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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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    聚丙烯酸对不同Cr含量材料流动加速腐蚀性能的影响研究

    吕刘帅高路杨但体纯胡苧尹...
    139-150页
    查看更多>>摘要：目的 探究PAA使用中对国内核电机组二回路管道流动加速腐蚀性能的影响.方法 依托电加热试验台架,设计流动加速腐蚀试验环路,采用失重法获得有PAA与无PAA挂件试样的腐蚀速率,使用SEM与EDS观察挂件试样腐蚀形貌,研究PAA对不同Cr含量的合金钢材料A106B、A335P22、304的影响.结果 在温度为220℃、压力为6.7 MPa、流速为4.68 m/s下,A106B、A335P22以及304不锈钢3种管材无PAA添加时,流动加速腐蚀速率分别为0.1120、0.0686、0 mm/a,添加PAA时FAC腐蚀速率分别为0.0956、0.0669、0 mm/a;5μg/kg～10 mg/kg质量浓度的PAA添加对A106B、A335P22以及304不锈钢3种管材FAC腐蚀速率、表面形貌无明显影响.结论 220℃时,5μg/kg～10 mg/kg质量浓度的PAA添加对A106B、A335P22以及304不锈钢3种材料流动加速腐蚀环境相容性无明显影响,不会加快其FAC腐蚀;由于PAA的分散作用,添加PAA会对碳钢材料A106B的FAC腐蚀速率具有一定的抑制作用,但对于Cr含量较高的A335P22,304不锈钢无明显影响.

    PAA流动加速腐蚀二回路

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    基于纳米划痕的熔石英玻璃去除机制与亚表面裂纹研究

    郭佳乐伊浩朱力敏孙玉利...
    151-158页
    查看更多>>摘要：目的 研究熔石英玻璃在不同动态载荷作用下的材料去除机制和亚表面裂纹形成与扩展机理.方法 对熔石英玻璃试样进行纳米划痕试验,分别从划痕轮廓、划痕力2个方面分析不同载荷下熔石英玻璃的力学行为,通过扫描电镜和光学显微镜观察划痕形貌,分析材料去除机制;采用逐层截面显微法对划痕截面的亚表面裂纹形貌进行观测,研究动态载荷下工件亚表面裂纹的形成与扩展机理.结果 当动态载荷小于118 mN时,材料发生塑性变形,亚表面未产生裂纹;当动态载荷大于118 mN且小于245 mN时,材料处于塑脆转变阶段,亚表面裂纹以动态载荷加载点为起点,向试样内部扩展形成赫兹锥形裂纹并伴有横向裂纹的存在;当动态载荷超过245 mN时,材料进入完全脆性断裂阶段,亚表面裂纹不断扩展至表面导致材料破碎.结论 随着动态载荷的不断增大,熔石英玻璃的材料去除经历了弹塑性变形、塑脆转变、脆性断裂3个阶段;亚表面裂纹受到动态载荷的影响,裂纹从载荷加载点形成,并沿着应力最大方向不断扩展,导致材料表面发生脆性断裂;熔石英玻璃的临界切深与其动态弹性模量成正比,与其流动应力成反比,动态冲击载荷使熔石英玻璃的临界切削深度下降,亚表面裂纹更易扩展,材料去除更快进入塑脆转变阶段.

    熔石英玻璃材料去除划痕轮廓亚表面裂纹动态载荷断裂机制

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    永磁交变磁场平面磁粒研磨试验研究

    王荟江闫宇航丁云龙韩冰...
    159-168页
    查看更多>>摘要：目的 探究永磁交变磁场下平面磁粒研磨质量的影响因素,增强加工区域的磁场变化,使磁性磨粒的加工轨迹多样化,提高研磨效率和研磨效果.方法 设计永磁交变磁场取代传统平面磁粒研磨中的恒定磁场源,并采用磁场模拟软件对永磁交变磁场进行仿真,对不同状态下磁场的分布进行分析,参考仿真结果选取实验参数;使用产生径向磁场的环形磁铁作为磁场发生源,导磁性良好的纯铁作为导磁骨架,通过磁路的开放和闭合实现磁场的交变;使用步进电机及脉冲发生器调节研磨磁场,进而调节磁极交变频率;通过试验对比不同参数下对SUS304不锈钢的研磨效果,在研磨间隙为1.5 mm的条件下,对比不同研磨时间、不同磨粒目数、不同主轴转速对工件表面质量的影响,使用触针式表面粗糙度测量仪和超景深3D电子显微镜检测对比试验前后试件的表面质量并对仿真结果进行验证.结果 对比永磁交变磁场不同磁场分布状态仿真图,发现永磁交变磁场研磨区域场强变化显著,场强峰值时磁感应强度较高;磁性磨粒随离心力与永磁交变磁极状态的变化做周期性运动,使研磨轨迹复杂化.在研磨时间为40 min、主轴转速为245 r/min、磨粒粒径为60目条件下,SUS304不锈钢板经研磨后,表面粗糙度由原始的0.312μm降至0.060μm.结论 永磁交变磁场在提高加工区域磁感应强度的同时,使磁场发生周期性变化进而使磁性磨粒在加工区域做周期性运动,复杂化研磨轨迹促进了磨粒的更新,相比于恒定磁场磁粒研磨工艺,永磁交变磁场提高了研磨效率与研磨效果.

    磁粒研磨磁性磨粒表面粗糙度磁感应强度永磁交变磁场SUS304

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    基于综合满意度函数的D2钢激光抛光工艺参数优化方法

    梁强徐永航杜彦斌王敬...
    169-181页
    查看更多>>摘要：目的 同步提升D2模具钢激光抛光效果及抛光质量的稳定性.方法 提出了一种基于综合满意度函数的D2钢激光抛光工艺参数优化方法.首先,以表面粗糙度、显微硬度和抛光深度为优化目标,基于Box-Behnken方法,以激光功率、扫描速度和搭接率为试验因素进行3因素3水平试验.其次,基于试验数据构建各优化目标均值与标准差的双响应面模型,采用熵权理论获得了各优化目标均值与标准差的客观熵权,并与主观熵权结合构建综合熵权.最后,将双响应面模型与综合熵权引入满意度函数构建了改进综合满意度模型,通过随机梯度下降法获得最佳工艺参数组合.结果 在激光功率为551 W、扫描速度为9 mm/s、搭接率为0.55的条件下,表面粗糙度均值由Ra=5.188μm下降至Ra=1.056μm,降幅为79.65%,粗糙度标准差为0.0128μm;显微硬度由541.3HV0.5下降至509.3HV0.5,降幅为5.91%,显微硬度标准差为12.9811HV0.5;抛光深度为0.331 mm,抛光深度标准差为0.0024 mm.结论 该方法可以有效提升D2模具钢激光抛光效果,同时避免抛光后表面质量波动,可为其他模具钢激光抛光工艺参数寻优提供方法借鉴.

    D2钢激光抛光工艺参数优化综合满意度函数双响应面模型综合熵权

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    飞秒激光选区微织构AlN超浸润平板热管

    娄德元李珩邱媛江宏亮...
    182-189页
    查看更多>>摘要：目的 为了提升AlN基板的散热性能,研究嵌入式一体化AlN平板热管的激光加工方法.方法 通过飞秒激光微织构技术结合热处理工艺制备出AlN亲疏水组合表面,并组装嵌入式一体化平板热管,测试其传热性能.通过三维表面轮廓仪、SEM、EDS和XPS分别分析表面的三维轮廓、形貌、元素含量和化学成分,研究表面亲、疏水的形成机理.结果 楔形亲疏组合AlN平板热管的启动时间、启动温度均最低,相较于全超亲水样品,启动时间降低了14.9%,启动温度降低了6.0%.楔形亲疏组合热管的热阻最低,热流密度最高.相较于全亲水热管,热阻降低了33%,热流密度提升了2%.结论 AlN陶瓷表面经过激光织构会产生AlOx(多价铝氧化物),具有较高的表面能,呈超亲水状态.热处理能使表面充分氧化,降低表面能,呈超疏水状态.嵌入一体化AlN平板热管的设计和无化学激光选区微织构方法,为电子陶瓷基板的散热提供了一种新思路.

    AlN飞秒激光微织构超疏水超亲水平板热管传热性能

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    一步法制备超疏水表面及其防覆冰性能研究

    刘宏伟邹秦锐杨益宋岳干...
    190-197页
    查看更多>>摘要：目的 提高铜网表面的防除冰性能.方法 以铜网为基底材料,用纳米胶带将铜网和聚四氟乙烯(PTFE)固定在一起,采用飞秒激光直写技术将PTFE纳米颗粒部分嵌入铜网,采用一步法制备了PTFE附着铜网的超疏水表面,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对其微结构进行形貌分析.结果 在PTFE低表面能和粗糙度共同作用下,所制备的表面表现出优异的超疏水性能,水的接触角为152°,滚动角为4°.在此基础上探究了其微观结构对表面润湿性和防覆冰性能的影响.结果 表明,PTFE附着铜网的超疏水表面能有效延长冷凝液滴结冰时间,与未垫PTFE的铜网相比,结冰时间延长1.2倍.在冷却过程中,液滴从Cassie状态向Wenzel状态转变,PTFE附着铜网的超疏水表面能维持将长时间的Cassie状态.并且结冰后依然能保持较低的黏附力,最小冰黏附力为2.55 kPa,相比普通的超疏水表面缩小了近2.5%.同时能够实现冷凝液滴的高效快速自去除,还显示出优异的自清洁性能.结论 PTFE附着铜网的超疏水表面可有效延长结冰时间,降低冰黏附力,具有优异的冷凝自去除和自清洁性能,且在5.01 V的电压下,铜网表面能够有效防止冰的形成.

    铜网超疏水防除冰低黏附自清洁电热除冰

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    超亲水-水下超疏油ZnCo2O4-不锈钢的制备及油水分离性能研究

    张跃忠沈静张少华武鹏鹏...
    198-207页
    查看更多>>摘要：目的 通过简易的方法制备耐久性的油水分离材料.方法 采用水热-退火方法在不锈钢网(SSM)基底上制备了ZnCo2O4纳米针状阵列(ZnCo2O4-SSM).利用扫描电镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱和接触角测量仪对油水分离材料的表面形貌、组分和表面润湿性进行了表征和研究.结果 ZnCo2O4-SSM空气中水的接触角为0°,水下油的接触角≥155°,显示了超亲水-水下超疏油的特殊润湿性.ZnCo2O4-SSM呈现出优异的抗油污性能和重力驱动油水分离性能.对油-水混合物的分离效率大于99.8%,通量为3861～6114 L/(m2·h),对水包油乳液的分离效率大于99.5%,通量为231～322 L/(m2·h).ZnCo2O4-SSM具有循环使用稳定性,在连续分离煤油-水混合物30次后,分离效率仍然能够达到99.8%以上.更重要的是,ZnCo2O4-SSM显示了优秀的长期稳定性、机械耐久性和强腐蚀环境耐久性(强酸,pH=1;强碱,pH=14;高盐,3.5%(质量分数)NaCl溶液).结论 ZnCo2O4-SSM以不锈钢网为载体,弥补了机械强度差的缺点.ZnCo2O4-SSM以高化学稳定的ZnCo2O4作为微纳米结构,提高了分离材料的耐久性.因此,ZnCo2O4-SSM制备方法简单,在工业含油污水的分离中具有很好的潜在应用前景.

    油水分离不锈钢网ZnCo2O4耐久性润湿性

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    基于无颗粒银导电墨水在不锈钢表面镀银工艺研究

    杨堃姚孟智杜佳玮韩冬宁...
    208-218页
    查看更多>>摘要：目的 采用无颗粒银导电墨水对不锈钢表面进行镀银研究,以绿色环保工艺替代传统电镀银技术.方法 主要研究适用于不锈钢基材的前驱体银源、络合剂种类、不锈钢前处理方法、烧结固化温度对不锈钢表面银层微观结构及性能的影响,获得不锈钢基材上微观结构致密、性能良好的银层.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、数字兆欧表对在不锈钢表面银膜层进行表征.结果 不锈钢通过1,2丙二胺溶液处理后,采用银源草酸银为前驱体,此时银层微观结构最致密,具有最佳的附着力等级(5B)和最低的粗糙度(1.237μm),与1,2-丙二胺络合,乙醇为溶剂时,制备出的银层有机物挥发完全,微观结构致密,并且具有最低的接触电阻0.7Ω和粗糙度0.80μm.烧结固化温度为200℃时银层导电性最好.结论 采用无颗粒银导电墨水对不锈钢表面进行镀银的新型工艺银层性能良好,可以简化传统电镀技术复杂的操作流程,减少传统电镀工艺所使用氰化物对人体造成的危害,并弥补应用受限的缺点.

    不锈钢无颗粒银墨水镀银导电性结合力

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    反向处理铜箔微纳组织形成机理及其对力学性能的作用机制

    高颢洋郑月红牛嘉楠朱敏...
    219-228页
    查看更多>>摘要：目的 第五代移动通信技术(5G)时代,高频高速信号传输过程中由于"趋肤效应"引起的信号损耗甚至"失真"越来越严重,为了解决这一问题,提出了一种反向处理铜箔的新技术,然而国内当前应用的高性能反向处理铜箔(RTF)主要依赖进口,要想在短时间内缩小国内外铜箔性能和生产效率的差距,最终实现这类高端铜箔的国产化,必须在明确该类铜箔微纳结构形成机理及其对性能影响的前提下,加快制备工艺的开发和优化.方法 采用电镀法在阴极钛辊上沉积了电解生箔,在其光面进行粗化和镀Zn层等后续处理获得反向处理铜箔,同时以国外反向处理铜箔为参照,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜详细分析其微纳组织与结构,采用激光共聚焦显微镜和万能试验机测量其粗糙度和拉伸性能.结果 本工作中的RTF具有与国外商业产品相似的微观结构,由小的等轴晶和较大的柱状晶组成,且包含较多的纳米孪晶,孪晶界占比为30.8%,平均宽度为7.9 nm.S面是均匀的米粒状铜颗粒,而M面是较大的圆锥形铜颗粒.S面上的Zn层均匀致密,厚度约为6.5 nm,只有小部分Zn扩散到基底上形成CuZn3相.但从S面到M面,优选取向从(111)Cu逐渐变为(220)Cu,这与参比RTF略有不同.性能方面,参比RTF的Ra和Rz分别为1.22、1.42μm,抗拉强度为335.10 MPa,伸长率为15.5%,本工作中的RTF具有较低的粗糙度,Ra和Rz分别为0.68、1.03μm,其强度也具有明显优势(393.68 MPa),但延展性低于参比样品.通过对比分析,总结了铜箔在初始外延、过渡生长和电沉积条件控制的生长阶段3个阶段的生长特性,给出了影响每个阶段晶粒生长的主要因素,并且详细讨论了晶粒尺寸和纳米孪晶宽度对铜箔拉伸性能的影响.结论 对RTF微观结构和性能的深入研究,有助于找到高性能铜箔国产化"瓶颈"的根源,为高性能铜箔在5G通信领域的进一步发展和应用奠定基础.

    铜箔电镀反向处理微纳结构粗糙度拉伸性能

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    溶胶凝胶法制备橡胶模具表面涂层及其防粘性能

    张秀丽冯如康吴永玲刘志兰...
    229-239页
    查看更多>>摘要：目的 针对目前45钢橡胶模具易粘污、寿命低,而氟树脂涂层模具成本高等问题,基于溶胶凝胶法制备防粘涂层,研究涂层的防粘性能和耐久性.方法 以硅溶胶、甲基三乙氧基硅烷(MTES)、氟硅烷为主要原料,采用空气喷涂法在45钢模具试样表面制备溶胶凝胶涂层、氟硅烷改性溶胶凝胶涂层和氟硅烷表面处理涂层,通过硫化脱模试验,并利用扫描电子显微镜和能谱仪观察分析试样表面微观形貌和元素组成随硫化试验次数的变化,研究涂层对橡胶的防粘性和耐久性,探究橡胶在涂层表面的黏附过程.结果 溶胶凝胶涂层由O、Si、C、Ti 4种元素组成,成膜性好,硫化脱模力约为20 N,与PTFE涂层相近,并具有较好的防橡胶粘污性能,相较45钢模具可多硫化约300次,模具连续使用寿命提高2～3倍.氟硅烷改性溶胶凝胶涂层增加了F元素,但其与基底结合力降低;而氟硅烷表面处理虽能降低表面能,减小脱模力,但在橡胶硫化过程中容易被粘掉,污染制品.橡胶污染物在模具表面的黏附积累与橡胶的流动有关.在橡胶流动较小的区域,橡胶污染物微观形貌呈现纹理状;而在流动区域,橡胶污染物初期为片状,随硫化次数增加逐渐增厚,随后沿流动方向产生裂纹,发展为块状.结论 溶胶凝胶涂层具有较好的防粘性和耐久性,同时环境友好,成膜温度低、成本低、易清洗,在橡胶模具上具有广阔的应用前景.

    溶胶凝胶法涂层橡胶模具防粘性耐久性

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