中国表面工程学科的开拓者——纪念徐滨士院士

我们敬爱的师长,中国表面工程的开拓者徐滨士院士永远离开了我们。他老人家的学识、品德、成就堪称我辈楷模。大师远行,风格永存。每当回忆起和徐老师在一起的时光,他的音容笑貌犹浮现在我的面前,很多场景至今仍然历历在目。感谢《表面工程与再制造》期刊编辑部组织这期纪念专辑,让我有机会以此文表达对徐老师由衷的敬意和寄托对徐老师深深的怀念。

2Cr13钢激光熔凝处理的过渡区组织分析

利用ＹＡＧ激光器对２Ｃｒ１３钢进行了激光熔凝处理.处理后的组织中出现一个低显微硬度的过渡区，该区位于熔凝区和相变硬化区之间．扫描电镜、透射电镜和电子衍射结果证明．该过渡区由马氏体和铁素体组成．不锈钢组织图（ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒｄｉａｇｒａｍ）和能谱分析结果表明，Ｃｒ在熔池底部的富集是产生铁素体的原因．通过工艺参数的调整可以消除熔地底部的铁素体.

图形化固体薄膜技术及其摩擦学性能的研究进展

固体薄膜技术可以用于显著提高材料的摩擦学性能,表面图形化技术则通过在部件表面制备预先设计的图形来改善摩擦副的接触和润滑行为。近年来,人们尝试将表面图形化技术和固体薄膜技术相结合,出现了一类称之为图形化薄膜的技术。研究表明:在很多情况下,与单纯的完整薄膜或图形化表面相比,图形化薄膜能够同时发挥薄膜的强化作用和图形化改变摩擦界面行为的作用,在改善和提高摩擦学性能方面具有综合优势。文中总结了图形化薄膜技术方面的研究工作;介绍了图形化薄膜的制备技术、分类、摩擦学性能以及应用;分析讨论了图形化薄膜的作用机理;并展望了图形化薄膜的发展前景。

压缩永久变形对O形圈密封性能的影响

本文分别对动态及静态条件下橡胶O形圈的压缩永久变形进行了测试,利用扫描电镜观察了压缩永久变形前后0形圈表面的形貌,在此基础上讨论了压缩永久变形对橡胶材料O形圈密封性能的影响.

一种滑动轴承试验台的研制与牙轮钻头镶嵌滑动轴承摩擦磨损性能的台架试验

在石油钻井中，滑动轴承牙轮钻头的应用日益增多，但轴承的工作环境却相当恶劣。为了提高钻头滑动轴承的工作寿命，并为这类轴承的设计提供科学依据，针对其实际应用工况，特殊设计制造了一种ＩＰＧ－２型滑动轴承试验台，并且利用其在３０ｋＮ、４０ｋＮ和５０ｋＮ的３种载荷条件下，对牙轮钻头镶嵌铜合金的滑动轴承进行了台架试验研究，着重考察了铜合金镶嵌区尺寸之大小对轴承摩擦磨损性能的影响。结果表明，在相邻两个镶嵌区之间的基体区表面宽度与铜合金的镶嵌区宽度之比值分别为１、２、３和４的几种镶嵌滑动轴承中，它们的摩擦学性能依次变差，即以第一种镶嵌轴承的摩擦磨损性能最好，这是由于镶嵌材料铜合金的抗剪切强度比钢基体的低，在摩擦力的作用下容易向非镶嵌区基体表面及与之对摩部件表面发生材料转移并形成转移膜的缘故。这种研究结果可以直接应用于钻头滑动轴承的设计。

面向航空发动机应用的表面涂层及其高温摩擦磨损性能专栏序言

航空发动机是飞机的心脏,被誉为工业皇冠上的明珠,是关系国防安全和国民经济的重大装备。表面工程技术是高性能航空发动机不可或缺的基础和保障。随着军用和民用航空领域对发动机性能要求的不断提升,新一代航空发动机的工况条件愈发恶劣,其诸多关键零部件面临高温、高载、高速、腐蚀和冲击等一系列苛刻工况的考验。摩擦磨损是造成航空发动机关键零部件性能、寿命和可靠性下降的重要原因,是制约高性能航空发动机发展的主要瓶颈之一。近年来,我国众多学者围绕航空发动机应用的表面涂层技术,聚焦极端工况下航空发动机关键零部件的高温摩擦磨损行为、表面涂层的失效机理、涂层的改进和开发等方面开展了大量研究工作,在耐高温、耐磨损、低摩擦、抗氧化和耐腐蚀表面涂层的设计、制备和应用等方面取得了重要成果。

主编寄语

《中国表面工程》2021年第1期与读者见面了。《中国表面工程》创刊于1988年,是由中国科学技术协会主管、中国机械工程学会主办的工程类学术期刊,也是中国机械工程学会表面工程分会和再制造工程分会的会刊。创刊30多年来,在主管、主办和承办单位的领导下,在历届编委会和理事会的指导下,在广大读者、作者的关心和支持下,经过以徐滨士院士为代表的老一辈表面工程专家的不懈努力,《中国表面工程》一步一个脚印,稳步执着前行,从创刊初期的内部刊物发展成为当今中国表面工程领域具有重要影响和良好声誉的优秀期刊。

旋转密封○形圈最小过盈量的确定

本文讨论了旋转密封O形圈的实际工作情况,给出了确定最小过盈量的计算公式,为O形圈用于旋转密封提供了设计依据。

考虑表面张力影响的表面织构最优参数分析

采用基于N-S方程的CFD方法模拟了圆凹坑形织构深度和面积率与油膜附加承载力的关系,同时考察表面张力对油膜承载力的影响。通过神经网络非线性映射功能,拟合油膜附加承载力和油膜自身承载力计算结果,再利用粒子群优化算法优化织构深度和面积率并加以试验验证。结果表明：使油膜附加承载力达到最大时,最优织构深度与油膜厚度相关,其比值（织构深度/油膜厚度）约为1.0,最优面积率约为45%。考虑表面张力时,使油膜总承载力达到最大时的最优织构深度和面积率分别为2.5~7.5μm和45%。对比两部分优化结果可知,是否考虑表面张力不影响最优面积率的确定,但影响最优织构深度的确定。从织构深度和面积率的优化结果发现,不同承载力作用下选择不同织构参数,可取得较小的摩擦因数,并通过试验验证,优化结果合理、正确。

葫芦形微凹坑对不锈钢表面摩擦学性能的影响

本文中利用皮秒激光系统对不锈钢表面进行织构化处理,通过Fluent有限元软件和UMT-2摩擦磨损试验机分析了非规则对称葫芦形织构表面的摩擦学性能,并与具有规则对称性的圆凹坑织构试样及光滑织构试样进行对比,同时利用S-3400 N扫描电镜观察试样表面的磨痕形貌.结果表明:润滑状态下葫芦形正方向织构试样的摩擦系数要明显低于圆凹坑织构试样及无织构光滑试样,葫芦形反方向织构试样的摩擦系数与圆凹坑织构试样相近.这主要是由于织构形状及润滑液流动方向对织构试样产生流体动压效应的影响较大.因此,在润滑液流动方向上,扩大织构自身形状的收敛区间可以强化织构的流体动压效应,这一结论将为进一步优化织构形状提供有力参考.

沟槽形表面织构对摩擦噪声的影响

用电加工方法在制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出沟槽形表面织构(沟槽深度为30μm、宽度为150μm、间距为500μm),采用球—平面接触方式,选取直径为10mm的Si3N4球为对磨副,对沟槽形织构表面和光滑表面进行了摩擦噪声对比试验,研究了沟槽形表面织构对界面摩擦振动噪声的影响。试验结果表明(以下结论只针对本试验选定尺寸规格的沟槽形表面织构):法向载荷对织构表面产生摩擦噪声强度的影响较小,而对光滑表面产生摩擦噪声的水平具有重要影响;沟槽形织构表面在低法向载荷下较光滑表面更易产生摩擦噪声,但随着法向载荷从5N增大到10N,光滑表面产生的摩擦噪声强度迅速增大并与织构表面的接近;沟槽形表面织构使摩擦系统更易产生多频率的摩擦振动,较早地产生摩擦噪声且其主频率成分较复杂;沟槽形织构表面比光滑表面具有较高的摩擦因数和耐磨性,沟槽形织构的存在明显地改变了接触界面摩擦磨损行为和摩擦噪声特性,但其对应关系需要进一步深入研究。

相对湿度对材料表面粘附力影响的研究

利用自制微摩擦及粘附力测试装置考察了在微载荷条件下，相对湿度对Si（100）材料表面粘附力的影响，分析了在大气环境中水分子的毛细作用力和范德华力对粘附力的贡献，并以BET吸附模型为基础推导出考虑湿度影响的粘附力计算公式．结果表明：在微载荷条件下，相对湿度对材料表面的粘附力影响十分显著，随着相对湿度升高粘附力增加，特别是相对湿度RH在40％～80％之间时，粘附力变化最为显著；当相对湿度RH小于20％时，范德华力大于水的毛细作用力且占主导地位；当相对湿度RH大于20％后，水分子的毛细作用力不断增加，同时范德华力因水膜的存在而降低，水的毛细作用力占主导地位．

沟槽型织构摩擦学性能的数值模拟与实验研究

为研究沟槽型织构角度及排布形式对接触表面摩擦学性能的影响,通过有限元分析软件对不同角度及排布形式的沟槽型织构进行数值模拟,利用YLP-20型激光加工系统在不锈钢圆盘表面加工沟槽型织构,并利用UMT-2摩擦磨损仪在旋转条件下进行摩擦实验。结果表明:沟槽型织构的数值模拟结果与实验结果基本吻合,加工有织构的摩擦副其摩擦学性能得到改善,且不同角度及排布形式的沟槽型织构对摩擦副的摩擦学性能影响不同,即当摩擦速率小于300r/min时0°平行织构的摩擦因数较小;摩擦速率大于300r/min时90°平行织构有更好的减摩能力,故应用中要根据不同工况条件选择不同排布形式的沟槽型织构。

TiN/Ti多层膜调制比对摩擦磨损行为影响的研究

考察了TiN/Ti多层膜调制比对其摩擦磨损行为的影响.采用磁过滤阴极弧沉积的方法制备了具有不同调制比的TiN/Ti多层膜,用扫描电镜和透射电镜对其层状结构及子层结构进行了观察和分析.用纳米压痕和SRV摩擦磨损试验的方法,对多层膜进行了纳米硬度和弹性模量测试以及摩擦磨损实验.结果表明,所制备的TiN/Ti多层膜层状结构清晰,与基底结合良好,调制比对多层膜的硬度和磨损特性影响较大,而对摩擦系数的影响却不明显.结合实验结果,讨论了硬度与弹性模量的比值(H/E值)对TiN/Ti多层膜耐磨性的影响.

织构对涂层刀具切削性能影响的有限元分析及实验研究

织构化表面在减摩耐磨领域中的应用越来越广泛。利用聚焦离子束(FIB)在TiAlN涂层刀具前刀面加工微织构,将有限元计算仿真与车削实验相结合,探讨微织构对涂层刀具切削性能和摩擦学性能的影响。研究发现:表面微织构化有利于改善刀具表面切削温度分布,降低切削温度,提高刀具耐磨性。同时,表面织构化后的涂层刀具的主切削力略有增大。

硬质涂层膨胀锥减摩耐磨性能

为降低膨胀锥/膨胀管间摩擦阻力,提高膨胀锥耐磨损性能,制备了硬质涂层膨胀锥,研究了硬质涂层膨胀锥的性能,并对其进行了现场应用。采用超音速火焰喷涂技术在合金钢膨胀锥表面制备了碳化物硬质涂层,使膨胀锥表面硬度提高了近60%。摩擦磨损实验结果表明:锂基脂润滑条件下,硬质涂层使膨胀锥试块摩擦系数降低超过30%,磨损量降低约33%;水润滑条件下,硬质涂层使膨胀锥试块摩擦系数降低约25%;硬质涂层显著降低了膨胀锥和膨胀管间的摩擦阻力,减轻了磨损,增加了膨胀锥的使用寿命。现场应用结果表明:硬质涂层膨胀锥具有良好的耐磨损性能,应用4口井后涂层与膨胀锥基体结合良好,表面无明显磨损现象,成功完成现场套损井的修补作业。

多弧离子镀硬质膜的抗空蚀性能研究

利用磁致伸缩振动空蚀试验装置 ,研究了灰口铸铁表面多弧离子镀 Ti N、Cr N及 (Ti,Cr) N硬质膜的抗空蚀性能 .研究结果表明 ,离子镀硬质膜的抗空蚀性能与铸铁基体的表面粗糙度、离子镀层的表面特征、镀膜过程中工件负偏压及镀层厚度密切相关 .采用屏蔽离子镀可以有效地减少膜层表面的微颗粒及微缺陷 ,从而改善材料的抗空蚀性能 .当基片负偏压为 30 0 V而膜厚为 3μm时 ,硬质膜的抗空蚀性能最佳 .

激光熔覆Al_(65)Cu_(20)Cr_(15)准晶态合金的相选择问题(英文)

研究了在45＃钢基体表面激光熔覆 Al65Cu20Cr15准晶态合金过程中,工艺参数激光功率（P）和扫描速度（υ）对激光熔覆涂层相结构的影响.结果表明,激光功率和扫描速度的变化使基体材料对熔覆涂层的稀释率发生改变. 随着激光熔覆稀释率的增加,熔覆层的相结构依次为λ+I,I+β,β,β+d,d+Fe. 激光熔覆涂层相结构的差异使涂层具有不同的显微硬度. 参数δ占（P/υ）决定激光熔覆过程的稀释度,从而直接影响激光熔覆准晶涂层的相结构. 涂层的表面显微硬度也因涂层相结构的不同而有所差异.

一水硬铝石热分解动力学研究

分别采用等温过程、非等温过程热重 -差热联合法测定一水硬铝石 (β-AlOOH)的TGA曲线 .利用X射线衍射仪对分解前后试样进行了物相分析 .经数据处理 ,得到了不同时段、不同方法下热分解反应的动力学参数E ,A和相应的反应机制 .结果表 2明 ,一水硬铝石在40 0℃时开始缓慢反应 ,反应峰温在 5 10℃附近 .其热分解机制比较复杂 ,并且在转变分数 0 .85 <α <0 .90这一区段呈现一个目前无法解释的机制 ,这可能是两种反应机制同时控制的结果 ,或者需要建立新的模型 .

激光熔覆制备Al_(65)Cu_(20)Cr_(15)准晶态合金及其类似相的研究

研究了在45#钢基体表面激光熔覆准晶态Al65Cu20Cr15粉末制备准晶及其类似相涂层过程中,激光功率和扫描速度对激光熔覆涂层相结构的影响.实验结果表明:由于激光功率和扫描速度的变化,基体材料对熔覆涂层的稀释程度发生改变;随着激光熔覆稀释率的增加,熔覆层的相结构依次为β+i,β+d,β,β+Fe;激光熔覆粉末所制备的涂层结构致密,无孔隙和裂纹;涂层的表面显微硬度及摩擦系数等力学性能也因涂层相结构的不同而有所差异.