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第14届全国青年表面工程学术会议专栏
张广安

表面工程作为支撑国家重大工程及战略性新兴产业的核心技术,自1983 年该概念被提出以来,已发展为融合材料科学、摩擦学、物理学、化学、界面力学、先进制造、腐蚀防护等多学科的前沿领域,在海洋工程、航空航天、核能、半导体、生物医学等关键领域持续赋能,持续推动社会生产力提升与科技进步。 青年科技工作者是表面工程创新发展的中坚力量。 由中国机械工程学会表面工程分会发起的“全国青年表面工程学术会议”,始终致力于为青年学者搭建高水平学术交流平台,促进学科交叉与产学研融合。 历经银川、重庆、苏州、北京、扬州等地十四届会议积淀,已形成千人规模的前沿学术生态圈,成为展示我国表面工程领域创新成果的重要窗口。

“第14 届全国青年表面工程学术会议”于2024 年5 月在“新材料产业之都”宁波圆满召开,聚焦“表面工程的低碳、智能、创新发展”主题,汇聚全国高校、科研院所及企业界青年英才,深入探讨表面工程领域的绿色制造与智能技术前沿。 作为会议成果的集中展现,《材料保护》特开辟“第14 届全国青年表面工程学术会议”专栏,本期专栏精选高水平学术论文,涵盖激光表面改性、功能涂层、环境友好工艺等创新方向,既彰显青年学者的科研锐气,亦为行业转型升级提供理论支撑与技术参考。

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  • 第14届全国青年表面工程学术会议专栏
    李金城, 石烨然, 华东鹏, 周青, 夏桥生, 柴利强, 王海丰, 王鹏
    材料保护. 2025, 58(4): 1-16. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0055
    固体润滑薄膜以其优异的减摩抗磨性能、化学稳定性和高温稳定性在航空航天、核工业及机械制造等领域得到广泛应用。 然而,在太空、核反应堆等极端环境中,固体润滑薄膜易受辐照损伤而导致润滑性能失效。 本文首先介绍了3 类常用的固体润滑薄膜:二维层状润滑薄膜、碳基润滑薄膜和金属基润滑薄膜,并概述了它们在辐照和摩擦学方面的研究进展。 然后,提出了该领域目前存在的问题,并总结了该领域未来的发展方向。 最后,针对固体润滑薄膜在辐照环境下面临的挑战,从热退火处理、元素掺杂、多层复合膜结构设计、界面调控、晶粒细化5 方面展望了提高3 类常用的固体润滑薄膜抗辐照性能的措施。 该综述旨在帮助研究人员了解该领域研究的重要性及紧迫性,以推动具有优异抗辐照性能的固体润滑材料在苛刻辐照领域的发展应用,从而确保其机械部件在极端环境下的可靠性和稳定性。
  • 第14届全国青年表面工程学术会议专栏
    郑雅昕, 范炳成, 刘毅
    材料保护. 2025, 58(4): 17-29. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0056
    磷酸钾镁水泥(Magnesium Potassium Phosphate Cement, MKPC)作为一种新型无机胶凝材料,具有凝结速度快、早期强度高、结构致密、耐磨性能好等特点。 以磷酸钾镁水泥为黏结剂,通过添加剂、矿物掺合料及复合改性等方法对其进行改性,可制备出具有优异防腐性能的金属防护涂层,其主要用于钢材表面的防腐蚀保护。 本文总结了磷酸钾镁水泥基涂层的水化与防腐机理,及其材料组分和配合比对涂层防腐性能的影响,重点概述了磷酸钾镁水泥基防腐涂层的改性研究,介绍了该类涂层的施工工艺与性能评价方法,并对磷酸钾镁水泥基涂层在防腐领域中的发展前景进行了展望。
  • 第14届全国青年表面工程学术会议专栏
    王建刚, 范宇星, 张欣, 王玉江, 罗伟, 王磊, 汪晶晶
    材料保护. 2025, 58(4): 30-39. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0057
    类金刚石薄膜(Diamond-Like Carbon, DLC)因其优异的润滑耐磨性能在多个领域备受关注。 本文系统综述了磁控溅射技术在DLC 薄膜制备中的研究进展,重点探讨了工艺参数及元素掺杂对薄膜性能的调控机制。首先,分析了气体流量比、偏置电压和电流等关键参数对DLC 薄膜微观结构及摩擦学性能的影响:通过优化气体流量比(如Ar/CH4)可调控sp2/sp3 键比例,降低摩擦系数;控制偏置电压能够平衡薄膜硬度与表面缺陷;调节电流则直接影响离子通量及sp3 键稳定性。 其次,总结了非金属(Si、N、F)与金属(Cr、Ti)元素掺杂的作用机理:Si 掺杂增强高温稳定性并降低残余应力,N 掺杂促进石墨化结构形成,F 掺杂通过C-F 键钝化表面悬键;Cr 和Ti 的引入则通过碳化物相抑制氧化并优化力学性能。 最后对DLC 薄膜技术的未来发展前景进行了展望。
  • 第14届全国青年表面工程学术会议专栏
    傅硕, 许爱军, 徐雅欣, 朱丽娟, 娄丽艳, 李文亚
    材料保护. 2025, 58(4): 40-47. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0058
    钛合金在超深井钻探领域具有广阔的应用前景。 为提高钛合金钻杆表面耐磨性,采用激光熔覆技术制备了WC 梯度耐磨涂层。 使用OM、SEM、EMPA、XRD、硬度机、摩擦磨损试验机及白光干涉扫描仪研究了梯度耐磨涂层的显微组织、相组成、元素分布、力学性能及摩擦磨损性能。 结果表明,梯度耐磨涂层物相主要由α-Ti、WC、TiC、TixW(1-x)固溶体及少量Y2O3构成。 梯度涂层层间及底层与基材存在数10 μm 的互扩散层,并在层间形成了冶金结合,提高了涂层的结合性能。 梯度耐磨涂层顶层的耐磨性相较于TC4 基材提高了1.45 倍,TC4 及梯度耐磨涂层的磨损机制为黏着磨损与磨粒磨损。 梯度涂层耐磨性相较于基材有提高。
  • 第14届全国青年表面工程学术会议专栏
    肖家林, 陈云锋, 李浩, 所新坤, 曹均
    材料保护. 2025, 58(4): 48-55. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0059
    为提高铜合金轴瓦在甲醇燃料泄漏环境下的摩擦学性能和防腐性能,在CuPb24Sn 表面采用液体喷涂法设计制备了Ti3AlC2和B4C 填充的环氧树脂(EP)涂层。 通过电化学阻抗谱测试表征了复合涂层在体积比1 ∶9的甲酸与甲醇混合溶液中的耐腐蚀性能,并通过高频往复摩擦磨损试验研究了该涂层在甲酸+甲醇+润滑油复杂工况下的温升摩擦学性能和磨损机理。 结果表明,所制备的Ti3AlC2和B4C 填充EP 涂层具有优异的耐腐蚀性能。 在甲酸+甲醇+润滑油的复杂工况下,涂层的摩擦系数随着温度的升高而减小,而涂层的磨损率随着温度的升高而增大。 涂层在75 ℃下的磨痕较25 ℃更宽,磨痕表面出现了明显的犁沟效应。 通过MS 模拟计算,发现环氧树脂的抗剪切强度随温度升高而降低是导致涂层磨损率变化的主要原因。
  • 第14届全国青年表面工程学术会议专栏
    汪永宏, 张春霖, 张诗涵, 于建平, 刘英夫, 解志文
    材料保护. 2025, 58(4): 56-69. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0060
    为了深入研究等离子堆焊工艺参数中堆焊电流对FeCoNiAlTi 高熵合金涂层微观组织结构及力学性能的影响,采用5 种不同堆焊电流(140,160,180,200,220 A)进行涂层制备,并利用XRD、OM、SEM、显微维氏硬度计、台阶仪、摩擦磨损仪和万能试验机分别对涂层的微观结构、硬度、耐磨性和拉伸性能进行评判。 结果表明:随着堆焊电流的增加,涂层的孔隙率及元素偏析得到了明显的改善,然而对涂层物相组成没有显著影响,涂层主要由典型的FCC 固溶体相和Co3Ti 析出相组成。 当堆焊电流为180 A 时,T3 涂层的表面显微硬度最高为322.77 HV0.2,约为基体的2 倍。 同时,T3 涂层耐磨损性能表现最佳,最大磨损深度仅为2.144 μm,平均摩擦系数为0.362,且具有最少磨损率3.83×10-6 mm3/(N·m)。 此外,T3 涂层抗拉强度和延伸率分别为948 MPa 和26.61%,展现出较为优异的强韧性。
  • 第14届全国青年表面工程学术会议专栏
    罗茂亮, 张秀菊, 周巧燕, 康佳, 郭光召, 王靓, 刘欢
    材料保护. 2025, 58(4): 70-77. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0061
    垃圾焚烧厂尾部烟道的低温腐蚀问题制约着焚烧炉的安全稳定运行。 本研究针对沿海某垃圾焚烧厂除尘器灰斗的低温腐蚀问题,通过分析腐蚀产物及表面沉积灰的微观形貌、元素组成、晶相组成及离子溶出特性,揭示了烟气冷凝酸液与沉积灰共同作用下的低温腐蚀机制。 结果表明:灰斗腐蚀产物中除了铁氧化物,表面还粘附着大量富含碱金属盐(NaCl、KCl、CaClOH 等)的沉积灰。 在冷凝酸液与沉积灰共同作用下,除尘器的腐蚀介质中包含Cl、Ca2+、K、Na等影响设备表面电化学腐蚀的离子,其中Ca2+溶出浓度达0.35 mol/L,占阳离子总浓度81.4%,Cl溶出浓度达0.55 mol/L,占阴离子总浓度96.5%。 电化学阻抗谱测试结果进一步表明,Ca2+与Cl的存在显著降低了电化学腐蚀反应的电荷转移电阻,是影响腐蚀的关键离子。 本研究为用于低温腐蚀防护的表面涂层设计提供了指导意义。
  • 第14届全国青年表面工程学术会议专栏
    王宏宇, 王一雍, 王露彬, 梁智鹏
    材料保护. 2025, 58(4): 78-89. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0062
    提高结晶器铜板表面的抗摩擦磨损性能和耐腐蚀性能,对连铸结晶器的研发与改进具有重要的研究意义与研究价值。 本研究在氨基磺酸盐体系中加入平均粒径为20 nm 的纳米Al2O3 颗粒制成镀液,超声辅助下在Cu-Cr-Zr合金基体表面电镀Ni-Co/Al2O3 纳米复合镀层,并通过摩擦磨损、高温氧化、显微硬度、结合力、耐腐蚀等测试对复合镀层进行性能表征。 结果表明:最优工艺参数为电流密度5 A/dm2、镀液温度50 ℃、纳米Al2O3 浓度10 g/L、施镀时间1.00 h、超声功率200 W,机械搅拌500 r/min;此工艺下Ni-Co/Al2O3 纳米复合镀层表面显微硬度最高,组织排列最细小紧密,且纳米粒子分散均匀嵌入在基质金属中,无明显的团聚现象产生,微观形貌达到最优;超声辅助下所制备的Ni-Co/Al2O3 纳米复合镀层在400 ℃下具有优良的抗高温氧化能力;与Cu-Cr-Zr 合金、Ni-Co合金镀层相比,Ni-Co/Al2O3 纳米复合镀层具有最优的抗摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。