【研究室总体介绍】

表面科学与工程技术研究室隶属于北京科技大学腐蚀与防护中心腐蚀控制系统工程研究所、北京市腐蚀磨蚀与表面技术重点试验室。研究室现有教师3人，主要研究方向主要有：表面及内部残余应力无损检测与控制、功能涂层或膜层的设计与制备、金属的腐蚀与防护处理、合金强化耐磨和修复处理、耐磨耐蚀合金材料的设计研发等。研究室坚持以应用需求为牵引，以工程应用带动基础研究与技术创新，近年来承担了科技部、自然基金委、科工局等国家及省部级以上纵向课题和企事业单位委托项目近百项，多项研究成果获得推广应用。

【研究室成员介绍】

张津、曹江利、连勇

【研究室主要研究方向】

1.  晶体材料内部衍射信息的无损检测

2.  先进功能涂层的设计制备及表征

3.  复杂苛刻环境服役损伤及材料研发

【研究室主要研究内容及科研成果】

（一）残余应力表征与消减控制技术

残余应力影响工件的强度、疲劳、耐蚀性以及其它性能，精密加工零部件内部的残余应力的大小及分布，直接关系到其加工精度、性能和服役寿命，而残余应力调控的前提是残余应力的大小和分布的准确测量。本团队通过独创的无能量衰减的单色化技术，用X光管的光源即实现了晶体材料/工件内部物相、织构、（残余）应力、晶体学取向和单晶完整性等衍射信息的高效精确检测分析，可不借助大科学装置，在实验室和车间实现晶体材料/工件内部应力、织构、物相等的定点无损检测分析。团队还拥有二维面探表面应力测试仪，可以快速测定表面残余应力；针对所测得残余应力分布，可以提供残余应力消减均化方案，为高精密制造、高精仪器设备的研发提供坚实的基础保障。研究获得国家科技部863项目、国家自然科学基金及科技部重点研发计划和大型科学仪器设备开发等项目支持，相关测试技术与方法处于国内外领先。相关学术成果在国内外期刊发表论文10余篇，已获授权中国、日本等国授权专利10余项，制定相关国家标准和行业标准3项。

（二）高密度等离子体真空气相扩渗/镀覆技术

真空气相沉积镀膜具有膜层体系/结构易控制、致密度高、与基体或工件结合力强等特点，赋予了真空镀覆层更优异的性能和更广阔的应用前景。本团队围绕当前高技术领域表面防护相关需求，定制了专用高功率脉冲电源，构建了超高密度等离子体镀膜平台，具有多弧离子镀、磁控溅射镀等复合功能，实现多功能镀膜技术融合。通过超高密度低温等离子体氮化可实现工件400℃以下快速无脆性氮化，利用等离子体能量控制、多层交替、梯度过渡等实现多功能一体化膜层的可控制备。

（三）激光熔覆高熵合金耐磨耐蚀耐高温涂层技术

高速、高温、高压、重载、腐蚀介质等苛刻条件下关键部件材料可靠防护与长期可靠服役已成为限制高端装备发展的主要瓶颈之一。本团队利用激光加热熔池高过冷效应和强碳化物原位诱导析出，研究开发了高熵合金耐磨耐蚀耐高温涂层体系及工艺，通过构建工艺参数与涂层主要特性之间的函数关系并利用多目标算法优化，获得了低残余应力、高致密的高熵合金涂层，室温耐磨耐蚀性能优异，高温耐磨性和抗气氛烧蚀显著优于镀硬铬。相关研究成果已发表在Corrosion Science、Surface and Coatings Technology等期刊。

（四）镁合金阻燃隔热防护涂层技术

镁合金是重要的轻量化结构材料，但镁化学性质活泼、氧化生成热和燃烧生成焓高，镁合金构件的起燃性是其在航空等领域应用的重要考量因素。本团队针对轻量化镁合金构件的起燃性制约其在工程领域的应用的问题，建立了热源强度与镁合金起燃、燃烧扩展的关系以及镁合金起燃的数理模型，开发了系列阻燃多功能一体化涂层。通过微弧氧化和浆料改性方法在镁合金表面构建了微弧氧化/磷酸盐耐蚀防火功能一体化涂层，典型镁合金起燃时间在大于1000℃的条件下由2 min 提升至20 min以上；开发的基于炭层隔热、瓷化阻隔和气相稀释协同作用的隔热防火功能一体化防护涂层， 使镁合金在1090℃火焰条件20min不燃烧，构件完整无明显变形。

（五）钛合金表面改性及涂层制备技术

钛合金因具有优异的综合力学性能在航空、航天、船舶、石油、化工、兵器、电子等行业得到高度重视和广泛应用。本团队利用微弧阳极氧化、离子氮化、 阴极等离子处理、热氧化、电火花沉积等技术，对钛合金进行表面改性和涂覆涂层，提高钛合金基体的耐磨、抗氧化和防污自洁净等性能，已在Surface and Coatings Technology等国内外期刊上发表论文10余篇。

（六）多元复合共渗耐磨耐蚀涂层技术

利用N、C、O、B、Re等多元活性元素共渗实现合金钢表面多元复合共渗改性处理（MEDT），开发了低温共渗盐及成套工艺，通过低温配合活性介质催渗，获得深层无脆性强化层，显著提升室温及高温耐磨性能。形成耐磨渗层的同时在其表面还形成一层致密氧化膜，提升其耐蚀性能。相关技术已获授权专利6项，成果发表在Journal of Materials Research and Technology等期刊。

（七）耐海洋腐蚀高强度钢及涂层防护技术

针对海洋气候环境下海洋装备及工程结构件锈蚀制约装备性能和寿命的问题，研发出一种以多元纳米金属间化合物为强化相的超高强耐蚀钢，其强度达1800MPa的同时耐盐雾1000h以上，实现了超高强度和高耐蚀兼顾；通过宽温域时效析出及相组成实现强度900MPa~1800MPa的调控；突破了材料纯净化冶炼、细晶化锻造/轧制制备技术，可生产圆棒、扁钢、板/环材等多型号的材料，已在国防军工、精密仪器等领域获得推广应用。此外，将纳米层状石墨烯应用于富片锌基涂料形成纳米-微米层状共轭结构长效耐蚀涂层，耐中性盐雾试验达2000以上。形成行业标准1项，申请专利5项，相关研究成果已发表在Materials Science and Engineering A等期刊。

【研究室承担科研项目】

国家级科技项目：应力场短波长X射线衍射精密检测技术及示范应用，国家重点研发计划课题

国家级科技项目：新型结构功能一体化镁合金材料设计，国家重点研发计划课题

国家级科技项目：聚变堆排放气氛氚捕集关键工艺与材料研究，国家磁约束核聚变能发展研究专项

国家级科技项目：海洋油气钻采关键部件用高强高韧合金，国家重点研发计划青年项目

国家级科技项目：高能微弧火花沉积TiCrNiVSix多主元合金/氮化物复合涂层的研究，25万元，国家自然基金青年项目：

国家级科技项目：镁合金产品残余应力消减与表面防护，国家重点研发计划课题

省部级科技项目：镁/异质金属复合材料制造原理与性能调控理论，广东省基础与应用基础研究重大项目

校企合作项目：XX仪器泵系统耐磨蚀表面防护技术

校企合作项目：关键零件表面激光熔覆强化技术

校企合作项目：桥梁原位X-ray衍射检测系统