專欄導(dǎo)讀

表面工程是通過表面技術(shù)，改變固態(tài)材料或器件表面的幾何形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以賦予/提升零件表面特定性能的系統(tǒng)工程。因零件的失效常常起源于表面，所以表面工程技術(shù)不僅是裝備新品零件表面先進(jìn)制造的重要工藝，也是高附加值零件再制造修復(fù)的必然選擇。特別是新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天高超聲速飛行器、第四代核電裝備、高端醫(yī)療器械等裝備的服役環(huán)境和設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的日益苛刻，表面工程的重要性日益突出。研究和應(yīng)用表面工程基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和裝備表面服役行為對(duì)支撐高端裝備的高性能、長(zhǎng)壽命、高可靠服役具有重要意義。

為此，《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》編輯部與客座編輯團(tuán)隊(duì)聯(lián)合策劃出版“高端裝備表面強(qiáng)化防護(hù)與再制造”專欄。專欄共收錄論文13篇，已于《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》2025年10期正式出版。

客座專家團(tuán)隊(duì)

王海斗，陸軍兵種大學(xué)研究員、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任機(jī)械產(chǎn)品再制造國(guó)家工程研究中心主任，第十三屆全國(guó)人大代表，獲國(guó)家杰出青年科學(xué)基金資助；入選國(guó)家萬人計(jì)劃領(lǐng)軍人才、國(guó)家百千萬工程人才、國(guó)家中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、軍隊(duì)科技領(lǐng)軍人才、北京市科技領(lǐng)軍人才；獲“求是”杰出青年獎(jiǎng)、國(guó)務(wù)院政府特殊津貼、“當(dāng)代發(fā)明家”等榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)；擔(dān)任973計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目首席科學(xué)家；獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、北京市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)等科技獎(jiǎng)勵(lì)17項(xiàng)，發(fā)表SCI論文400余篇、授權(quán)各類知識(shí)產(chǎn)權(quán)160余件；榮立二等功、三等功各2次。

蒲吉斌，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員、博士生導(dǎo)師，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者，現(xiàn)任海洋關(guān)鍵材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)表面工程分會(huì)青年學(xué)組主任，中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)耐蝕材料與腐蝕控制分會(huì)副主任，中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)非金屬耐蝕材料專委會(huì)副主任。主要從事極端環(huán)境新型功能防護(hù)涂層跨尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及表界面行為研究。主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、兩機(jī)重大專項(xiàng)等國(guó)家級(jí)、省部級(jí)項(xiàng)目20多項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利60件，美國(guó)專利3件，發(fā)表SCI/EI論文200多篇，獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、中國(guó)專利獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)、浙江省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)等。

康嘉杰，教授，博士生導(dǎo)師，英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院訪問學(xué)者。發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇（SCI論文80余篇），授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利39件，主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，獲省部級(jí)科研獎(jiǎng)勵(lì)7項(xiàng)。任中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)表面工程分會(huì)青年學(xué)組副主任委員，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)摩擦學(xué)分會(huì)青年論壇組委會(huì)委員，中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)磨蝕與防護(hù)技術(shù)專業(yè)委員會(huì)委員。

張誠(chéng)，華中科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，材料學(xué)院副院長(zhǎng)，湖北省青年拔尖人才，湖北省杰青入選者。主持國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（國(guó)際合作）項(xiàng)目等。在Materials Science Engineering Report, Acta Materialia等期刊上發(fā)表SCI論文70余篇, H-index=35，獲授權(quán)發(fā)明專利11項(xiàng)。獲中國(guó)材料學(xué)會(huì)非晶/高熵合金分會(huì)杰出青年科學(xué)家獎(jiǎng)，教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。任國(guó)際SCI期刊Surface & Coatings Technology、Coatings 編委。

周正，北京工業(yè)大學(xué)/材料科學(xué)與工程學(xué)院，研究員，博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期從事工程材料表面改性理論與技術(shù)方面的研究工作，主持國(guó)家自然科學(xué)基金等省部級(jí)科研項(xiàng)目十余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利40余項(xiàng)，獲中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

馬國(guó)政，陸軍兵種大學(xué)裝備再制造技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員，國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者，GF173計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目技術(shù)首席，軍隊(duì)重點(diǎn)扶持創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)核心成員。主持武器裝備預(yù)研、裝備研制，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題，國(guó)家自然基金優(yōu)青、面上等科研項(xiàng)目十余項(xiàng)。獲北京市、中國(guó)機(jī)械工業(yè)等省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)7項(xiàng)。發(fā)表SCI、EI等論文100余篇，授權(quán)美國(guó)專利、國(guó)家/國(guó)防發(fā)明專利52項(xiàng)。

01

面向裝備熱防護(hù)的碳化物超高溫陶瓷研究進(jìn)展

引用格式:肖浚藝, 何鵬飛, 薛琳, 孫川, 梁秀兵, 程江波. 面向裝備熱防護(hù)的碳化物超高溫陶瓷研究進(jìn)展[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 1-18.

論文摘要：

新一代空天裝備存在迫切的熱防護(hù)需求，急需發(fā)展兼具優(yōu)異熱力學(xué)和抗氧化燒蝕性能的超高溫陶瓷。其中，熱學(xué)性能最為突出的碳化物超高溫陶瓷體系存在力學(xué)和抗氧化性能短板。從碳化物超高溫陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)出發(fā)，歸納增韌相引入和微結(jié)構(gòu)仿生等強(qiáng)韌化設(shè)計(jì)對(duì)力學(xué)性能的增強(qiáng)效果；介紹調(diào)控其結(jié)構(gòu)和性能的增熵化研究，涵蓋陽離子固溶、陰離子修飾、高熵化設(shè)計(jì)；梳理碳化物超高溫陶瓷熱防護(hù)涂層的主要構(gòu)筑方法，總結(jié)現(xiàn)有涂層的抗氧化燒蝕性能與機(jī)理；最后，從材料計(jì)算設(shè)計(jì)、強(qiáng)韌化和增熵化協(xié)同增強(qiáng)、燒蝕性能機(jī)理、大尺寸構(gòu)件及涂層制備等方面對(duì)碳化物超高溫陶瓷的主要發(fā)展方向進(jìn)行展望。

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02

典型工況環(huán)境中類金剛石薄膜摩擦學(xué)性能研究進(jìn)展

引用格式:石佳東, 馬國(guó)政, 李國(guó)祿, 李振, 趙海朝, 王海斗. 典型工況環(huán)境中類金剛石薄膜摩擦學(xué)性能研究進(jìn)展[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 19-35.

論文摘要：

深空探索和深海探測(cè)要求機(jī)械部件要面對(duì)更復(fù)雜的環(huán)境考核和具有更長(zhǎng)效可靠的服役性能。固體潤(rùn)滑不僅可以提高機(jī)械部件運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，還可以延長(zhǎng)其使用壽命。類金剛石薄膜由于其獨(dú)特的綜合性能，包括低摩擦因數(shù)、耐磨性、高硬度、生物相容性和化學(xué)惰性，成了最受歡迎的固體潤(rùn)滑材料之一，其摩擦學(xué)性能高度依賴于薄膜的應(yīng)用環(huán)境、結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)性能。綜述DLC薄膜在地面大氣環(huán)境、海洋腐蝕環(huán)境和空間輻照環(huán)境下的摩擦學(xué)行為變化；分析其在不同摩擦條件下的能量耗散機(jī)理；討論構(gòu)-性關(guān)系演變規(guī)律；提出提高DLC薄膜環(huán)境適應(yīng)性的可靠方法。同時(shí)，對(duì)DLC薄膜的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，指出將向著適應(yīng)苛刻多變環(huán)境的多元化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

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03

先進(jìn)裝備表面磁控濺射技術(shù)復(fù)合防護(hù)體系研究進(jìn)展

引用格式:趙立存, 王志遠(yuǎn), 劉洋, 姜巍, 劉金娜. 先進(jìn)裝備表面磁控濺射技術(shù)復(fù)合防護(hù)體系研究進(jìn)展[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 36-65.

論文摘要：

隨著科技的發(fā)展，先進(jìn)裝備表面防護(hù)問題日益突出，尤其針對(duì)高精尖零部件表面的防護(hù)技術(shù)研究更是困擾眾多研究人員的關(guān)鍵科學(xué)問題之一?，F(xiàn)如今眾多技術(shù)進(jìn)步都依賴于創(chuàng)造具有增強(qiáng)性能的新型復(fù)合材料，其中磁控濺射技術(shù)由于對(duì)材料表面適配性強(qiáng)，元素選擇多樣，對(duì)于各類先進(jìn)裝備表面防護(hù)薄膜制備提供一個(gè)新的控制維度。因此，為進(jìn)一步總結(jié)先進(jìn)裝備內(nèi)部高精尖零部件防護(hù)需求，致力于改善裝備表面防護(hù)難題，綜述了磁控濺射薄膜沉積技術(shù)的最新進(jìn)展，一方面，針對(duì)磁控濺射薄膜沉積過程變化機(jī)理、形成機(jī)制進(jìn)行綜述，明確靶材濺射對(duì)基體材料的性能影響，進(jìn)一步分析時(shí)空間維度上薄膜沉積的可靠性；另一方面，詳細(xì)論述各類裝備表面防護(hù)薄膜的應(yīng)用特色及成形行為。最后，結(jié)合磁控濺射鍍膜技術(shù)的工藝特性，對(duì)磁控濺射薄膜沉積過程中的通量特征進(jìn)行深入分析，并探討影響薄膜沉積狀態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)、表面特性等因素。綜上，本文總結(jié)先進(jìn)裝備表面磁控濺射鍍膜技術(shù)的應(yīng)用機(jī)理，并從磁控濺射鍍膜組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、服役性能的角度出發(fā)，結(jié)合磁控濺射鍍膜技術(shù)的典型應(yīng)用，綜述了磁控濺射鍍膜技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以及對(duì)應(yīng)用前景的優(yōu)勢(shì)和存在問題進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)磁控濺射鍍膜技術(shù)的未來先進(jìn)薄膜體系進(jìn)行評(píng)估和展望。

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04

等離子增強(qiáng)高速電弧噴涂Fe基涂層：噴涂功率對(duì)涂層組織、摩擦學(xué)性能和耐腐蝕性能的影響

引用格式: 高瑞, 劉明, 范薇, 黃艷斐, 金國(guó), 張寒冰, 馬國(guó)政, 王海斗. 等離子增強(qiáng)高速電弧噴涂Fe基涂層：噴涂功率對(duì)涂層組織、摩擦學(xué)性能和耐腐蝕性能的影響[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 66-74.

論文摘要：

海工裝備服役過程中關(guān)鍵件長(zhǎng)期處于腐蝕-磨損交互作用的復(fù)雜環(huán)境，致使其表面損傷嚴(yán)重，影響設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性。對(duì)工件表面進(jìn)行處理形成結(jié)合良好的熱噴涂涂層是解決這一問題的有效途徑。利用等離子增強(qiáng)高速電弧噴涂技術(shù)(Plasma-enhanced high-speed arc technology,PE-HAS)成功制備出Fe基涂層，并研究噴涂功率對(duì)涂層微觀組織、力學(xué)性能及耐磨耐腐蝕性能的影響。研究結(jié)果表明，涂層的物相組成主要為奧氏體和馬氏體。當(dāng)噴涂功率不足或過大時(shí)，涂層的組織結(jié)構(gòu)會(huì)變差，從而導(dǎo)致其摩擦學(xué)和耐腐蝕性能變差。當(dāng)噴涂電流優(yōu)化至500 A時(shí)，可以提供優(yōu)良的組織結(jié)構(gòu)，從而提升涂層的力學(xué)性能、摩擦學(xué)和耐腐蝕性能。綜上，等離子增強(qiáng)高速電弧噴涂過程中控制噴涂功率對(duì)絲材熔化很重要，從而影響涂層的組織結(jié)構(gòu)致密性。

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05

真空退火對(duì)超音速火焰噴涂AlCoCrFeNiCu高熵合金涂層耐磨損性能的影響

引用格式:周永寬, 康嘉杰, 馬國(guó)政, 劉宇赫, 李瑞峰. 真空退火對(duì)超音速火焰噴涂AlCoCrFeNiCu高熵合金涂層耐磨損性能的影響[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 75-89.

論文摘要：

為了提高煤層氣鉆探機(jī)具關(guān)鍵零部件的耐磨損性能，采用超音速火焰噴涂技術(shù)(High velocity oxygen fuel,HVOF)在35CrMo鋼基體上制備AlCoCrFeNiCu高熵合金涂層，并對(duì)高熵合金涂層進(jìn)行不同溫度(500、700和900℃)真空退火處理。采用SEM、XRD、顯微硬度測(cè)試儀等對(duì)高熵合金涂層微觀組織、相結(jié)構(gòu)和顯微硬度進(jìn)行分析，接著對(duì)高熵合金涂層進(jìn)行了干摩擦磨損試驗(yàn)和在煤層氣鉆井液中的腐蝕磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：真空退火處理后高熵合金涂層的組織結(jié)構(gòu)更加均勻，顯微硬度和耐磨損性能得到不同程度的提升。500℃真空退火高熵合金涂層的顯微硬度最高(737±33) HV0.2，耐磨損性能最為優(yōu)異，分別為(5.2±0.3)×10?5 mm3·N?1·m?1(干摩擦磨損)和(2.4±0.1)×10?5 mm3·N?1·m?1(腐蝕磨損)。干摩擦磨損時(shí)AlCoCrFeNiCu高熵合金涂層的主要磨損機(jī)理為磨粒磨損、粘著磨損和氧化磨損；在煤層氣鉆井液中腐蝕磨損時(shí)，高熵合金涂層的主要磨損機(jī)制為磨粒磨損、粘著磨損和腐蝕磨損。

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06

大氣等離子噴涂Cu-Ni20Cr4B雙金屬防生物污損涂層的顯微結(jié)構(gòu)與性能

引用格式:雒曉濤, 張國(guó)棟, 甘雨禾, 許康威, 姚建洮, 陳令杰, 李長(zhǎng)久. 大氣等離子噴涂Cu-Ni20Cr4B雙金屬防生物污損涂層的顯微結(jié)構(gòu)與性能[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 90-99.

論文摘要：

針對(duì)現(xiàn)有抗海洋生物污損涂料存在漆膜結(jié)合結(jié)強(qiáng)度低易剝落、硬度低抗導(dǎo)致涂層抗含砂高流速海水沖刷性能差的難題，以機(jī)械混合的Cu-Ni20Cr4B粉末為原料，采用大氣等離子噴涂制備了兩種金屬層片交替分布的雙金屬?gòu)?fù)合涂層，利用海水中Cu層片與Ni20Cr4B層片間的原電池反應(yīng)持續(xù)釋放Cu2+，以達(dá)到長(zhǎng)效防污的目的。研究粉末配比對(duì)涂層顯微組織、力學(xué)性能及抗生物污損性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，復(fù)合涂層孔隙率與氧化物含量隨Ni20Cr4B的增加而減小，顯著低于大氣等離子噴涂常規(guī)金屬涂層。復(fù)合涂層的結(jié)合強(qiáng)度與抗石英砂料漿磨損性能隨涂層中Ni20Cr4B的增加而提高，Cu與Ni20Cr4B體積比為1∶2復(fù)合涂層的結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到54.2 MPa，抗石英砂漿料磨損性能約為商用丙烯酸防污涂層的16倍。Cu-Ni20Cr4B復(fù)合涂層均可穩(wěn)定的釋放Cu2+且均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能，與TC4鈦合金相比，抗菌率可達(dá)99.3%以上。實(shí)海掛片測(cè)試結(jié)果表明，Cu-Ni20Cr4B涂層表現(xiàn)出優(yōu)異的抗海洋生物附著性能。

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07

等離子噴涂樹脂基體抗氧化材料及涂層的研究

引用格式: 高藩, 何鑫, 柳彥博, 牟廣義, 劉少璞, 劉玲, 馬壯. 等離子噴涂樹脂基體抗氧化材料及涂層的研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 100-116.

論文摘要：

隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)的日益發(fā)展，燃燒室火焰溫度的不斷提高，廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)冷端部件的樹脂基復(fù)合材料面臨著更加嚴(yán)苛的氧化燒蝕環(huán)境，而在樹脂基復(fù)合材料表面制備抗氧化燒蝕涂層則是一種有效可行的應(yīng)對(duì)策略。在各類涂層方案及體系中，兼具隔熱、抗氧化、應(yīng)力緩沖等特點(diǎn)的多層結(jié)構(gòu)體系受到廣泛關(guān)注，該研究提出Al/NiCoCrAl/YSZ三層結(jié)構(gòu)涂層，并使用酚醛樹脂和SiO2對(duì)YSZ進(jìn)行改性，利用噴霧造粒的方法對(duì)改性后的復(fù)合粉體進(jìn)行制備，使用大氣等離子噴涂方法在碳纖維增強(qiáng)的聚酰亞胺基復(fù)合材料表面制備涂層樣品。在熱流密度為100 J/(m2·s)的氧乙炔燃流條件下，酚醛樹脂含量為6wt.%改性的涂層的防護(hù)效果最佳，試樣的線燒蝕率為4.42×10-4 mm/s，質(zhì)量燒蝕率為9×10-6 g/s。

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08

CoCrFeNi摻雜DLC薄膜的摩擦載荷敏感性研究

引用格式:張維堯, 韓世超, 馬三保, 李振, 陳朱池, 趙海朝, 馬國(guó)政, 周野飛. CoCrFeNi摻雜DLC薄膜的摩擦載荷敏感性研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 117-127.

論文摘要：

類金剛石(Diamond-like carbon,DLC)薄膜作為一種性能優(yōu)異的固體自潤(rùn)滑涂層，在工業(yè)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在高摩擦載荷工況下，DLC薄膜常受限于高殘余應(yīng)力和韌性不足等問題。為提高薄膜在高摩擦載荷下的使役能力，采用非平衡離子束輔助增強(qiáng)磁控濺射技術(shù)在304不銹鋼基體上制備了不同CoCrFeNi高熵合金摻雜量的DLC薄膜，并對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)、納米力學(xué)性能、摩擦磨損性能及機(jī)制進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著CoCrFeNi摻雜量的增加，DLC薄膜中sp2雜化碳含量上升，薄膜表面處的ID/IG值由1.27提升至2.33，G峰從1 540 cm-1上升至1 558 cm-1。同時(shí)，內(nèi)應(yīng)力由1.51 GPa下降至0.64 GPa。在微納力學(xué)性能方面，當(dāng)摻雜靶電流為0.6 A時(shí)，薄膜的硬度和彈性模量保持穩(wěn)定，并且其摩擦因數(shù)和磨損率也表現(xiàn)出最優(yōu)的減摩耐磨性能。然而，當(dāng)摻雜靶電流超過0.6 A時(shí)，過高的摻雜量導(dǎo)致薄膜結(jié)構(gòu)破壞，力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能都出現(xiàn)了明顯的下降。

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09

雙相不銹鋼CMT-P電弧等離子體傳熱行為研究

引用格式: 劉博, 張志強(qiáng), 康嘉杰, 徐連勇, 龔攀, 羅任植, 張?zhí)靹? 雙相不銹鋼CMT-P電弧等離子體傳熱行為研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 128-140.

論文摘要：

冷金屬過渡與脈沖(Cold metal transfer with pulse,CMT-P)技術(shù)拓寬了電弧成形過程中的熱輸入范圍，并在雙相不銹鋼再制造修復(fù)過程中實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱輸入的精確控制。然而，目前對(duì)于雙相不銹鋼CMT-P電弧成形過程中的熱量傳輸、電弧形態(tài)和熔池流動(dòng)等復(fù)雜物理過程尚不清楚。因此為了解決這一問題，采用雙相不銹鋼為研究對(duì)象，基于電磁動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)及熱力學(xué)等多學(xué)科理論，構(gòu)建一個(gè)三維瞬態(tài)CMT-P電弧熔池多物理場(chǎng)耦合數(shù)值模型，闡明雙相不銹鋼CMT-P電弧成形過程中的傳熱行為。結(jié)果表明在脈沖階段，弧柱區(qū)溫度與輸入電流存在正相關(guān)。在CMT階段中，弧柱區(qū)溫度不僅與輸入電流存在正相關(guān)也會(huì)受到導(dǎo)電通路的影響。在送絲階段，弧柱區(qū)溫度隨著導(dǎo)電通路的減小呈現(xiàn)著先增大后減小的變化趨勢(shì)。此外，導(dǎo)電通路的減小會(huì)導(dǎo)致電流密度增大和高速區(qū)消失，進(jìn)而增強(qiáng)了送絲階段的成形穩(wěn)定性。熔池形貌呈現(xiàn)雙橢球狀，并且熔池溫度場(chǎng)形貌的變化與輸入電流之間存在著滯后效應(yīng)。

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Al0.6CoCrFeNiTi/TiC高熵合金熔覆層組織與摩擦磨損行為

引用格式:程靖越, 姚海華, 趙萬新, 楊延格, 王國(guó)紅, 周正. Al0.6CoCrFeNiTi/TiC高熵合金熔覆層組織與摩擦磨損行為[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 141-151.

論文摘要：

針對(duì)連鑄輥表面耐磨防護(hù)需求，采用激光熔覆技術(shù)制備Al0.6CoCrFeNiTi/TiC高熵合金熔覆層，研究TiC析出量對(duì)熔覆層組織與不同溫度下摩擦磨損行為的影響。結(jié)果表明，HEA-C0熔覆層(無TiC析出)由無序BCC結(jié)構(gòu)的A2相(富Fe-Cr)和有序BCC結(jié)構(gòu)的B2相(富Al-Ni-Ti)構(gòu)成。隨著TiC析出量增加，固溶Ti元素含量減少，熔覆層基體組織向A2相轉(zhuǎn)變，且A2相硬度逐漸降低。HEA-C0熔覆層磨損率隨溫度上升而顯著增大，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的溫度敏感性。TiC析出相在高溫下強(qiáng)化作用顯著，但A2相硬度降低對(duì)熔覆層耐磨性有不利影響，綜合作用下HEA-C0.5(TiC部分析出)熔覆層從室溫至600℃具有相對(duì)最為優(yōu)異的耐磨性。高熵合金熔覆層磨損機(jī)制隨溫度升高發(fā)生轉(zhuǎn)變，25℃時(shí)主要為疲勞磨損和輕微氧化磨損，300℃時(shí)由粘著磨損和磨粒磨損主導(dǎo)，600℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸p和磨粒磨損為主。

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激光電弧復(fù)合增材制造鋁合金的組織和性能研究

引用格式:賀世偉, 朱麗娜, 張志強(qiáng), 康嘉杰. 激光電弧復(fù)合增材制造鋁合金的組織和性能研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 152-163.

論文摘要：

激光電弧復(fù)合增材制造過程中成形質(zhì)量控制及微觀組織演變規(guī)律等較焊接過程更為復(fù)雜。為了明確掃描速度對(duì)激光電弧復(fù)合增材制造高強(qiáng)鋁合金成形質(zhì)量、微觀組織以及顯微硬度等的影響規(guī)律，以2024高強(qiáng)鋁合金為研究對(duì)象，采用激光與冷金屬過渡加脈沖(Cold metal transfer and plus，CMT-P)電弧復(fù)合增材制造技術(shù)制備了不同掃描速度下的薄壁構(gòu)件。研究掃描速度對(duì)薄壁構(gòu)件的成形質(zhì)量、微觀組織演變規(guī)律以及顯微硬度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，合理調(diào)節(jié)掃描速度可以有效提高薄壁構(gòu)件的成形精度以及降低增材制造過程中的飛濺程度；所有試樣均呈現(xiàn)周期性明暗分層結(jié)構(gòu)，其晶粒結(jié)構(gòu)沿沉積方向呈現(xiàn)梯度演變特征，底部區(qū)域?yàn)槎ㄏ蛏L(zhǎng)的柱狀晶，頂部區(qū)域由粗大的柱狀晶和等軸晶的混合結(jié)構(gòu)組成；同時(shí)，不同掃描速度下的增材試樣沿著增材方向從下到上的顯微硬度走勢(shì)基本相同，且增材試樣穩(wěn)定區(qū)域的顯微硬度是基板硬度的80%～85%，其基本保持在90～115 HV0.98N。

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超聲輔助激光熔覆Ni-WC梯度復(fù)合涂層組織及性能研究

引用格式:郝敬賓, 杜沁, 牛慶偉, 付天池, 劉昊, 楊海峰, 劉新華. 超聲輔助激光熔覆Ni-WC梯度復(fù)合涂層組織及性能研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 164-177.

論文摘要：

隨著工業(yè)機(jī)械裝備在極端環(huán)境中對(duì)關(guān)鍵部件表面性能要求的提高，Ni-WC功能梯度材料(Functionally graded material，F(xiàn)GM)在提升關(guān)鍵部件表面性能方面展現(xiàn)出更加廣泛的應(yīng)用潛力。本研究采用超聲輔助激光熔覆技術(shù)(Ultrasonic-assisted laser cladding，UALC)在H13鋼基板上制備Ni-WC梯度復(fù)合涂層，通過控制WC顆粒與Ni60粉末的混合比例，成功構(gòu)建三種不同WC含量的涂層(WC15、WC25、WC35)。超聲振動(dòng)的引入顯著優(yōu)化了涂層的微觀結(jié)構(gòu)，減少了內(nèi)部缺陷(如：裂紋和氣孔)，提升了涂層的致密性和均勻性。結(jié)果表明：梯度設(shè)計(jì)和超聲輔助能有效減少涂層內(nèi)部裂紋和氣孔，提高涂層成形質(zhì)量；超聲輔助促進(jìn)層間物質(zhì)交換，減少應(yīng)力集中和性能差異；超聲輔助的梯度涂層在硬度、耐磨性和抗沖擊性能方面均有提升，硬度相較于傳統(tǒng)多層單一WC25涂層提高了約10%、磨損率降低了55.56%、沖擊吸收功提升了18.7%；超聲梯度涂層展現(xiàn)出最佳的沖擊韌性，斷口分析顯示其具有更多的韌窩。研究結(jié)果證實(shí)了UALC技術(shù)在提升梯度涂層性能方面的有效性，為機(jī)械關(guān)鍵部件的表面強(qiáng)化提供了一種新的技術(shù)途徑。

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核用鋯合金表面CrAlX(X=Nb、Mo)涂層的硼鋰水腐蝕特性及摩擦學(xué)性能研究

引用格式:趙佳欣, 金國(guó), 崔秀芳, 劉昌昊, 齊萌, 吳頔. 核用鋯合金表面CrAlX(X=Nb、Mo)涂層的硼鋰水腐蝕特性及摩擦學(xué)性能研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2025, 61(10): 178-190.

論文摘要：

鋯合金因其優(yōu)異的力學(xué)性能、抗腐蝕性能和低熱中子吸收截面，被廣泛應(yīng)用于核工業(yè)，尤其是核燃料包殼材料。然而，其在苛刻服役工況下的耐磨性和耐腐蝕性能仍需進(jìn)一步提升。為此，本研究采用激光熔覆技術(shù)，在鋯合金表面成功制備了摻入少量Nb和Mo元素的CrAl涂層，旨在提高其表面性能。通過對(duì)涂層的微觀組織、摩擦學(xué)性能及硼鋰水中的耐腐蝕性進(jìn)行系統(tǒng)研究，結(jié)果表明，三種CrAlX涂層均由Cr-BCC相、富Zr相及Al2Zr-Laves相組成，摻入的Nb和Mo有效抑制了Zr元素向涂層中的稀釋。CrAlX涂層的顯微硬度顯著高于鋯合金基體，含Mo涂層硬度最高，達(dá)916.91 HV0.5，為基體的5.1倍。摩擦學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示，含Mo涂層的摩擦因數(shù)和磨損失重最低，展現(xiàn)出最佳的耐磨性。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，含Mo涂層的腐蝕電流密度最低，且其鈍化膜的致密性和抗點(diǎn)蝕能力最強(qiáng)。XPS分析揭示了CrAlX涂層鈍化膜中不完全氧化的Cr元素對(duì)其化學(xué)穩(wěn)定性可能存在影響。因此，本研究為通過激光熔覆技術(shù)增強(qiáng)鋯合金表面性能，特別是在核工業(yè)中的應(yīng)用，提供了重要的理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)支持。

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責(zé)任編輯：杜蔚杰

責(zé)任校對(duì)：張 強(qiáng)

審 核：張 彤

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