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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
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

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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    氯化胆碱-尿素体系中锌镍合金的电沉积研究

    孙海静刘爽王贺崔家宁...
    128-138页
    查看更多>>摘要：目的 探究在低共熔溶剂氯化胆碱-尿素(ChCl-Urea DES)体系电沉积Zn-Ni合金的电化学行为、成核机制和耐蚀性.方法 通过循环伏安曲线测试(CV)研究了Zn-Ni合金的电化学行为,用计时电流曲线测试(CA)探究了Zn-Ni合金电沉积的形核/生长机制.使用扫描电镜(SEM)对合金镀层表面的微观形貌进行观察,结合能量色散谱仪(EDS)、X-ray衍射(XRD)以及X-ray光电子能谱(XPS)研究镀层的化学成分以及物相的组成,阻抗(EIS)测试和极化测试(Tafel)评估了Zn-Ni合金镀层的抗腐蚀性能.结果 Zn-Ni合金在氯化胆碱-尿素的体系中表现出正常的共沉积,与水溶液中的异常共沉积不同.镍的含量高于锌的含量,且Zn-Ni合金的成核方式是三维瞬时成核.从扫描电镜观察的结果来看,当沉积电位从-0.70 V负向移动时,镍含量有规律地降低,但镍始终高于锌的含量,与循环伏安结果一致.XRD和XPS分析表明,镀层中含有镍,并且确实存在Zn元素.耐蚀性的测试结果表明,在沉积电位为-0.85 V时,制得的Zn-Ni合金镀层展示出更强的耐腐蚀性.这可能是因为该镀层结构致密,晶粒尺寸小而且在表面均匀分布.结论 Zn-Ni合金在ChCl-Urea DES体系下经历扩散控制的不可逆电极过程,呈现正常共沉积,镍的含量高于锌.其成核机制为三维瞬时生长,扩散限制了生长过程.在-0.85 V的沉积电位下镀得的Zn-Ni合金镀层由于致密性好、晶粒尺寸细小且均匀分布,具备良好的耐腐蚀性.

    低共熔溶剂ChCl-UreaZn-Ni合金电沉积成核机制耐蚀性能

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    磁过滤电弧离子镀TiN与N离子注入性能研究

    付天佐赵红田振刚李晓其...
    139-145页
    查看更多>>摘要：目的 研究磁过滤电弧离子镀TiN与N离子注入对金属基体的保护效果.方法 采用磁过滤电弧离子镀和离子注入在不锈钢表面分别制备了TiN薄膜与N注入改性层,以及二者的复合膜层.对薄膜的相结构、微观形貌进行了表征,对薄膜进行了极化曲线测试,同时在半球样品表面制备涂层并进行盐雾测试.结果 所制备的TiN涂层为(111)晶面择优取向,离子注N预处理后沉积的TiN薄膜,仍保持(111)面的择优取向;电化学测试结果显示,TiN和N离子注入能够使不锈钢基体自腐蚀电位分别提高0.64、0.25 V,TiN薄膜具有最低的维钝电流密度4.9×10−6 A/cm2,N离子注入+TiN复合薄膜的维钝电流密度与N离子注入样品接近;盐雾试验结果表明,TiN以及N离子注入+TiN复合薄膜样品能够保证铜半球在12 h的中性盐雾试验中无明显腐蚀痕迹.结论 N离子注入预处理对MFAIP TiN涂层耐蚀性能的提升效果有限,单一的MFAIP TiN涂层便可应用于复杂形状的工程材料表面镀膜,可以增强其抗腐蚀能力,延长使用寿命.

    TiN磁过滤电弧离子镀N离子注入腐蚀防护

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    空间弯管内表面磁粒研磨位姿轨迹优化试验研究

    王硕陈松程海东袁鲁...
    146-156页
    查看更多>>摘要：目的 利用机械手对末端研磨装置姿态的灵活可控性,设计一种可变换研磨姿态的加工方式,以高效去除紫铜弯管内表面的材料缺陷,并解决其在常规加工方式下材料去除不均匀的问题.方法 利用ADAMS和EDEM软件分别仿真模拟出磁轭以单一研磨姿态和变换研磨姿态驱动下磁性磨粒群在弯管内表面的运动轨迹和切、法向累计能量,并以此作为材料去除均匀性和研磨效率的评价指标.最后搭建试验平台对2种研磨方式进行试验验证.结果 通过磁轭单一研磨姿态与变换研磨姿态(15°起始研磨偏角)2种加工方式对紫铜弯管内表面研磨50 min后的表面形貌可知,前者在加工区域内的研磨痕迹深浅不一、且分布差异性较大.测得表面粗糙度为0.3μm.后者在原始表面缺陷完全去除的前提下,仅留下了较浅的研磨痕迹,表面平整度较高.测得表面粗糙度为0.189μm.结论 在相同的加工条件下,通过在合理范围内增大磁轭的起始研磨姿态偏角,可提高变换研磨姿态驱动下磁性磨粒运动轨迹线的覆盖率、结构致密程度、交错频率,有利于提高弯管内表面的研磨均匀性.同时在研磨过程中会增大磁场梯度的变化幅度,进而增强磁性磨粒群的流动性,对其切削刃替换及使用寿命方面有着积极的影响.研磨后弯管内表面所受的累计能量也会随之增加,最终实现了研磨效率的提高.

    研磨均匀性累计能量研磨轨迹研磨效率磁粒研磨机械手

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    碳纤维复合材料PCD刀具低温和干式制孔试验研究

    苏永生王诚朱益洋阮芳涛...
    157-163页
    查看更多>>摘要：目的 针对CFRP开展二氧化碳低温冷却和干式条件下的PCD刀具制孔试验研究,从而提高CFRP材料的切削性能、制孔精度及制孔质量.方法 在传统钻孔和低温冷却条件下,采用常规和织构PCD刀具开展制孔试验,分析不同切削参数下的轴向推力、总切削力、入口直径和相对误差、表面黏结、孔壁形貌及缺陷的差异性.结果 在干式和低温冷却条件下,CFRP钻入过程产生的轴向推力和总切削力均随着进给速度的增大而不断增大;在试验条件下,当进给速度增大时,PCD刀具+干式、PCD刀具+低温及PCD织构刀具+低温3种方式下获得的入口直径相对误差范围分别为0.29％～0.42％、0.57％～1.15％、0.38％～0.89％;与干式加工相比,低温冷却有效抑制了刀具切屑黏结;总体来说,在低温冷却下,孔壁表面有明显的纤维断裂,形成较多的纤维断口坑、微裂纹,树脂表面涂覆均匀性较差.结论 在CFRP钻孔过程中,相对于干式钻孔,在相同切削参数下,低温冷却下可以获得更大的切削力;与低温冷却相比,采用干式钻孔能够提高入口直径尺寸的制孔精度,有效提高抗黏结效果;总体来说,相同切削参数下,干式制孔获得的孔壁表面更加平整和均匀.

    CFRPPCD刀具制孔精度低温冷却孔壁缺陷

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    高体积分数SiCp/Al复合材料的螺旋铣削试验研究

    苗永鑫焦安源李海一刘杰...
    164-172页
    查看更多>>摘要：目的 分析体积分数为55％的SiCp/Al复合材料在螺旋铣削加工条件下的材料去除机理,提高制孔的孔径精度和表面质量,降低表面粗糙度,为螺旋铣削加工提供一定理论基础.方法 首先,基于螺旋铣削运动规律分析复合材料中单一碳化硅颗粒的受力状况及不同去除形式.其次,对铝基体、碳化硅颗粒以及刀具进行建模,模拟碳化硅颗粒在加工过程中的去除形式,并分析3种典型去除形式对表面粗糙度的影响.再次,以螺旋铣削的方式,采用直径为4 mm的PCD铣刀在8 mm厚的SiCp/Al复合材料上制备直径为6 mm的孔.通过响应面法,以主轴转速、进给速度和螺距作为优化变量,孔径精度和表面粗糙度作为优化指标,建立相应的响应分析模型,得到切削参数与优化指标的多元回归方程,研究各工艺参数之间的交互作用.最后,对响应面法得到的较优工艺参数进行试验验证.结果 当主轴转速为3388 r/min(切削速度为42.575 m/min)、进给速度为175 mm/min、螺距为0.26 mm时,制孔满足孔径H7的技术要求,表面粗糙度Ra值为1.5303μm.结论 适当提高切削速度可增大颗粒被切断的概率,相较于颗粒被挤压和颗粒被拔出,颗粒被切断时已加工表面质量更好.

    SiCp/Al复合材料螺旋铣削切削机理有限元仿真表面质量

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    原子层沉积钌/氧化铝复合纳米薄膜的制备与电阻调控

    廉卓禧朱香平王丹李相鑫...
    173-180页
    查看更多>>摘要：目的 针对目前微通道板(MCP)导电层电阻可调范围窄、性能稳定性差等问题,提出一种新的MCP导电层的制备方法.方法 应用原子层沉积(ALD)工艺在硅片上沉积不同厚度的Al2O3和Ru薄膜,以获得较优的纳米薄膜制备工艺参数,应用扫描电子显微镜(SEM)得到薄膜的截面厚度及成膜质量,应用能量色散X射线光谱(EDS)表征了薄膜的元素组成.基于获得的优选工艺参数,在MCP基板上应用ALD工艺交替沉积Al2O3和Ru 2种材料,并且改变Ru与Al2O3的ALD循环比例,制备了一系列Ru/Al2O3复合纳米薄膜作为MCP导电层.对制备的一系列MCP导电层进行体电阻测试,并在不同偏压下进行体电阻稳定性测试.结果 由SEM与EDS结果可知,利用ALD制备的Al2O3和Ru纳米薄膜成膜特性良好,且薄膜沉积速率稳定.对于镀覆于MCP内表面的Ru/Al2O3导电层,体电阻测试结果显示,随着复合薄膜中Ru的ALD循环次数增加,MCP体电阻明显降低,适用于MCP导电层制备的工艺参数为:Ru的ALD循环数为28～40,Al2O3的ALD循环数为10.在导电层制备过程中延长吹扫时间并在烘烤后随炉冷却,MCP导电层体电阻在不同偏压下具有良好的稳定性.结论 利用ALD制备Ru/Al2O3复合纳米薄膜作为MCP导电层,实现了体电阻从几至几百兆欧的调控,工艺优化后的导电层体电阻具有良好的稳定性,对扩展导电层可选材料范围,提升MCP器件性能具有工程应用价值.

    微通道板原子层沉积导电层钌氧化铝体电阻

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    基于二元堆积理论高致密CuW复合材料制备及耐电弧侵蚀性能研究

    张懿铭宋克兴国秀花皇涛...
    181-189页
    查看更多>>摘要：目的 提高CuW复合材料的致密度及耐电弧侵蚀性能.方法 基于二元堆积理论设计并制备了双粒径W颗粒混杂CuW75复合材料,通过微观组织表征、硬度测试、导电率测试及密度测试,重点对比研究了单粒径CuW75复合材料和双粒径混杂CuW75复合材料致密性和微观组织的内在关联,并通过电接触实验研究了双粒径混杂CuW75复合材料耐电弧的侵蚀性能.结果 双粒径混杂CuW75复合材料微观组织均匀,W相及Cu相网络连通程度高,致密度高达99.79％,较CuW75复合材料国家标准致密度提升了2.9％,硬度较CuW75复合材料国家标准提升了6.7％.电接触实验结果表明,双粒径混杂CuW75复合材料熔焊力波动幅度小,平均熔焊力(35.06 cN)较1μm单粒径CuW75复合材料的降低了11％;平均燃弧能量(147.29 mJ)及平均燃弧时间(2.53 ms)较1μm单粒径CuW75复合材料的分别下降了38％和36％.双粒径混杂CuW75复合材料受电弧侵蚀面积小,侵蚀坑较浅,耐电弧侵蚀性能优异.结论 双粒径混杂W颗粒制备CuW复合材料可以明显提升材料的致密度及微观结构连通性.双粒径混杂CuW复合材料可以更好地分散电弧,具有优异的抗熔焊性能及耐电弧侵蚀性能.

    二元堆积理论双粒径混杂CuW复合材料熔焊力微观组织

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    仿生混合润湿图案表面的制备及其水收集性能

    吴安琪刘长松纪学成栗心明...
    190-198页
    查看更多>>摘要：目的 全球淡水资源短缺,高效和环保地获取淡水是一项重大挑战.方法 受沙漠甲虫和叶脉的启发,采用氨腐蚀法在铜网表面生长一层氢氧化铜纳米带,随后在氢氧化铜表面覆盖掩膜,使局部附着正十二烷基硫醇分子,制备出仿生混合润湿图案表面,采用接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)分别对样品的润湿性、表面形貌及化学成分进行分析,以仿生混合润湿图案表面为基础搭建雾水收集装置,模拟潮湿环境来表征样品的水收集速率及样品在不同恶劣环境下的稳定性.结果 在亲水表面构建疏水图案为后续实验提供了基础,所制备的仿生混合润湿图案表面与原始表面、亲水表面、超疏水表面的集水速率相比分别提高了146％、111％、61％,有效提高了集水速率,水收集速率与图案尺寸、图案间隔成反比关系,与图案形状无关.仿生混合润湿图案表面经过紫外线照射和100℃加热处理后,仍保持稳定的集水性能.结论 样品具有制备简单、成本低廉、高效耐用等优点,在大气集水中具有潜在的应用前景,有望为解决水资源短缺问题提供新思路.

    仿生技术混合润湿性氨腐蚀法硫醇局部改性集水性能路径储存

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    KGM/CNF-不锈钢网油水分离材料的制备及其油水分离性能研究

    刘磊陈浩然王思佳汪源浩...
    199-206,215页
    查看更多>>摘要：目的 在KGM/CNF包覆不锈钢网表面制备超亲水、水下超疏油功能材料,实现油水体系的分离.方法 采用溶液浸泡法在不锈钢网上沉积魔芋葡甘聚糖(Konjac Gluco Mannan,KGM)/纤维素纳米纤维(Cellulose Nano Fiber,CNF),构造超亲水/水下超疏油表面.通过加热使KGM脱乙酰化、KGM/CNF分子间氢键重构、CNF在材料表面重新排布,制备了KGM/CNF-不锈钢网油水分离材料;利用扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪和界面接触角对油水分离材料的表面形貌及物化性质进行了表征和研究,采用红外测油仪研究了油水分离性能.结果 KGM/CNF-不锈钢网油水分离材料在空气中具有优异的超亲水性(WCA=0°)和水下超疏油性能(OCA≥151°).通过油水分离性能研究发现,KGM/CNF-不锈钢网油水分离材料在自身重力下可以对大豆油、汽油等不同油水混合物进行高效分离,对油水混合物的分离效率可达97.40％,分离通量为1236.75 L/(m2·h).结论 KGM/CNF-不锈钢网油水分离材料以不锈钢网为载体,弥补了力学强度差的缺点,具有优异的油水分离性能以及良好的耐腐蚀性和循环使用性;该材料制备方法简单,制备过程绿色环保、成本低,在油水体系的分离中具有较好的潜在应用前景.

    油水分离不锈钢网接触角魔芋葡甘聚糖纤维素纳米纤维

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    射流电沉积流场变化对铜沉积层的影响

    李子豪彭文海王艳虎方铁辉...
    207-215页
    查看更多>>摘要：目的 探究射流电沉积过程中电镀液流场参数对铜沉积层的微观形貌、粗糙度、定域性和沉积速率的影响.方法 以铂丝为阳极、镍板为阴极,电镀液从内置阳极铂丝的喷嘴流出接触镍板阴极,在外加电场作用下铜离子还原形成铜沉积层.通过控制喷嘴形状、长宽比例(1∶1、2∶1、4∶1、6∶1)等来改变射流状态及流场参数.利用激光三维形貌仪、扫描电镜、COMSOL模拟等手段分析流场参数变化对铜沉积层粗糙度、定域性、缺陷的影响规律.结果 当喷嘴面积固定时,矩形喷嘴长宽比的变化显著影响铜沉积层的粗糙度、瘤状沉积物、定域性以及内部缺陷.当长宽比为1∶1时,沉积层面粗糙度Sa=5.40μm,定域性差,沉积范围为喷嘴宽度的192％,且瘤状沉积物较多.随着长宽比的减小,表面粗糙度逐渐降低,结构趋于均匀,瘤状沉积物也相应减少,且定域性精度增加.当长宽比为6∶1时,铜沉积层面粗糙度Sa=2.76μm,定域性误差为−1％,瘤状沉积物显著减少.利用截面扫描电镜观察发现,当长宽比为6∶1时,沉积层内部的微裂纹、气孔最少.COMSOL流场模拟了不同长宽比下流场的速度分布,结果与实验一致.结论 流场速度分布的均匀性显著影响铜沉积层的表面质量和内部结构.流场流速分布均匀性增加,则沉积层表面粗糙度降低,气泡、瘤状物等减少,且内部致密性增加,微裂纹、微孔洞等沉积缺陷明显减少.

    流场射流电沉积喷嘴长宽比铜

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