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表面技术
中国兵器工业第五九研究所；中国兵工学会防腐包装分会；中国兵器工业防腐包装情报网
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中国兵器工业第五九研究所；中国兵工学会防腐包装分会；中国兵器工业防腐包装情报网

吴护林（兼）

双月刊

1001-3660

wjqkbm@vip.163.com

023-68792193

400039

重庆市2331信箱（重庆市九龙破区石桥铺渝州路33号）

表面技术/Journal Surface TechnologyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊主要报道金属、非金属表面技术方面的最新科学研究成果及新技术应用成果等方面的内容。
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    稀土Y对铜线材抗氧化行为的影响机理研究

    葛晨阳国秀花李韶林宋克兴...
    144-155页
    查看更多>>摘要：目的 针对纯铜线材的抗氧化性能不足问题,通过稀土微合金化制备了含微量Y元素的铜线材,研究稀土Y含量对铜线材抗氧化性能的影响.方法 采用扫描电子显微镜(SEM)、EDS能谱仪和X射线衍射仪等表征手段,分析了氧化膜脱落后基体表面形貌以及稀土Y元素在氧化过程中的存在形式与氧化膜的生长过程,揭示了添加稀土元素Y提高纯铜抗氧化性能的作用机理.结果 稀土Y的引入提高了纯铜线材的抗氧化性能,在600℃、10 h条件下,Cu-0.03Y线材相对于Cu线材氧化增重率由0.55％降低至0.2％,降幅达63％.稀土元素Y的添加使铜线材的(100)晶面占比减少,(111)晶面占比增多,基体表面易被活化的(100)原子面占比降低,铜线材的抗氧化性能提高.在Cu-0.1Y线材中稀土元素浓度较高时发生偏聚,稀土元素与氧的亲和力大于铜与氧的亲和力,偏聚处形成不连续的稀土氧化物,使氧离子与铜离子的接触反应面积增大,相比Cu-0.03Y线材抗氧化性能降低.结论 氧化过程中稀土离子的扩散速率慢、半径大,对铜离子的向外扩散起到阻碍作用,降低了铜离子的扩散速度,提高了铜线材的抗氧化性能.

    纯铜线材稀土元素Y稀土氧化物增重率抗氧化性能

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    TC4表面TiN/Ti涂层的热腐蚀行为研究及第一性原理计算

    孙志平郭红星唐昌伟何光宇...
    156-166页
    查看更多>>摘要：目的 综合评估涂层性能、延长压气机叶片的使用寿命,进行TiN/Ti涂层及冲蚀后TiN/Ti涂层的热腐蚀行为机制研究.方法 进行了完整TiN/Ti涂层及冲蚀后TiN/Ti涂层300℃/120 h的热腐蚀实验,腐蚀介质为95％(质量分数)Na2SO4+5％(质量分数)NaCl.冲蚀实验采用形状不规则的SiO2颗粒,冲蚀角为45°,冲蚀速度为130 m/s,供砂速率为6.4 g/min.建立了完整TiN涂层、表面具有孔洞的TiN涂层及表面具有Ti液滴的TiN涂层3种第一性原理腐蚀计算模型.结果 TiN/Ti涂层热腐蚀后,液滴处发生氧化并且变得疏松;样品切割边缘产生腐蚀锈迹,最终出现鼓包和裂纹;冲蚀后,涂层表面的完整性受到破坏,相较于未冲蚀区域,冲蚀坑周围更容易出现腐蚀.在热腐蚀过程中,SO42-中的O和完整TiN涂层中的Ti以及液滴中的Ti电子云团接触,存在电荷转移及成键倾向,具体为Ti失电子、O得电子,腐蚀主要发生在SO42-中的O与Ti之间.结论 第一性原理计算结果与热腐蚀的实验结果相一致,第一性原理计算结果可以从微观上反映液滴和孔洞等缺陷对涂层热腐蚀行为的影响,能够为分析涂层的热腐蚀机制提供理论依据.

    氮化钛涂层热腐蚀行为冲蚀第一性原理电荷转移

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    γ-TiAl基合金用Al2O3-SiC-AlPO4复合涂层抗高温氧化性能研究

    杨天南牛合全孔令艳
    167-172,206页
    查看更多>>摘要：目的 通过表面涂层提高 γ-TiAl基合金的抗高温氧化性能.方法 采用常规喷涂涂料法在 γ-TiAl合金基体上制备Al2O3-SiC-AlPO4磷酸盐复合抗高温氧化涂层.研究γ-TiAl合金和涂层样品在900℃、静态空气条件下的准等温氧化动力学行为.用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况.结果 900℃恒温氧化动力学研究结果表明,γ-TiAl基合金初期氧化速率常数为32.501×10-2 mg/(cm2·h1/2),与后期氧化速率常数28.113×10-2 mg/(cm2·h1/2)基本接近,呈直线规律,不具有抗氧化性能;而Al2O3-SiC-AlPO4磷酸盐复合涂层样品氧化后期氧化速率常数为5.967×10-2 mg/(cm2·h1/2),与氧化初期8 h内氧化速率常数23.941×10-2 mg/(cm2·h1/2)相比,明显降低,遵循典型抛物线规律,具有抗氧化性能.微观分析结果表明,原始涂层与 γ-TiAl合金基体结合紧密,涂层主要相组成为Al2O3、SiC、SiO2;AlPO4以无定形状态构成涂层连续相.氧化后,AlPO4演变成晶态,形成涂层致密的网络结构;部分基体钛元素扩散进入涂层中疏松部位,氧化后形成TiO2弥散分布在涂层中,填补了涂层疏松部位,使涂层更加致密;在涂层与基体界面2μm区域内形成连续致密Al2O3膜,阻挡了空气中的氧进一步扩散进入基体.结论 Al2O3-SiC-AlPO4复合涂层有效降低了γ-TiAl基合金氧化速率,有助于形成保护性Al2O3膜,明显改善了900℃ γ-TiAl基合金抗高温氧化性能.

    γ-TiAl基合金抗高温氧化性能磷酸盐涂层氧化动力学微观组织

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    基于MOGWO的45#钢表面激光抛光工艺参数多目标优化

    梁强徐永航李永亮王敬...
    173-182页
    查看更多>>摘要：目的 提高45#钢表面激光抛光后的成形质量,提出一种激光抛光工艺参数多目标优化方法.方法 构建基于功率、扫描速度、搭接距离的三因素三水平激光抛光试验,并分别应用粗糙度测量仪、显微硬度计和超景深三维显微镜测试抛光层的粗糙度、显微硬度和抛光层深度.基于试验数据,分别应用指数模型和二阶响应面模型构建抛光工艺参数与表面粗糙度、显微硬度、抛光深度的回归预测模型,并对2种模型的预测精度进行对比分析.采用多目标灰狼优化算法(MOGWO)结合优劣解距离法(TOPSIS)-CRITIC综合评价决策体系对抛光工艺参数进行寻优和多属性决策.结果 二阶响应面模型具有更高的预测精度,能够更好地反映激光抛光工艺参数与各响应目标之间的映射关系.当功率为113 W、扫描速度为3 m/min、搭接距离为0.13 mm时,粗糙度值Ra从11.563μm降至5.713μm,降幅为50.59％,显微硬度从185.9HV0.5升至364.7HV0.5,升幅为96.18％,此时的抛光深度为0.051 mm,最大相对误差为7.84％.结论 此方法可以为其他金属材料表面激光抛光质量预测模型的构建及工艺参数寻优提供借鉴.

    激光抛光二阶响应面模型MOGWO算法TOPSIS-CRITIC多目标优化

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    微量润滑工况下纳米粒子协同微织构对刀具切削性能的影响

    刘朝伟杨发展姜芙林黄珂...
    183-195页
    查看更多>>摘要：目的 探究微量润滑工况下纳米粒子与织构协同作用对刀具切削性能的影响及其变化规律.方法 通过有限元数值模拟软件ABAQUS对不同工况下刀具的等效塑性应变、等效应力以及切削力的变化进行仿真和预测评估.同时,通过切削试验进行验证分析,并结合刀具前刀面的磨损状态、前刀面磨损区主要元素含量、切屑形貌及其变化以及已加工表面质量对刀具的切削性能进行综合评价,以探究纳米粒子与织构刀具的协同作用对刀具切削性能的影响机制.结果 仿真结果表明,N-O-M切屑的等效塑性应变较小,切屑层较薄,与N-O-T相比,最大等效应力值降低了26.4％,平均切削力为232 N,刀具减摩效果最为明显;不同工况下平均切削力误差均控制在10％以内,试验值与仿真值高度一致;N-O-M磨损面积仅为1.95×10-2 mm2,刀具表面无明显的黏结物和崩刃现象,磨损面积仅为N-O-T的39.8％;N-O-M切屑卷曲半径最小,已加工工件表面脊线较长,工件表面质量较优.结论 微量润滑工况下纳米粒子与表面织构的协同作用对提高刀具切削加工性能具有重要意义.微液滴在一定的压力下能渗入刀-屑界面接触区形成液膜,织构沟槽中的纳米粒子随着液膜中润滑介质的流动能够周期性释放到摩擦副的接触表面,持续作用于切削区域改变原有的摩擦接触状态和润滑方式,促进摩擦副间摩擦形式由滑动摩擦向滚动摩擦状态转变,实现减摩降磨的目标.

    微量润滑纳米粒子协同作用微织构切削性能减摩降磨

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    基于异步旋转磁极的TC4薄板双面磁粒研磨工艺研究

    刘杰焦安源张家龙苗永鑫...
    196-206页
    查看更多>>摘要：目的 为提升传统磁粒研磨TC4薄板的加工效率,改善表面形貌,设计了相对磁极产生相对转速差的双面磁粒研磨装置.方法 基于两侧相对磁极的异步旋转,使两侧磁极产生相对转速差,进行磁性磨粒的受力和运动分析,对材料去除量进行计算分析.利用Maxwell软件,对不同的相对转速差进行磁场的模拟仿真,进而使用设计的双面磁粒研磨加工装置,对TC4薄板的双面进行研磨.最后,使用粗糙度仪和超景深3D电子显微镜,对研磨前后的工件表面进行观察分析.结果 对于磁极的同步旋转,即当两侧磁极转速为500 r/min时,正面表面粗糙度Ra的平均值从0.47μm下降至0.2μm,下降幅度为57％,反面表面粗糙度Ra的平均值从0.46μm下降至0.21μm,下降幅度为54％.对于磁极异步旋转,即磁极Ⅰ转速为500 r/min、磁极Ⅱ转速为600 r/min时,正面表面粗糙度Ra的平均值从0.47μm下降至0.1μm,下降幅度为78％,反面表面粗糙度Ra的平均值从0.48μm下降至0.1μm,下降幅度为79％,正面最大高度差的平均值从62.5μm下降至10.4μm,下降幅度为83％,反面最大高度差的平均值从63.2μm下降至10.3μm,下降幅度为84％,材料去除效率最高,表面质量得到有效改善.结论 采用异步旋转双面磁粒研磨的方式,可以有效促进磁性磨粒的翻滚运动,加速切削刃的更新.该装置加工时能够产生相对较高的磁感应强度,磁场梯度变化适中,有利于提升表面质量,修复工件表面的缺陷,大幅度提升了研磨的效率.

    钛合金双面磁粒研磨异步旋转材料去除体积相对转速差

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    齿槽表面多级微织构构筑及其润湿机理

    李旭航王海斗朱丽娜底月兰...
    207-215页
    查看更多>>摘要：目的 使外科手术器械表面具有超疏水功能,有效防止感染,解决医疗器械的清洁问题,降低设备维护成本.方法 通过电火花线切割(WEDM)复合纳秒激光烧蚀在3Cr13不锈钢表面制备了亚毫米/微米多级复合织构表面,随后在表面上制备了1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷溶液(PFDS)自组装超疏水涂层.利用台式扫描电镜和激光共聚焦显微镜观察复合织构表面形貌特征,使用接触角测量仪对水滴与复合织构表面的接触状态进行观察,并测量水滴的接触角与滚动角.利用表界面张力仪对多级织构表面黏附力进行表征.结果 微米沟槽在亚毫米齿槽斜面上均布且不同高度的沟槽形状一致,方向与齿槽平行.水滴与齿槽阵列表面为Wenzel模型接触,水滴与多级结构表面为Cassie-Baxter模型接触.齿槽阵列试样最大黏附力为164.1μN,最小黏附力为123.5μN,多级织构试样的黏附力分别为77.2、47、24.1μN.结论 微米沟槽的存在改变了水滴接触状态,在亚毫米尺度上水滴与表面的接触状态由Wenzel状态转为Cassie-Baxter状态,有效改善了水滴的接触性能与滚动性能.多级织构试样齿槽顶角的减小,有效减小了固液接触面积,水滴接触角最大为163.2°.

    多级复合织构激光超疏水齿槽接触状态黏附力

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    激光-热处理复合工艺制备油水分离表面及性能研究

    刘超余忠杰王泰源冶孟琦...
    216-229页
    查看更多>>摘要：目的 研发一种高效、低成本的激光-热处理复合工艺,制备具有油水分离性能的泡沫铜表面,为石油污染的净化提供一种有效的参考方法.方法 首先利用纳秒激光在泡沫铜表面上诱导出多级微纳米结构,然后将泡沫铜放入低温烘箱中加热处理,通过调控激光参数和热处理相互作用制备出了超疏水超亲油泡沫铜表面,并使用扫描电子显微镜、光电子能谱仪和接触角测量仪,对激光加工前后泡沫铜表面的微纳结构、表面化学元素组成和油水在表面的润湿性进行了表征.结果 泡沫铜表面经纳秒激光加工后诱导生成的多级微纳结构受到包括激光扫描速率、激光加工功率和扫描间距等激光加工参数的显著影响.同时,配合低温热处理工艺,激光制备泡沫铜表面的化学成分快速转变,表面能显著降低,使得泡沫铜表面获得了超疏水超亲油的润湿特性.本工作制备的泡沫铜表面在空气中的最大水接触角为158.5°,油接触角为0°.并利用油水分离试验装置验证了激光-热处理复合工艺制备的超疏水超亲油泡沫铜表面可以使油和水选择性通过,分离效率超过90％.结论 激光-热处理复合工艺制备的具有多级微纳结构的泡沫铜表面具备优异的超疏水超亲油特性,展现出了良好的油水分离性能,有望实现海洋生态中石油污染的净化.

    激光加工泡沫铜微纳结构超疏水超亲油表面油水分离

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    高性能凹凸棒土-聚四氟乙烯分离膜的制备工艺及其研究

    吕震北彭文海潘文涛薛伟...
    230-242页
    查看更多>>摘要：目的 由于工业含油废水的日益增多和溢油事故的频发,高性能分离膜的制备研究受到了极大的关注.有特殊表面润湿性的膜由于其分离效果好,在油水分离的实际应用中被广泛应用.然而,实际要获得有特殊表面润湿性的膜不仅制备过程复杂,而且成本高昂.制备有特殊润湿性表面的方法通常为2步,先构造分级粗糙表面,然后用低表面能材料对表面进行化学修饰.方法 提出了一种简单、低成本、高效的方法,通过皮秒激光在聚四氟乙烯上打孔,然后喷涂凹凸棒土来制备高性能的凹凸棒土-聚四氟乙烯油水分离膜.结果 制得凹凸棒土-聚四氟乙烯分离膜,由于聚四氟乙烯本身就具有疏水性,再经过打孔、喷涂工艺的叠加,其表面形成了独特且粗糙的微纳结构,测试的样品中接触角均在150°以上,具有超疏水特性.在油水分离过程中,薄膜的微孔直径小于200μm时,其油水分离效率均在98.0％以上.更重要的是,所制备的膜的分离效率在严重磨损或40次分离循环后没有明显变化,其分离效率仍在96.0％以上,并且在强酸强碱等腐蚀介质中浸泡24 h后,依然具有良好的润湿性能和油水分离性能,表明该膜具有良好的耐用性和稳定性,为快速制备高性能分离膜提供了新的途径.结论 制备的超疏水凹凸棒土-聚四氟乙烯膜具有优异的性能,可在实际过程中广泛应用.

    凹凸棒土聚四氟乙烯微纳结构超疏水性能油水分离

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    溶胶-凝胶法制备SiO2减反射薄膜及其耐久性

    王军胡瑾瑜向军淮李由...
    243-249页
    查看更多>>摘要：目的 增加太阳光在太阳能电池玻璃盖板的透过率,以期提高太阳能电池的转换效率.方法 以正硅酸乙酯为原料、乙醇为溶剂、氨水为催化剂,采用碱催化溶胶-凝胶浸渍提拉法,在玻璃表面制备了SiO2减反射薄膜,研究了溶胶中正硅酸乙酯与乙醇物质的量比和提拉镀膜速度对SiO2薄膜光学性质的影响,分析了减反射薄膜的耐久性.结果 碱性溶胶制备的SiO2为非晶相,采用浸渍提拉法在玻璃表面制备的薄膜结构疏松,且存在微裂纹.采用正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1:20、提拉速度为500μm/s及正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1:30、提拉速度为1000μm/s制备的SiO2薄膜,折射率分别为1.35和1.33,厚度分别为101.11、102.63 nm,最大透过率分别高于未镀膜玻璃6.57％和6.94％,在400～1100 nm波长范围内的平均透过率分别高于未镀膜玻璃5.01％和5.34％,表明该薄膜具有优异的减反射性能.玻璃表面制备SiO2薄膜后,水接触角约为5°,具有超亲水性.将未镀膜玻璃及镀膜样品在实验室放置5个月后,采用正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1:20、提拉速度为500μm/s及正硅酸乙酯与乙醇物质的量比为1:30、提拉速度为1000μm/s的制备SiO2薄膜的最大透过率分别高于未镀膜玻璃7.50％和6.71％,在400～1100 nm波长范围内的平均透过率分别高于未镀膜玻璃5.94％和5.59％,表明SiO2薄膜的减反射性能具有较好的耐久性.结论 采用碱催化溶胶-凝胶法在玻璃上制备的SiO2减反射薄膜具有超亲水性及优异的减反射耐久性,在太阳能电池玻璃盖板上具有潜在的应用价值.

    溶胶-凝胶SiO2薄膜减反射润湿性耐久性

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