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。

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。

镍基单晶高温合金因其优异的高温力学性能,常用于航空发动机和工业燃气轮机涡轮叶片。极端服役条件下,镍基单晶高温合金容易出现疲劳、磨损、腐蚀和氧化等损伤,严重威胁航空发动机／燃气轮机服役安全。激光冲击强化作为一种先进表面强化技术,其原理是通过激光诱导冲击波使材料表面发生剧烈塑性变形,改变微观结构,同时引入残余压应力,进而提高合金的抗疲劳性能。当前,激光冲击强化在涡轮叶片用镍基单晶高温合金上已有一定研究,但缺乏系统总结。从不同类型激光冲击强化技术（包括传统大能量激光冲击、无吸收层小能量激光冲击、温激光冲击和飞秒激光冲击）特点出发,对比这些技术对镍基单晶高温合金微观组织和性能的影响以及各自的优缺点,探讨镍基单晶高温合金激光冲击强化领域目前面临的困难和挑战,并对未来发展趋势进行展望。

为了研究基体预处理对加速器中子源靶的抗氢脆层结构和性能影响,通过不同目数的玻璃球处理基体,使用磁控溅射在其表面沉积不同厚度的钽涂层,并利用LSCM、SEM、XRD、XPS和探针式轮廓仪等表征方法分析钽涂层在预处理基体表面的生长机理。研究结果显示,随着喷砂目数的增大,基体表面粗糙度降低,而适当增大表面粗糙度会使抗氢脆层更好的附着在基体表面,具有更强保护性能。当钽涂层厚度增加时,其结构出现α-Ta至β-Ta的相转变。所有经过预处理的基体在沉积20 μm钽涂层时均无开裂和脱落显现,且在220和360目玻璃球处理下的基体表面所沉积涂层具有更高的均一性和平整度。此外,基体结构会影响溅射原子在其表面的扩散和积聚,进一步影响涂层的应力。通过对不同样品进行分析,发现在同一磁控溅射参数下,采用220目的玻璃球对基体进行喷砂处理可以获得平整而致密的表面形貌,对应沉积的20 μm钽涂层的应力仅为0.35 GPa。研究成果对制备一个稳定且高效的AB-BNCT中子源靶材具有重要指导意义,可解决加速器中子源靶抗氢脆层工程应用的关键问题。

由于在耐腐蚀方面的突出特点,冷喷涂Zn涂层受到很多学者的关注,但是现有冷喷涂Zn涂层的研究相对较少,综述性的论文缺乏。通过查阅近些年冷喷涂Zn涂层相关文献,对冷喷涂Zn及Zn合金涂层和Zn基复合涂层的研究进展进行了归纳总结。对冷喷涂纯Zn涂层的组织和性能进行了介绍和总结;对冷喷涂Zn合金涂层、Zn-陶瓷复合涂层以及多元复合涂层的研究现状进行了梳理,概括并整理了主要的研究内容和结论,总结了目前冷喷涂Zn涂层中常见的添加相及其对涂层性能的影响,包括涂层的力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等;总结了近些年已有报道中冷喷涂Zn基涂层的后处理技术,包括热处理及喷丸后处理技术,讨论了后处理工艺对冷喷涂Zn基涂层的影响。对现有冷喷涂Zn涂层的研究现状进行总结,并对其未来的发展进行了展望。

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。

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。

钛合金因其高强度和优异的耐腐蚀性能,在航空航天、生物医学等领域得到广泛应用。然而,钛合金难加工特性导致传统磨削表面质量差、材料去除率低等问题。为克服传统磨削钛合金工艺的局限性,能量场辅助加工技术逐渐成为研究热点。其中,超声辅助磨削通过高频微幅振动与常规磨削运动耦合,在工件与刀具之间形成周期性“接触-分离-接触”加工模式,改变材料去除机制,显著降低磨削力与磨削温度,提高工件的表面完整性。系统回顾和总结钛合金超声辅助磨削材料去除行为研究进展,涵盖耦合运动特性模型、材料去除机理、切削力模型、工具磨损机理与预测模型、表面创成与损伤演化机理,并探讨超声多能场协同作用下的材料去除行为。研究表明,超声辅助磨削可提升表面完整性30%~50%,降低刀具磨损40%,为钛合金的高效、精密、低损伤加工提供理论指导与工程应用前景。

C_f / SiC复合材料具有高硬度、高脆性、各向异性和不均匀性等特点,在传统机械加工过程中易出现基体开裂、纤维拔出等加工缺陷,严重影响零部件的服役性能。为解决上述问题,研制一种单激励纵扭超声椭圆振动车削装置。对单激励纵扭超声椭圆振动车削装置进行结构设计与刀尖运动轨迹分析;通过仿真分析,获得该装置的理论谐振频率、幅频特性曲线与输出端位移;通过阻抗与振幅测试验证该装置的实际振动特性与设计预期的一致性;开展C_f / SiC复合材料纵扭超声椭圆振动车削试验,评估该装置的切削加工性能。试验结果表明,与传统车削相比,纵扭超声椭圆振动车削可降低切削力24%~26%;当纵向振幅为6 μm时,工件表面纤维拔出和凹坑显著减少,表面质量显著改善;相比于传统车削,纵扭超声椭圆振动车削可降低刀具磨损面积约79.95%,当纵向振幅为6 μm时,刀具后刀面的磨损面积最小,平均为50 150 μm²。

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。

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。

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。

为改善铜基粉末冶金材料的摩擦学性能,通过在铜基粉末冶金材料制备的摩擦块表面加工沟槽,并进一步在沟槽填充灰铸铁（HT300）材料,得到原始摩擦块、沟槽摩擦块、填充灰铸铁摩擦块三种具有不同表面特性的试样。采用面-面接触方式对具有不同表面特性的摩擦块试样与摩擦盘试样开展摩擦学试验,结合有限元模拟和数值分析,深入探讨表面沟槽与灰铸铁填料协同作用对铜基粉末冶金材料摩擦学行为的影响机理。结果表明,具有不同表面特性的铜基粉末冶金摩擦块呈现出不同的磨损特性和界面接触状态,最终产生不同的系统响应。相比原始摩擦块和沟槽摩擦块,填充灰铸铁摩擦块能够显著提升盘-块界面贴合度,扩展界面接触区域,从而缓解应力集中现象,有效改善界面磨损状态;同时,填充灰铸铁摩擦块还能减小盘-块界面接触倾斜角,从而提高系统的稳定性,有效削弱振动及噪声强度。因此,表面沟槽与灰铸铁填料相结合的表面创新设计,极好地满足了改善铜基粉末冶金材料摩擦学性能的要求。

类金刚石薄膜凭借高硬度、低摩擦因数、耐磨损、耐腐蚀和良好的生物相容性广泛应用于涂层刀具、汽车零部件及生物医学等领域。物理气相沉积（PVD）技术是目前制备类金刚石薄膜方法中应用最广泛的技术之一,但不同PVD技术制备的碳膜性能差异较大,限制了其在工业中的大规模应用。总结PVD技术制备类金刚石薄膜的研究进展,重点介绍阴极电弧蒸发和高功率脉冲磁控溅射技术制备类金刚石薄膜的现状,并针对上述两种技术沉积类金刚石薄膜过程中存在的问题,归纳基于传统技术优化实现碳膜性能增强的新型PVD技术,同时总结当前类金刚石薄膜结合力性能、摩擦磨损性能与多因素耦合性能的研究进展。最后,介绍类金刚石薄膜在工程应用领域的现状,对PVD技术制备类金刚石薄膜的发展趋势进行展望。研究结果可为发展更适于工业应用的高性能、低成本的类金刚石薄膜技术提供参考,填补DLC薄膜在不同应用领域下缺乏适宜的沉积技术指导这类综述论文的空白。

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。

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。

45CrNiMoVA高强钢具备高强度、高淬透性、高比强度和优异的抗疲劳性能,常用于装甲车辆扭杆悬挂系统以及航空航天工业系统。为解决45CrNiMoVA高强钢在腐蚀环境下的应力腐蚀问题,采用自制铁基合金粉末在高强钢表面进行激光熔覆,并对涂层进行超声冲击强化处理,分析超声冲击前后涂层的表面完整性及耐腐蚀性。结果表明,超声冲击处理后,涂层表面粗糙度由12.76 μm降至2.05 μm,降低了83.93%。表层形成约15 μm细晶层,层内晶粒出现破碎、压缩及拉长,并沿加工方向上展现出塑性流动,晶粒致密程度增加,涂层亚表面和内部未见明显的晶粒变化。涂层残余应力由拉应力（97 MPa）转变为压应力（-200 MPa）,最大残余压应力（-200 MPa）出现在表层。顶部硬度最大值由772 HV_0.1增至889 HV_0.1,表层下100 μm范围内硬度显著提升。涂层表面较低的粗糙度、细化的晶粒、加工硬化和残余压应力的存在阻碍了腐蚀离子的渗入,涂层自腐蚀电位正移130 mV,腐蚀电流密度下降56.48%。经超声冲击强化后的激光熔覆涂层在3.5% NaCl溶液中具有较好的耐电化学腐蚀性。研究克服了硬质涂层表面强化困难,为超声冲击技术在高硬度涂层中的应用提供参考和借鉴。

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。

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。

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。

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。

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。

纳米流体微量润滑技术显著提高了纳米流体生物润滑剂的冷却、润滑和减摩性能,已成为绿色制造领域的研究热点。然而,纳米流体的稳定性、多种场下纳米射流作用机制和工业适用性仍然是限制其广泛应用的关键挑战。系统回顾纳米流体的最新研究进展,重点介绍纳米流体的制备方法、物理化学性质、摩擦学行为、制备方法及其在电场、低温和磁场下的性能增强机制。研究表明,纳米颗粒（二硫化钼、石墨烯、三氧化二铝）的高导热性、极压抗磨性可以有效降低磨削温度,提高工件表面质量;杂化纳米流体通过协同效应进一步优化了润滑膜的承载能力和导热性。此外,多物理场的干预（磁场诱导的纳米粒子定向排列,调节流体粘度、电场、超声场增强液滴润湿性能,低温场抑制研磨热损伤）为精确调节纳米流体的性能提供了一种新方法。讨论纳米流体在可持续性、成本效益和工业化应用方面的挑战,并提出未来的研究方向,包括优化纳米流体的长期稳定性、开发智能自适应润滑系统、阐明多场耦合的作用。研究结果可为纳米流体在高效绿色加工中的工程应用提供理论支持和技术参考。

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。

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。

陶瓷基复合材料属于特种硬脆材料,常用于制造航空航天产品,加工中具有切削热量高、材料一致性差、易产生振动等特点,加剧了刀具磨损和崩刃,进而影响产品生产质量和效率。基于上述特点,基于陶瓷基复合材料加工中振动数据。通过时频域特征提取,获取对刀具磨损有影响的特征数据,减少原始信号的干扰因素;利用斯皮尔曼系数开展复合材料切削振动特性与刀具磨损的相关性分析;考虑刀具磨损与切削振动特性分析结果选择陶瓷基复合材料的最优切削参数;利用上述参数进行切削试验获取刀具磨损和切削振动数据,利用门控循环神经网络建立刀具磨损预测模型,并通过实验数据验证了模型预测结果可以较好地吻合实际磨损数据曲线,预测误差范围为-39.652 4~66.974 6 μm,能够在工程实际应用中指导刀具磨损的预测,进行及时换刀和急停,为提升陶瓷基复合材料产品加工质量和可靠性提供理论和技术基础。

医用316L不锈钢在人体复杂体液中的耐点蚀及耐磨性能不足限制了其在医疗领域的应用,而在316L不锈钢部件表面沉积DLC涂层,可以提高其耐磨性及耐腐蚀性能,延长其使用寿命。为促进DLC涂层在生物医用材料方面的应用,采用电弧增强辉光放电（AEGD）离子源辅助电弧离子镀设备,在M2高速钢和316L不锈钢表面制备含氢的类金刚石涂层。采用SEM、拉曼光谱、XPS、纳米压痕测试、摩擦磨损试验及电化学测试等方法,重点研究沉积温度对涂层结构、力学性能、摩擦性能及耐腐蚀性能的影响规律。结果发现,随着沉积温度从170 ℃逐渐增加至450 ℃,DLC涂层表面趋向疏松化、粗糙化;涂层表面粗糙度逐渐增大;DLC涂层中sp³杂化键含量从78 %降至26 %。较低沉积温度（170 ℃）制备的DLC涂层中sp³含量较高。170 ℃温度制备的涂层表现出优异力学性能,硬度及弹性模量分别达到61、414 GPa,其他温度参数下硬度维持在10 GPa;此外170 ℃制备的涂层耐磨性得到提升,与基体相比,其磨损率降低了6倍。采用离子源辅助电弧离子镀新技术在316L不锈钢基体表面制备DLC涂层,提升316L不锈钢耐磨性及在体液中的耐点蚀性能,促进了DLC涂层在生物医用材料方面的应用。

电脉冲辅助切削基于电致塑性和滑动电接触原理,能够有效提高工件塑性以及改善刀具-切屑／工件间的摩擦学状态,提高金属材料的切削加工性能,显著改善工件表面完整性,然而电脉冲辅助切削工件的疲劳性能尚需探索。针对切削加工钛合金零部件疲劳性能提升需求,研究电脉冲辅助车削TC4钛合金的表面完整性变化规律,深入探究电脉冲辅助切削钛合金工件的拉伸疲劳性能变化规律。实验结果表明,相较于传统干车削,电脉冲辅助车削TC4钛合金工件表面粗糙度和加工硬化分别下降了35.7%和4.7%,强化层厚度增大2.14倍,工件强化层更多的α相向β相发生转变,钛合金工件疲劳寿命提升了14.9倍,疲劳裂纹源由表面向亚表面转移。

CuCrZr合金因其优异的综合性能及良好的高温热稳定性,成为制造连铸结晶器铜板的理想材料。然而,对于钢铁冶金领域中结晶器铜板的失效问题,现有针对其工作表面CuCrZr基体的修复技术仍存在一定局限性。采用激光辅助冷喷涂（Laser-assisted cold spray, LACS）,在失效CuCrZr基体表面实现增材修复,系统探讨不同激光功率对沉积层微观组织的影响,并深入分析修复层的导热性能与界面结合强度。研究结果表明,在1 500 W激光功率下制备的CuCrZr合金增材层整体成形质量良好,综合性能优异：孔隙率为0.43%,显微硬度达170.067 HV_0.2,热导率为334.2 W/(m·K),界面结合强度为121.43 MPa。初步验证了超音速激光沉积技术可作为结晶器铜板表面修复的一种新型增材制造方法,为其工程化应用提供了新的解决方案,具有重要的科学研究价值与工程应用前景。

在失水事故（LOCA）的极端条件下,高温蒸汽加剧了锆合金的氧化速度,从而可能导致包壳结构迅速失效。为了提升锆合金包壳在LOCA期间的抗氧化性能,通过超高速激光熔覆（EHLA）技术在锆合金表面制备出具有高显微硬度和环压缩性能的Cr涂层,研究激光熔覆Cr涂层在高温蒸汽环境中的氧化和失效行为。通过对熔覆样品表面和截面的分析,Cr涂层在1 200 ℃的蒸汽氧化环境下能够为基体提供至少120 min的有效保护,Cr涂层表面生成的Cr₂O₃有效保护了基体,熔覆样品的氧化增重仅为未熔覆样品的43.5%。在氧化120 min后,Cr向基体扩散使涂层内部产生了裂纹和孔洞,从而导致涂层失效。进一步的研究显示,熔覆样品在900~1 300 ℃范围内表现出良好的稳定性,但随着温度的升高,抗氧化性能有所下降。结合试验分析和动力学表明,幂律氧化模型能够在一定程度上准确预测激光熔覆Cr涂层在高温蒸汽环境下的氧化行为。通过分析激光熔覆Cr涂层在高温蒸汽环境中的氧化和失效行为,可以深入探究极端环境下的腐蚀过程和失效方式,为锆合金包壳在极端环境下的氧化问题提供了新思路。

密封橡胶接触摩擦数值模拟是开展密封失效机理研究的重要手段,而密封接触表面建模方法是研究密封失效问题的关键。传统建模方法存在测试成本高,重构表面精度不够等问题。基于三维W-M分形和微凸体理论,提出一种考虑表面粗糙度特征的密封橡胶接触表面建模方法,以表面粗糙度为初始数据,构建含分形维数和特征尺度参数的粗糙表面轮廓随机高度数学模型,提取粗糙表面轮廓三维点云坐标,将其导入UG中形成坐标点云矩阵,依次构造点、面、体,进而建立密封橡胶接触粗糙表面3D接触模型。利用该建模方法对不同表面粗糙度的橡胶密封副开展0~4 MPa外加载荷工况下的数值模拟接触分析并与试验数据进行对比,验证该方法的可靠性,并获得密封橡胶真实接触面积、接触状态以及接触应力分布规律。该建模方法基于表面的粗糙度初始值,通过数学模型和软件建立表面形貌模型,并以此研究粗糙表面的接触特性,此方法无须通过高精密仪器测量表面形貌数据,降低了测量成本以及试样测量难度的影响。

先进陶瓷及其复合材料等硬脆材料因其高硬度、高熔点、低密度及优异的高温稳定性等特性被广泛应用于航空航天领域发动机、燃气轮机等热结构件,其中高效精密磨削是必要环节。然而其特有属性使其表面形成机制复杂且易产生表面 / 亚表面损伤。超声辅助磨削技术（UVAG）在硬脆材料的平面、深孔、薄壁和复杂型面加工等领域的独特优势使其成为解决以上瓶颈的优选方案。揭示硬脆材料UVAG延脆转变机理,研究不同硬脆材料的延性去除模型。通过分析UVAG材料去除力学行为,研究不同超声振动方式下不同硬脆材料的磨削力解析模型,得到磨削力学规律及其与表面完整性的映射关系。进一步探究不同硬脆材料磨削损伤及亚表面损伤、表面粗糙度和残余应力等表面完整性多参数调控策略,阐明表面创成机理并研究表面评价参数预测模型,分析超声赋能磨削硬脆材料的应用性能优势和多参数优化。分析硬脆材料磨削的现存技术瓶颈并展望前沿发展方向,为工业界与学术界提供技术支持与理论指导。

大型风电主轴承在长期循环接触应力作用下,容易发生滚动接触疲劳损伤。激光固态相变技术可以提升材料力学性能,但其对材料后续服役损伤的影响尚不明确。为了探究激光固态相变对42CrMo轴承滚道材料表面性能的影响和相变后裂纹的萌生与扩展机理,对42CrMo钢表面进行单一激光固态相变和激光-感应复合固态相变处理,分析不同处理工艺下材料微观组织与硬度的变化规律。通过MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机,对比分析不同相变方式对42CrMo钢滚动磨损与接触疲劳性能的影响。结果表明：在单一激光固态相变过程中,由于激光多道搭接,形成了由马氏体构成的硬化区和由回火马氏体构成的软化区。软化区表面平均硬度为405 HV_0.2,硬化区表面平均硬度为562 HV_0.2,较基体提升87.96%。经激光-感应复合固态相变后,微观组织全部由马氏体组成,平均硬度为724 HV_0.2,比单一激光固态相变硬化区高28.83%。干态下滚动接触磨损之后,相较于未处理试样,单一激光固态相变试样和激光-感应复合固态相变试样的磨损量分别下降93.20%、96.14%。在滚动接触过程中,当塑性变形超过塑性应变极限时,裂纹开始萌生,未处理试样的裂纹穿晶扩展快,裂纹突破塑性变形层后发生弯折,然后以近乎于水平的方向持续扩展,表面裂纹相交,造成材料剥落;同时,斜裂纹上方会产生垂直裂纹,也会导致材料发生断裂剥落。单一激光固态相变试样的裂纹均未突破塑性变形层,软化区多为分层裂纹,层间材料在循环法向力作用下容易断裂。激光-感应复合固态相变试样的裂纹以平行于表面的趋势扩展后,受剪切应力而断裂,形成剥落坑。经过激光固态相变处理后,42CrMo钢的耐磨性和抗疲劳性显著提升,其中激光-感应复合固态相变的耐磨性和抗疲劳性提升最为显著。

齿轮部件是直升机减速器的核心组成部分。重载荷传动齿轮的失效直接影响减速器的可靠工作,甚至危害直升机服役安全。通过表面后处理技术提高齿轮的使用性能和可靠工作裕度具有可观的军事与经济价值收益。为验证无涂层激光冲击强化提高齿轮钢性能的有效性,进行不同工艺参数的强化试验。结果表明,无涂层激光冲击强化在试样深度方向最大引入了530 μm的加工硬化层与450 μm的残余压应力层,力学性能在亚表层大幅度改善归因于等离子体冲击波在试样梯度方向造成了塑性变形。强化后最大硬度为689.9 HV,残余压应力提升至738.9 MPa幅值。激光直接辐照试样表面时的热量累积导致表面粗糙度迅速增加到最大1.509 μm,且制备出规律排列的周期性微凸起结构。随着激光能量与冲击次数的增加,微凸起结构逐渐演变为自润滑的规则矩形图案。研究结果为无涂层激光冲击强化的工艺参数对AISI 9310钢性能的影响规律提供了深入的试验分析和理论探讨,为进一步扩展无涂层激光冲击强化在更多齿轮钢材料的应用提供研究思路与数据积累。

役核电站的乏燃料水池覆板拐角位置容易发生腐蚀缺陷造成泄漏,局部干法水下激光焊接能够满足在役维修需求,是一种高精度的在役维修方法。为满足乏燃料水池覆板拐角位置裂纹缺陷的维修需求,搭建常压和高压环境下局部干法水下激光角焊试验平台,以S32101双相不锈钢为试验材料,进行空气环境、水下环境以及模拟20 m水深高压环境的局部干法水下激光填丝角焊多层多道工艺试验,对比分析三种环境下角焊缝的组织、性能,测定铁素体奥氏体的取向、织构、晶界的界面特性以及耐腐蚀性能。结果表明：与水下环境相比,20 m水深高压环境得到了更精细的微观结构,晶粒尺寸的不均匀性较大,并逐渐出现较大的首选取向,奥氏体晶界取向差角度分布呈现双峰分布的趋势更明显;经晶间腐蚀、电化学腐蚀性能检测,三种环境下的耐腐蚀性能接近且均满足要求。综上,模拟20 m水深范围内的多层多道角焊缝能够满足核电实际工程修复需求,研究成果为核电站乏燃料水池拐角位置的裂纹修复奠定了良好的基础。

H是涂层防护材料在石油化工、天然气等油气环境中应用所面临的问题之一,MXene作为涂层或纳米片填料在金属表面防护领域的应用越来越受到重视,因此,从微观电子尺度揭示MXene表面与H作用机制具有重要的意义。利用第一性原理计算方法,系统研究原始Ti₃C₂与官能团Ti₃C₂T₂（-F/-O/-OH）表面H的吸附和扩散行为,从热力学和动力学因素阐明其阻隔H扩散的效应机制。研究发现,原始Ti₃C₂表面上H扩散能垒比空位存在的V-Ti₃C₂表面上H扩散能垒略微降低,无论是Ti₃C₂F₂还是空位V-Ti₃C₂F₂的H扩散能垒都是负值,显示出较差的H阻隔扩散效应。H原子在无空位Ti₃C₂O₂和Ti₃C₂O₂H₂表面的扩散能垒相比于原始Ti₃C₂有明显提高。尤其是有空位存在下V-Ti₃C₂O₂表面的H扩散能垒达到了最高,显示出较好的H阻隔扩散效应。研究结果为Ti₃C₂T₂作为涉氢环境中防护材料设计提供重要的理论基础。

针对采用磁学性能优异的纯铁做基体的磁粉离合器等制动装置,可通过表面渗氮获得导磁性良好的耐磨渗氮层以提升服役周期。采用热丝增强等离子体离子氮化技术,在520 ℃、0.4 Pa下改变气氛和工艺条件,表征分析渗氮层物相结构、渗层形貌、渗层深度以及表面耐磨性,探究H₂的促渗作用和阶段性通气的保温合金化作用。当渗氮气氛中仅为纯N₂时,化合物层脆性相ε-Fe₃N与韧性相γ'-Fe₄N物相比例为29∶71,渗层深度为500 μm;引入H₂且两段保温合金化时间后,化合物层中ε-Fe₃N相对含量降低,γ'-Fe₄N相对含量升高,两相比例变为6∶94,渗层深度逐渐增加到1 000 μm,在距离表面100~700 μm处形成了硬度值变化幅度不大的过渡“平台”,磨损率由基体的2×10^-4 mm³·N^-1·m^-1减小至1.3×10^-5 mm³·N^-1·m^-1,降低了15倍多。实验结果表明,渗氮气氛中一定比例的H₂对离子渗氮具有促渗作用,化合物层中脆性相比例减小、韧性相比例增加,同时与引入的两段保温合金化阶段相耦合,可获得强韧性匹配度更优良的超厚渗氮强化层,进而改变磨损行为,提升表面渗氮层的耐磨性能。

电连接器作为电子电气设备之间电传输的重要装置,广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。随着服役工况的日益严苛,电连接器接触件在冲击、振动、插拔过程中,表面镀层磨损会引发接触件黏连、发热和接触不良等问题,严重影响电连接器的可靠性。针对大功率电传输下镀银接触件载流摩擦磨损问题,选用镀银铜球与镀银铜盘构成球/盘载流摩擦副,研究电流密度对银镀层载流摩擦性能与材料损伤的影响规律和机制。结果表明：随着电流密度由0增加至35.7 A/mm²,球试样和盘试样的磨损量分别从6.5、9.1 mg增加至13、25.4 mg,接触电阻从27.9 mΩ下降至17.2 mΩ。同时,平均的稳态摩擦因数从0.69增加至1.1。21.4和35.7 A/mm²时稳态摩擦因数有突变,与镀层磨穿有关。电流密度的增加使摩擦功率和电阻热功率,均会引起摩擦副温升,电流密度大于7.2 A/mm²时电阻热对温升起主导作用。复合镀层的载流磨损机制为黏着磨损并伴有磨粒磨损和氧化磨损,温升是电流促进黏着磨损的主要途径。研究结果可为镀银电接触件在不同电流密度下的载流性能与磨损机制分析提供简洁有效的思路,有望对镀银电连接器接触件的可靠性设计与损伤防护提供支撑。

太阳帆板驱动装置20%左右的故障是摩擦磨损和润滑失效引起导电滑环的短路和卡死。目前,导电滑环的材料大多为金合金,但是合金化会增大材料的电阻率。釆用直流磁控溅射技术在CuCrZr合金和Si片上制备Ni、Cr靶溅射功率分别为0、30、50和100 W的金基涂层,过渡层为150 nm厚的Ni层,并进行5和20 h的250 ℃退火处理,研究Ni、Cr共同掺杂和退火时间对涂层电学和摩擦学性能的影响。结果表明：退火处理后的涂层元素依旧是均匀分布的。掺杂Ni、Cr和退火处理会导致（111）衍射峰强度下降。掺杂Ni、Cr元素会降低晶粒尺寸,退火处理则会增加晶粒尺寸。增大Ni、Cr靶功率和退火处理会导致涂层电阻率和纳米硬度增大、残余应力减小甚至改变类型。掺杂Ni、Cr元素导致涂层从黏着磨损变成磨粒磨损,摩擦因数增大,磨损率减小。退火后,摩擦因数随退火时间的延长而增大,磨损率则随退火时间的延长先增大后减小。Ni、Cr共同掺杂和退火处理会提高涂层的纳米硬度,从而提升耐磨性能,但是对电阻率的增大没有较好的抑制效果。

铝-空气电池由于其高能量密度、容量和低成本,被认为是极具潜力的新型储能设备。而铝-空气电池应用的主要障碍是因析氢反应引起的阳极利用率低。采用一步电沉积法在铝合金阳极表面制备Mn-MOFs膜,通过SEM、EDS、FT-IR和XPS等表征技术,对其微观结构进行详细分析。通过电化学测试和析氢腐蚀试验,对膜层的耐蚀性能以及阳极利用率进行研究,重点研究电沉积时间对该膜层电化学性能的影响。通过量子力学计算,探讨Mn-MOFs膜层的防腐机制。结果表明,当MOFs膜层的电沉积时间为20 min时,铝空电池展现出优异的电化学性能。研究表明一步电沉积法制备的MOFs膜层可以避免OH^-与铝合金的直接接触。当MOFs膜层被消耗时,芳香酸里的（-COO-）会和溶液中Al³⁺反应,生成RCOO-Al并沉积在电极表面,并抑制中间产物向溶液中的扩散,从而达到抑制铝阳极的析氢反应,这有助于提高铝空电池电化学性能。该工作通过电沉积方法在铝合金表面制备Mn-MOFs膜,以提高铝合金的耐蚀性,抑制铝阳极的析氢反应。用试验和模拟的双重手段对Mn-MOFs膜层的防腐机制进行相关分析,可为金属-空气电极表面处理技术的发展开辟新途径。