制、数据互联共享和模型互操作等方面仍有不足,未来需在组织机制、标准规划及跨领域应用上形成引领示范,推动产业高质量发展。

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钻具表面超音速火焰喷涂AlCoCrFeNiB高熵合金涂层摩擦学性能

康嘉杰, 马国政, 朱丽娜, 笪强, 王海斗

中国表面工程. 2026, 39(1): 50-60.
https://doi.org/10.11933/CSE2026006

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现有关于提高钻具在高载、高频及高磨损等复杂耦合工况的长效防护能力大多集中在传统合金涂层等方面,而对其使用高熵合金涂层防护研究较少。采用超音速火焰喷涂技术在钻具常用材料40CrMnMoA合金钢表面制备AlCoCrFeNiB高熵合金涂层,通过扫描电子显微镜和能谱仪对AlCoCrFeNiB高熵合金涂层微观结构和不同载荷和滑动频率下的磨痕形貌和元素分布进行观察测试,利用X射线衍射仪对涂层相结构进行检测、使用维氏硬度计对涂层硬度进行测量,采用纳米压痕仪对涂层的纳米硬度和弹性模量进行测定,并采用摩擦磨损试验机对涂层在不同载荷和滑动频率下的磨损机理进行研究,结合三维白光计算磨损体积并计算磨损率。研究结果表明：超音速火焰喷涂AlCoCrFeNiB高熵合金涂层与基体之间结合界面清晰,微观组织结构致密,相结构主要由BCC相和Cr₂B相组成;相对于基体40CrMnMoA合金钢,涂层的显微硬度提高了4.4倍,纳米硬度提高了2.2倍,弹性模量提高了1.5倍;随着载荷和滑动频率的增加,高熵合金涂层的摩擦因数和磨损率均逐渐增大,其中载荷为15 N时磨损反应最为剧烈,滑动频率为2 Hz时,磨损反应最为轻微;AlCoCrFeNiB高熵合金涂层在频率较低时磨损机制主要为轻微的磨粒磨损和轻微的粘着磨损;随着频率和载荷的增加,磨损反应加剧,磨损机制转化为严重的粘着磨损和严重的氧化磨损。研究结果对于钻具表面防护和高熵合金涂层的广泛应用具有重要参考价值。

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氮气流率对Ta-Hf-W-N多主元合金氮化物薄膜力学性能和摩擦磨损性能的影响

宋铭宇, 井致远, 徐志刚, 张志彬, 袁海超, 胡振峰, 梁秀兵

中国表面工程. 2026, 39(1): 61-73.
https://doi.org/10.11933/CSE2026007

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Ta（ⅤB族）、Hf（ⅣB族）、W（ⅥB族）等过渡族金属合金受其晶体结构（BCC）的影响,导致耐磨性受限。氮掺杂可形成固溶体及氮化物强化相,显著提升硬度和抗磨损能力。采用磁控溅射沉积技术成功制备出Ta-Hf-W体系合金及其氮化物薄膜。系统探讨四种氮气流率（R_N=0、10、20、30%）对Ta-Hf-W（-N）薄膜结构与性能的调控规律,揭示氮掺杂与机械性能和摩擦磨损性能的关联机制。结合XRD的晶体结构分析、SEM与TEM的微观形貌观察、AFM的表面三维形貌等表征手段,系统分析薄膜微观结构特征,同时使用纳米压痕仪进行机械性能测试,并基于摩擦磨损试验平台完成表面摩擦学行为评估,构建了材料组成、微观结构、性能测试的完整研究体系,筛选优质薄膜。采用白光干涉仪和扫描电子显微镜对磨损部分进行测试,结合磨损形貌以及组织结构分析耐磨内因。研究表明适当的氮气流量能够显著提高薄膜的硬度和摩擦磨损性能,而过高的氮气流量则可能导致薄膜性能下降,影响其长期稳定性。在氮气流率R_N=20 %时,制备的氮化物薄膜表现出最高的硬度和弹性模量,分别为36.2 GPa和357.2 GPa,同时表面粗糙度达到最低值1.85 Ra。此外,耐磨性能也在该条件下达到最优,相同磨损条件下相比Ta-Hf-W合金薄膜磨损率降低2 / 3。

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热输入对等离子喷涂(FeCoCrNi)₇₅B₁₅Si₁₀高熵非晶合金涂层耐磨损性能的影响

宋培松, 张志彬, 邵里良, 薛琳, 梁秀兵, 程江波

中国表面工程. 2026, 39(1): 74-83.
https://doi.org/10.11933/CSE2026008

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高熵非晶合金（HEAA）涂层因卓越耐磨性可延长设备部件的使用寿命,现有HEAA涂层多聚焦于成分设计与性能表征,对热输入对组织演化及耐磨损性能的影响机制缺乏系统研究。采用等离子喷涂技术在不同热输入下制备 (FeCoCrNi)₇₅B₁₅Si₁₀高熵非晶涂层,系统研究热输入对涂层组织结构、力学性能及耐磨损性能的影响。研究结果表明：不同热输入下,涂层组织均为非晶结构,其截面呈典型的层状结构,与基体结合良好。随着热输入的增加,涂层硬度由6.8 GPa提升至8.43 GPa;在相同的干摩擦磨损条件下,HEAA涂层的耐磨损性能呈现出先升高后降低的趋势,即中等热输入下,涂层磨损率最低为3.19×10^-5 mm³·N^-1·m^-1,但磨损失效机制未随着热输入的差异而发生改变,均为氧化磨损、磨粒磨损及脆性剥落的相结合。中等热输入下的HEAA涂层的磨损率随着载荷的增加呈现先减小后增大趋势,当外加载荷为30 N时,涂层磨损率最小,为4.53×10^-5 mm³·N^-1·m^-1,涂层磨损失效机制为磨粒磨损、氧化磨损以及轻微的脆性剥落。研究成果揭示了热输入对HEAA涂层耐磨行为的影响规律,可为高性能耐磨涂层的设计与优化提供参考。

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脉冲占空比对dcMS/HiPIMS复合沉积TiAlTaN涂层力学及耐磨性能的影响

牛晓燕, 刘明泽, 牛彬彬, 马庆岩, 王玉江

中国表面工程. 2026, 39(1): 84-95.
https://doi.org/10.11933/CSE2026009

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TiAlTaN涂层已成为最具发展潜力的四元氮化物涂层之一,有望在表面工程等领域广泛应用。为研究高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）中脉冲占空比这一关键参数对TiAlTaN涂层微观结构、力学性能及摩擦学性能的调控规律,采用直流磁控溅射（dcMS）与HiPIMS复合沉积技术,通过调控脉冲占空比（1∶10~1∶2）在304不锈钢和单晶硅基体上制备系列TiAlTaN涂层。借助SEM、EDS、TEM、XRD等表征手段分析涂层的微观结构与物相组成,利用纳米压痕仪和摩擦磨损试验评估其力学性能及耐磨性。研究结果表明,脉冲占空比的改变显著影响了涂层的晶体生长模式与晶粒尺寸,进而调控其力学及摩擦学性能。当占空比为1∶6时,涂层晶粒细化至最小值29.2 nm。同时,其硬度、弹性模量及特征值H / E和H³ / E²均达到最高,分别为18.4、485.8、0.038、0.026 4 GPa,对应的磨损率降至1.48×10⁻⁴mm³ / (N·m),达到实验条件下的最低水平。结合微观结构分析可知,HiPIMS脉冲占空比是调控dcMS / HiPIMS复合沉积TiAlTaN涂层性能的关键参数。当占空比为1∶6时,涂层通过晶粒细化强化、固溶强化与致密化结构的协同作用,实现了力学性能与耐磨性的同步优化,为极端工况下装备关键部件用高性能防护涂层的高效可控制备提供了重要理论依据与工艺指导。

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激光重熔功率对TiNbMo中熵合金涂层微观结构及摩擦学性能的影响

杨思彤, 刘金娜, 张心意, 孙悠然, 王国钢, 李伟鹏, 崔秀芳, 金国

中国表面工程. 2026, 39(1): 96-108.
https://doi.org/10.11933/CSE2026010

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激光熔覆难熔中、高熵合金涂层以其高硬度、高温结构稳定性和耐磨损性能,成为航空航天热端部件表面强化和防护研究的新热点,但难熔中、高熵合金涂层的单一体心立方结构,使其韧性较低,摩擦因数高,一定程度上限制其在摩擦副表面的应用。利用激光熔覆技术在TC4合金表面制备具有体心立方结构和Laves相结构的TiNbMo中熵合金涂层,并在1 kW和2 kW功率下对涂层进行了重熔处理,进一步细化涂层组织。系统研究TiNbMo中熵合金涂层的相组成与界面特征,双相形成机制,激光重熔功率对涂层硬度以及室温和600 ℃下摩擦磨损性能的影响规律。结果表明,激光熔覆TiNbMo中熵合金涂层主要由体心立方结构的固溶体相和Laves相结构的枝晶相构成。随着重熔功率的增加,涂层细晶强化效应显著,2 kW重熔功率下涂层表面硬度达到864 HV_0.3。常温下,2 kW重熔处理后的涂层的摩擦因数为0.45,相比于未重熔涂层系数降低26%;600 ℃下,2 kW重熔处理后的涂层的摩擦因数为0.52,相比于未重熔涂层因数降低约30%。通过分析中熵合金涂层相组成与晶格畸变程度与摩擦学性能之间的映射关系,得到激光重熔功率对中熵合金涂层力学性能的影响规律,可为高性能中熵合金涂层的优化设计提供理论支撑。

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不同温度下的YSZ基润滑耐磨损涂层的摩擦磨损行为

靖建农, 李晶, 刘洪歌, 崔向中, 金国

中国表面工程. 2026, 39(1): 109-118.
https://doi.org/10.11933/CSE2026011

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随高技术装备机械部件服役温度越发严苛,部件在高温高速相对运动产生的摩擦磨损问题成为制约设备可靠性及使用寿命的核心因素,利用高温润滑耐磨涂层成为解决高温摩擦磨损问题的方向。YSZ涂层具优异的高温性能,是优秀的备选材料,但纯YSZ涂层在高温下的摩擦系数与磨损率较高,难以直接满足润滑需求。为改善YSZ涂层高温润滑性能,采用大气等离子喷涂在GH5188高温合金基材表面制备了YSZ+6%CaF₂涂层（YSZ包覆CaF₂粉末）。测试了涂层的力学性能以及室温至1 100 ℃的摩擦磨损,结合微观表征分析其各个温度下的摩擦行为。结果显示,涂层孔隙率2.518%,室温硬度476.4 HV_0.5、1 100 ℃硬度169.3 HV_0.5,结合强度55.08 MPa;不同温度摩擦行为差异显著,室温至400 ℃不发生反应,600~800 ℃生成氧化保护膜,1 100 ℃时CaF₂反应生成CaCrO₄、CaZrO₃等三元氧化物发挥高温润滑作用,使涂层保持较低摩擦系数。该研究为极端高温工况涂层设计提供数据支撑。

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热处理对HVAF喷涂CoNiCrMo基高熵非晶涂构与摩擦学性能的影响

朱帅帅, 张保森, 孙然, 谢才东, 张超, 单东文

中国表面工程. 2026, 39(1): 119-130.
https://doi.org/10.11933/CSE2026012

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高熵非晶合金兼具非晶结构的无序和高熵合金的多主元特征,具有优异的耐磨、耐蚀特性,借助空气超音速火焰喷涂（HVAF）技术制备高熵非晶合金涂层,进一步拓展其作为防护涂层在苛刻工况下的应用潜力,然而关于热处理对其组织结构和性能演化的研究较少。通过HVAF技术制备了(Co_0.34Ni_0.33Cr_0.23Mo_0.1)₇₆Nb₄(B_0.7Si_0.3)₂₀高熵非晶合金涂层,利用XRD、SEM、TEM、EDS表征分析退火处理对涂层组织结构的影响,借助纳米压痕仪和摩擦磨损试验机分析了涂层纳米力学性能和摩擦学行为。结果表明：600 ℃退火时涂层开始晶化,800 ℃时涂层已完全晶化,且随退火温度升高涂层晶粒逐渐增大。600 ℃、800 ℃和1 000 ℃退火处理后涂层晶粒尺寸分别为5~20 nm、20~35 nm和250~350 nm,完全晶化后涂层主要由FCC相、MoCoB相、Cr₅B₃相和Nb₃Ni₂Si相构成。随退火温度升高涂层硬度先升高再降低,800 ℃退火后涂层硬度最高为14.16 GPa,比喷涂态涂层提升32.46%,涂层抗塑性变形能力（H / E和H³ / E²数值）同样随退火温度升高呈现先升高后下降的趋势。涂层磨损率随退火温度升高呈先下降后升高的趋势,800 ℃退火处涂层磨损率为6.55×10^-6 mm³·N^-1·m^-1,与喷涂态涂层相比磨损率降低了64.78%。喷涂态和退火涂层磨损主要为磨粒磨损、疲劳磨损、氧化磨损和粘着磨损,当温度达到1 000 ℃时,涂层承载能力下降,其磨损过程受磨粒磨损控制。研究结果为高熵非晶合金涂层组织结构演化和磨损行为分析提供了思路,有望助推高熵非晶合金在高性能防护涂层领域的应用。

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电压调控对电刷镀锌镍合金镀层微观结构及耐腐蚀性能影响

汪笑鹤, 陈咫键, 魏世丞, 王玉江, 许洋

中国表面工程. 2026, 39(1): 131-141.
https://doi.org/10.11933/CSE2026013

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在海洋环境高强钢腐蚀防护中,电刷镀技术凭借其高灵活性、优异的局部修复强化能力在海洋装备的关键易损部位防护涂层修复以及强化方面发挥着不可代替的作用,但针对硫酸锌-镍-柠檬酸盐镀液体系的电压调控工艺研究较为缺乏。采用电刷镀技术在40Cr钢基体上制备锌镍合金镀层,考察6~10 V工作电压对镀层微观结构、成分及耐蚀性的影响。电刷镀工作电压会显著影响锌镍合金镀层的沉积速率,在9 V前沉积速率随电压上升而增加,但达到10 V时因阴极析氢加剧、离子扩散受限以及镀层剥落导致速率降;电压也会调控镀层化学成分,10 V内Ni含量呈非线性增长,7 V前增速快而后趋缓。电压通过电流密度调控共沉积过程,6~7 V低电流密度下镀层以锌为主,晶粒粗大且疏松,而8~9 V中等电压下获得结构致密、表面平整的锌镍合金;测量不同工作电压下镀层表面硬度,其硬度在160~190 HV。耐腐蚀性随电压升高先增强后减弱,在5wt.%NaCl溶液中,电压为10 V时镀层因微裂纹等缺陷导致耐蚀性下降。在8~9 V时镀层腐蚀电流密度最低,性能最优。对锌镍合金镀液体系进行了优化,引入柠檬酸盐作为绿色稳定剂,抑制析氢副反应。研究结果丰富了硫酸锌-镍-柠檬酸盐镀液体系的研究,为其实际应用提供了参考价值。

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海洋环境高强钢γ相Zn-Ni合金电沉积防护层的制备与腐蚀行为

董宇琪, 崔秀芳, 金国, 李大燕, 宋昊宇, 王崇蕊

中国表面工程. 2026, 39(1): 142-154.
https://doi.org/10.11933/CSE2026014

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电沉积Zn-Ni合金涂层由于其高耐蚀性能且环境友好特性,逐渐替代Cd涂层,成为海洋环境下高强钢防护极具前景的候选材料。然而,它在海洋环境中的腐蚀行为特征及关键钝化膜的形成机制仍缺乏系统性研究,严重限制了其在高强钢部件长效防护中的进一步应用。揭示γ-(Zn, Ni)单相Zn-Ni合金涂层的腐蚀机理与防护机制,分析晶粒尺寸对Zn-Ni合金涂层耐蚀性的影响。通过直流电沉积技术在三种不同阴极电流密度下制备γ-(Zn, Ni) 单相Zn-Ni合金涂层。通过SEM、XRD、电化学测试、浸泡试验及XPS表征及分析,系统研究涂层在3.5 wt.% NaCl溶液中的腐蚀行为及腐蚀产物演变过程。结果表明,涂层的微观结构和耐蚀性随阴极电流密度变化而呈现规律性变化,晶粒尺寸最细小的涂层（电沉积阴极电流密度为 2.0 A / dm²）具有最低自腐蚀电流密度（1.90×10^-6 A / cm²）。揭示了γ-(Zn, Ni)单相Zn-Ni合金涂层作为牺牲性涂层,在 3.5 wt.% NaCl溶液中形成包括Zn(OH)₂、ZnO、Zn₅(OH)₈Cl₂和Zn₅(CO₃)₂(OH)₆在内的腐蚀产物,具有长效耐蚀防护性能。这源于γ相的高稳定性,同时晶粒细化有助于腐蚀产物在涂层表面均匀铺展成钝化膜,对钝化膜屏障性能的增益作用进一步提升了其耐蚀性。研究结果揭示了γ-(Zn, Ni)单相Zn-Ni合金涂层的腐蚀机理与防护机制,可为高强钢部件在复杂海洋环境中的长效防护提供理论依据。

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封孔处理对亚音速等离子喷涂纳米Al₂O₃-13TiO₂涂层耐腐蚀性能的影响

殷硕, 王泽, 程江波, 洪晟

中国表面工程. 2026, 39(1): 155-165.
https://doi.org/10.11933/CSE2026015

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等离子喷涂Al₂O₃-13TiO₂涂层具有优异的耐磨性和良好的耐腐蚀性,为满足海洋装备对其长效防护的迫切需求,亟须解决Al₂O₃-13TiO₂涂层高孔隙率的问题。采用亚音速等离子喷涂（SPS）技术制备纳米结构Al₂O₃-13TiO₂涂层,随后基于常压浸渍封孔和真空浸渍封孔方法,分别利用有机硅树脂和无机磷酸铝封孔剂对其进行封孔处理。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电化学工作站等研究封孔处理工艺对涂层组织结构和耐腐蚀性能的影响。结果表明,相较于常压浸渍封孔方法,真空浸渍封孔方法能更高效地填充涂层中的微裂纹和孔隙;有机硅树脂比无机磷酸铝的封孔效果更好,这是因为干燥过程中磷酸铝胶体中的水分蒸发产生了内应力,进而导致新的微裂纹产生。在四种封孔工艺中,经过真空浸渍有机硅树脂封孔的涂层具有最大的电荷转移电阻（R_ct）、极化电阻（R_p）、容抗弧半径和阻抗模值,显示出最佳的耐腐蚀性能。通过不同封孔工艺的处理,有效调控了SPS纳米结构Al₂O₃-13TiO₂涂层的组织结构与耐腐蚀性能,可为后续海洋装备的腐蚀防护研究提供新思路。

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高速电弧喷涂制备AlNiNbFe非晶/纳米晶涂层及其腐蚀行为

马聪, 张恩豪, 井致远, 袁嘉驰, 洪晟, 张志彬

中国表面工程. 2026, 39(1): 166-178.
https://doi.org/10.11933/CSE2026016

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随着海洋工程装备对表面防护性能要求的持续提升,传统铝涂层因硬度低、耐磨性差等局限性难以满足复杂腐蚀环境的需求。铝基非晶涂层因其无晶界、成分均匀及优异的耐蚀性能,近年来成为新型防护涂层的研究热点。采用高速电弧喷涂（HVAS）技术制备名义成分为Al₈₀Ni₁₂Nb₅Fe₃（at.%）的铝基非晶 / 纳米晶复合涂层,研究其微观结构、力学性能及耐腐蚀性能。结果表明,AlNiNbFe非晶 / 纳米晶涂层非晶相体积分数为72%,并存在α-Al纳米晶等析出相,硬度相较于纯铝涂层提升了9.5倍。电化学测试结果表明,AlNiNbFe非晶 / 纳米晶涂层的极化电阻（R_p=32.91 kΩ·cm²）较45钢基体提升24倍,腐蚀电流密度（I_corr= 1.22 μA / cm²）为45钢基体的1 / 32,展现出优秀的耐腐蚀性能。扫描探针显微镜（SKPFM）的分析进一步表明,非晶相成分均匀且无晶界,表面电势差较高,不易最早发生腐蚀,具有较好的耐蚀性。相较而言,其余晶化相表面电势较低,会优先发生腐蚀。此外,涂层在浸泡24 h后形成以Al、Ni、Nb、Fe氧化物为主的钝化膜,有效抑制腐蚀介质渗透。随着浸泡时间延长至72 h,钝化膜致密度提高,涂层表面没有明显点蚀坑。XPS分析表明,Ni、Nb、Fe氧化物在腐蚀过程中结构稳定,由Al元素形成的氧化膜生成与溶解行为,是此浸泡过程中涂层表面元素变化的主要因素。采用高速电弧喷涂可以制备出性能优异的AlNiNbFe非晶 / 纳米晶涂层,可为海洋环境中钢结构的腐蚀防护提供新思路。

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涡轮叶片冷喷涂铁基非晶合金涂层耐空蚀耐冲蚀性能

王浩东, 笪强, 周永宽, 康嘉杰, 岳文

中国表面工程. 2026, 39(1): 179-188.
https://doi.org/10.11933/CSE2026017

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为提高涡轮叶片的耐空蚀和耐冲蚀性能。采用冷喷涂技术在涡轮叶片表面制备FeCrMoCBY铁基非晶合金涂层,通过场发射扫描电镜分析其显微结构和空蚀冲蚀后涂层损伤形貌进行分析,使用X射线衍射仪（XRD）进行物相分析,利用显微硬度仪测量铁基非晶合金涂层显微硬度,采用超声振动空蚀试验机和动载磨料磨损试验机测试冷喷涂FeCrMoCBY铁基非晶合金涂层在不同钻井液温度、pH值、冲蚀角、含砂量下的耐冲蚀和耐空蚀性能。研究结果表明：FeCrMoCBY铁基非晶合金涂层显微组织结构致密,非晶相达到85.4%,显微硬度为600 HV_0.5。空蚀测试结果方面,随着温度升高,钻井液中膨润土水化作用降低,破坏了降滤失剂CMC-Na稳定性,导致钻井液黏度降低,空蚀作用加剧;随着钻井液pH值增大,涂层的空蚀失重率先减小后增大,说明pH值为10时,铁基非晶合金涂层表面产生明显钝化作用。冲蚀性能方面,随着钻井液pH值逐渐增加,铁基非晶合金涂层的冲蚀速率先降低后增加,冲蚀角增加引起石英砂颗粒法向速度增加和冲蚀能量增大;含砂量增加则使颗粒相互碰撞概率增大,造成涂层冲蚀磨损加剧。当温度不超过50 ℃时,涂层冲蚀失重速率保持稳定,而当温度超过70 ℃时,钻井液黏度降低,石英砂颗粒对铁基非晶合金涂层表面的冲击动能增大,导致涂层受冲击磨损加剧。

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热障涂层高熵化研究现状与发展趋势

牟泓霖, 马国政, 蔡志海, 朱咸勇, 刘明, 王海斗

中国表面工程. 2026, 39(1): 189-214.
https://doi.org/10.11933/CSE2026018

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热障涂层是航空航天等领域热端部件防护核心技术,高熵化已成为其材料体系重要发展方向,但当前针对高熵化背景下涂层结构演化、损伤机理及创新方向的系统综述较缺乏,难以支撑行业研用协同。梳理涂层应用需求变化,阐释其低热导率阻热与高发射率散热协同的服役机理,分析热氧化物生长等关键损伤机理,重点阐述高熵化涂层的创新方向——结构梯度化与复杂化（突破传统单一结构局限）、粘结层与面层材料多元化及高熵化（解决传统材料高温失效问题）,并展望计算材料科学驱动的多主元涂层设计及难熔高熵涂层应用前景。研究表明,高熵化可显著提升涂层高温稳定性与抗损伤能力,是高性能涂层研发关键路径。研究结果填补了高熵化背景下涂层“结构-机理-方向”系统整合空白,解决了该领域综述缺乏系统性的问题,能为涂层研发提供指导,助力研用协同。

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超高温硼化物-碳化硅基热防护涂层材料研究进展

鞠金池, 何鹏飞, 胡树郡, 孙川, 孟虹, 段西明, 胡振峰, 梁秀兵

中国表面工程. 2026, 39(1): 215-241.
https://doi.org/10.11933/CSE2026019

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高速飞行器热端部件在服役过程中承受着严苛的热力氧耦合烧蚀破坏作用,研发新型超高温热防护涂层材料至关重要。超高温硼化物-碳化硅体系陶瓷材料自美国国家航空航天局首次公开以来,因其超高熔点、优异的热导率和抗氧化烧蚀性能,已成为飞行器热端部件热防护领域的关键应用材料。总结工程用ZrB₂/ HfB₂-SiC材料高温域氧化膜结构特点及SiC耗尽层失效机制。在此基础上,全面梳理难熔金属硅化物、稀土化合物及其他改性相（硼化物、碳化物、氧化物及金属／非金属单质）在氧化膜致密化、玻璃相黏度调控和SiC耗尽层抑制等方面对超高温硼化物-碳化硅基陶瓷抗氧化烧蚀性能的增强机制。指出氧化膜动态演化机制与定量评价、数据驱动改性相筛选与性能预测、主动-被动协同热防护新机制探索是超高温硼化物-碳化硅基热防护涂层材料今后的重点研究方向。

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Cu/Al/Zn烧蚀相对发汗热障涂层抗烧蚀性能的影响

黄智, 吴升富, 何梦佳, 张恕爱, 周凯旋, 金国

中国表面工程. 2026, 39(1): 242-250.
https://doi.org/10.11933/CSE2026020

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单一烧蚀相调控YSZ涂层抗烧蚀性能存在作用时效短、生成的产物保护单一等问题,无法提供长时可靠的冷却降温效果。利用固相混合法制备四种Al / Zn / Cu复合烧蚀相发汗粉体（YSZ1-YSZ4）。通过爆炸喷涂工艺在聚酰亚胺树脂基复合材料上制备Cu / Al / Zn掺杂YSZ（发汗层）+NiCrAlY（金属过渡层）+Al（底层）构成的三层发汗热障涂层并开展烧蚀试验。结果表明：四种不同配比复合烧蚀相发汗粉体呈现YSZ陶瓷包覆Cu、Al和Zn等烧蚀相的结构;YSZ1、YSZ2和YSZ4粉体第一个吸热峰温度分别为417、418和417 ℃;YSZ1、YSZ3和YSZ4粉体第二个吸热峰温度分别为656、653和654 ℃;烧蚀相在涂层中呈现微米级厚度的条带状的分布和烧蚀相包覆YSZ未融颗粒的两种形态。烧蚀试验后,YSZ2、YSZ3和YSZ4涂层宏观表面出现明显裂纹,涂层组织结构已被破坏。YSZ1涂层的发汗层出现垂直裂纹但未造成更深的影响。涂层的发汗降温冷却作用主要受Zn和Al烧蚀相熔化吸热影响,Cu烧蚀相间接提升涂层的整体冷却效果。研究结果开创了新的多组元改性抗烧蚀防护体系,为航空发动机外涵机匣的涂层防护提供了新的改性路径。

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单一烧蚀相发汗热障涂层的组织与性能

王亮, 刘蓉蓉, 张恕爱, 管西巧, 樊玉星

中国表面工程. 2026, 39(1): 251-261.
https://doi.org/10.11933/CSE2026021

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航空发动机外涵机匣在服役过程中易受到热损伤,采用烧蚀相掺杂YSZ涂层可以为其提供有效的热防护效果。选用CuZn和CuAl烧蚀相分别掺杂YSZ涂层并开展烧蚀试验,对比研究两种烧蚀相的热防护效果,并探究烧蚀相对涂层性能影响作用机制。结果表明,CuZn和CuAl烧蚀相的有效吸热温度点分别在1 070 ℃和550 ℃。纯YSZ涂层的表面粗糙度为5.832 μm,而四种掺杂烧蚀相的涂层表面粗糙度范围在6.683~10.38 μm。相比于纯YSZ涂层,掺杂烧蚀相的涂层孔隙率由12.65%下降至9%左右;YSZ+5%CuAl有着最高的质量烧蚀率和最高的线烧蚀率,分别为1.46×10^-4 g / s和1.3×10^-4 mm / s,表现出最佳的烧蚀降温性能。CuZn / CuAl烧蚀相的添加提高了涂层表面的粗糙度和涂层整体的致密度;高含量的单一烧蚀相发汗热障涂层能发挥较好的降温作用;烧蚀过程中烧蚀相会吸热融化并受到热冲击向外扩散,涂层内部的烧蚀相会沿涂层表面的裂纹或剥落坑熔化溢出,取代烧蚀后的表层烧蚀相,实现自下而上的持续发汗降温效果。研究结果可为外涵机匣热防护涂层的设计优化提供理论支撑和技术路径。

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飞秒激光抛光对激光选区熔化制备合金钢表面特征的影响

王志, 董世运, 闫世兴, 李立伟, 刘晓亭, 夏丹

中国表面工程. 2026, 39(1): 262-274.
https://doi.org/10.11933/CSE2026022

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激光选区熔化（Selective laser melting, SLM）技术广泛用于航天器、飞机、汽车等领域高性能复杂结构金属零件快速制造,但其成形件表面粗糙度高,需抛光处理以满足精密应用需求。飞秒激光抛光技术因非接触式柔性精密加工、绿色清洁、不损伤基体金属的优势,在降低 SLM 产品成本与缩短工艺周期方面具有潜在价值。以 SLM 成形 Fe-Ni-Cr 基合金钢试样为对象,采用高频飞秒激光,结合光斑双向重叠率等值约束与垂直交叉扫描策略开展表面抛光,系统探究单脉冲能量、光斑重叠率对试样表面特征（粗糙度、形貌、表层元素含量）的影响,借助场发射扫描电子显微镜与激光共聚焦显微镜表征。结果显示：单脉冲能量 < 6 μJ 时,随能量升高,表面由微米级波纹转为纳米团聚结构,且均匀性提升（4 μJ 最优）;光斑重叠率<90%时,随重叠率增加表面结构呈类似转变（70% 重叠率最优）;耦合调控参数（单脉冲能量 4 μJ、光斑重叠率 70%）后,单次加工使 Sa 从 14.18 μm 降至 11.89 μm（降幅 16.15%）,且表面无微裂纹、熔化痕迹及熔融残渣,元素组成基本稳定。研究表明,耦合优化单脉冲能量与光斑重叠率可实现该类试样高效均匀抛光,作用机制主要为烧蚀气化,通过选择性去除表面凸起来减小峰谷差异,进而提升平整度;成果可为增材制造金属构件粗抛光提供直接可用的工艺方案,为同类金属材料表面质量优化提供理论支撑,推动飞秒激光抛光技术在该领域的工业化应用。

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堆焊及热喷涂领域关键技术进展及应用

黄智泉, 李长久, 贺定勇, 陈茜, 赵军军, 高站起, 王重阳

中国表面工程. 2026, 39(1): 275-297.
https://doi.org/10.11933/CSE2026023

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堆焊和热喷涂作为现代材料表面工程领域的核心技术,在工业制造与装备修复中发挥不可替代的作用。以堆焊技术向表面工程融合并拓展的历程回顾为切入口,重点阐述堆焊及热喷涂领域近10年来关键技术现状和发展趋势。在堆焊领域,从材料、工艺和设备等方面对电弧堆焊、高能束堆焊和特种堆焊技术的技术发展现状进行阐述,并对堆焊技术在各行业中的应用状况进行介绍。在热喷涂领域,针对冷喷涂、等离子喷涂物理气相沉积、悬浮液等离子喷涂、爆炸喷涂等当前技术研究热点进行简要介绍,对热喷涂耐磨涂层、热障涂层、耐蚀涂层和功能涂层的应用进行概述。针对堆焊及热喷涂技术未来的发展趋势,指出高端装备堆焊材料、复合堆焊技术以及堆焊过程的自动化、智能化和柔性化是未来堆焊技术的发展方向;开发新材料和新工艺以及提高涂层致密性是热喷涂技术的发展方向,可为堆焊和热喷涂技术发展和行业应用提供理论支撑与方向指引。

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激光辅助冷喷涂技术的研究进展

段俊彪, 郭伟玲, 马国政, 金国, 田浩亮, 王海斗

中国表面工程. 2026, 39(1): 298-312.
https://doi.org/10.11933/CSE2026024

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激光辅助冷喷涂是一种先进的表面强化改性技术,能够显著提升材料的沉积效率和涂层质量,然而目前对于该技术的参数选择及其各方面性能与应用尚缺乏系统性的总结。回顾激光辅助冷喷涂技术的研究进展,系统归纳其工作原理、技术优势以及适用的喷涂材料范围。重点阐述该技术在制备高导热 / 导电材料涂层、高强度 / 高硬度金属涂层、金属基复合材料涂层以及生物医用材料涂层方面的应用。最后,总结激光辅助冷喷涂技术的研究现状,并对其未来发展趋势进行展望。研究结果表明,激光的引入能够有效突破传统热喷涂和激光熔覆技术带来的热影响问题,同时克服常规冷喷涂在材料沉积方面的局限性和高成本等缺点。通过工艺参数的优化调整,激光辅助冷喷涂技术能显著提升涂层在导热 / 导电、耐磨、耐腐蚀、抗氧化以及抗菌等关键性能方面的表现。研究结果可为实现涂层性能的进一步优化提供重要理论支撑,有力推动高端装备关键零部件在实际苛刻工况下的应用研究与工程化进程。

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Y₂O₃添加量对Ti6Al4V/NiCr-Cr₃C₂/Ni-MoS₂熔覆层组织结构与性能的影响规律

姚鑫宇, 张志强, 朱丽娜, 杜银, 于子鸣, 路学成, 张天刚

中国表面工程. 2026, 39(1): 313-325.
https://doi.org/10.11933/CSE2026025

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钛合金表面激光熔覆层常因残余应力高、存在裂纹等缺陷而影响其服役性能。为系统探究稀土氧化物Y₂O₃的优化作用,采用同轴送粉激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备不同Y₂O₃含量（0~6 wt.%）的Ti6Al4V / NiCr-Cr₃C₂/ Ni-MoS₂熔覆层。系统研究不同Y₂O₃添加量（0 wt.%、2 wt.%、4 wt.%、6 wt.%）对熔覆层成形质量、微观组织、耐磨性能及耐蚀性能的影响规律。结果表明,Y₂O₃添加显著改善了熔覆层质量,当含量为4 wt.%时,裂纹完全消除,孔隙率最低（0.23%）,且微观组织得到细化,TiC增强相分布更均匀。力学性能测试表明,4 wt.% Y₂O₃熔覆层的平均显微硬度为420 HV₁₀,虽略低于未添加Y₂O₃的熔覆层（540 HV₁₀）,但其摩擦因数降至0.41（较未添加Y₂O₃熔覆层降低约8.9%）,磨损率显著降低至7.04 × 10^-4 g / (N·h)（较未添加Y₂O₃熔覆层降低约16.9%）,表现出优异的耐磨性能。电化学测试结果显示,4 wt.% Y₂O₃熔覆层的腐蚀电压提升至-0.201 V,腐蚀电流降至1.229 nA,耐蚀性能最优。研究成果明确了Y₂O₃在钛基熔覆层中的最佳添加量及其对组织与性能的协同优化机制,可为高性能钛合金表面熔覆层的设计与制备提供关键依据。

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激光织构化预处理中表面形貌调控及其对涂层界面强化机制的研究进展

韩珩, 王海, 王瑞, 王海斗, 孙晓峰, 马国政, 李占明, 赵海朝

中国表面工程. 2026, 39(1): 326-346.
https://doi.org/10.11933/CSE2026026

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激光织构是通过激光加工技术在基体表面改变材料表面结构进而改善性能的技术,目前应用最为广泛的一种非接触式表面改性技术,作为提升涂层界面性能的重要手段,在当前高端装备制造领域具有迫切需求。然而,激光织构技术存在参数设计复杂、材料表面几何形貌各异、织构排列组合多样等问题,阻碍了激光织构对于材料表面预处理的发展,在其多参数耦合机制与表面形貌对界面强化的系统性研究仍较为缺乏,须通过综述性研究明确其工艺-结构-性能间的内在联系。为进一步探索激光织构作为材料表面预处理技术的可行性,对激光织构的几何形貌、激光参数、激光吸收率、尺寸参数等方面的研究显得尤为重要。主要针对激光织构的原理及现象、材料表面特性对激光吸收率的影响,激光织构加工参数对材料表面形貌的影响,激光织构化表面摩擦性能、涂层结合强度和表面润湿性的影响,以及熔滴滴落在激光预处理基体上的铺展行为的研究现状进行总结和分析。系统总结激光织构参数（如功率50~150 W、扫描速度100~500 mm / s）对表面形貌的调控作用,表明它可使表面粗糙度Ra从0.5 μm提高到4 μm,并且显著增强涂层结合强度最高可提高40%~80%;进一步解释织构形貌对熔滴铺展行为与界面机械锚定效应的强化机制。创新性地提出激光参数-吸收率-表面形貌-性能的多尺度关联模型,填补了改领域缺乏系统性综述指导工艺优化界面设计的空白。

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激光制备Ti-Al-N MAX相复合涂层的组织及蒸汽氧化性能

朱林丹, 肖华强, 任丽蓉, 张正文, 莫太骞, 林波, 傅广

中国表面工程. 2026, 39(1): 347-359.
https://doi.org/10.11933/CSE2026027

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极端工况下,钛合金运动零部件受氧化性气体影响,表面结构易失效,通过表面改性技术可有效提升其高温服役性能。基于激光技术（激光熔覆&激光热处理）于Ti-6Al-4V（TC4）基体表面构建Ti-Al-N MAX相复合涂层,研究热处理前后涂层的微观组织演变及显微硬度分布差异,并对比分析TC4基体、热处理前激光熔覆涂层（T1,1.8 kW, 2 mm / s）与热处理后激光热处理涂层（TA4,1.2 Kw,2 mm / s）在蒸汽环境中的氧化行为。显微结构分析表明,熔覆涂层组织由树枝状TiN增强相与Ti_xAl_y金属间化合物构成;经激光热处理后,组织则演变为以针状及细条状Ti₂AlN相为主,并伴有少量块状TiN增强相。硬度分布显示,所有涂层表面硬度值较基体均有显著提高。蒸汽氧化实验表明,T1与TA4涂层的高温抗氧化性能均优于TC4基体,其中富含Ti₂AlN相的TA4涂层表现尤为突出,其高温下形成的致密Al₂O₃抗氧化相可有效阻挡氧气向内扩散及Ti元素向外扩散,使其厚度仅为基体的18%。由此可知,激光热处理可有效提升涂层中Ti₂AlN MAX相含量,从而增强TC4基体在高温蒸汽环境中的抗氧化能力。

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激光除漆技术的研究进展与展望

黄克宁, 王瑞, 张庆, 赵海朝, 乔玉林, 马国政, 王海斗

中国表面工程. 2026, 39(1): 360-374.
https://doi.org/10.11933/CSE2026028

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在服役过程中,漆层会出现磨损、老化、开裂等现象,失去了防护效能,需要定期对其进行去除。传统除漆技术因其污染重、效率低、危害高等原因,已无法满足现代工业领域的需求。激光清洗作为一种安全、环保、高效的技术,受到越来越多的关注和研究。结合激光除漆的发展历史和分类,重点探讨激光功率、脉冲宽度、激光波长等参数对清洗效果的影响规律,详细阐述激光清洗漆层的作用机制,总结激光除漆过程的监测方法以及激光除漆对基体的影响,梳理激光除漆在轨道交通、海洋船舶、航空航天等领域的应用现状。最后,展望激光除漆技术未来的发展方向。

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电弧增材制造铝合金的气孔形成机制与调控策略研究进展

董阅泽, 张志强, 王文宇, 路学成, 卓帅, 张子燕

中国表面工程. 2026, 39(1): 375-392.
https://doi.org/10.11933/CSE2026029

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气孔是铝合金电弧增材制造中常见且难以避免的缺陷,严重影响结构件的力学性能、耐腐蚀性和疲劳寿命。针对气孔形成机制、气孔调控方法、抑制策略及其对铝合金电弧增材制造零件性能的影响进行了系统地综述,重点围绕以下四个方面进行分析：首先,详细分析了气孔的演化机制,重点探讨氢气孔和缩孔的动态形成过程,包括气体的溶解、析出及迁移行为,以及凝固收缩对孔隙演变的影响,阐明其形成的本质驱动力;其次,系统总结了气孔的调控方法,围绕合金成分优化、电弧模式选择、热输入调控及保护气体成分调节等多个因素,揭示不同工艺条件下对气孔演化的作用机理;第三,综述目前常用辅助场技术在铝合金电弧增材制造过程中的气孔抑制策略;最后,探讨气孔对铝合金增材制造零件力学性能、腐蚀行为及疲劳寿命的影响,阐明气孔如何影响零件的整体性能,结合近年来的研究成果,系统评估多因素协同调控和抑制策略的实际效果,并总结铝合金电弧增材制造过程中气孔控制所面临的主要挑战。针对当前技术瓶颈,提出未来的研究方向,包括熔池动态监测精确控制孔隙率、人工智能驱动的孔隙率控制方法以及孔隙功能化设计等前沿课题。

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超声冲击强化对轧制5B70-H32铝合金薄壁加筋结构疲劳性能影响

高冲, 董丽虹, 刘彬, 金鑫

中国表面工程. 2026, 39(1): 393-401.
https://doi.org/10.11933/CSE2026030

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薄壁加筋结构作为气密性元件在航天领域得到应用,其疲劳寿命的提升逐步演变为亟待突破的科学问题。超声冲击强化虽在复杂结构中达到提升疲劳寿命效果,但在薄壁加筋结构的应用研究仍属空白。以5B70-H32铝合金薄壁加筋结构为研究对象,探索提高结构疲劳寿命的工艺及参数,结果表明400%超声冲击覆盖率下,双面冲击薄壁加筋结构试样的疲劳寿命提升幅度最大,比母材结构试样疲劳寿命提高约45%。通过对比强化前后试样裂纹的萌生、扩展、瞬断区域内断口的粗糙度,基于表面粗糙度诱导闭合理论衡量强化对裂纹扩展速率的影响,结果表明超声冲击有利于降低裂纹扩展速率。借助EBSD技术,对强化层内裂纹尖端晶粒进行表征,结果表明裂纹尖端塑性场增加,促使裂纹尖端区域发生晶粒重排,形成裂纹尖端的大角度晶界。超声冲击强化促发晶粒细化,位错、晶界、第二相以及不同取向的相邻晶粒增多对裂纹的扩展起到了延缓的作用。研究结果表明超声冲击强化可达到提升薄壁加筋结构寿命的效果,并明确了微观组织影响规律,可为薄壁加筋结构的延寿制备提供一种研究思路。

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二次超声滚压处理对45CrNiMoVA超高强度钢低周扭转疲劳性能的影响

马彪, 方金祥, 何浩天, 侯宇杰, 王燕礼, 何鹏

中国表面工程. 2026, 39(1): 402-416.
https://doi.org/10.11933/CSE2026031

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对比研究超声滚压处理及二次超声滚压处理对45CrNiMoVA超高强度钢低周扭转疲劳性能的影响。在最大扭转切应力为933 MPa的扭转疲劳试验条件下,车削态样品超声滚压后,其低周疲劳寿命提高了约5倍,达20余万次。超声滚压样品施加疲劳载荷15万次后进行二次超声滚压,则样品循环90万周次仍未断裂,较切削态样品提升19.65倍,较超声滚压样品提升3.33倍。采用有限元方法模拟超声滚压过程,发现超高强度钢超声滚压样品尽管表面粗糙度Ra达10 nm量级,但其表层存在与切削痕迹相关的应力和应变不均匀性,在低周疲劳载荷的作用下,将在样品表面诱导出现具有切削痕迹遗传特征的表面条纹,进而促进疲劳裂纹萌生。超声滚压样品在疲劳载荷下循环一定周次之后再次超声滚压,不仅可以恢复样品梯度结构强度及残余压应力水平,更为关键的是样品表面粗糙度在低周疲劳载荷下表现出极高的稳定性,90万周次后仍无明显粗化。上述机制显著提升了疲劳裂纹萌生和扩展的阻力,极大地提高了样品的低周扭转疲劳性能。对超高强度钢低周疲劳件的寿命提升和延长有借鉴意义。

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滚压前处理对20CrMnTi渗碳行为的影响

裘信国, 周钰, 朴钟宇, 周振宇

中国表面工程. 2026, 39(1): 417-431.
https://doi.org/10.11933/CSE2026032

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随着工业对高性能低碳钢要求不断提高,传统渗碳工艺常受到工件表面粗糙度大、晶粒尺寸不均等问题的影响,导致渗碳层厚度和硬度分布不均匀,限制了20CrMnTi等材料在关键工程中的应用。为此,旨在探讨滚压预处理对20CrMnTi渗碳行为的影响,重点分析滚压预处理如何改善材料表面质量、细化晶粒、增多晶界,从而加速碳原子吸附和扩散,提高渗碳效率及层深,并最终改善渗碳层的硬度和均匀性。通过调控滚压下压量和刀具进给速度获得不同预处理条件的样品。样品经过正火、固体渗碳、淬火和回火等热处理工艺,同时利用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）以及显微维氏硬度测试对材料表面、断面和渗碳层的微观组织、晶粒尺寸、晶界分布、碳浓度及硬度进行系统表征。此外,基于实验数据,还建立了碳原子吸附和扩散的动力学模型,分别从吸附等温线和多通道扩散两个方面定量描述滚压预处理对渗碳行为的影响,其模型结果与实验现象基本吻合。研究结果表明,滚压预处理显著改善了试样的表面平整度和表层材料的均匀性,并通过细化晶粒和增加晶界密度,有效提高了材料的整体有效扩散系数,从而使碳原子能够以更高速率均匀扩散,促使渗碳层硬度和深度均有明显提高。该研究不仅深化了对滚压预处理机制的认识,而且为低碳钢渗碳工艺优化提供了科学的理论支持和实践依据,对拓展高性能工程结构材料的应用具有重要意义。

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超声振动对铝合金表面滚压强化的促进机制

郑秋阳, 石浩瀚, 姜治国, 林轩奕, 李庚骏, 周振宇, 朴钟宇

中国表面工程. 2026, 39(1): 432-444.
https://doi.org/10.11933/CSE2026033

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铝合金构件的服役可靠性高度依赖于表层的组织与应力状态,但表面性能不足使其难以满足高载、长寿命场景的需求。为解决上述问题,引入超声辅助表面滚压（Ultrasonic-assisted surface burnishing process, USBP）,通过叠加高频低幅振动在相同平均载荷下实现更强位错激活与更深层梯度细化的设想,旨在系统比较USBP与传统表面滚压（Surface burnishing process, SBP）的强化差异并揭示USBP的本质优势。为此,采用分子动力学（Molecular dynamics, MD）模拟与对比实验相结合的路线,构建SBP / USBP模型,围绕能量演化、微观结构等开展多尺度分析;利用EBSD、表面形貌验证模拟结论。结果显示,USBP叠加的高频应力波显著提升材料内能与瞬态应力峰值,等效降低位错跨越能垒,促使塑性变形区由表层向次表层广泛扩展,构建更细化且更深的梯度细晶层;同时,USBP在表层诱发更强的晶体学重构,形成高密度晶界与位错组态,抑制回复与再结晶,配合更优的表面形貌,实现优于SBP的综合表层性能。对比分析表明,单纯增大滚压深度虽能增强局部变形,但对缺陷演化与塑性区扩展的促进有限,难以复制USBP带来的强化水平。研究结果明确了USBP提高铝合金耐磨与抗疲劳能力的微观根因,提供了面向工程应用的可控、高效的表层改性路径,对高性能轻合金构件的寿命延长具有重要意义。

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齿面点蚀尺寸对20Cr2Ni4A低速重载齿轮动力学特性影响的仿真分析

郑浩然, 郭伟玲, 朱合法, 蔡志海, 王海斗, 邢志国, 吕晓仁

中国表面工程. 2026, 39(1): 445-458.
https://doi.org/10.11933/CSE2026034

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齿面点蚀作为常见的齿轮失效形式之一,会严重影响齿轮传动的稳定性,现有研究中对于低速重载齿轮在实际工况下齿面点蚀模拟实验数据匮乏。利用SolidWorks三维软件构建20Cr2Ni4A低速重载齿轮模型,建立六种尺寸的点蚀凹坑模型模拟点蚀逐步加剧的过程,通过ANSYS workbench的瞬态动力学模块分析不同点蚀尺寸对20Cr2Ni4A低速重载齿轮齿面应力、啮合刚度及传递误差等动力学特性的影响。研究结果表明,当齿面点蚀面积较小时,齿面最大应力由无点蚀时的473.06 MPa急剧上升到916.75 MPa,随着点蚀面积的增大,齿面最大应力逐渐下降到523.91 MPa。齿面点蚀会导致齿轮啮合刚度下降,相比无点蚀齿轮,随着椭圆形点蚀长轴和短轴长度的增加,啮合刚度下降的幅值越大,其中点蚀长轴的长度对齿轮啮合刚度的影响更加显著,最大降幅为0.73 N·mm^-1·μm^-1。齿轮传递误差会随着齿面点蚀尺寸的增大而显著增加。当点蚀缺陷的短轴和长轴分别达到6和15 mm时,其影响范围将从当前啮合阶段扩展至啮合前后的完整传动过程。构建了“损伤形貌-力学特性-传动性能”的全链条分析框架,提出的动态建模方法和方向敏感性理论对重载齿轮寿命预测具有参考价值。

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(HfMoNbZr)_1-_xN_x薄膜晶体结构和力学性能的氮含量调控

万剑桥, 施杰, 胡恒宁, 邹嘉力, 王宇, 陈乙, 唐正强, 杜昊

中国表面工程. 2026, 39(1): 459-471.
https://doi.org/10.11933/CSE2026035

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多主元陶瓷薄膜中阴离子浓度（空位）的变化显著影响其结晶性、相组成和强化缺陷的形成,进而影响薄膜力学性能。这种作用机制使得通过调节反应磁控溅射反应气体占比实现薄膜力学性能优化成为可能。以包含强、弱氮化物形成趋势的HfMoNbZr多主元体系为例,通过调节反应磁控溅射过程中的反应气体（N₂）流量占比（R_N）,制备系列化学计量比（N元素占比）的(HfMoNbZr)_1-_xN_x薄膜,研究了薄膜晶体结构演变及其对薄膜力学性能和摩擦学性能的影响。研究表明,HfMoNbZr合金薄膜表现出BCC结构非晶特征,低浓度的N元素（R_N=5%）掺杂即可形成BCC相至FCC相的转变和实现薄膜结晶性的提升。继续提高N元素浓度（15%≤R_N≤20%）,薄膜出现了β-Mo₂N基BCT相,此时薄膜为FCC和BCT的双相结构。然而,随着R_N的进一步提高,双相结构再次转变为单相FCC结构。薄膜相结构的变化伴随择优取向由高表面能（111）、（200）、（220）和（222）晶面向低表面能(200)晶面的转变。双相亚化学计量比(HfMoNbZr)_1-_xN_x薄膜（R_N=20%）的硬度和弹性模量达到最大值,分别为29.26±1.35 GPa和314.27±3.29 GPa。结合DFT计算结果可知,亚化学计量比(HfMoNbZr)_1-_xN_x薄膜的硬度峰值来源于强Me-N键形成和双相结构强化效应,化学计量比和过化学计量比薄膜虽有更多强Me-N键,但双相结构消失和低结晶性导致硬度下降。同时,得益于双相亚化学计量比(HfMoNbZr)_1-_xN_x薄膜的高硬度、H / E^*和H³ / E^*2值,薄膜的摩擦磨损性能得到明显提升。相关薄膜性能调控手段可应用于各类多元及多主元薄膜体系,并可为新型硬质防护涂层成分和结构设计提供理论基础。

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基于Cu₃Se₂固体电解质的离子束沉积金属薄膜及工艺优化应用

吐沙姑·阿不都吾甫, 舒凤远, 付德君

中国表面工程. 2026, 39(1): 472-481.
https://doi.org/10.11933/CSE2026036

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针对传统化学气相沉积（CVD）与聚焦离子束（FIB）技术在金属薄膜沉积中存在的毒性前驱体使用、高温能耗高、离子束纯度低等问题,严重限制了金属薄膜在精密电子、微纳制造等高端领域的绿色化与高精度应用需求,基于固体电解质离子传输原理,研制了一种环境友好型无掩模局部沉积金属薄膜装置及配套工艺。该装置以高纯铜锥形工作物质为离子源核心,结合0.5~1 μm厚高电导率（室温下大于0.1 S / cm）固体电解质薄膜,通过 5~15 kV 高压电场驱动金属离子场辅助蒸发,实现纳米级金属离子束（纯度大于99.9%）的精准聚焦与沉积。结果表明,在 10^-4 Pa 真空环境下,该装置可制备线宽 50~200 nm、厚度10~50 nm的均匀铜薄膜,薄膜电阻率低至1.8 μΩ・cm。通过优化装置核心组件参数（锥形工作物质尖端曲率、固体电解质薄膜厚度及控制电极孔径）,实现离子束聚焦尺寸小于200 nm;探究高压电场强度、真空度对金属离子迁移速率与沉积均匀性的影响规律,建立工艺-性能关联模型。成功解决了传统金属薄膜沉积技术的毒性、高能耗与低纯度瓶颈,提供了一种绿色、高精度的无掩模金属薄膜沉积新方案,其制备的高纯度、低电阻率纳米金属薄膜可满足精密电子器件的核心需求,为微纳制造领域的绿色化工艺革新提供了关键技术支撑,推动了无掩模沉积技术在高端金属薄膜制备中的工程化应用前景。

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2026年, 第39卷, 第1期　刊出日期：2026-02-23

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