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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。