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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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    锌铝镁镀层和纯锌镀层在典型大气环境中初期腐蚀行为研究

    黎敏董妮妮商婷王保勇...
    120-129,139页
    查看更多>>摘要：目的 增加对不同大气环境中锌铝镁镀层钢腐蚀行为的了解,研究中国地区不同气候条件下 1 a内锌铝镁镀层钢腐蚀产物的组成和腐蚀速率.方法 采用 SEM、GDS、XRD 研究了纯锌(GI)镀层材料和锌铝镁合金(ZM)镀层材料的结构,对比研究了GI镀层和ZM镀层在吐鲁番、江津、青岛以及万宁 4 个大气试验站的腐蚀试验.结果 万宁GI的腐蚀速率为ZM的 4.56 倍,江津GI的腐蚀速率为ZM的 3.76 倍,青岛GI的腐蚀速率为ZM的 2.84 倍,吐鲁番GI的腐蚀速率为ZM的 2.42 倍,对于GI镀层和ZM镀层,按腐蚀速率从大到小的顺序依次为万宁、青岛、江津、吐鲁番.江津和万宁GI镀层的自腐蚀电流密度较小,万宁ZM镀层的自腐蚀电流密度最小.锌的大气腐蚀速率主要受相对湿度、氯离子含量、SO2 含量等影响,主要通过影响腐蚀产物组成来影响锌的腐蚀速率.腐蚀产物的保护性受其化学组成、导电性、黏附性、致密性、溶解性、厚度、形态和亲水性等因素影响,不同的锈层结构对阴极氧还原的抑制作用不一样,高氯环境对GI的保护性腐蚀产物Zn5(CO3)2(OH)6 有较大的破坏性,在高碱性环境下,容易使腐蚀产物转变成疏松导电的ZnO.在高氯环境中,由于镀层中MgZn2 的阳极溶解,释放出可与OH反应的Mg2+以形成氢氧化镁(Mg(OH)2).在 ZM 表面用 Mg(OH)2 代替氧化锌被认为可以降低阴极氧还原反应(ORR),具有缓冲阴极位置的pH值升高的作用,能使碱式碳酸锌变得稳定,显著提升耐腐蚀性.结论 ZM镀层材料在高盐高湿环境下能形成稳定的腐蚀产物,降低阴极氧还原速率,在典型大气环境下具有广阔的应用前景.

    镀锌板大气腐蚀腐蚀产物

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    基于板蓝根药渣氮掺杂碳点的制备及缓蚀性能研究

    谢微微陈佳起董社英
    130-139页
    查看更多>>摘要：目的 为提高板蓝根药渣资源回收利用率及减缓碳钢腐蚀所造成的环境污染和经济损失等一系列问题,制备一种环境友好型碳点缓蚀剂.方法 采用一步水热法制备了氮掺杂板蓝根渣碳点(N-CDI)缓蚀剂.利用红外光谱(FTIR)、紫外光谱(UV-Vis)、X 射线光电子能谱(XPS)等手段对 N-CDI的结构、粒径及荧光性能进行表征,并通过失重法和电化学测试,研究了N-CDI对Q235碳钢在 1 mol/L HCl溶液中的缓蚀性能与机理.结果 303 K时,在1 mol/L HCl溶液中N-CDI投加量仅为15 mg/L时,缓蚀率可达 91.6%,较未掺杂前有明显提高.测试结果表明,N-CDI是以抑制阳极铁的溶解为主的混合型抑制剂,在碳钢表面的吸附符合Langmuir吸附等温模型,SEM断面图也进一步证实N-CDI在碳钢表面形成有效的保护层.结论 证实了中药渣碳点在酸性介质中可以有效抑制Q235 碳钢的腐蚀,且具有低投加量、高效、热稳定性好等优势,拥有广阔的应用前景.

    板蓝根碳点酸性缓蚀Q235钢吸附

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    基于反刍类动物臼齿仿生的平面磨具形貌结构设计与性能研究

    宋沛鸿郭磊刘天罡曹蕾蕾...
    140-149,167页
    查看更多>>摘要：目的 提高平面研磨加工效率及加工质量.方法 提取了反刍类动物臼齿齿面形貌特征,设计了一种模块化分布式平面研磨工具,采用ABAQUS分析了无特征规则排布磨具与仿生特征排布磨具在研磨抛光过程中对工件压力分布均匀性的影响;采用Fluent分析了仿生特征排布磨具形貌结构对磨削液流动性的影响;利用3D打印技术制备了仿生特征排布磨具与无特征规则排布磨具并进行了对比实验,通过响应面分析法讨论了转速、压力、表面结构特征等因素对磨具研磨性能的影响.结果 仿真结果表明,与无特征规则排布磨具相比,在 4 N研磨压力下仿生特征排布磨具具有更优的工件表面应力分布均匀性;磨削液在磨具形貌特征间隙入口的流速为2.400 m/s时,与其他特征磨具相比,仿生特征模块化排布磨具的形貌特征间隙出口平均流速提升了 29.45%.实验结果表明,与无特征规则排布磨具相比,在同等工艺下,使用仿生特征模块化排布磨具研磨的铝合金试件表面粗糙度由0.301 μm降至 0.188 μm,下降了17.94%;当研磨压力为 5 N时,材料去除速率由 1.44 μm/min提升至1.93 μm/min,提升了 34.47%.结论 平面磨具的形貌结构特征设计与排布对研磨过程中的工件接触压力分布、磨削液流动性具有重要影响.与无特征规则排布磨具相比,在相同工艺条件下臼齿仿生特征模块化排布磨具能够更有效地提升加工效率及加工质量.

    仿生设计平面磨具表面形貌结构研磨加工性能磨削液流动性磨粒滞留

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    基于多源数据融合的半导体晶片CMP抛光材料去除率预测

    方维王宇宇宋志龙吕冰海...
    150-157,167页
    查看更多>>摘要：目的 对半导体晶片抛光过程中的工艺参数、耗材使用量、抛光垫状态参数等多源数据预处理后进行数据融合,建立材料去除率(MRR)预测模型,为实现半导体晶片抛光加工工艺的决策和处理奠定基础.方法 研究晶片抛光加工中的数据特点及数据融合需求,提取数据集中每个晶片加工过程中的统计特征并生成新数据集,同时引入邻域特征以应对晶片加工过程中动态因素对材料去除率的影响.提出基于深度自动编码器的多源数据融合及材料去除率预测方法.设计深度自动编码器参数,优化深度自动编码器的损失函数从而增强深度自动编码器对强相关性特征变量的重建.基于深度自动编码器进行多源传感器信号融合,降低数据维度.使用超参数搜索算法优化BP神经网络超参数,利用BP神经网络方法将融合后的数据进行半导体晶片抛光过程中的材料去除率预测.结果 采用PHM2016 数据集对模型进行验证,均方误差MSE达到 7.862,相关性R2达到91.2%.结论 基于多源数据的融合模型能有效预测MRR,可以对半导体晶片CMP工艺过程的智能决策与控制起到良好的辅助作用.

    化学机械抛光材料去除率数据融合深度自动编码器BP神经网络预测

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    微晶玻璃固结磨料研磨加工亚表面损伤预测研究

    王科荣宗傲牛凤丽张羽斐...
    158-167页
    查看更多>>摘要：目的 快速、准确预测微晶玻璃在研磨加工过程中的亚表面损伤状况,制定合理的加工工艺.方法 通过建立微晶玻璃的离散元模型,仿真分析了研磨压力等研磨工艺参数对工件亚表面损伤的影响规律,并采用角度抛光法对研磨后微晶玻璃的亚表面损伤状况进行了实验验证.结果 采用W14 金刚石固结磨料垫研磨微晶玻璃,当研磨压力为10 kPa时,工件亚表面裂纹层深度为 1.75 μm,当研磨压力降低至3.5 kPa时,工件亚表面裂纹层深度为 1.38 μm;随着研磨压力的降低,亚表面微裂纹数量减少.研磨残余应力层分布深度大于微裂纹层的,且在微裂纹的尖端存在较大的残余拉应力.结论 角度抛光法得到的亚表面裂纹层深度与仿真结果一致,偏差范围为-10.87%～11.29%,残余应力仿真结果与试验结果的偏差为 7.89%.离散元仿真能够比较准确地预测固结磨料研磨微晶玻璃的亚表面损伤状况,为其研磨抛光工艺参数的制定提供了理论参考依据.

    微晶玻璃固结磨料研磨亚表面损伤残余应力离散元仿真

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    蓝宝石衬底CMP中氧化硅磨粒粒度分布对抛光液体系性能影响研究

    王晓剑李薇薇钟荣锋肖银波...
    168-174,200页
    查看更多>>摘要：目的 化学机械抛光(CMP)包含化学腐蚀和机械磨削两方面,抛光液 pH、磨粒粒径和浓度等因素均会不同程度地影响其化学腐蚀和机械磨削能力,从而影响抛光效果.方法 采用30～150 nm连续粒径磨粒抛光液、120 nm均一粒径磨粒抛光液、50 nm和 120 nm配制而成的混合粒径磨粒抛光液,分别对蓝宝石衬底晶圆进行循环CMP实验,研究CMP过程中抛光液体系的变化.结果 连续粒径磨粒抛光液中磨粒大规模团聚,满足高材料去除率的抛光时间仅有 4 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为 0.665 nm;均一粒径磨粒抛光液中磨粒稳定,无团聚现象,抛光9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高94.7%,能至少维持高材料去除率 18 h,抛光后的晶圆表面粗糙度为 0.204 nm;混合粒径磨粒抛光液初始状态下磨粒稳定性较高,抛光 9 h内材料去除率较连续粒径磨粒抛光液高 114.8%,之后磨粒出现小规模团聚现象,后 9 h材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的59.6%,18 h内材料去除率仅为均一粒径磨粒抛光液的87.7%,但抛光后的晶圆表面粗糙度为0.151 nm.结论 一定时间内追求较高的材料去除率和较好的晶圆表面粗糙度选用混合粒径磨粒抛光液,但需要长时间CMP使用均一粒径磨粒抛光液更适合,因此,在工业生产中需要根据生产要求配合使用混合粒径磨粒抛光液和均一粒径磨粒抛光液.

    化学机械抛光蓝宝石抛光液磨粒微观形貌材料去除率

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    大气等离子喷涂及固相反应法制备MnCoCu金属连接体防护涂层

    杨壮壮刘太楷文魁宋琛...
    175-183页
    查看更多>>摘要：目的 锰钴尖晶石涂层可有效抑制金属连接体高温氧化、降低固体氧化物燃料电池(SOFC)性能衰减,但其成本较高,电性能和稳定性也需进一步提升.方法 本文拟采用大气等离子喷涂技术(APS)和固相反应法以金属粉末制备高电导率尖晶石涂层.通过Cu元素的添加,在尖晶石涂层中引入高电导率的铜锰尖晶石相,获得高电导率尖晶石涂层,并通过对涂层的相组成、表面截面形貌、元素分布、电性能等物性的表征,揭示 Cu 添加量及固相转变条件对尖晶石涂层性能的影响规律.结果 800℃热处理后涂层明显致密化、均匀化,涂层主相为CuxMn3-xO4(x=1,1.2,1.4)和MnCo2O4;在基体和涂层的界面处存在Cr富集,800℃氧化10 h后,含Cu量 12%(质量分数)的试样面比电导最高;氧化 100 h后,面比电导有所下降,含Cu量 12%(质量分数)试样仍具有最高的面比电导;经过还原的试样面比电导明显低于未还原样品,其原因在于还原过程中Cr元素产生扩散,氧化后生成了较多的低电导率相.涂层导电性随Cu含量的增加而增大,800℃时Cu含量为 12%(质量分数)的样品电导率可达 93.15 S/cm.结论 尖晶石涂层可通过APS制备的金属涂层经热处理后获得;涂层的相组成可以通过金属粉末成分进行调控;Cu的添加有效提高了涂层的电导率,且随Cu含量的增加而增大;经还原处理后的涂层更加致密,但导电性低于未还原样品.

    大气等离子喷涂连接体防护尖晶石涂层MnCoCu涂层电导率

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    退火对钛合金钽涂层力学及生物性能的影响

    廖士铸张颂红宋振纶杨丽景...
    184-192页
    查看更多>>摘要：目的 针对钛合金(TC4)在骨植入、骨替换方面因受体液腐蚀及骨骼之间的相互摩擦使改性涂层容易遭受破坏导致有毒金属离子的释放,通过退火提高TC4 表面钽涂层的力学性能和生物相容性能.方法 采用磁控溅射技术在TC4 基体上沉积钽涂层,并在不同的热处理温度 650、750、850℃下退火5 h,使用扫描电子显微镜、能谱仪、XRD、划痕仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站和生物毒性实验对Ta涂层的组织形貌、力学性能及生物性能进行测试与表征.结果 所制备的 Ta 涂层组织较致密,在一定的退火温度下,组织结构变得更加致密.在退火温度650℃时的硬度值(16.68 GPa)和弹性模量值(208.90 GPa)最高,这是由于产生较强的β-Ta峰,使硬度值显著提高.经 750℃退火后,涂层具有最大的结合强度(20.82 N),优异的耐腐蚀性,摩擦曲线波动最小、最平稳且平均摩擦系数值(COF)最小.这是由于涂层与基体之间的元素相互扩散,降低了界面应力,促进了结合强度的提高.这有利于提高涂层的致密度,可降低涂层表面的微孔缺陷,阻碍腐蚀溶液通过涂层的路径作用,从而提高基体的耐腐蚀性.同时有效避免了涂层大面积脱落,减少了摩擦表面积,也提高了涂层的摩擦性能.在 750℃和850℃退火温度下钽涂层的KRGR>80%,表现出良好的生物相容性.结论 经退火后的钽涂层组织更加致密,结合强度更高,耐磨性、耐腐蚀性、生物相容性更好.

    TC4钛合金磁控溅射退火结合强度Ta涂层生物相容性

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    凹槽结构强化液滴合并弹跳的数值研究

    吴卫民郑佳宜王芳
    193-200页
    查看更多>>摘要：目的 为研究凹槽结构对液滴合并弹跳现象的影响,提高液滴自弹跳的速度和能量转化率.方法 通过有限元方法模拟,研究了液滴在凹槽结构上的动态行为和槽深H、槽宽W及液滴尺寸对V型槽和矩形槽上液滴的弹跳速度、无量纲速度、表面能转化率、动量和总动能的影响.结果 凹槽内与槽外液滴间的合并弹跳包含液滴接触、产生液桥、三相线收缩和液滴弹离表面 4 个过程;宽高比相同时,液滴弹跳速度和表面能转化率均随液滴半径先增大后减小,凹槽宽高比为 1.5,液滴合并弹跳半径为 0.25 mm工况下表面能转化效率最高;矩形槽与V型槽,宽高比为 1.5,液滴合并弹跳半径为 0.25 mm时,液滴弹跳速度与表面能转化率随半径比先增大后减小,在半径比为1 时达到峰值,二者表面能转化率最大值为27.87%和 30.66%.槽宽恒定时,凹槽结构强化液滴合并弹跳存在最佳凹槽宽高比和最优弹跳半径,V型槽提升液滴弹跳效率比矩形槽高约 12%.结论 合并后液滴撞击V型槽侧壁的反作用力使液滴旁瓣较矩形槽更早受到侧壁面抑制而发生回流,从而提升了其能量转化效率,减少了液滴的振荡损失与黏性耗散.研究结果在设计高效的自清洁功能表面、提高冷凝表面换热效率、预防和抑制换热器表面结冰、成霜等工业领域有重要的应用意义.

    凹槽结构超疏水表面液滴合并液滴弹跳强化有限元方法模拟

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    基于经典成核理论的跑道结冰温度建模及仿真

    陈斌丁宇崔静王立文...
    201-212页
    查看更多>>摘要：目的 为进行积冰事件的预测,减小跑道积冰对飞机地面运行安全的影响,对跑道表面结冰温度展开研究.方法 从微观角度分析冰核在固体表面的形成机理,以接触角参数表示材料表面特性,基于经典成核理论建立结冰温度模型,在不同的边界条件下进行相应的数值模拟和跑道表面结冰的仿真模拟实验,最后完成模拟跑道低温环境的结冰温度实验.结果 对于机场跑道环境下因飞机轮胎摩擦而留有胶迹的水泥道面,胶迹比水泥更易结冰;以醋酸钙为主要成分的机场跑道除冰液可抑制跑道结冰,质量分数越大,抑制作用越强,从质量分数 5%提高到40%时,结冰温度降低 12.02℃;最后通过在模拟跑道低温环境下的实验,对比得出该模型的预测结果与实际值之间的误差约为 0.94℃.结论 材料的表面自由能越高,结冰温度越高;高粗糙度对结冰起促进作用;机场跑道除冰液通过降低道面冰核的形核率和半径生长速率来抑制跑道结冰,质量分数越大,抑制作用越强;该模型可以为跑道积冰预警提供结冰温度预测的理论基础.

    冰核结冰温度表面自由能粗糙度数值模拟除冰液

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