热喷涂制备纳米涂层的研究现状与展望

从分析纳米粉末用于纳米表面工程所具有的特性入手，阐述了目前纳米粉末制备方法、热喷涂纳米涂层的种类、制备纳米涂层的热喷涂方法。总结了目前用热喷涂制备纳米涂层所面临的难题及现有的解决措施。展望了热喷涂作为纳米表面工程的关键和最有希望的技术，在未来制备纳米涂层方面的发展。     

纳米表面工程的研究进展及展望

分析列举了近些年来国内外利用各种表面技术手段制备纳米结构表面的进展和成果。尤其重点介绍了热喷涂法制备纳米结构Al2O3/TiO2陶瓷涂层和纳米硫化物自润滑涂层的研究成果。最后对纳米表面工程的发展前景做了展望。     

纳米表面工程的研究进展及展望

分析列举了近些年来国内外利用各种表面技术手段制备纳米结构表面的进展和成果。尤其重点介绍了热喷涂法制备纳米结构Al2O3／TiO2陶瓷涂层和纳米硫化物自润滑涂层的研究成果。最后对纳米表面工程的发展前景做了展望。     

超疏水涂层的制备及其性能

通过在有机硅改性丙烯酸树脂中加入具有疏水作用的纳米及微米级颗粒,在碳钢表面制备超疏水涂层。利用扫描电镜和接触角测定仪对涂层表面的微观结构及疏水性能进行表征,结果表明：该涂层结构与荷叶表面的微观结构很相似,水滴与涂层表面的接触角达到了150°,涂层具有超疏水性能。     

基于多孔黏结层的超疏水复合涂层制备及其耐磨性研究

目的 提高超疏水涂层的耐磨性。方法 采用底面复合方法增强超疏水涂层的附着性和耐磨性，通过发泡剂在树脂底漆表面形成均匀孔隙结构，使喷涂于底漆表面的部分超疏水纳米颗粒嵌入孔隙中，通过硬化树脂的凸起结构有效保护超疏水纳米颗粒，从而提高涂层整体的耐磨性。在摩擦磨损试验机上开展橡胶磨损测试，综合评价涂层的耐磨性能，并通过扫描电子显微镜和同轴光学显微镜对涂层表面的原始形貌及磨损形貌进行分析，通过接触角测量仪对涂层磨损前后的表面润湿性进行测试。结果 当异构十六烷的质量分数为50%、预热温度为130℃、预热时间为100 s时，在底漆表面可形成较深且分布均匀的孔隙结构，基于该底漆制备的超疏水复合涂层的耐磨性相对更好。在30 N载荷下，优化涂层经橡胶磨损700次后，仍能保持较好的疏水性。结论 通过发泡剂对底面复合涂层进行改进，可有效提高超疏水纳米涂层与基底之间的黏结强度；底漆表面的孔隙结构有利于超疏水颗粒的嵌入，充分利用硬化树脂的凸起结构对嵌入的超疏水颗粒进行保护，可有效提高底面复合超疏水涂层的整体耐磨性。     

火焰喷涂制备纳米陶瓷超润滑涂层及其防污性能

仿猪笼草结构的灌注液体型超润滑涂层(SLIPS)因具有优异的自清洁防污性能备受关注,但目前存在制备工艺复杂、成本较高、不适宜大规模制备等问题,影响了该技术的实际应用。针对这一问题,利用火焰喷涂技术制备SLIPS表面的技术工艺,成功在不锈钢表面制备了基于纳米二氧化钛的SLIPS涂层,并研究了涂层结构及性能。利用SEM分析了涂层的表面形貌和微观结构;利用接触角测量仪研究了涂层的浸润性能;通过藻类贴附试验评价了涂层的防污性能。结果表明：所制备涂层表面接触角达到118.01°,滚动角达到4.54°,呈超润滑性能,对海洋小球藻附着率降低了98.56%。文中研究为制备低成本、大规模SLIPS涂层提供了一种可行的思路。     

多弧离子镀制备TiN-Cu超硬纳米复合涂层的研究

采用多弧离子镀技术制备了TiN—Cu超硬纳米复合涂层，并对涂层断口形貌、相组成、择优取向、硬度等进行了测试分析。试验结果表明，用多弧离子镀技术的分层沉积和混合沉积方式都可以制备出硬度高达40．8GPa以上的TiN—Cu超硬复合纳米涂层。涂层中TiN晶粒尺寸普遍〈15nm，达到了纳米晶水平，且涂层中的Cu含量、TiN择优取向等因素均对涂层硬度有重要影响。     

镁合金表面防腐蚀超疏水涂层制备研究进展

镁合金是一种有发展前途的绿色工程金属材料，但其较差的抗腐蚀性能限制了它的大规模应用。对镁合金表面进行超疏水处理，能够极大地提高镁合金的耐腐蚀性能。当超疏水试样浸泡在腐蚀溶液中时，该结构将在腐蚀介质中形成固-气-液界面层，减少镁合金表面与腐蚀介质之间的接触面积，从而降低腐蚀速度。超疏水表面需要满足微纳米结构和低表面能2个必要条件。可以采用二步法或一步法在镁合金表面制备超疏水表面，详细介绍了在镁合金表面构造微纳米结构的方法，包括激光处理、机加工、化学刻蚀、化学镀、电化学沉积、阳极氧化、微弧氧化、水热合成和喷涂等方法。超疏水表面一旦受到机械损伤，微纳米结构无法满足条件，超疏水表面的“气垫效应”消失，腐蚀介质就会直接与微纳米结构接触，因此需要保证构建的微纳米粗糙结构对镁基体具有良好的保护作用并具有自愈功能。通过制备复合涂层，提高下层微纳米结构的自愈合性能，上层涂层的超疏水性与下层涂层的良好物理屏障能力的协同效应可以改善涂层的长久耐腐蚀性能。综述了在镁合金上制备具有良好耐腐蚀性能的复合超疏水表面的方法，并对镁合金超疏水表面防护技术的研究方向进行了展望。     

超憎水SiO2/FEVE复合涂层的制备

目的制备超憎水SiO_2/FEVE复合涂层。方法使用物理混合方式将SiO_2填料加入到成膜物FEVE树脂中,制得超憎水涂料,并通过雾化喷涂在玻璃片上形成超憎水涂层。通过指触法测量了涂层的表干时间,利用接触角测量仪、扫描电镜以及原子力显微镜检测了超憎水SiO_2/FEVE复合涂层的憎水性能与微观形貌,并利用划格法评价了涂层的附着力。结果根据溶解度参数相近以及环保性原则选用了乙酸乙酯与乙酸丁酯的混合溶剂,最终得出超憎水SiO_2/FEVE复合涂料的配方为:100 g FEVE树脂、135 g乙酸乙酯、90 g乙酸丁酯、25 g D-SiO_2、10.5 g HDI。涂料配制完成后,采用大雾化量与大流量结合的喷涂工艺便可完成SiO_2/FEVE超憎水涂层的制备。涂层形成了含有内嵌孔洞的珊瑚状结构,表面呈现为规律交替分布的突起和凹陷区构成的粗糙结构,接触角可达152.8°,滚动角为8°。结论调整溶剂种类与固化剂加入量并未对涂层的结合力或成膜性有所改善,填料比例是影响涂层成膜性与憎水性能的关键工艺参数。涂层表面有序分布的微纳米级凹凸结构形成了超憎水表面所需有效的表面微观粗糙结构,这是涂层具有优良憎水性能的主要原因。     

影响硅橡胶涂层疏水性的因素

目的寻找影响硅橡胶涂层疏水性的因素,并找到相应的提升改进方法。方法以液体硅橡胶为基体,通过燃烧橡胶条熏附、添加纳米SiO2粉末混合和喷洒纳米SiO2粉末附着这三种不同方式,来制备超疏水表面涂层。通过改变纳米粉末的加入方式、加入质量,研究疏水性的最佳条件。并通过光学显微镜测量静态接触角评价表面疏水性能,寻找影响其疏水性的因素。结果最佳的方法为熏烧的烟尘附于液体硅橡胶涂层表面,大多数试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高可达159°,平均值150°,静态接触角提高40°以上;次之为均匀喷洒纳米SiO2粉末,部分试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高为145°,平均值135.5°,静态接触角提高30°~40°;简单搅拌混合的提升效果最差,没有试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高可达124°,平均值108.5°,静态接触角只提高5°~15°。结论构建超疏水涂层的关键在于能否成功构建出微纳米的二级微观结构,简单的物理混合、搅拌会使纳米粉末被覆盖掉,无法表现出其特性。涂层的疏水能力与接触周围的实际微观长度有关。     

加工表面质量对耐腐蚀性能影响的研究进展

加工表面质量对材料表面耐腐蚀性能的影响具有复杂性和综合性,研究加工表面质量对材料表面耐腐蚀性能的影响,对如何延长机械产品的服役寿命、预测加工表面质量、精简制造工序和优化加工参数等具有重要的指导和实践作用。对已加工表面腐蚀形成机理进行了分析,并指出了影响耐腐蚀性能的因素,从加工表面机械物理特征和加工表面几何形状特征两方面入手,综述了已加工表面质量对耐腐蚀性能影响的研究进展。重点报道了加工表面机械物理特征中表面残余应力、加工表面金相组织变化以及加工表面冷作硬化对耐腐蚀性能影响的研究进展,分别总结了加工表面几何形状特征中已加工表面的表面纹理、表面粗糙度和表面伤痕对耐腐蚀性能影响的研究进展。提出应开展多表面质量参数之间相互影响综合分析,以及各表面质量参数联合作用下对表面耐腐蚀性能影响的研究,为开展表面质量与金属材料加工表面耐腐蚀性能关联性研究打下基础,并指出了加工表面质量对耐腐蚀性能影响研究的未来发展趋势。     

汽车零部件表面强化技术研究现状及展望

在传统渗碳、渗氮及表面淬火工艺的汽车零部件表面强化技术基础上,简单综述了传统工艺在汽车零部件表面强化上应用的工艺优缺点及研究现状,重点阐述了新型表面形变强化、高能束流表面强化、表面冶金强化、表面复合强化及表面纳米强化的汽车零部件表面强化技术,详细介绍了目前广泛使用的新型表面形变强化中的喷丸强化工艺、高能束流表面强化中的激光表面淬火与电子束表面淬火工艺及表面冶金强化中等离子喷涂工艺的技术特点和应用现状,分析了国内外汽车零部件表面复合强化技术和表面纳米强化技术的工艺特点和研究现状,尤其是将表面复合强化技术中的传统工艺与传统工艺、传统工艺与新型工艺、新型工艺与新型工艺的多种复合工艺的相互结合及QPQ盐浴复合处理技术在汽车零部件表面强化上的应用,最后展望了未来汽车零部件表面强化技术的发展方向。     

机械零件维修与再制造表面质量分析与检测

利用表面工程技术对失效零部件进行恢复性维修是对机械产品进行维修和再制造的重要手段。通常,恢复性维修在零件表面增加了一个表面涂(覆)层,因此,检测零件维修与再制造过程中增加的表面涂(覆)层质量,评价零件表面性能是否达到使用需求,对确保机械零部件维修与再制造的质量具有重要的意义。文中从表面成分与结构分析、表面形貌与组织分析、表面残余应力检测、表面力学性能检测和表面耐腐蚀性能检测等五个方面阐述了机械零件维修与再制造表面质量分析与检测的内容,介绍了常用的测试方法、设备及其特点,重点介绍了表面质量分析和检测技术在利用真空镀膜、电刷镀、激光熔覆以及超音速等离子喷涂等先进表面工程技术制备涂层质量检测中的应用,并给出了具体的应用实例。     

表面完整性研究现状及发展趋势

疲劳失效是金属结构失效的重要形式之一,提高零件疲劳性能可以有效增加结构使用寿命。对于低周和高周疲劳,绝大多数疲劳裂纹萌生于零件表面。因此,表面完整性对金属材料疲劳行为有重要影响。简述了表面完整性的内涵,指出表面完整性不仅包括如粗糙度、波纹度、表面裂纹等的表面形貌特征,也包含如加工之后零件表面的残余应力、塑性变形、组织形貌等物理化学变化特征。总结了表面完整性工艺的研究现状,说明机械铣削、电火花线切割、磨削、喷丸强化、光饰等加工工艺对表面完整性的影响。综述了表面完整性表征模型的建立,指出各表面完整性特征参数对表面完整性影响的比重。分析了国内表面完整性发展趋势,指出表面完整性工艺研究与表面完整性表征模型相互促进的作用,提出表面完整性工艺与表面完整性表征模型的交叉研究。最后,对提高表面完整性及建立影响表面完整性的参数模型提出了建议。     

超声滚压参数对18CrNiMo7-6齿轮钢表面性能的影响

目的研究在不同加工参数下,对18CrNiMo7-6齿轮钢进行超声滚压加工后表层质量的变化,并得出其显著性顺序。建立表面粗糙度的解析模型,研究进给量、滚压次数和初始表面粗糙度对表面质量的影响,并与试验结果作对比。方法采用车刀将固定在车床卡盘上的18CrNiMo7-6齿轮钢棒状材料的端面进行精车后,采用超声滚压试验装置对精车后端面进行加工处理。采用三维形貌测量仪等专用设备,对加工完成后的试样表面表面粗糙度、表层显微硬度、表面二维形貌和表层残余应力等进行检测,然后利用正交试验,寻找对试样表面粗糙度影响的显著性因素,建立表面粗糙度的解析模型,对比试验数据和解析模型数据,研究超声滚压对表面粗糙度、表面二维形貌、表层显微硬度和表层残余应力的影响。结果得到的显著性顺序为进给量、主轴转速、次数、振幅、静压力,并且前述给出的粗糙度解析模型可以较好地预测超声滚压后的表面粗糙度,计算得到的理论数据与试验数据较为接近。试样表面的粗糙度Ra由车削加工的3.003μm减小为0.468μm,齿轮钢表层形成了明显的加工硬化层,其深度约为260μm;表层显微硬度从未处理的360.9HV升至417.6HV,比率为15.7%;表层内形成了勺形分布的残余应力,在距离表层60μm处,最大残余压应力形成,为–790.97 MPa,残余压应力层深度达到了800μm。结论超声滚压加工可以显著提高18CrNiMo7-6齿轮钢试样的表面性能,其中以滚压进给量的影响最为显著。     

超声滚压强化7075铝合金工件表面性能的研究

目的探究超声滚压强化技术对7075铝合金工件表面性能的影响。方法对7075铝合金棒状试样精车加工后进行了超声滚压强化处理。综合使用粗糙度测量仪、表面显微硬度仪、金相显微镜以及X射线衍射应力分析仪,研究了处理前后工艺参数中的压下量对试样的表面粗糙度、表面显微硬度、表面微观组织及表面残余应力等表面性能的影响。结果超声滚压强化处理后,试样表面粗糙度由0.976μm降低至0.047μm,表面显微硬度由105.6HV0.2提高至119HV0.2,显微硬度提高了15%。精车加工后,精车试样的表层组织与心部组织几乎无变化。超声滚压强化后,相对心部组织而言,表层晶粒组织得到显著细化,表层均为残余压应力,压应力深度为1.75 mm。残余压应力最大值位于最表层,最大为-174.0 MPa,且距离最表层越远,残余压应力总体呈减小趋势。结论通过对比研究精车试样与超声滚压试样,发现超声滚压强化工艺可以大大地降低试样表面粗糙度,显著地细化表层试样晶粒与提高表面硬度,改善残余应力的分布,并引入一定深度的残余压应力。     

基于自助法的弧齿锥齿轮齿面修正

为了降低弧齿锥齿轮在批量加工制造中存在的齿面偏差,提出一种基于自助法的弧齿锥齿轮齿面修正方法。以同一批次小样本弧齿锥齿轮作为研究对象,在自助法统计齿面偏差检测数据的基础上,得到大量的齿面偏差数据;利用NURBS曲面拟合方法构建齿面的均值差曲面,将它作为实际加工齿面,建立齿面偏差的数字化预控补偿模型,对它进行优化求解,得到批量齿面数控加工的机床修正参数,然后不断调整机床加工参数,实现齿面的预控修正补偿;最后对修正前、后齿面偏差作对比分析。结果表明：小轮齿面偏差比修正前降低了76.66%,验证了自助法齿面修正理论的有效性,对指导弧齿锥齿轮批量齿面修正提供了理论依据。     

等离子抛光时间对3D打印多孔钛表面粗糙度的影响

利用3D打印技术制作仿天然骨的多孔钛骨科植入物具有广阔的前景,等离子抛光技术作为表面技术的一种,可有效去除3D打印多孔钛零件表面附着的颗粒物,降低表面粗糙度。本文分析了不同等离子抛光时间下多孔钛零件外表面及内层孔结构外表面的表面形貌,并测量了其表面粗糙度值。通过实验可得,抛光时间越长,表面越顺滑,表面粗糙度值越低,抛光时间是影响表面粗糙度值的重要因素。根据抛光时间与表面粗糙度值的拟合曲线,得出了在保证零件内外表面的表面粗糙度值在最优值范围下的抛光时间区间。     

微细切削加工表面质量的研究综述

随着微小型零件的广泛使用,对精度和表面质量的要求越来越高,必须进一步解决微细加工中表面粗糙度差、微细毛刺等加工缺陷,提高表面的加工质量。因此,微细切削加工的表面质量受到国内外越来越多学者的关注,并成为研究的重点和热点。综述了微细切削加工中表面质量的研究成果以及研究现状,并进行了分类和总结。首先介绍了微细切削加工的背景和意义,综述了微细切削加工的特点,对微细切削加工表面质量按照表面粗糙度、表面残余应力、表面加工硬化、微细毛刺进行了分类讨论。然后,将微细切削加工工艺分为微细车削、微细铣削、微细车铣、微磨削工艺四个方面展开论述,综述了微细切削加工工艺中对表面质量的试验方法和科研成果,归纳了影响表面质量的相关因素,包括切削要素、刀具要素以及其他的辅助因素等,并总结出影响表面质量的加工规律。最后,对微细切削加工表面质量进行总结,提出一些改善加工表面质量的方式方法以及相关建议。     

仿生防冰表面研究进展

飞机、风电设备和输电线路等覆冰会降低工作效率,造成财产损失,严重时甚至威胁人民生命安全.仿生防冰表面具有低能耗、低污染等优点,成为国际研究热点.首先概述了仿生防冰表面的概念,根据作用机理将仿生防冰表面分为超疏水表面和超润滑表面.分别详细地介绍了两种防冰表面的防冰机理、仿生对象及制备技术.超疏水表面改变水的润湿状态,延迟水滴结冰,减小冰粘附强度,其仿生对象包括荷叶、水稻叶等,其制备技术包括光刻、等离子刻蚀等自上而下方法,及喷涂、化学气相沉积等自下而上方法.超润滑表面将固-气-液界面作用时的空气层替换为液体层,增强润滑,减小冰粘附,其仿生对象包括猪笼草、箭蛙皮肤等,其制备技术主要为多孔制备方法.随后介绍了仿生防冰表面技术的发展趋势.在保证表面疏水/冰性能的同时,直接或间接增强表面的稳定性和耐久性,构建具有良好环境适应性(如超双疏、柔性、透明、自清洁等)与防冰结合的多功能融合表面,是未来仿生防冰表面的重要发展趋势.最后,对当前仿生防冰表面的发展和挑战进行了展望.