0 引言

先進材料是實現核電、船舶、運載火箭、衛星 及航空航天飛行器等先進裝備高性能、高可靠 性、輕量化、小型化的基礎和保障。隨著我國海 洋工程、空間站、深空探測、重型運載火箭、大飛 機、天地往返以及核電等重大戰略工程的實施， 在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕介質、輻射環境 等條件下，關鍵部件材料可靠防護與長期可靠服 役成為限制上述高端裝備發展的主要瓶頸之一， 其中苛刻工況下材料的腐蝕、磨損是主要失效行 為。近年來，國內外針對材料的腐蝕與防護、減 摩與潤滑、耐磨與強化以及維修與再制造 4 個領 域開展了大量研究。針對海洋大氣、深海、高原 嚴寒以及核輻照環境開展了材料腐蝕機制與防護 技術研究；針對航空航天、地質鉆探等行業，開 展了長壽命固體潤滑、高溫固體潤滑、材料表層 硬化等潤滑與強化技術研究；針對裝備的修復與 延壽，創立了再制造技術領域，并開展了大量研 究。以下將從這幾個方面綜述苛刻環境下材料表 面防護技術應用現狀與發展情況。

1 腐蝕與防護技術 

材料的腐蝕問題伴隨材料的設計而產生，一 直影響其服役壽命。隨著我國高端裝備的發展， 材料的應用環境愈發嚴酷，對材料的防護提出更 高的要求。軍事裝備作為國防建設的核心內容之 一，具有種類多、數量大、存儲時間長以及應用 環境復雜多樣的特點[1]。尤其是飛機、船舶和核電 等大型裝備，通常要求其能夠在嚴酷的環境中長 期使用，任何一個零部件的腐蝕都會給整個裝備 帶來安全隱患，影響裝備運行服役。在諸多自然 環境中，海洋是極為苛刻的腐蝕環境，普通的材 料氧化膜對于海洋環境的保護作用較弱。據不完 全統計，海洋腐蝕損失約占材料總腐蝕損失的 1/3，因此海洋腐蝕導致的損失是遠高于其他環境 腐蝕[2]。針對海洋環境中機械腐蝕、電化學腐蝕及 生物腐蝕作用影響，其防護主要分為 3 個方面：材料的選擇和合理設計，材料的表面保護，以及 外加電流或犧牲陽極的陰極保護。此外，極地高原地區材料老化、風蝕和磨 蝕，以及核反應堆中高溫高壓和輻照等問題同樣 值得引起關注。

1.1 海洋大氣環境腐蝕與防護 

海洋大氣腐蝕主要由潮濕大氣環境下的薄液 膜所導致，腐蝕多發生在高溫高濕的沿海地區。尤其是當高溫高濕的海洋大氣中含有酸性污染物 或者鹽分顆粒時，腐蝕問題將進一步加重。高溫 高濕的大氣環境會造成金屬基材的腐蝕，例如輕 武器在高溫高濕的海洋大氣環境中常發生的彈匣 斑塊腐蝕等；同時極易導致裝備涂鍍保護層的失 效，例如彈箭在儲存過程中發生的涂層老化、膜 下腐蝕、鼓泡、脫落等；高溫高濕大氣環境還會 引起橡膠、塑料等非金屬材料的變形、變脆、龜 裂、溶脹、長霉等現象[1]。采用涂層表面防護技術對軍事裝備進行防護 是目前廣泛應用且行之有效的防腐技術之一。表 面防護涂鍍層的設計與選擇需充分考慮軍事裝備 不同的應用環境，根據實際需要研究具有特殊功 能的涂鍍層防護體系。例如杜克勤等[3] 采用雙極 性脈沖控制方式對鎂合金進行微弧氧化，改善了 其膜層的抗腐蝕性能。Li 等[4] 通過直流磁控濺射 在 316L 不銹鋼上制造了具有不同調制周期的 Cr/GLC 多層膜，顯著提高了其人工海水中的摩擦 磨損性能。對于容易受到海水浸泡的艦艇表面， 采用電弧噴涂鋅、鋁涂層等賦予艦艇金屬表面優 良的耐海水腐蝕能力[5]。應對海水中微生物的附著 及腐蝕問題，船舶工業中采用了具有防污功能及 殺菌功能的智能涂層進行涂裝[6]。除上述幾種常用 表面涂鍍技術外，其它表面防護技術，如非晶態 合金化學鍍層、納米顆粒復合涂層等同樣展現出 了巨大的應用潛力[7]。目前石墨烯涂層以及自修復涂層等是海洋防 腐涂層近年來研究的熱點。對于石墨烯的研究， Chen 等[8] 制備的石墨烯涂層，其抗氧化性相對于 原來的 Cu/Ni 基體有大幅度提高。對于石墨涂料 的研究主要集中于有機涂料、無機涂料兩類， Prasai 等[9] 最早發明制備石墨烯涂料的方法，即以 聚甲基丙烯酸甲酯為中間介質將需要的石墨烯涂 層制備在基體表面，材料的抗腐蝕性能得到了大 幅度提升。另外，石墨烯也可以用于對現有涂料 的改性，例如中科院寧波材料所[10] 將石墨烯添加 到水性環氧涂料，與純環氧樹脂防腐涂料相比， 其涂層的性能得到改善。另一方面，石墨烯改性 在無機涂料領域的應用逐漸增多，萬春玉等[11] 研1.1 海洋大氣環境腐蝕與防護 海洋大氣腐蝕主要由潮濕大氣環境下的薄液 膜所導致，腐蝕多發生在高溫高濕的沿海地區。尤其是當高溫高濕的海洋大氣中含有酸性污染物 或者鹽分顆粒時，腐蝕問題將進一步加重。高溫 高濕的大氣環境會造成金屬基材的腐蝕，例如輕 武器在高溫高濕的海洋大氣環境中常發生的彈匣 斑塊腐蝕等；同時極易導致裝備涂鍍保護層的失 效，例如彈箭在儲存過程中發生的涂層老化、膜 下腐蝕、鼓泡、脫落等；高溫高濕大氣環境還會 引起橡膠、塑料等非金屬材料的變形、變脆、龜 裂、溶脹、長霉等現象[1]。采用涂層表面防護技術對軍事裝備進行防護 是目前廣泛應用且行之有效的防腐技術之一。表 面防護涂鍍層的設計與選擇需充分考慮軍事裝備 不同的應用環境，根據實際需要研究具有特殊功 能的涂鍍層防護體系。例如杜克勤等[3] 采用雙極 性脈沖控制方式對鎂合金進行微弧氧化，改善了 其膜層的抗腐蝕性能。Li 等[4] 通過直流磁控濺射 在 316L 不銹鋼上制造了具有不同調制周期的 Cr/GLC 多層膜，顯著提高了其人工海水中的摩擦 磨損性能。對于容易受到海水浸泡的艦艇表面， 采用電弧噴涂鋅、鋁涂層等賦予艦艇金屬表面優 良的耐海水腐蝕能力[5]。應對海水中微生物的附著 及腐蝕問題，船舶工業中采用了具有防污功能及 殺菌功能的智能涂層進行涂裝[6]。除上述幾種常用 表面涂鍍技術外，其它表面防護技術，如非晶態 合金化學鍍層、納米顆粒復合涂層等同樣展現出 了巨大的應用潛力[7]。目前石墨烯涂層以及自修復涂層等是海洋防 腐涂層近年來研究的熱點。對于石墨烯的研究， Chen 等[8] 制備的石墨烯涂層，其抗氧化性相對于 原來的 Cu/Ni 基體有大幅度提高。對于石墨涂料 的研究主要集中于有機涂料、無機涂料兩類， Prasai 等[9] 最早發明制備石墨烯涂料的方法，即以 聚甲基丙烯酸甲酯為中間介質將需要的石墨烯涂 層制備在基體表面，材料的抗腐蝕性能得到了大 幅度提升。另外，石墨烯也可以用于對現有涂料 的改性，例如中科院寧波材料所[10] 將石墨烯添加 到水性環氧涂料，與純環氧樹脂防腐涂料相比， 其涂層的性能得到改善。另一方面，石墨烯改性 在無機涂料領域的應用逐漸增多，萬春玉等[11] 研究發現，在無機防腐涂料中添加石墨烯，在涂覆 量僅有 100~150 mg /dm2 的情況下，涂層的抗鹽霧 能力可高達 1200 h，說明其防腐性能得到大幅度 改善。沈海斌等[12] 用石墨烯代替金屬鉻添加到達 克羅涂料中，涂層也可以具有較好的抗腐蝕性 能，同時對于環境也十分友好。自修復防腐涂層是新興智能防護涂層的一 種，當涂層被破壞損傷后，涂層在一定條件下恢 復其抗腐蝕的性能。現有的自修復涂層主要分為 自主修復和非自主修復兩類，自主修復涂層常以 包埋的成膜物質或緩蝕劑對受損涂層進行修復。Yang 等[13] 采用界面聚合的方法，異氰酸酯與水分 子反應填充涂層損壞后的缺陷。Aoki 等[14] 在醇酸 樹脂涂層加入十二烷胺緩蝕劑，驗證了緩蝕劑可 以減弱其腐蝕。對于非自主修復類的涂層，依靠 溫度、光照等外界環境對涂層進行修復，Guo 等[15] 設計出一種基于紫外光引發陽離子聚合的修 復涂層。

1.2 深海環境腐蝕與防護 

在深海領域海水的溶解氧含量、鹽度、溫度 及生物條件等都與淺海有一定差異，材料在深海 領域中的腐蝕行為與淺海有所不同[16-17]。就海水中 的溶氧量而言，隨著海洋深度的增加，海洋中的 溶解氧逐漸降低，但由于有洋流的補充，深海領 域中溶解氧又會逐漸增加。其次，深海領域中的 鹽度含量約為 35PSU，不會隨深海深度有所改 變[18]。隨著海洋深度的增加，海水的溫度逐漸降 低，這樣會降低陰極和陽極過程的反應速度，同 時可以降低氧的擴散速率，深海環境中材料的腐 蝕有所減緩，尤其是碳鋼等金屬材料。此外，由 于微生物的存在，金屬材料在淺海中腐蝕較為嚴 重，而在深海領域中海洋微生物數量稀少，材料 的腐蝕多是由厭氧菌造成的，這種情況多發生于 深海海底。東北大學的研究者通過搭建系列深海 模擬裝置，研究發現深海環境的電化學腐蝕更加 嚴重，而犧牲陽極性能下降，電偶腐蝕加劇[19]。深海領域設備腐蝕防護的主要措施有防腐涂 層和陰極保護。與淺海防腐涂層不同，深海環境 下涂層的防護性能和服役壽命主要與高水壓下涂 層的滲透行為有關。國外對深海環境中各類設備 的腐蝕問題進行系統的實驗和總結，都是以環氧 類涂層為主，但尚未建立針對深海裝備的耐壓力防腐蝕涂層的相關標準規范。國內對于深海裝備 防腐涂層，要求其服役壽命一般不低于 15 年，但 目前其使用壽命距要求還有一定差距，而國內深 海裝備防腐涂層主要有環氧樹脂類防腐涂層、氟 碳防腐涂層及有機硅樹脂涂層等。相對于淺海， 陰極保護在深海環境下的中腐蝕防護系統因為水 壓的問題發生了較大變化。就犧牲陽極保護而 言，其抗腐蝕性能在深海環境下有所下降。國外 的科研人員為解決其防護問題需要在不同海域、 不同深度進行了系統的試驗測試研究，以開發更 合適的犧牲陽極材料。國內在深海環境下陰極保 護方面的研究主要集中在保護機制和影響因素等 方面，并得到一個完整的大數據。

1.3 極寒、高原腐蝕與防護 

相對于常見氣候，極寒、高原地區的環境更 為嚴苛。高原環境主要為極端高低溫和高輻照強 度；氣溫低和風速高也是極地的氣候特征，如北 極地區，其溫度最低達–60 ℃，風速最大達 50 m/s。此外，極地環境還存在碎冰磨蝕等問題。極寒、高原地區的防腐有機涂層包括傳統的 環氧涂層、醇酸涂層以及聚氨酯涂層等。丙烯酸 樹脂面漆也具有較好的耐候性，與環氧漆和醇酸 漆相比，其光澤保持度較好，適合在較低溫度下 使用。極寒、高原環境雖低溫干燥，但臭氧濃度 高、紫外輻照較強，涂層老化較快，粘結力降 低、變色、粉化、失去光澤等。針對于極寒環境的 研究熱點是通過降低涂層表面的粘附力實現抗結 冰目的，主要分為犧牲性涂層、疏冰涂層和超疏 水涂層 3 大類[20]。Ayres 等[21] 通過溶膠-凝膠法制 備出一種抗結冰緩釋涂層，可以有效的減小表面 結冰附著力，抗結冰效果明顯。美國 NuSil 公司 開發出一種有機硅涂層，其抗結冰效果明顯，是 少有的疏冰涂層[22]。而抗結冰涂層絕大部分是超 疏水涂層涂層，Wang 等[23] 制備了納米級氟碳膜 涂層，可以有效地延遲結冰時間。金屬裝備及構件的應力腐蝕斷裂同樣是極 地、高寒防腐領域面臨的重點問題之一。應力腐 蝕一般發生在較低的應力和腐蝕性較弱的介質 中，斷裂失效發生突然，危害極大。飛機的金屬 構件中，例如門框、翼梁、螺旋槳轂等[24]，均會因 應力腐蝕斷裂而遭受嚴重破壞。高原荒漠中的沙塵會給軍用裝備、系統和機載設備帶來嚴重磨蝕問題[25]。例如直升機旋翼誘 發的湍流氣流中裹挾的沙塵碎石會磨損飛機的活 動部件、金屬表面以及涂鍍層。細小的沙塵顆粒 極易進入機身內部，并破壞機體內部的精密金屬 結構及電子系統。針對易遭受風沙磨損的飛機鋁 基體蒙皮和其他金屬結構件，采用帶有彈性聚氨 酯面漆的復合涂層能夠有效抵御砂石等堅硬物質 的磨蝕[26]。激光熔覆銅基、鎳基合金涂層以其硬 度高、耐磨性好等特點，被用于延緩火炮駐退機 節制環的磨損失效[27]。

1.4 核輻照腐蝕與防護 

對于核電技術的發展，我國研究方向主要集 中在核電設備所用的燃料包殼、發電裝置等。但 是就核反應堆而言，其高溫、高壓和強輻照所造 成的腐蝕對于材料的選用提出更苛刻的要求。鋯合金包殼的燃料體系已經在輕水反應堆 (Light water reactors, LWRs) 中成功使用了 40 多 年，表現出良好的抗輻照和抗腐蝕性能。在輕水 反應堆這種苛刻環境下，對包殼材料及其他設備 的抗高溫、抗腐蝕的性能要求較高，最關鍵的是 材料也能抵抗輻照損傷。根據現有的研究成果， 鋯合金的替代材料主要分為兩類：一類是以 FeCrAl 為主的 Fe 基合金材料；另外一類是陶瓷 材料如 SiC/SiC 復合材料、MAX 相陶瓷材料等。但不管是新型的合金材料還是陶瓷材料都存在一 定的問題，就 Fe 基合金材料而言，其機械加工及 焊接需要進一步研究；而陶瓷材料因為其固有的 特性即脆性高、強度低等很難真正設計為包殼 結構。同時，正開發用于鋯合金的事故容錯涂層， 該涂層可以在非正常高溫或 LOCA 條件下提供必 要的保護，也可以在 LWRs 中提高材料的抗高 溫、高壓、水蒸氣等性能。新型三元層狀結構 MAX 相陶瓷材料，具備較高的楊氏模量，較低的 維氏硬度和剪切模量，易加工，導熱、導電性能 較好等[28-30]。含鋁的 MAX 相材料氧化后產物為 Al2O3，由于其熱膨脹系數[30] 和氧化前基本一致， 使其能夠致密覆蓋在材料表面形成氧化膜。基于 MAX 相材料的輻射耐受性和結構穩定性，可以將 其應用于先進核反應系統中。MAX 相材料更高的 抗輻照損傷能力，可使目前的核反應堆工作于更 高的溫度。國內外對 MAX 相涂層的制備進行了 不斷嘗試，Frodelius 等[31] 采用超音速火焰法成功 在不銹鋼表面制備出厚度大于 100 μm 的涂層，并 且對其進行了系統分析；Zhang 等[32] 運用離子噴 涂技術在 Inconel600 基體上噴涂 Ti2AlC 涂層，但 噴涂過程中 Ti2AlC 會發生分解，其最高的保有量 為 26.0%。Tang 等[33] 通過元素的非反應磁控濺射 在 Zircaloy-4 基材合成致密的純相 Ti2AlC 涂層， 其厚度約為 5.5 μm；Maier 等[34] 在 Zircaloy-4 基體 上沉積了厚度 90 μm 的 Ti2AlC 涂層，700 °C 環境 空氣中的氧化試驗和 1005 °C 下進行的 LOCA 測 試表明，該涂層具有用于核燃料包殼的潛力。

2 減摩與潤滑技術 

磨損失效是機械裝備失效的主要原因。減小 磨損的最有效辦法，是采用先進的潤滑材料和技 術。對于航空航天等高技術裝備來說，服役工況 極端惡劣，經常遭受高真空、高溫、高壓等特殊 考驗，傳統的流體潤滑技術已不再適用，固體潤 滑技術為解決長壽命高可靠性工程裝備設計制造 的瓶頸難題發揮了重要的作用。目前已經發展了 以二硫化物屬、軟金屬、碳材料、聚合物、陶瓷氧 化物、氮化物、碳化物等為主的潤滑材料體系， 采用了粉末冶金、涂料涂裝、真空氣相沉積 (PVD、 CVD 等)、熱噴涂 (等離子、超音速噴涂等)、激光 處理 (熔覆、合金化、熱處理、織構化等)、液相表 面改性 (化學和電化學表面改性)、表層強化 (離子注入、滲碳、滲氮、噴丸等)、自組裝分子有序膜 等制備技術。隨著空間站、高推重比航空發動 機、高溫氣冷堆等國家重大裝備工程的實施，對 潤滑材料又提出了更高的要求：①服役環境更加 復雜、苛刻，對復雜多環境適應性提出要求，例 如高推重比發動機熱端溫度范圍不斷提高，天地 往返飛行器面臨“空天地”多環境服役要求，核反 應堆裝備還需耐受核輻射等；②更高的可靠性和 更長的服役壽命，例如新型航天器機構在軌設計 使用壽命已由原來的 3~5 年提高到 8~10 年甚至 15 年；③新型功能要求，除了滿足潤滑功能外， 還需兼具導電、導熱、防核輻射、吸波等新的功 能。以應用需求為牽引，潤滑材料總體向著多功 能、智能自適應和超長壽命等目標不斷發展。

2.1 多環境自適應智能潤滑材料和技術 

近年來，空間/臨近空間飛行器是國內外研究的熱點。這些裝備的運動部件，需要在多種極端 惡劣環境以及變工況條件下服役。運動部件不僅 要經受多種嚴酷環境和極端變工況 (大交變接觸應 力、瞬時過載等) 的考驗，而且對精度、壽命、承 載等方面的要求非常高。極端變工況和多環境服 役條件下的高效、可靠潤滑問題已成為空間/臨近 空間裝備關鍵運動部件面臨的共性問題。美國 MTI 項目對 NASA 多年空間機械失效的 分析指出，發展能夠適應多種環境和變工況條件 下的新型智能潤滑材料，是提高裝備系統在變工 況下可靠性和攻克其在多環境下長壽命的關鍵技 術之一。固體潤滑材料要具備低環境敏感性、自 適應、自修復等功能，必須具備兩方面條件：①必須包含在多環境和多工況條件下具有最佳潤 滑功能的各種材料組成，以充分利用各組分的協 同效應；②材料的成分、微結構以及表面化學狀 態能夠對服役溫度、接觸應力、氣氛或介質的變化做出響應，并表現出穩定可靠的低摩擦磨損， 進而適應環境變化的影響。采用納米化、多元 化、復合化的組分結構設計思路，借助界面結 構、表面織構化的主動設計，是研制具有低摩 擦、高強韌、長壽命、多環境適應性 (智能) 等特 性于一體的固體潤滑材料的基本理念和理想途 徑。21 世紀初，美國空軍研究實驗室 (AFRL) 進 一步開展了自適應“智能”固體潤滑薄膜的研究工 作，發展的自適應復合薄膜包括 YSZ/Au/DLC/ MoS2、WC/DLC/ MoS2、YZS/Ag/Mo/ MoS2 等[35-36]。此后，A.A. Voevodin 進一步發展了自適應固體潤 滑復合薄膜思想[37-38]，提出在接觸應力、摩擦熱、 外界高溫的作用下，固體潤滑復合薄膜的微觀結 構會發生相應的轉變，如碳薄膜材料中 sp3 -sp2 的 轉變或類金剛石向類石墨碳的轉變，MoS2、 WS2 的重結晶和重組裝，以及復合薄膜中不同組 分之間的相互反應等。

國內在此方面的研究雖起步較晚，但也逐漸 引起重視并取得了良好進展，中科院蘭州化物 所、中科院寧波材料所、清華大學等單位，都分 別對多環境自適應潤滑材料體系的制備物性與應 用探索開展了研究[ 3 9 - 4 1 ]。采用強碳 (W、M o、 Ti 等) 與弱碳金屬 (Al、Cu、Ag 等) 多元摻雜復合 技術，獲得了具有高硬度、高韌性以及一定摩擦 自適應特性的碳基固體潤滑復合薄膜，并提出了基于非晶/納米晶多尺度耦合設計的環境自適應固 體潤滑薄膜構筑理念。設計制備了不同調制周期 的 MoS2/a-C:H 多層薄膜[42]，結果表明軟硬交替多 層薄膜不但界面結合良好，而且多界面的設計有 效地阻止了裂紋擴展。多層膜兼具了軟層低剪切 力和硬層高承載力的優異性能，在摩擦誘導雙元 復合協同潤滑作用下，MoS2/a-C:H 納米多層薄膜 在真空、空氣、惰性氣氛多種環境氣氛中都展示 了優異的摩擦學性能 (GJB3032-97 測試條件下摩 擦因數均小于 0.04，磨損壽命超過 3×105 r)，實現了多環境潤滑適應性。

2.2 寬溫域自適應潤滑材料與技術 

普通油脂類潤滑材料最高使用溫度一般不超 過 200 ℃，聚合物基自潤滑材料 (包括有機涂 層) 的最高使用溫度為 400 ℃，在高溫環境下，潤 滑材料和技術的選擇面迅速變窄。隨著高新技術 的發展，以航空航天發動機、空氣箔片軸承、渦 輪增壓器等系統裝備的服役溫度越來越高，尤其 是大多數軍用發動機運動部件所處的溫度高于 800 ℃，其運動部件的潤滑和耐磨問題成為決定 裝備可靠性和壽命乃至整個系統設計成敗的關 鍵。以航空領域為例，隨著航程和速度的進一步 提高，對發動的推力和推重比提出了更高的要 求，發動機的壓力比、進口溫度、燃燒室溫度以 及轉速均大幅提升。發動機中運動部件的工作溫 度將大幅度提高，高溫潤滑問題已經成為技術發 展的瓶頸。除此之外，在發動機啟動與停車階 段，還需經歷室溫至高溫和高溫至室溫的變化過 程。上述環境為典型的航空發動機極端寬溫域環 境，迫切需要解決 1000 ℃ 范圍內連續、多循環潤 滑問題。NASA Glene 研究中心率先于 20 世紀 70 年代 開展寬溫域自潤滑材料研究，分別發展了 PM 系 列的自潤滑復合材料和 PS 系列的熱噴涂自潤滑涂 層[43-45]。PM/PS212 成功地實現了從室溫到 800 ℃ 的連續潤滑，他們的設計理念是將低溫潤滑材料 (15% 的銀) 和高溫潤滑材料 (15% 的 CaF2/BaF2 共 晶物) 分散混合在高溫金屬基體 (70% 的鎳/鈷合 金) 中，在不同溫域內各潤滑材料顯出各自的潤滑 性能，從而達到寬溫域連續潤滑。由 Ni-Cr、Cr2O3、 Ag 和 BaF2/CaF2 等組成的 PS304 等離子噴涂復合 涂層，成功應用于箔片空氣動壓軸承在低溫到高溫起停時的潤滑，可達到箔片軸承在高于 650 ℃ 啟停 10 00 0 次的效果。目前國外已經利用 PVD 技術發展了在空氣中熱穩定性能達到 1000~ 1200 ℃ 的 PVD 硬質高溫耐磨涂層，如 Balzers 公 司推出 AlCrN 基涂層、IonBong 公司的 TiSiN 基 涂層等。上述涂層在超過 1000 ℃ 的高溫條件下 也具有優異的耐磨防護性能，但是這些涂層的摩 擦因數很大，高達 0.5 以上，潤滑性能較差。在 PVD 高溫潤滑涂層方面主要有 3 大類型：①多元 金屬涂層如 Cu/Ni/Ag、Ag/Ti，Au/Cr 等。②雙金 屬氧化物 MexTMyOz(其中，Me 為貴金屬，TM 為過渡金屬)。如 AgMoxOy、AgVxOy、CuMoxOy 等。③氮化物基溫度自適應涂層。該類涂層以 MeN 為基礎抗磨相，采用潤滑劑復配技術，在溫 度連續變化過程中，引發涂層發生潤滑劑擴散遷 移、生成氧化物等變化，使得涂層具備優異的寬 溫域潤滑性能。美國空軍研究基地研究 了 MoS2 與 PbO 或 WS2 與 ZnO 等低溫潤滑劑組配制 備復合薄膜，發現利用摩擦化學反應在高溫條件 下分別生成 PbMoO4 或 ZnWO4 作為高溫固體潤滑 劑，可實現在寬溫度范圍內潤滑劑可持續補充的 連續潤滑。這一研究發現“激活”了寬溫域高溫固 體潤滑材料的研究思路。美國空軍材料制造研究 室發展了 VN/Ag、MoN/Ag 涂層和 MoN/MoS2/Ag 三元復合涂層體系[46]，在室溫~300 ℃ 溫度范圍 內，MoS2 起到潤滑作用；在 300~500 ℃ 范圍 內，Ag 擴散到涂層表面起潤滑作用；在 500~800 ℃ 時，氧化生成 AgMoxOy 層狀氧化物起到潤滑作 用，從而實現室溫到 800 ℃ 高溫的連續潤滑。然而上述設計思想的不足是：一方面，組分 太過復雜，材料結構及性能調控較為困難；另一 方面，多種潤滑劑雖然能夠在各自溫度段發揮作 用，但在高溫下一些中低溫潤滑相的化學組分和 結構較初始時會發生不可逆的變化，再次使用時 性能也就大幅退化。氧化物陶瓷是一種優異的耐高溫、抗氧化材 料，而且兼具一定的潤滑特性。然而其脆性極 差，高應力作用下壽命受到限制。李紅軒等[47] 從 PVD 單相氧化鉻陶瓷薄膜入手，利用熱處理過程 中元素熱擴散現象實現材料重結晶及結構自組 裝，不僅克服了氧化鉻陶瓷材料的脆性問題，同 時利用特有的自組裝表面形貌及其優異的化學和 熱穩定性，獲得了在 5 次熱循化條件下優異的寬 溫域自適應潤滑性能 (0~1000 ℃ 溫域范圍內，摩 擦因數小于 0.3，磨損率：1.5×10?6 mm3 /Nm)。而 且在溫度循環的摩擦過程中，熱擴散導致的自組 裝結構可以發生溫度響應的智能補給，持續發揮 減摩抗磨作用。氧化物陶瓷材料是一個龐大的家 族，還擁有眾多的優異特性，圍繞氧化物陶瓷材 料體系設計，并主動控制熱擴散過程，將會是寬 溫域自潤滑材料非常有希望的研究方向。 

2.3 空間導電與潤滑功能一體化材料與技術

對于高精密的空間電接觸部件，傳統采用金 作為電接觸材料，主要是因為，金有著優異的化 學穩定性、導電性和導熱性，在空間環境下比較 穩定。缺點是硬度較低，易發生磨損，因此，常 加入鈷、銀、銅、鉑、鈀等元素做成合金來提高金的綜合性能。然而單純的金-金配副在真空載流條 件下摩擦因數會呈現一個很高的水平，《空間摩 擦學手冊》[48] 數據表明金-金配副典型摩擦因數 為 0.8，會造成嚴重的磨損，壽命較低。為此從國 內外就如何改善真空電接觸界面間的摩擦磨損狀 態均開展了大量的研究工作[49-51]，主要研究機構 有：IMI (UK)、Le Carbone (France)、Carbex (Sweden)、 ESTL, NASA (USA)、Boeing (USA)、中科院蘭州 化物所、中南大學、昆明貴金屬研究所等。改善 的途徑主要集中在復合各種潤滑材料，結合制備 技術的發展，不斷優化和創新材料體系。

潤滑材料的復合需要綜合兼顧其導電性和真 空潤滑性能。石墨是最早廣泛使用的電接觸潤滑 材料，它兼具優異的潤滑、導電和導熱性能，特 別是對于大氣環境下大載流條件，石墨/Ag 復合 材料發揮了重要的作用。然而石墨在真空環境下 摩擦性能迅速惡化，并沒有在空間電接觸部件上 有效使用。以二硫化鉬為代表的二硫化物屬潤滑 材料在真空中具有極低的摩擦因數，但是其導電 性差。因此，在沒有發現更理想的潤滑相的條件 下，只能將石墨與二硫化鉬復合添加到金屬體相 中，利用石墨發揮在大氣跑合過程的潤滑作用， 利用二硫化鉬發揮在真空環境下的潤滑作用，利 用金屬體相發揮導電作用，滿足航天滑環等使役 工況要求。但是均是以犧牲一部分材料的導電性 或力學性能為代價，加入的量很少。制備方法一 般為以銀、銅、金以及合金為基體、以石墨、MoS2、NbS2、WS2 等為潤滑相，采用粉末冶金工 藝 (壓制燒結/熱壓) 或者電鍍工藝分別制備復合材 料和復合鍍層材料。典型的材料為美國 NASA 開 發的 Ag-MoS2-C 衛星導電滑電刷[50]。

隨著材料制備新技術的不斷涌現，研究者們 嘗試了許多其他的新工藝和材料體系[52]：如等離 子體增強氣相沉積 TiNiC、TiN 等薄膜、等離子體 噴涂 AgCu 膜層、溶膠-凝膠法氧化物等。其基本 思想是直接制備導電、耐磨功能一體化材料，主 要利用材料本身高硬度起到延長磨損壽命的作 用。其中采用物理氣相沉積技術制備的膜層具備 的膜基結合強、致密純度高、高硬耐磨、表面光 滑、無污染等優點極具優勢。中科院蘭州化學物 理研究所翁立軍等人利用 PVD 技術，設計制備 了 PdNiAu 合金化導電潤滑膜層，針對兼顧低電 噪聲和低磨損率的技術難點，通過制備方法、工 藝參數、組分和結構的調整，突破了潤滑薄膜兼 顧導電及韌性的技術關鍵，設計制備的 PdNiAu 薄膜耐磨壽命、磨損率、電噪聲、表面粗糙度、厚 度均勻性及耐熱沖擊性能達到了較高水平。低溫 沉積技術是進一步提高膜層致密性和耐磨壽命的 有效途徑。研究結果表明，低溫狀態下沉積膜層 有效控制了結晶速率和晶粒尺寸，結構更為致 密，改善了應力狀態，提高了膜-基結合強度，大 幅降低了磨損率。石墨烯是一種擁有獨特二維納米結構的新型 碳材料。最重要的是石墨烯兼具優異的電學性能 和潤滑性能，其電子是以恒定速率傳遞的，載流 子遷移率在所有導體中是最大的，石墨烯是目前 發現的導電性能最強的材料；同時近年來國內外 研究表明，具有原子厚度的石墨烯不僅在微納機 械領域的微觀尺度下具有超潤滑性能 (即摩擦因數 在 10-3 量級，較常規固體潤滑材料降低 1~2 數量 級)，而且還可以在宏觀力接觸方式下展現出非凡 的摩擦學特性。美國 Argon 國家實驗室研究人 員[53] 于 2016 年在 Science 期刊上首次報道了石墨 烯作為潤滑劑在宏觀接觸大氣環境條件下的超低 摩擦特性，摩擦因數低至 0.004。2017 年吉利等[54] 發現：石墨烯在高真空、宏觀接觸條件下，也表 現出超低摩擦因數和長壽命特性，石墨烯基膜層 在真空環境下其摩擦因數低至 0.01 以下 (較現役 Au 膜層 0.2~0.4 的摩擦因數降低 1~2 個數量級)， 0.5 GPa 接觸應力下，耐磨壽命達到 8×105 轉以 上，可以克服傳統石墨類碳材料在真空潤滑和耐 磨不佳的問題。同時在摩擦過程中保持了良好的 接觸電導性。石墨烯材料的出現顛覆了傳統石墨 材料長期以來面臨的真空潤滑失效的局限問題， 為新型空間用超低摩擦、長壽命、導電潤滑材料 的設計帶來新的理念和機遇。

2.4 抗核輻照潤滑材料與技術

針對核反應堆堆高溫、高壓、水蒸汽等惡劣 環境下傳動機構部件的磨損失效機理，法國、日 本等國外機構曾進行過系統的研究，認為材料的 腐蝕磨損是主要失效機制。在我國實際故障分析 過程中也發現，滾輪跑道中有大量腐蝕產物、磨 損產物積聚。因此提高傳動部件材料表面的耐腐 蝕性、耐磨性是必由之路。反應堆傳動部件整體 材料的選材在耐輻照、耐腐蝕、韌性等力學性能 等方面具有非常嚴格的要求，從整體材料本身提 高其耐磨性難度較大。而采用先進的表面處理技術對傳動部件表面強化改性被證明是簡便而行之 有效的途徑。法國、美國、日本、韓國等利用表面 強化改性技術已具備一些解決核反應堆反應棒驅 動機構部件的成功經驗。改性的思路主要有兩 種，一種是利用潤滑功能化處理減小磨損；另一 種是利用硬化與防腐處理達到耐磨的目的。國外 高溫反應堆大都使用二硫化鉬潤滑薄膜解決轉動 部件和摩擦偶件的磨損問題[55]。例如，高溫液態 鈉冷快增殖堆的傳動機構工作在氬氣和鈉蒸氣之 中，使用二硫化鉬潤滑，零件表面生成了抗摩的 Na2MoO4 薄膜；英國的“龍”高溫氣冷堆傳動機構 密閉在充滿氦氣的干套管中, 對其軸承的滾珠和內 外滾道涂鍍二流化銀后，摩擦因數可保持在 0.003，磨損量也小；此外，西德 A V R 高溫球床 堆，美國的圣·符侖堡高溫氣冷堆的傳動機構也都 是應用二硫化鉬進行軸承潤滑的。而對于壓水堆 傳動機構，二硫化鉬在高溫水蒸汽環境下，潤滑 性能喪失，而且耐腐性較差，不被使用。主要途 徑為采用鈦和鉻的氮化物/碳化物等硬質、耐腐蝕 的陶瓷涂層材料。處理方法包括傳統的電鍍、滲 氮以及新近發展的離子噴涂、真空離子鍍等技 術。法國卡達拉希中心、法瑪通先進核能公司等 機構綜合對比了不同制備技術以及材料的性能， 認為真空氣相沉積、離子噴涂技術制備的 CrC 復合材料熱態性能最佳[56]，其不僅具有高硬度、耐 腐蝕性能，而且潤滑性能較好，已在壓水堆反應 棒驅動機構噴嘴、一回路閥門、銷爪、絲杠、開合 螺母 (滾輪) 等部件上成功應用。

中科院蘭州化物所自 20 世紀 80 年代就開始 了核反應堆用潤滑材料的研制工作[57]，分別采用 有機和無機粘結涂層、熱噴涂、PVD 等多種表面 工程技術，成功研制了系列核反應堆用潤滑耐磨 涂層/薄膜材料產品，完成了國家科技重大專項 《大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站》(HTRPM 氣冷堆核電站)4 大系統 30 余種運動部件 (滾 輪、絲杠、分裂轉子下端軸承、大/小錐齒輪、導 程螺桿等) 的固體潤滑和耐磨處理，在實驗堆以及 示范堆中得到成功應用，解決了零件在高濕、氦 氣、高溫、輻照環境下的長壽命可靠運行難題， 積累了豐富的基礎數據，為抗輻射潤滑設計的選 材提供了有力的指導。

3 耐磨與強化技術 

近年來，隨著航空航天、地質鉆探、機械加 工、模具制造等工業的飛速發展，單一的材料已 經無法滿足高性能特種裝備的使用要求，特別是 航空和地質勘探用高承載相對運動件，對材料的 承載能力和表面耐磨特性提出越來越高的要求。材料耐磨與強化技術應運而生，并廣泛應用與上 述行業的運動部件，提高裝備的服役性能與壽命。

3.1 高承載件表面強化技術

硬質耐磨強化涂層技術可以有效彌補不同應 用環境中基體材料的性能不足，使其適應嚴苛的 工作環境。從涂層體系來說，高承載件表面強化 涂層體系主要包括碳氮化物、硼化物、氧化物等 傳統硬質涂層，以及金剛石、類金剛石、立方氮 化硼、碳化硼、納米多層結構涂層及納米復合涂 層等超硬涂層。過渡族金屬碳氮化物具有硬度高、熱穩定性 好、耐腐蝕和抗高溫氧化等性能優勢，被廣泛于 機械切削、礦物開采、耐磨損和耐高溫等部件。研究最早、應用最廣泛的是 TiN 和 CrN 涂層。在 高速鋼刀具表面沉積 TiN 涂層后，刀具的使用壽 命可提高十幾倍甚至數十倍。但 TiN 涂層的氧化 耐受溫度只有 550 ℃，相對較低，一定程度上限 制了它的使用[ 5 8 ]。CrN 涂層比 TiN 涂層耐磨減摩、耐高溫和耐腐蝕。中科院寧波材料所王永欣 等人通過陰極電弧沉積制備了厚度達 80 μm 的超 厚 CrN 涂層，從而達到長效耐磨的效果[59]。對二 元涂層引入第三種元素進行合金化，使涂層中產 生多元金屬化合物，能夠進一步提高涂層的耐磨 特性。例如對 TiN 涂層摻入 C 和 B 得到的 Ti-CN 涂層和 Ti-B-N 涂層比原 TiN 涂層的硬度更高， 摩擦因數更低，耐粘著磨損和磨粒磨損性能更 好,其中用 CVD 法制備的 Ti-B-N 涂層硬度可達到 50 GPa，且涂層擁有很好的韌性[60-61]。對 TiC 涂層 摻入 N、B、Si 等元素得到的 Ti-C-N、Ti-B-C、TiSi-C 三元涂層，可不同程度提高 TiC 涂層的綜合 力學性能。當對涂層引入更多元素時，可制備四 元及以上氮化物硬質耐磨涂層，池成忠等人采用 多弧離子鍍在高速鋼基底上沉積制備了 Cr-Ti-AlZr-N 五元梯度超硬涂層，涂層硬度可達 4400 HV， 膜基結合力達 200 N[62]。以 Al2O3、ZrO2、Cr2O3、TiO2 為主的氧化物 涂層，因具有高硬度、高化學穩定性和熱穩定性 等特性，也是硬質耐磨防護涂層的理想選擇。其 中 Al2O3 致密穩定，硬度最高，常用做高溫機械 零部件硬質耐磨涂層，但其脆性較大，可通過和 TiO2 復合的方式增加涂層的韌性。ZrO2 涂層擁有 高熔點、低導熱系數、高熱膨脹系數、良好高溫穩 定性、隔熱性以及生物惰性，在航空、航天、等領 域被廣泛應用。具有高 sp3 含量的金剛石、類金剛石和具有立 方結構的立方氮化硼、碳化硼等，相較其他普通 耐磨硬質強化涂層，具有極高的硬度，極低的摩 擦因數，突出的耐磨特性和化學穩定性。熱絲化 學氣相沉積因穩定性好，沉積面積大，工藝簡單 等優點，被廣泛用于制備金剛石涂層。中科院寧 波材料所江南等人用 CVD 法生長大單晶金剛石， 并成功將其產業化[63]。類金剛石 (DLC) 涂層結構介于金剛石結構和 石墨結構之間，其中的碳碳鍵以 sp3 共價鍵為主， 混雜一定量的 sp2 鍵，因而具有和金剛石相近的高 硬度、電阻率、導熱系數、電絕緣強度和化學穩定 性。通過調控沉積參數調控 sp3 鍵的含量，能夠使 涂層的硬度達到 95 GPa；同時，DLC 中的 sp2 能 夠起到良好的潤滑效果，使 DLC 涂層有很低的摩 擦因數，廣泛應用于軸承、齒輪、活塞等表面作摩、耐高溫和耐腐蝕。中科院寧波材料所王永欣 等人通過陰極電弧沉積制備了厚度達 80 μm 的超 厚 CrN 涂層，從而達到長效耐磨的效果[59]。對二 元涂層引入第三種元素進行合金化，使涂層中產 生多元金屬化合物，能夠進一步提高涂層的耐磨 特性。例如對 TiN 涂層摻入 C 和 B 得到的 Ti-CN 涂層和 Ti-B-N 涂層比原 TiN 涂層的硬度更高， 摩擦因數更低，耐粘著磨損和磨粒磨損性能更 好,其中用 CVD 法制備的 Ti-B-N 涂層硬度可達到 50 GPa，且涂層擁有很好的韌性[60-61]。對 TiC 涂層 摻入 N、B、Si 等元素得到的 Ti-C-N、Ti-B-C、TiSi-C 三元涂層，可不同程度提高 TiC 涂層的綜合 力學性能。當對涂層引入更多元素時，可制備四 元及以上氮化物硬質耐磨涂層，池成忠等人采用 多弧離子鍍在高速鋼基底上沉積制備了 Cr-Ti-AlZr-N 五元梯度超硬涂層，涂層硬度可達 4400 HV， 膜基結合力達 200 N[62]。以 Al2O3、ZrO2、Cr2O3、TiO2 為主的氧化物 涂層，因具有高硬度、高化學穩定性和熱穩定性 等特性，也是硬質耐磨防護涂層的理想選擇。其 中 Al2O3 致密穩定，硬度最高，常用做高溫機械 零部件硬質耐磨涂層，但其脆性較大，可通過和 TiO2 復合的方式增加涂層的韌性。ZrO2 涂層擁有 高熔點、低導熱系數、高熱膨脹系數、良好高溫穩 定性、隔熱性以及生物惰性，在航空、航天、等領 域被廣泛應用。具有高 sp3 含量的金剛石、類金剛石和具有立 方結構的立方氮化硼、碳化硼等，相較其他普通 耐磨硬質強化涂層，具有極高的硬度，極低的摩 擦因數，突出的耐磨特性和化學穩定性。熱絲化 學氣相沉積因穩定性好，沉積面積大，工藝簡單 等優點，被廣泛用于制備金剛石涂層。中科院寧 波材料所江南等人用 CVD 法生長大單晶金剛石， 并成功將其產業化[63]。類金剛石 (DLC) 涂層結構介于金剛石結構和 石墨結構之間，其中的碳碳鍵以 sp3 共價鍵為主， 混雜一定量的 sp2 鍵，因而具有和金剛石相近的高 硬度、電阻率、導熱系數、電絕緣強度和化學穩定 性。通過調控沉積參數調控 sp3 鍵的含量，能夠使 涂層的硬度達到 95 GPa；同時，DLC 中的 sp2 能 夠起到良好的潤滑效果，使 DLC 涂層有很低的摩 擦因數，廣泛應用于軸承、齒輪、活塞等表面作 8 中  國  表  面  工  程 2019 年 為耐磨損表面強化涂層以及工具涂層。日本新潟 大學 Kyohei Horita 等[64] 將 DLC 涂層應用于加工 線路板的微型鉆頭，在鉆頭鉆孔速度和使用壽命 提高的同時，大大降低成本。西安工業大學楊巍 等人利用 DLC 涂層的優良生物兼容性，采用離子 束法在微弧氧化處理后的鈦合金表面沉積 DLC 涂 層，達到在人工關節表面制備耐磨保護涂層的目 的[65]。中科院寧波材料所汪愛英團隊通過理論計 算和實驗相結合，對過渡族金屬元素成鍵特性進 行篩選分類，并采用離子束沉積和磁控濺射相結 合的方式，對 DLC 涂層摻入金屬元素以降低涂層 內應力，實現高結合力 DLC 涂層的可控制備[66]。另外，DLC 屬于亞穩態材料，超過 300 ℃ 的高溫 環境下易發生 sp3 向 sp2 轉變，導致涂層力學性能 大幅度下降，DAMASCENO J C 等[ 6 7 ] 通過對 DLC 涂層摻入 Si 元素，改善 DLC 涂層的高溫穩定性。

3.2 材料表層強化技術

新一代航天、航空、汽車、機械裝備的發展， 對材料與構件的組織、變形以及表面完整性提出 了更高的要求，尤其是傳動、轉動等運動構件， 例如活塞、閥門等采用鈦合金制件以降低結構重 量，減小摩擦因數，提高耐磨性和抗微動磨損能 力；要求柱塞泵靴、盤等高耐磨高導熱率兼備等 等。因此表層強化技術將發揮重要作用，技術研 發重點也從傳統的氣體滲碳、氣體滲氮、液體滲 氮化學熱處理技術向新型等離子體轟擊、真空低 壓、高能激光加熱、感應加熱等方式轉移，例如 等離子體滲碳、滲氮及共滲，真空低壓滲碳及碳 氮共滲，激光淬火、感應加熱淬火等。不銹鋼的表層強化工藝大致可分為形變表面 強化工藝和改性表面強化工藝。表面形變強化是 利用機械能使工件表面產生塑性變形，產生應變 細晶層，從而使表層硬度、強度提高的方法，包 括噴丸、滾壓、擠壓等傳統技術和超聲沖擊強化 等新穎表面機械強化技術。超超臨界火電機組的 極限高溫高壓對鍋爐用鋼的高溫強度和抗氧化性 能提出了更高要求。王銳坤通過優化表面噴丸工 藝參數，可成功在 Super304H 奧氏體不銹鋼表面 實現納米晶化。0.5 MPa/3~20 min 噴丸處理后 Super304H 鋼表層硬度值均是未處理試樣硬度的 2~3 倍，在 404~554 HV 左右，極大地提高其抗高溫蒸汽氧化性能和抗高溫熱腐蝕的能力[68]。李錢 瑞以核電站關鍵構建爆破閥拉力螺栓預斷凹槽為 研究對象，通過優化超聲沖擊強化處理的振幅、 沖擊時間和能量等參數，使得 1Cr13 馬氏體不銹 鋼的顯微硬度達到 395HV 左右，表面壓應力和疲 勞極限提高 10 倍[69]。另外，不銹鋼的改性表面強 化工藝主要集中在激光淬火、真空低壓滲碳、等 離子滲氮、離子注入等先進表面工程技術上。目 前，提高航天用高強鋼的構件極限服役性能已成 為制約航天高端裝備產品研制的瓶頸技術之一。如某航天型號鎖緊機構零件，需在反復鎖緊與松 開的動作中接受沖擊，零件整體較好的強韌性和 局部接觸面的高硬度 (≥50 HRC) 缺一不可。王健 波等人采用激光淬火工藝，選用 1100 W 激光功 率，4.5 mm/s 掃描速度，3 次激光寬帶掃描處理 后，20Cr13 硬化層深度>500 μm，表面晶粒極 細，硬度>600 HV0.1[70]。針對運載型號產品中的襯 筒 (15Cr)、活塞筒 (20CrMnTi) 等零件，唐麗 娜[71] 等采用真空低壓滲碳處理，零件表面清潔光 亮、無晶間氧化脫碳現象，盲孔處滲碳層深度偏 差僅為 0. 04 mm，并很好地滿足零件表面硬度 (700 HV 以上) 和滲碳層深的技術指標要求，顯著 優于傳統氣體滲碳工藝。 

航空發動機用鈦合金構件工作環境惡劣，除了高的離心負荷、振動負荷和熱負荷，還要承受環境介質的腐蝕與氧化作用，因此對鈦合金進行 表面強化處理是永恒的話題。鈦合金表面強化技 術的發展從基于熱處理、物理化學反應的傳統表 面改性向以電子束、離子束、激光束等高能束的 使用為標志的“三束改性”現代表面改性技術發 展，目前以及未來的發展方向將是以多種強化手 段和能量場結合開發而成的復合新工藝。高玉 魁[72] 采用了噴丸強化、激光強化和低塑性拋光強 化對 TC4 鈦合金進行表面改性處理，從表面硬度 提升效果上看，噴丸強化加工硬化最明顯 (450 HV 左右)，低塑性拋光次之，而激光沖擊強化效果最 小 (400 HV 左右)，由于殘余應力的引入均可提高 TC4 的旋轉彎曲疲勞壽命和疲勞強度。航天八院 采用鈦合金等離子體滲氮處理，在鈦合金表面制 備一定厚度的滲氮層，白亮層由金黃色 TiN 和 Ti2N 相組成，隨著滲氮溫度的升高和保溫時間的 延長，Ti2N 相對含量減少，TiN 相增多；830 ℃溫蒸汽氧化性能和抗高溫熱腐蝕的能力[68]。李錢 瑞以核電站關鍵構建爆破閥拉力螺栓預斷凹槽為 研究對象，通過優化超聲沖擊強化處理的振幅、 沖擊時間和能量等參數，使得 1Cr13 馬氏體不銹 鋼的顯微硬度達到 395HV 左右，表面壓應力和疲 勞極限提高 10 倍[69]。另外，不銹鋼的改性表面強 化工藝主要集中在激光淬火、真空低壓滲碳、等 離子滲氮、離子注入等先進表面工程技術上。目 前，提高航天用高強鋼的構件極限服役性能已成 為制約航天高端裝備產品研制的瓶頸技術之一。如某航天型號鎖緊機構零件，需在反復鎖緊與松 開的動作中接受沖擊，零件整體較好的強韌性和 局部接觸面的高硬度 (≥50 HRC) 缺一不可。王健 波等人采用激光淬火工藝，選用 1100 W 激光功 率，4.5 mm/s 掃描速度，3 次激光寬帶掃描處理 后，20Cr13 硬化層深度>500 μm，表面晶粒極 細，硬度>600 HV0.1[70]。針對運載型號產品中的襯 筒 (15Cr)、活塞筒 (20CrMnTi) 等零件，唐麗 娜[71] 等采用真空低壓滲碳處理，零件表面清潔光 亮、無晶間氧化脫碳現象，盲孔處滲碳層深度偏 差僅為 0. 04 mm，并很好地滿足零件表面硬度 (700 HV 以上) 和滲碳層深的技術指標要求，顯著 優于傳統氣體滲碳工藝。航空發動機用鈦合金構件工作環境惡劣，除 了高的離心負荷、振動負荷和熱負荷，還要承受 環境介質的腐蝕與氧化作用，因此對鈦合金進行 表面強化處理是永恒的話題。鈦合金表面強化技 術的發展從基于熱處理、物理化學反應的傳統表 面改性向以電子束、離子束、激光束等高能束的 使用為標志的“三束改性”現代表面改性技術發 展，目前以及未來的發展方向將是以多種強化手 段和能量場結合開發而成的復合新工藝。高玉 魁[72] 采用了噴丸強化、激光強化和低塑性拋光強 化對 TC4 鈦合金進行表面改性處理，從表面硬度 提升效果上看，噴丸強化加工硬化最明顯 (450 HV 左右)，低塑性拋光次之，而激光沖擊強化效果最 小 (400 HV 左右)，由于殘余應力的引入均可提高 TC4 的旋轉彎曲疲勞壽命和疲勞強度。航天八院 采用鈦合金等離子體滲氮處理，在鈦合金表面制 備一定厚度的滲氮層，白亮層由金黃色 TiN 和 Ti2N 相組成，隨著滲氮溫度的升高和保溫時間的 延長，Ti2N 相對含量減少，TiN 相增多；830 ℃ 第 4 期 鞠鵬飛，等：苛刻環境下材料表面防護技術的研究進展 9 滲氮 15 h 表面硬度可達 1056 HV、層深 125 μm， 耐磨性顯著提高[ 7 3 ]。陳宇海利用將氣體爆炸能 量、脈沖電場能量、等離子體多重能量共同作用 的脈沖等離子體爆炸技術 (Pulsed plasma detonation, PPD)，采用純鎢電極，丙烷、氧氣、壓縮空氣作 為爆炸氣體，在 TA2 和 TC4 表面制備 PPD 改性 層，獲得由 TiN、TiN0.3、Ti xOy、Ti 以及少量 W 組成的改性層，硬度較基體提高 3.8 倍，磨損 機制主要為三體磨粒磨損，并伴有輕微的黏著磨 損特征[74]。新型等離子體浸沒離子注入與沉積技 術 (PIIID) 可有效地將離子注入技術和真空弧蒸發 技術結合，通過脈沖高壓電場將離化的等離子體 加速注入并沉積于工件表面，從而實現對材料的 表面改性。劉洪喜等人通過 PIIID 技術向 TC4 鈦 合金表面注入了不同劑量的金屬 Ag，當注入量為 當注入劑量為 1×1017 ions/cm2 時，材料表面納米 硬度和彈性模量分別提高 62.5% 和 54.5%，耐摩 擦磨損和抗腐蝕性得到了大幅提高[75]。王寶婷等[76] 的研究發現 TC4 鈦合金表面制備的微弧氧化+強 流電子脈沖 (MAO+HCPEB) 復合涂層，表面發生 重熔，形成平整的改性層，耐鹽霧腐蝕和摩擦磨 損性能更好，并可通過改變微弧氧化電參數來減 少復合層中的熔坑。在地質勘探領域，鋁合金鉆桿已逐步替代傳 統鋼鉆桿，被越來越多的運用在深井、超深井及 難進入地區鉆探。但由于鋁合金硬度低于鋼，在 摩擦過程中，較易產生嚴重磨損，并且在高溫及 含鹽環境中，其力學性能和耐蝕性能明顯下降， 很難達到高可靠長效運行的目的，急需對其表面 進行強化耐蝕處理。激光熔覆可通過熔化鋁基體 部分表面以及不同涂層粉末 (TiC、SiC、Al2O3 等)，使鋁合金表面生成一層陶瓷復合涂層，大大 改善基體表面性能摩擦磨損和耐腐蝕性能[77]。李 琦等[7 8] 通過激光熔覆在鋁合金表面制備了一層 NiCrAl/TiC 復合涂層，結果顯示激光熔覆涂層只 發生了輕微的磨粒磨損，鋁合金基體發生嚴重的 磨粒磨損和剝層磨損；表明激光熔覆層可明顯提 高鋁合金材料的耐磨性。張志超[79] 研究了激光熔 覆參數對 ZLl09 鋁合金表面 CNT/A12O3 復合涂層 的影響，表明了激光功率、掃描速度、熔覆材料 配比等都會影響到熔覆層的孔隙率和顯微硬度。表面機械強化與電化學改性方法的復合處理也有 望可克服單一強化方法的缺點，使得鋁合金表面 獲得更高的硬度和耐磨損性能。中國地質大學岳 文等[80] 采用超聲波冷鍛處理 (UCFT)、微弧氧化 (MAO) 及兩者相復合等表面強化技術，對典型 2618 鋁合金鉆桿材料進行處理，在鉆桿表面產生 一層強化層，以增加其表層硬度和耐蝕特性，研 究發現，和未經處理試樣相比，UCFT 試樣、 MAO 試樣和 UCFT+MAO 試樣的耐磨特性均不同 幅度上升。在高溫環境中，尤其在液體環境中， UCFT+MAO 復合處理技術表現最優。文磊等[81] 通過表面納米化-微弧氧化復合涂層處理 LY12CZ 鋁合金，發現機械研磨處理后，鋁合金表面生成 一層納米層，該納米層的生成對后續微弧氧化層 的致密度有很好的改善作用；同時，機械研磨處 理能夠使材料表面處于壓應力狀態，耐磨性能和 疲勞壽命均有所改善。 

4 維修與再制造技術 

在高溫、高濕、輻射等苛刻環境和高速、重 載、沖擊等極端工況條件下，裝備零件腐蝕、磨 損、斷裂等各類失效問題更加嚴重。要恢復裝備 功能、性能，保持裝備持續作業能力，必須開展 裝備維修與再制造技術研究。表界面是裝備零件 服役過程中承擔工作載荷、接觸苛刻環境的重要 部位，零部件的腐蝕從淺表開始，磨損發生在表 面，疲勞裂紋大多源于表層[82]。在破壞應力持續 作用下，表界面的局部損傷又慢慢演變為整個零 件失效，最終導致裝備嚴重損壞甚至報廢。因此，裝備維修與再制造的關鍵在于對關鍵零件局 部損傷表面的高質量修復、強化和防護[83-84]。

4.1 裝備維修與再制造工程的發展現狀

維修在裝備全壽命周期中具有重要作用，通 過維修恢復裝備的使用性能、延長裝備服役壽 命，可產生顯著的軍事、經濟效益[85]。隨著裝備更新換代速度越來越快，大量淘汰 的老舊裝備造成了極大的資源浪費和環境污染， 以節約資源能源和保護環境為準則、以實現廢舊 產品性能提升和壽命延長為目標、以先進技術和 產業化生產為手段的高技術維修快速發展，再制 造工程應運而生[86-87]。美、歐、日的再制造產業已 日趨成熟，但國外的再制造從技術標準到生產工 藝都完全依托于現有制造業體系，再制造模式以“換件修理法和尺寸修理法”為主，對于損傷較重 的零件直接更換新件；對于損傷較輕的零件，則 利用車、磨、鏜等減材加工手段恢復零件配合精 度，但會改變零件的設計尺寸。這種再制造模式 的舊件利用率低、浪費大，還會造成再制造產品 零部件的非標化[88]。針對上述不足，中國自 1999 年正式提出基于 維修工程和表面工程的自主創新的再制造模式， 將“通過表面局部增材修復實現整體服役性能提 升”作為再制造的主要技術途徑。近 20 年的實踐 證明，中國的再制造雖然起步較晚，但特色鮮 明、技術先進，具有更為優異的綜合效益，特別 是節能環保效益突出。當前，我國在再制造的基 礎理論和關鍵技術研究中已取得重要突破，再制 造的學科和人才培養體系已基本完善。形成了以 再制造毛坯損傷評估和再制造產品壽命預測為主 體的基礎理論，突破了再制造毛坯無損拆解和綠 色清洗技術、復雜約束下局部增材成形和減材加 工技術等關鍵技術，構建了再制造過程質量控制 和產品質量保證的系列標準規范。特別是在發改 委、工信部先后組織的汽車、工程機械、礦采機械、機床、船舶等多個領域再制造試點企業和再 制造產業集聚區的示范帶動和引領下，全國已形 成湖南長沙、上海臨港、重慶九龍工業園等 8 個 再制造產業聚集區和示范基地，培育出年再制造 2.5 萬臺重載汽車發動機，年再制造 1 萬臺自動變 速箱、年再制造 1 萬臺礦山機械等代表性企業。在高端裝備再制造領域，航空發動機再制造已成 為保障空軍高強度實戰化訓練的重要途徑，再制 造的盾構機已在北京地鐵建設中推廣應用，再制 造高端醫療器械也已經進入臨床應用[89-90]。 

4.2 裝備維修與再制造關鍵技術及應用

我國的裝備維修與再制造始終圍繞裝備關鍵 零件局部表面的損傷修復和防護、強化展開，并 將無損檢測理論與技術、表面工程理論與技術和 壽命評估理論與技術等引入再制造，形成了舊件 剩余壽命評估、局部損傷增材修復、再制造產品 安全評價等完整的技術體系。舊件剩余壽命評估是在對再制造毛坯進行全 面的損傷檢測的基礎上，通過對磨損、腐蝕和疲 勞裂紋擴展速率等的計算，實現再制造對象損傷 程度的定量評估和剩余壽命預測。針對量大面廣 的鐵磁特性再制造毛坯損傷檢測難題，Dong 等[91] 開展了基于自發弱磁信號的鐵磁性再制造毛 坯隱性損傷檢測技術研究，實現了以應力集中特 征為參量的再制造毛坯隱性損傷識別與檢測，極 大提高了毛坯可再制造性的檢測精度，已批量用 于大型離心式壓縮機葉輪、重載發動機再制造毛坯檢測。再制造零件局部損傷增材修復是再制造 的核心環節，存在新舊材料相容性差、空間遮蔽 可達性差、缺少定位基準等多重限制。以發動機 廢舊缸體再制造為例，國外一直采用鏜缸恢復表 面精度的方法，不僅改變了原始設計尺寸、破壞配副零件互換性，可修復的次數也有限。王海斗 等[92] 研制了內孔旋轉等離子噴涂技術，并解決了半封閉空間有限距離內噴涂熱量累積、粉塵聚集等核心難題，目前已用于航空活塞發動機缸體， 艦船柴油機缸體和石油裝備泥漿泵缸體等內孔類 零件的高質量再制造，平均壽命延長 3 倍。廢舊 零件經過表面增材修復再制造技術恢復原始尺寸 的同時，也引入了復雜的表界面結構和微觀缺陷。開展再制造產品壽命預測和服役狀態監測是 確保再制造產品安全完成下一輪服役的重要措 施。Xing 等[93] 采用等離子噴涂技術在再制造零件 表面制備兼具耐磨抗疲勞和壓電傳感功能的陶瓷 涂層，克服了傳統外置傳感器不能接近承載界 面、破壞構件完整性等不足，目前已在實驗室條 件下實現了再制造發動機曲軸、壓縮機主軸等運 行中磨損和疲勞狀態的在線監測。 

4.3 裝備維修與再制造的發展方向探討 

我國已成為全球制造大國，但是發展模式仍 比較粗放，進一步發展面臨能源、資源和環境的 諸多壓力。中國特色的裝備維修與再制造始終以 產品全壽命周期理論為指導，以恢復產品功能、 提升裝備性能為目標，以表面增材修復和性能強 化為主要技術手段，以為經濟和國防建設服務為 主線，是延長裝備使用壽命、提升裝備服役性 能、實現資源高效循環利用的最佳途徑之一，具 有顯著的軍民融合特色和突出的節能環保效益。在政策支持、市場需求和社會責任等多因素 推動和產、學、研、用各主體的共同努力下，裝備 維修與再制造的相關基礎理論、技術標準、生產 工藝和產業化推廣均取得了顯著成效。但我國的 再制造產業尚處于起步階段，從事高端裝備再制造的大型企業數量較少，企業中推廣應用綠色清 洗、無損檢測、表面增材、壽命評估等關鍵技術的 范圍還有限，涉及再制造舊件回收、質量檢測和 產品流通的政策法規尚需完善[94]。在新時期，為推進我國裝備維修和再制造工 程的持續創新發展，以期為裝備維修保障和經 濟、社會建設作出更大貢獻，建議重點開展如下 工作：(1) 重視基礎科學研究的支撐和引領作用，為 再制造技術創新提供不竭動力。深入開展再制造 全流程的基礎科學問題研究。例如再制造毛坯和 產品剩余壽命精準預測理論與方法，再制造微納 涂層材料宏微觀構性關系，缺損零件局部增材區 域嵌合鍵合機制和應力分布規律等等。(2) 攻克高端智能裝備再制造核心技術，進一 步做大做強再制造產業。通過關鍵共性技術攻 關，推動新一代信息技術、新生物學和再生學技 術與現有再制造技術的深度融合，不僅實現再制 造工藝過程及流程管理的信息化、智能化，還要 賦予再制造產品結構健康智能管理能力，實現航 空發動機、醫療影像設備等高端裝備高質量再制造。(3) 實施在役裝備現場、主動、升級再制造， 促進裝備戰斗力再生、降低裝備全壽命周期費 用。在軍事領域，面向未來一體化聯合作戰，需 大力提升復雜武器裝備現場 (戰場) 快速再制造和 精確伴隨保障能力。在民用領域，面向制造業轉 型升級，通過對在役老舊機電裝備主動再制造， 改善其信息化、智能化和環保水平，提升服役性 能、降低運維成本。(4) 著眼長遠發展，全面協調推進技術創新、 商業模式創新和人力資源貯備。堅持創新引領， 堅持綠色發展，堅持生產-服務并重，進一步釋放 中國特色再制造模式的節能環保潛能，推動服務 型再制造快速發展。堅持學科的龍頭地位，將再 制造學科建設和人才培養放在首要位置，既要培 養能把握規劃再制造發展方向的領軍人才，也要 培養具有大國工匠素養的產業工人。 

5 總結與展望 

普通環境下的材料防護技術已經不能滿足日 益發展的海洋、航空、航天、核能行業高速、高 溫、高壓、重載環境等苛刻環境工況下機械裝備 的需求，近年發展起來的石墨烯重防腐涂層、防 結冰涂層、自修復智能涂層等特種涂層技術解決 了材料在海洋大氣、極地環境、核電環境下的長 期可靠防護難題；寬溫域潤滑、空間長壽命潤 滑、導電超潤滑等涂層技術解決了材料在復雜空 間、廣速率、寬溫域等環境下的服役難題；超硬 薄膜、強韌一體化薄膜、表層硬化技術解決了材 料在重載荷、高壓等環境下的高承載耐磨需求。上述技術有效支撐了我國海洋、航空航天、船舶、 核電等行業重大裝備的研制與發展。隨著高端機械裝備的發展，材料所面臨的環 境會愈加苛刻，未來材料表面防護技術將朝著適 應復雜多變環境的多重功能一體化，以及超長壽 命方向發展。這需要基礎理論研究結合實驗分 析，從防護材料的設計、制備以及全壽命服役與 失效機制方面，明確材料的構效關系、表界面作 用等，從而達到材料長壽命可靠防護。此外，通過再制造技術，實施在役裝備現場的維修升級， 也是提升材料服役性能與壽命的重要發展方向之一。

參考文獻

[1] 龐留洋. 兵器裝備常見腐蝕形態分析[J]. 國防技術基礎, 2010(5): 56-60 PANG L Y. Analysis of common corrosion forms of weapon equipment[J]. National Defense Technology Foundation, 2010(5): 56-60(in Chinese)

[2] 侯保榮, 張盾, 王鵬. 海洋腐蝕防護的現狀與未來[J]. 中國科學院院刊, 2016(12): 48-53 HOU B R, ZHANG D, WANG P. Current status and future of marine corrosion protection[J]. Chinese Journal of Academy of Sciences, 2016(12): 48-53(in Chinese)

[3] 郭泉忠, 杜克勤. 負向脈寬對Mg-Gd-Y合金微弧氧化膜致密性的影響[J]. 腐蝕科學與防護技術, 2018, 25(2): 89-94 GUO Q Z, DU K Q. Effect of negative pulse width on the densification of micro-arc oxidation film on Mg-Gd-Y Alloy[J]. Corrosion Science and Protection Technology, 2018, 25(2): 89-94(in Chinese)

[4] LI L, LIU L L, LI X, et al. Enhanced tribocorrosion performance of Cr/GLC multilayered films for marine protective application[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2018: acsami.8b00628.

[5] JIANG Q, MIAO Q, LIANG W, et al. Corrosion behavior of arc sprayed Al-Zn-Si-RE coatings on mild steel in 3.5wt% NaCl solution[J]. Electrochimica Acta, 2014, 115: 644-656.

[6] BANERJEE I, PANGULE R C, KANE R S. Antifouling coatings: recent developments in the design of surfaces that prevent fouling by proteins, bacteria, and marine organisms[J]. Advanced Materials, 2011, 23(6): 690-718.

[7] SADREDDINI S, AFSHAR A. Corrosion resistance enhancement of Ni-P-nano SiO2 composite coatings on aluminum[J]. Applied Surface Science, 2014, 303: 125-130.

[8] CHEN S S, BROWN LOLA, LEVENDORFMARK, et al. Oxidation resistance of graphene-coated Cu and Cu/Ni alloy[J]. ACS Nano, 2011, 5(2): 1321-1327.

[9] PRASAI D, TUBERQUIA J, HARLR R, et al. Graphene: corrosion inhibiting coating[J]. ACS Nano, 2012, 6(2): 1102-1108.

[10] LIU S, GU L, ZHAO H C, et al. Corrosion resistance of graphene-reinforced waterborne epoxy coatings[J]. Science & Technology, 2015, 32(6): 1223-1230.

[11] 常州君合科技有限公司. 無機防腐涂料及其制備方法和使用方法: 201410077551. 8[P]. 2014-06-11.

Changzhou Junhe Technology Co., Ltd. Inorganic anticorrosive coating and preparation method and use method thereof: 201410077551. 8[P]. 2014-06-11. (in Chinese).

[12] 沈海斌, 劉瓊馨, 瞿研. 石墨烯在涂料領域中的應用[J]. 涂料技術與文摘, 2014, 35(8): 20-22 SHEN H B, LIU Q X, YAN Y. The application of graphene in the field of coatings[J]. Coating Technology and Abstracts, 2014, 35(8): 20-22(in Chinese)

[13] HUANG M, YANG J. Salt spray and EIS studies on HDI microcapsule-based self-healing anticorrosive coatings[J]. Progress in Organic Coatings, 2014, 77(1): 168-175.

[14] FALCÓN J M, OTUBO L M, AOKI I V. Highly ordered mesoporous silica loaded with dodecylamine for smart anticorrosion coatings[J]. Surface & Coatings Technology, 2016, 303: 319-329.

[15] JIAO J, WANG H, GUO W, et al. In-situ confined growth of highly dispersed Ni nanoparticles into hierarchically yolk-shell Fe@SiO2 structures as efficient catalysts based on a self-templating reduction strategy[J]. Chemistry An Asian Journal, 2016, 11(24): 3534-3540.

[16] 周建龍, 李曉剛, 程學群, 等. 深海環境下金屬及合金材料腐蝕研究進展[J]. 腐蝕科學與防護技術, 2010, 22(1): 47-51 ZHOU J L, LI X G, CHENG X Q, et al. Research progress in corrosion of metals and alloy materials in deep sea environment[J]. Corrosion Science and Protection Technology, 2010, 22(1): 47-51(in Chinese)

[17] 侯健, 郭為民, 鄧春龍. 深海環境因素對碳鋼腐蝕行為的影響[J]. 裝備環境工程, 2008, 5(6): 82-84 HOU J, GUO W M, DENG C L. Influence of deep sea environmental factors on corrosion behavior of carbon steel[J]. Equipment Environmental Engineering, 2008, 5(6): 82-84(in Chinese)

[18] VENKATESAN R, VENKATASAMY M A, BHASKARAN T A, et al. Corrosion of ferrous alloys in deep sea environments[J]. British Corrosion Journal, 2002, 37(4): 257-266.

[19] 劉莉. 深海環境下金屬及防護涂層腐蝕失效行為研究[C]. 2018年全國腐蝕電化學及測試方法學術交流會論文集, 2018.

LIU L. Study on corrosion failure behavior of metal and protective coatings in deep sea environment[C]. Proceedings of the National Symposium on Corrosion Electrochemistry and Test Methods, 2018(in Chinese).

[20] MEULER A J, MCKINLEY G H, COHEN R E. Exploiting topographical texture to impart icephobicity[J]. Acs Nano, 2010, 4(12): 7048-7052.

[21] AYRES J, SIMENDINGER W H, BALIK C M. Characterization of titanium alkoxide sol-gel systems designed for anti-icing coatings: Ⅱ. mass loss kinetics[J]. Journal of Coatings Technology & Research, 2007, 4(4): 473-481.

[22] Department of the Navy Office of Counsel. Erosion resistant anti-icing coatings: US20070254170A1[P]. 2007-11-01.

[23] WANG H, HE G, TIAN Q. Effects of nano-fluorocarbon coating on icing[J]. Applied Surface Science, 2012, 258(18): 7220-7224.

[24] 許占顯, 林為干. 軍事裝備腐蝕檢測新技術及應用[J]. 新技術新工藝, 2007(3): 100-103 XU Z X, LIN W Q. New technology and application of military equipment corrosion detection[J]. New Technology & New Process, 2007(3): 100-103(in Chinese)

[25] 馬志宏, 汪浚. 砂塵環境中軍用裝備磨損腐蝕進展的研究[J]. 腐蝕科學與防護技術, 2005, 17(2): 112-115 MA Z L, WANG W. Research on wear and corrosion progress of military equipment in sand dust environment[J]. Corrosion Science and Protetion Technology, 2005, 17(2): 112-115(in Chinese)

[26] 周如東. 飛機蒙皮表面處理和涂層選擇及涂裝工藝[J]. 涂層與防護, 2018, 39(6): 51-54 ZHOU R D. Surface treatment and coating selection and coating process of aircraft skins[J]. Coatings and Protection, 2018, 39(6): 51-54(in Chinese)

[27] 崔凱波, 王向東, 熊超, 等. 火炮駐退機節制環耐磨涂層組織及抗沖蝕性能[J]. 爆炸與沖擊, 2018, 38(5): 1013-1022 CUI K B, WANG X D, XIONG C, et al. Microstructure and erosion resistance of wear-resistant coating of artillery retaining ring in artillery retaining[J]. Explosion and Shock Wave, 2018, 38(5): 1013-1022(in Chinese)

[28] WANG X H, ZHOU Y C. Solid-liquid reaction synthesis and simultaneous densification of polycrystalline Ti2AlC[J]. Zeitschrift Fur Metallkunde, 2002, 93: 66-71.

[29] BARSOUM M W, EL-RAGHY T, ALI M. Processing and characterization of Ti2AlC, Ti2AlN, and Ti2AlC0.5N0.5[J]. Metallurgical & Materials Transactions A, 2000, 31(7): 1857-1865.

[30] BARSOUM M W, SALAMA I, EL-RAGHY T, et al. Thermal and electrical properties of Nb2AlC, (Ti, Nb)2AlC and Ti2AlC[J]. Metallurgical & Materials Transactions A, 2002, 33(9): 2775-2779.

[31] FRODELIUS J, SONESTEDT M, BJÖRKLUND S, et al. Ti2AlC coatings deposited by high velocity oxy-fuel spraying[J]. Surface & Coatings Technology, 2008, 202(24): 5976-5981.

[32] ZHANG Z, SUO H L, CHAI J, et al. Plasma spray of Ti2AlC MAX phase powders: effects of process parameters on coatings' properties[J]. Surface & Coatings Technology, 2017, 325.

[33] TANG C, KLIMENKOV M, JAENTSCH U. Synthesis and characterization of Ti2AlC coatings by magnetron sputtering from three elemental targets and ex-situ annealing[J]. Surface & Coatings Technology, 2017, 309: 445-455.

[34] MAIER B R, GARCIA-DIAZ B L, HAUCH B, et al. Cold spray deposition of Ti2AlC coatings for improved nuclear fuel cladding[J]. Journal of Nuclear Materials, 2015, 466: 712-717.

[35] SÁNCHEZ-LÓPEZ J C, FERNÁNDEZ A. Tribology of diamond-like carbon films: fundamentals and applications[M]. New York: Springer, 2008: 311-338.

[36] DIMIGEN H, KIAGES C P. Microstructure and wear behavior of metal-containing diamond-like coatings[J]. Surface & Coatings Technology, 1991, 49: 543-547.

[37] VOEVODIN A A, ZABINSKI J S. Supertough wear-resistant coatings with ‘chameleon’ surface adaptation[J]. Thin Solid Films, 2000, 370: 223-231.

[38] VOEVODIN A A, ZABINSKI J. Nanocomposite and nanostructured tribological materials for space applications[J]. Composite Science and Technology, 2005, 5: 741-748.

[39] 薛群基, 王立平. 類金剛石碳基薄膜材料[M]. 北京:科學出版社, 2012.

XUE Q J, WANG L P. Diamond-like carbon-based film materials, science press[M]. Beijing:Science Press, 2012(in Chinese).

[40] 徐濱士, 譚俊, 陳建敏. 表面工程領域科學技術發展[J]. 中國表面工程, 2011, 24(2): 1-12 XU B S, TAN J, CHEN J M. Science and technology development in surface engineering[J]. China Surface Engineering, 2011, 24(2): 1-12(in Chinese)

[41] DAI W, KE P L, MOON M W, et al. Investigation of the microstructure, mechanical properties and tribological behaviors of Ti-containing diamond-like carbon films fabricated by a hybrid ion beam method[J]. Thin Solid Films, 2012, 520: 6057-6063.

[42] WU Y X, LI H X, JI L, et al. A long-lifetime Mos2/a-C: H nanoscale multilayer film with low internal stress[J]. Surface & Coatings Technology, 2013, 236: 438-443.

[43] DING C H, LI P L, RAN G, et al. Tribological property of self-lubricating PM304 composite[J]. Wear, 2007, 262(5-6): 575-81.

[44] DELLACORTE C, EDMONDS B J. NASA PS400: A new high temperature solid lubricantcoating for high temperature wear applications[R]. NASA TM-2009-215678, 2009.

[45] KONG L Q, ZHU S Y, BI Q L, et al. Effect of Mo and Ag on the friction and wear behavior of ZrO2(Y2O3)-Ag-CaF2-Mo composites from 20℃ to 1000℃[J]. Tribology International, 2014, 78: 7-13.

[46] AOUADI S M, SINGH D P, STONE D S, et al. Adaptive VN/Ag nanocomposite coatings with lubricious behavior from 25 to 1000℃[J]. Acta Materialia, 2010, 58(16): 5326-5331.

[47] HE N R, LI H X, JI L, ET al. Reusablechromium oxide coating with lubricating behavior from 25 to 1000℃ due toself-assembled mesh-like surface structure[J]. Surface & Coatings Technology, 2017, 321: 300-308.

[48] ROBERTS EW, EIDEN M. A space tribology handbook[M]. Netherlands: European Space Agency, 1998: 65-69.

[49] ARGIBAY N, SAWYER W G. Low wear metal sliding electrical contacts at high current density[J]. Wear, 2012: 229-237.

[50] WILLIAM R, JONES J R, JANSEN M J. Space tribology[D]. New York: NASA/TM-2000-209924, 2003, 3.

[51] 王新平. 空間滑動電接觸材料的性能及其壽命增長研究[D]. 長沙: 中南大學, 2012.

WANG X P, Research on the performance and life growth of space sliding electrical contact materials, [D]. Changsha: Central South University, 2012(in Chinese).

[52] DYCK T, BUND A. An adaption of the arc hard equation for electrical contacts with thin coatings[J]. Tribology International, 2016, 102: 1-9.

[53] BERMAN D, DESHMUKH S A, SUBRAMANIAN K R S, et al. Macroscale superlubricity enabled by graphene nanoscroll formation[J]. Science, 2015, 110: 126.

[54] SONG H, JI L, LI H X, et al. Self-forming oriented layer slip and macroscale super-low friction of graphene[J]. Applied Physics Letters, 2017, 110: 073101.

[55] 吳運新, 汪復興, 程蔭芊, 等. 高溫氣冷反應堆中的摩擦磨損及表面涂層技術的應用[J]. 表面工程, 1994, 1: 11-15 WU Y X, WANG F X, CHENG Y X, et al. Application of friction and wear and surface coating technology in high temperature gas-cooled reactor[J]. Surface Engineering, 1994, 1: 11-15(in Chinese)

[56] HERTZ D. Approach to analysis of wear mechanisms in the case of RCCAsand CRDM latch arms: From observation to understanding[J]. Wear, 2006, 261: 1024-1031.

[57] 吳元強, 盛選禹, 汪復興, 等. 高溫氣冷堆氦氣氣氛下的固體潤滑技術[J]. 核動力工程, 2001, 22: 460-464 WU Y Q, SHENG X Y, WANG F X, et al. Solid lubrication technology in high temperature gas-cooled helium gas environment[J]. Nuclear Power Engineering, 2001, 22: 460-464(in Chinese)

[58] 顧卿, 姜世杭, 褚堯. 磁控濺射氮化鉻和氮化鈦薄膜的性能[J]. 電鍍與涂飾, 2012, 30(12): 22-25 GU Q, JIANG S H, CHU Y. Magnetron sputtering of chromium nitride and titanium nitride film properties[J]. Plating and finishing, 2012, 30(12): 22-25(in Chinese)

[59] LI Z C, WANG Y X, CHENG X Y, et al. Growing ultrathick crn coating to achieve high load-bearing capacity and good tribological property[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10: 2965-2975.

[60] KIM J C, KIM J J, CHOI J Y, et al. Control of columnar-to-equiaxed transition in continuous casting of 16% Cr stainless steel[J]. La Metallurgia Italinans, 2009(9): 43-48.

[61] TAKEUCHI H, MORI H, IKEHARA Y, et al. The effects of electromagnetic stirring on solidification structure of continuously cast SUS340 stainless steel slabs[J]. Transaction of the Iron and Steel Institute of Japan, 1981, 21(2): 109-116.

[62] 池成忠, 徐俊波, 陳良賢, 等. 非對稱雙極脈沖反應磁控濺射制備TiN/NbN多層膜[J]. 材料工程, 2012(7): 92-96 CHI C Z, XU J B, CHEN L X, et al. Preparation of TiN/NbN multilayer films by asymmetric bipolar pulse reactive magnetron sputtering[J]. Journal of Materials Engineering, 2012(7): 92-96(in Chinese)

[63] 寧波材料技術與工程研究所. 寧波材料所在CVD大塊單晶金剛石合成技術方面取得進展[J]. 超硬材料工程, 2014(4): 61 Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering. Progress of CVD bulk single crystal diamond synthesis technology by ningbo institute of materials technology and engineering[J]. Superhard Material Engineering, 2014(4): 61(in Chinese)

[64] KYOHEI HORITA, HIROMI YOSHIMURA, SYUNSUKE AIKAWA, et al. Micro drilling of printed circuit board with DLC coated drill[C]. 2011 JSPE Autumn Conference, 2011(in Japanese).

[65] YANG W, KE P L, FANG Y, ZHENG H, et al. Microstructure and properties of duplex (Ti:N)-DLC/MAO coating on magnesium alloy[J]. Applied Surface Science, 2013, 270: 519-525.

[66] LI X W, LI L, ZHANG D, et al. Ab initio study of interfacial structure transformation of amorphous carbon catalyzed by Ti, Cr, and W transition layers[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9: 41115-41119.

[67] DAMASCENO J C, CAMARGO S S, FREIRE F L, et al. Deposition of Si-DLC films with high hardness, low stress and high deposition rates[J]. Surface & Coatings Technology, 2000, 133: 247-252.

[68] 王銳坤. 表面噴丸細晶化對Super304H不銹鋼晶間腐蝕敏感性和脫敏特性的影響[D]. 廣州: 華南理工大學, 2017.

WANG R K. Effect of surface grain refining by shot peening on the intergranular corrosion susceptibility and desensitization characteristics of Super304H stainless steel[D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2017(in Chinese).

[69] 李錢瑞. 爆破閥拉力螺栓的表面超聲沖擊強化[D]. 大連: 大連理工大學, 2017.

LI Q R. The surface strengtheningof explosion valve bolt by ultrasonic impact treatment[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2017(in Chinese).

[70] 王健波, 唐麗娜, 李辰旸. 環形零件局部激光表面淬火[J]. 金屬熱處理, 2019, 44(4): 106-108 WANG J B, TANG L N, LI C Y. Local laser surface quenching of annular parts[J]. Heat Treatment of Metals, 2019, 44(4): 106-108(in Chinese)

[71] 唐麗娜, 郭立杰, 張天德. 航天典型材料與構件的熱處理技術研究與應用[J]. 金屬熱處理, 2018, 43(1): 1-5 TANG L N, GUO L J, ZHANG T D. Research and application of heat treatment technology for aerospace materials and components[J]. Heat Treatment of Metals, 2018, 43(1): 1-5(in Chinese)

[72] 高玉魁. 不同表面改性強化處理對TC4鈦合金表面完整性及疲勞性能的影響[J]. 金屬學報, 2016, 52(8): 915-922 GAO Y K. Influence of different surface modification treatments on surface intergrity and fatigue performance of TC4 titanium alloy[J]. ACTA Metallurgica Sinica, 2016, 52(8): 915-922(in Chinese)

[73] 唐麗娜, 吳國華. TC4鈦合金等離子體滲氮層組織結構與耐磨性[C]. 上海: 中國航天科技集團公司2016年熱處理工藝技術中心交流會論文集, 2016: 42-48.

TANG L N, WU G H. Microstructure and wear resistance of plasma nitriding layer of TC4 titanium alloy[C]. China Aerospace Science and Technology Corporation, 2016 Proceedings of the Heat Treatment Technology Conference. Shanghai, 2016: 42-48(in Chinese).

[74] 陳宇海. 鈦及鈦合金脈沖等離子體爆炸表面改性研究[D]. 南昌: 南昌航空大學, 2019.

CHEN Y H. Surface modification of titanium and titanium alloy by pulsed plasma detonation technology[D]. Nanchang: Nanchang Hangkong University, 2019(in Chinese).

[75] 劉洪喜, 蔣業華, 等. TC4合金表面全方位離子注入Ag的耐摩擦磨損和抗腐蝕性能[J]. 稀有金屬材料與工程, 2009(12): 2127-2130 LIU H X, JIANG Y H et. al Frictional wear resistance and corrosion resistance of Ag/Ti-6Al-4V alloy system treated by plasma immersion ion implantation technique[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2009(12): 2127-2130(in Chinese)

[76] 王寶婷. 鈦合金表面微弧氧化強流脈沖電子束復合處理技術[D]. 沈陽: 沈陽理工大學, 2017.

WANG B T. Composite treatment of micro-arc oxidation and high current pulsed electron beam on titanium alloy[D]. Shenyang: Shenyang Ligong University, 2017.

[77] 張曉琳, 張可敏, 馬金鑫, 等. 鋁合金表面激光熔覆陶瓷復合涂層研究現狀[J]. 熱加工工藝, 2016, 45(20): 23-30 ZHANG X L, ZHANG K M, MA J X, et al. Research status of ceramic composite coating on aluminium alloy surface by laser cladding[J]. Hot Working Technology, 2016, 45(20): 23-30(in Chinese)

[78] 李琦, 劉洪喜, 張曉, 等. 鋁合金表面激光熔覆NiCrAl/TiC復合涂層的磨損行為和耐蝕性能[J]. 中國有色金屬學報, 2014, 24(11): 2805-2812 LI Q, LIU H X, ZHANG X, et al. Wear behavior and corrosion resistance of laser clad NiCrAl/TiC composite coating on aluminum alloy surface[J]. Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2014, 24(11): 2805-2812(in Chinese)

[79] 張志超. 鋁合金表面激光熔覆Al2O3 涂層工藝研究[D]. 遼寧: 大連理工大學, 2014.

ZHANG Z C. Study on process conditions of laser cladding of Al2O3 coatings on aluminium alloy[D]. Liaoning: Dalian University of Technology, 2014(in Chinese).

[80] 劉俊秀. 鋁合金鉆桿材料腐蝕機理及表面防護研究[D]. 北京: 中國地質大學(北京), 2017.

LIU J X. Research on corrosion mechanism and surface protection of aluminum alloy drill pipe materials[D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2017(in Chinese).

[81] 文磊. LY12CZ鋁合金表面納米化-微弧氧化復合改性層組織結構與性能[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業大學, 2011.

WEN L. Microstructure and properties of LY12CZ aluminum alloy surface nano-micro arc oxidation composite modified layer[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2011(in Chinese).

[82] 徐濱士. 表面工程與維修[M]. 北京:機械工業出版社, 1996.

XU B S. Surface engineering and maintenance[M]. Beijing: China Machine Press, 1996(in Chinese).

[83] WANG H D, MA G Z, XU BS, et al. Design and application of friction pair surface modification coating for remanufacturing[J]. Friction, 2017, 5(3): 351-360.

[84] 徐濱士, 馬世寧, 劉家浚. 我國設備維修表面工程的發展[J]. 設備管理與維修, 1998(2): 16-19 XU B S, MA S N, LIU J J. The development of equipment maintenance surface engineering in China[J]. Equipment Management and Maintenance, 1998(2): 16-19(in Chinese)

[85] 徐濱士, 梁秀兵. 發展高技術維修, 建設“預知維修”方式[C]. 中國機械工程學會2003年年會論文集: 426-428.

XU B S, LIANG X B. Development high-tech maintenance and construct predicted maintenance[C]. Proceedings of Annual meeting of Chinese Mechanical Engineering Society, 2003, 426-428(in Chinese).

[86] 徐濱士. 擴大軍地交流,共同促進維修事業發展[J]. 中國設備工程, 1992, 4: 4-5 XU B S. Expand military-to-societycommunications and jointly promote the development of repair and maintenance[J]. China Plant Engineering, 1992, 4: 4-5(in Chinese)

[87] 徐濱士. 徐濱士院士教學、科研文選[M]. 北京:化學工業出版社, 2010.

XU B S. Selection from Academician Xu bin-shi’s Achievements[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2010(in Chinese).

[88] XU B S, WANG H D, MA G Z. Advanced surface engineering technologies for remanufacturing forming[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2012, 41(S1): 001-005.

[89] 徐濱士. 再制造與循環經濟[M]. 北京: 科學出版社, 2007.

XU B S. Remanufacture and recycling economy[M]. Beijing: Science Press, 2007(in Chinese).

[90] 徐濱士. 新時代中國特色再制造的創新發展[J]. 中國表面工程, 2018, 31(1): 1-6 XU B S. Innovation and development of remanufacturing with Chinese characteristics for a new era[J]. China Surface Engineering, 2018, 31(1): 1-6(in Chinese)

[91] DONG L H, XU B S, DONG S Y, et al. Stress dependence of the spontaneous stray field signals of ferromagnetic steel[J]. NDT & E International, 2009, 42(4): 323-327.

[92] 王海斗, 何鵬飛, 陳書贏, 等. 內孔熱噴涂技術的研究現狀與展望[J]. 中國表面工程, 2018, 31(5): 14-38 WANGHD, HE P F, CHEN S Y, et al. Research and prospect on internal thermal spraying techniques[J]. China Surfac eEngineering, 2018, 31(5): 14-38(in Chinese)

[93] XING Z G, WANG H D, XU B S, et al. Structural integrity and ferroelectric-piezoelectric properties of PbTiO3 coating prepared via supersonic plasma spraying[J]. Materials & Design, 2014, 62: 57-63.

[94] 徐濱士, 劉世參, 史佩京. 再制造工程的發展及推進產業化中的前沿問題[J]. 中國表面工程, 2008, 21(1): 1-5 XU B S, LIU S C, SHI P J. The frontier issues of development and industrialization of remanufacturing engineering[J]. China Surface Engineering, 2008, 21(1): 1-5(in Chinese)