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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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    致密气油水共存条件下L360N管线钢的微生物腐蚀行为研究

    王彦然孙洪亮卫国锋唐永帆...
    135-146页
    查看更多>>摘要：目的 通过实验模拟L360N管线钢在致密气油水共存条件下的微生物腐蚀(MIC)行为,探究凝析油对MIC行为的影响.方法 模拟6组凝析油体积占比不同的腐蚀环境,结合失重测试和电化学实验分析了凝析油对腐蚀速率的影响规律.通过最大可能计数法(MPN法)计数试片表面的细菌固着量.采用激光显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、光电子能谱仪(XPS)表征分析腐蚀形态和产物形貌、成分.结果 凝析油溶于水中会直接影响微生物腐蚀行为.水中存在的凝析油可显著降低L360N管线钢的均匀腐蚀速率,但不同条件下浸泡的试片表面均有明显的点蚀.所有试片表面的细菌固着量都不低于104 cells/cm2,且都有生物膜形成,主要化学成分是Fe2O3和FeS.另外,在高凝析油体积占比条件下,膜内的硫化物更倾向于局部沉积,使得生物膜结构更加不均匀.电化学测试表明,随着时间的延长,各条件下的电荷转移电阻(Rct)和腐蚀电流密度(Jcorr)都变化至相近水平,凝析油含量升高不能长期抑制膜下固着菌的代谢活性.结论 L360N管线钢在不同凝析油体积占比的油水介质中均有MIC发生.其原因在于凝析油含量升高不能完全抑制生物膜的形成,还促使生物膜结构更加不均匀,为固着菌代谢提供了适宜的环境,有利于点蚀的发生.

    微生物腐蚀致密气凝析油生物膜点蚀

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    涂层厚度对Cr涂层锆合金包壳高温蒸汽氧化动力学及微观机制的影响

    严俊高思宇杨钟毓李思功...
    147-157,251页
    查看更多>>摘要：目的 研究涂层厚度对Cr涂层锆包壳高温蒸汽氧化行为的影响规律及其微观机制,为耐事故锆包壳表面涂层优化设计提供理论依据.方法 以锆合金包壳为基体材料,采用磁控溅射工艺制备纯金属Cr涂层,目标厚度设计值为10、15、20μm 3类.采用高温蒸汽氧化设备开展试验,氧化温度为1200℃,等温氧化时间为500～3000 s,系统研究模拟反应堆失水事故(LOCA)工况下涂层厚度对该材料体系高温蒸汽氧化行为及氧化动力学的影响.试验后,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜及能谱仪等表征各样品氧化膜微结构特征、氧化层厚度、元素分布及物相组成等,基于氧化膜层厚度构建Cr涂层氧化动力学模型,同步探讨涂层原始厚度对其高温蒸汽氧化-失效微观机理的影响.结果 涂层厚度为10μm时,其对锆合金基体保护作用有限,等温氧化2000 s时其表面Cr2O3氧化膜和残余Cr涂层已完全丧失保护功能,锆合金基体被连续氧化.涂层厚度为15μm时,第一阶段,生成保护性能较好的Cr2O3氧化膜,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律;第二阶段,Cr涂层的氧化行为发生转变,氧化膜及其残余涂层保护性能衰退,但锆合金基体始终未被氧化.涂层厚度为20μm时,Cr涂层的氧化行为满足抛物线规律,但氧化行为未发生转变,表面氧化膜及残余Cr涂层保护性能较好.结论 Cr涂层厚度增加可在一定程度上提升其抗高温蒸汽氧化性能,进而提高反应堆事故工况下燃料包壳抵御事故的能力,从而在一定程度上延长不干预时间.

    涂层锆合金高温蒸汽氧化涂层厚度氧化动力学氧化机制

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    无气离心喷涂涂料液滴流场和分布特性的数值模拟

    李响徐增辉姜秀光汪瞳...
    158-166页
    查看更多>>摘要：目的 探究无气体输送的无气离心喷涂法过程中涂料液滴与管道内壁面之间的相互碰撞接触作用,以在高分子涂料离心喷涂法中获得致密高强度涂料内衬层.方法 将涂料液滴视为离散相,利用离散元方法和涂料液滴附着力JKR接触模型,模拟无气离心喷涂涂料液滴运动特性.通过堆积角虚拟试验确定涂料液滴与壁面表面能.基于离心场作用下涂料液滴运动方程,导出旋转喷枪射流小孔出流速度计算模型.数值模拟无气离心喷涂过程涂料液滴流体动力特性,揭示涂料液滴碰撞作用下动态喷涂成膜规律.结果 统计得到涂料液滴在水平壁面展平的表面能为32.7 J/m2.对于一定的喷嘴射流小孔,涂料液滴小孔出流系数接近于常数.随着计算时间的推进,壁面黏附涂料液滴数不断增加.在无气旋转喷枪II旋转速度2500 r/min下,统计单元涂料液滴数最大,并且有较大的液滴数方差和相对误差.随着喷枪旋转速度的提高,涂料液滴数的方差和相对误差降低.结论 为实现沿管道壁面涂料液滴均匀分布,旋转喷枪Ⅱ旋转速度建议不应低于5000 r/min.

    涂料液滴无气离心喷涂离散元方法出流速度液滴数分布

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    考虑廓形特征的机器人异型盘磨削接触力建模

    郭万金吴广朱恒陈柱宏...
    167-180页
    查看更多>>摘要：目的 为表征具有尖端小、比压大廓形特征的机器人异型盘磨削接触力,针对异型盘薄板与橡胶板双层结构形式,提出一种考虑廓形特征影响的包含薄板挠曲形变和橡胶板弹性形变的机器人异型盘磨削接触力建模方法.方法 首先,基于弹性薄板弯曲理论,分析薄板挠曲形变与接触力关系.其次,依据静态弹性理论,建立橡胶板在弹性形变区域内弹性形变与接触力模型.再次,开展有限元数值模拟实验求解橡胶板弹性形变参数和薄板挠曲形变参数,并通过变量替换建立接触力与异型盘法向进给位移数值形式反函数模型.最后,搭建机器人异型盘磨削实验平台,分别开展1种平面与3种曲率曲面工件的机器人异型盘接触力模型验证实验和1种侧曲面圆台铸铁工件的机器人异型盘磨削一致性验证实验.结果 机器人异型盘接触力模型验证实验结果表明,当盘倾角较大时,能够较为准确地预测接触力.机器人异型盘磨削一致性验证实验结果表明,在相同的磨削参数条件下,3条磨削路径(路径1、2、3)的磨削深度平均值分别为0.0663、0.0632、0.0645 mm,最大偏差分别为0.0139、0.0090、0.0108 mm,变异系数分别为11.2％、6.4％和9.6％.实验验证了所提方法的有效性.结论 所提方法考虑了异型盘廓形特征,将工件表面曲率、盘倾角、廓形参数和异型盘尺寸等参数包含在磨削接触力模型中,并描述了磨削接触力与异型盘法向进给位移的数值形式反函数关系,能够度量异型盘磨削作业接触区域和解释磨削接触力影响因素,可为机器人异型盘的高效率、高质量恒定接触力磨削提供理论依据.

    接触力建模异型盘磨削挠曲形变弹性形变机器人磨削

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    金属钼圆基片平面研磨及其表面创成机理研究

    阎秋生陈缘靓夏江南雒梓源...
    181-192页
    查看更多>>摘要：目的 实现金属钼圆基片高效平坦化加工,获得超光滑表面.方法 采用游离磨料对钼圆基片进行平面研磨加工,研究磨料种类及研磨盘转速、研磨压力、研磨时间等工艺参数对研磨效果的影响规律,通过材料去除率(MRR)与表面粗糙度(Ra)的建模分析,对比钼材与高硬脆和高塑性材料,揭示其研磨工艺特性、探究其表面创成机理.结果 钼圆基片材料去除快慢和表面形貌受各因素作用的综合影响.CeO2磨料适合钼圆基片的研磨加工,材料去除方式为二体、三体摩擦塑性去除;在研磨过程中,MRR随研磨盘转速、研磨压力的递增而先增大后减小,在研磨盘转速为60 r/min、研磨压力为0.026 MPa条件下MRR达到最大;除磨料因素外,其他工艺因素对表面粗糙度的影响较小;MRR和Ra随加工时间的延长而趋于稳定;使用粒径W1 CeO2磨料在研磨盘转速为60 r/min、研磨压力为0.026 MPa下研磨40 min后,表面粗糙度Ra由46 nm降至9.53 nm,MRR达1.16 mg/min.结论 采用游离磨料研磨方法在优化工艺条件下可以有效降低表面粗糙度,获得良好表面.

    钼圆基片研磨工艺参数材料去除率表面粗糙度加工机理

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    基于表面粗糙度和反射率多目标优化的6061铝合金超精密车削工艺研究

    王光余靳刚李占杰谭辉...
    193-206页
    查看更多>>摘要：目的 探究工艺参数对6061铝合金滚压件超精密车削性能的影响,对工件超精密车削加工表面粗糙度和表面光学反射率进行协同优化研究.方法 首先,对6061铝合金材料表面进行单向超声振动滚压以提高工件表面质量.其次,设计了四因素四水平的超精密车削正交试验,研究了切削工艺参数(主轴转速、进给速度、背吃刀量、刀尖半径)对6061铝合金滚压件表面粗糙度及表面光学反射率的影响规律.最后,采用灰色关联分析方法,将多个工艺目标参数优化问题转化为单目标的灰色关联度优化问题,通过超精密车削试验对优化结果进行验证.结果 主轴转速对表面粗糙度Ra和Sa的影响最显著,其次是刀尖半径和背吃刀量,进给速度的影响最小;工艺参数对可见光波段和中红外光波段反射率的影响程度与表面粗糙度一致,各参数按对近红外光波段反射率影响程度由大到小的顺序依次为背吃刀量、刀尖半径、进给速度、主轴转速;通过灰色关联分析获得优化工艺参数组合为主轴转速3000 r/min、进给速度10 mm/min、背吃刀量5μm、刀尖半径0.5 mm,此时对应的表面粗糙度Ra和Sa分别为2.162 nm和7.855 nm,可见光、近红外光、中红外光波段反射率分别为88.892％、88.893％、97.788％.结论 通过优化结果能够有效降低表面粗糙度、提升表面光学反射率,对制造高水平金属反射镜具有十分重要的现实意义和研究价值.

    单点金刚石车削6061铝合金正交试验表面粗糙度表面光学反射率灰色关联分析

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    可溶固着软质磨粒抛光薄膜制备及性能研究

    赵天晨冯凯萍周兆忠袁巨龙...
    207-217页
    查看更多>>摘要：目的 实现微小光学器件高效、高质量、绿色的可溶固着软质磨粒薄膜抛光,对可溶固着软质磨粒抛光薄膜的制备工艺及抛光性能进行研究.方法 研究可溶树脂、不可溶树脂、磨粒和薄膜基底等原料对成膜及抛光性能的影响,探索可溶固着软质磨粒抛光薄膜制备工艺,以光纤连接器作为加工对象验证抛光薄膜的抛光特性.结果 选用双峰SiO2作为磨粒,采用环氧树脂(质量分数为95％)和聚丙烯酸树脂(质量分数为5％)组成的"可溶"混合树脂为结合剂,可实现磨粒层逐步溶解.在磨粒涂覆层中添加5％(质量分数)的硅橡胶可调节磨粒涂覆层成膜后的弹性模量和硬度,使薄膜兼顾抛光性能和耐用性.对PET薄膜基底进行电晕处理可增强其表面附着力.选用含1％(质量分数为)有机硅烷偶联剂的聚氨酯树脂作为PET基底和磨粒涂覆层连接剂,结合强度好,成膜后表面无裂纹.通过光纤端面抛光对比实验发现,可溶固着软质磨粒抛光薄膜的抛光性能和耐用性均优于日本NTTAT抛光片的相关性能.可溶固着软质磨粒抛光薄膜使用25次后,光纤端面仍可保持表面光滑,曲面面形完整,表面粗糙度Ra小于5 nm,回波损耗大于45 dB,连接损耗小于0.1 dB.结论 抛光实验表明,可溶固着软质磨粒抛光薄膜能实现光纤端面的高效精密加工.

    可溶固结软质磨粒抛光薄膜制备光纤连接器

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    氮化硼包覆碳化硅纤维表面CVD法生长碳纳米管研究

    闫兵岳建岭邹杨君楼嘉伟...
    218-229,239页
    查看更多>>摘要：目的 通过调节化学气相沉积(CVD)的工艺参数,实现碳纳米管(CNTs)在氮化硼(BN)包覆的碳化硅纤维(SiCf)表面的可控生长.方法 通过控制单一变量,采用扫描电子显微镜、热重分析、X射线光电子能谱等表征手段,系统地研究了CVD工艺参数和BN表面改性对CNTs形貌、长度、含量的影响.结果 通过改变CVD工艺参数,实现了对CNTs形貌、长度、含量的调节与控制,获得了CNTs和BN协同改性的SiC纤维(SiC@BN-CNTs).其中,SiC@BN-OH在反应温度为700℃、反应时间为20 min等参数下具有最大的CNTs产率(质量分数为10.6％),且形貌良好、含量较高.结论 浸渍催化剂和缩短碳源与载体的距离对生长CNTs有积极影响,增加了CNTs的长度和生长密度;通过调节反应温度和时间能够实现对CNTs长度、含量的精确控制,从而获得高质量、高结晶度的CNTs;在反应器中,气体和催化剂的含量相互影响,在制备过程中需要考虑气体和催化剂的比例,按比例同时增加气体和催化剂的流入速率能够获得更好的结果.BN表面羟基化改性处理增强了BN对催化剂的吸附,促进了催化剂颗粒的分散,提高了CNTs的产率.

    六方氮化硼碳纳米管化学气相沉积工艺参数氮化硼羟基化

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    表面改性对铁基非晶合金微波吸收性能的影响

    钟宇峰殷陶曾国勋吴起白...
    230-239页
    查看更多>>摘要：目的 旨在调节铁基非晶合金(IAA)粉体复合材料的微波吸收性能.方法 先在铁基非晶合金粉体表面采用磁控溅射局部覆盖铝膜,再使用KH560硅烷偶联剂对粉体进行绝缘包覆.通过XRD、SEM和FT-IR分别对粉体进行材料表征,采用VSM和传输反射法分别测试样品的电磁性能.结果 镀铝后铁基非晶合金粉体的复介电常数实部 ε′提高了56.1％,复介电常数虚部 εʺ提高了132.4％.绝缘包覆后铁基非晶合金粉体的ε′降低变为铁基非晶合金的32.6％,εʺ变为铁基非晶合金的25.1％.镀铝再包覆KH560的铁基非晶合金粉体的ε′和εʺ则分别变为铁基非晶合金的43.5％和36.6％,其复介电常数实部和虚部比镀铝后的样品低,比单纯用KH560包覆后的样品高,显示出镀铝可补偿因KH560绝缘包覆而带来的介电损耗能力下降,有利于调节KH560绝缘包覆的粉体材料的电磁性能.结论 对铁基非晶合金粉体的绝缘包覆,改善了相应材料的高频吸收性能,但牺牲了其低频吸收性能,为了弥补这个不足,提出在铁基非晶合金粉体表面局部覆盖铝膜,再进行绝缘包覆,期望在绝缘包覆后,粉体仍有较高的介电损耗能力,达到调节材料中低频电磁波吸收能力的目的.样品模拟反射率曲线显示,样品厚度在2～3 mm时,铁基非晶合金/Al/KH560样品最低峰对应频率低于铁基非晶合金/KH560的相应峰位,铁基非晶合金粉体表面镀铝可明显改善其复合材料的低频微波吸收特性.

    铁基非晶合金磁控溅射镀铝硅烷偶联剂微波吸收

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    TiO2粒径对TiO2/聚脲超疏水涂层机械稳定性和防覆冰性能的影响研究

    胡丽娜杜一枝董立婷雷煜航...
    240-251页
    查看更多>>摘要：目的 研究改性TiO2粒径对TiO2/聚脲超疏水涂层机械稳定性和防覆冰性能的影响,解决低温环境下风机叶片结冰问题.方法 采用有机无机粒子共混,以改性纳米TiO2和聚天门冬氨酸酯聚脲(PAE聚脲)为材料,利用一步法构建TiO2/PAE聚脲超疏水涂层.开展耐酸碱性、耐磨性、静态防覆冰、动态防覆冰、覆冰黏结强度等实验研究,并应用在真实风电场.结果 超疏水涂层的机械稳定性、防覆冰性能随着粒径增大而逐渐变差.当TiO2粉末粒径为100 nm时,接触角为(162.4±2.1)°,滚动角为(3.8±0.7)°;经过250次磨损,接触角为(158.8±0.31)°,滚动角为(7.3±0.1)°;经过14 d的酸碱耐候性实验,超疏水涂层仍具有超疏水性,酸性和碱性溶液皆会导致涂层受损,碱性溶液对涂层腐蚀作用更强;机械稳定性较强、防覆冰性能较优.涂有超疏水涂层的风机在冻雨天平均比空白风机平均多运行255 min,对一台2 MW机组来讲,相当于多产生8500 kW·h的电能.结论 制备的超疏水涂层具备优良的机械稳定性与防覆冰性能,推动了超疏水涂层在风机叶片被动防覆冰领域的应用.

    超疏水涂层防覆冰性能机械稳定性改性TiO2粒子粒子粒径风机叶片

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