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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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    超声功率对化学镀Ni-W-P镀层微观结构及性能的影响

    李杰王赫男李明升冯长杰...
    120-132页
    查看更多>>摘要：目的 提高Ni-W-P镀层的耐磨性和耐蚀性.方法 以NiSO4·6H2O和Na2WO4·2H2O为主盐配制化学镀液,将Q235钢前处理后在可调功率的超声设备中进行化学镀以获得Ni-W-P镀层.通过显微硬度测试、摩擦磨损实验、电化学实验分别评价Ni-W-P镀层的硬度、耐磨性和耐蚀性,通过扫描电子显微镜对表面、截面和磨痕形貌进行分析,通过X射线衍射仪分析镀层的物相组成.结果 超声辅助化学镀可以细化晶粒、减少孔洞、提高镀层的致密性,降低镀层的磷含量,提高镀层的晶化程度,相同时间内可显著提高镀层厚度,但镀层与基体的结合强度会降低.超声功率75 W时:镀层厚度为不加超声的1.61倍;镀层最大硬度为674.80HV0.05;镀层的摩擦因数为0.38低于不加超声的摩擦因数0.47,且均低于Q235钢的摩擦因数0.58;磨损率为0.69×10-5mm3/(N·m)低于不加超声镀层的磨损率2.41×10-5mm3/(N·m),且均低于Q235钢的磨损率5.28×10-5 mm3/(N·m);Q235钢的磨损失效形式为黏着磨损+磨粒磨损,Ni-W-P镀层的磨损失效形式为磨粒磨损+疲劳磨损;腐蚀电流密度2.23×10-7A/cm2低于不加超声的腐蚀电流密度2.21×10-6 A/cm2,均低于Q235钢的腐蚀电流密度2.08×10-5 A/cm2;腐蚀电位-0.362 V高于不加超声的-0.377 V,且均高于Q235钢的-0.611 V;镀层总电阻Rt为24 338 Ω·cm2低于不加超声的10 629 Ω·cm2,且均高于Q235钢的592 Ω·cm2,电化学极化测试结果与电化学阻抗测试结果表现出较好的一致性,样品耐蚀性显著提高.结论 超声辅助化学镀可以细化晶粒、减少孔洞、提高镀层的致密性,降低镀层磷含量,提高镀层的晶化程度、硬度、耐磨性和耐蚀性.但超声的引入会导致镀层与基体的结合强度下降.

    化学镀Ni-W-P超声功率微观结构耐磨性能耐蚀性能

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    钽晶圆CMP抛光液成分与加工工艺参数的研究与优化

    白西郁李薇薇钟荣峰肖银波...
    133-143页
    查看更多>>摘要：目的 通过电化学实验确定化学机械抛光液成分,并以此进行化学机械抛光实验,通过响应面法确定最佳工艺参数方案.方法 通过电化学实验结果确定甘氨酸和过硫酸钠、过氧化氢2种氧化剂的最佳组合与配比,以此配制抛光液进行不同机械参数的CMP实验,选择抛光压力、抛光盘转速、抛光液流3种工艺参数,取值分别为6.5～9.5kg、30～90r/min、45～105 mL/min,利用响应面实验法确定最佳工艺参数组合方案.结果 通过电化学实验确定抛光液组分甘氨酸质量分数为0.3％、H2O2质量分数为3％,应用响应面法确定的抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量分别为8.1kg、70r/min、79 mL/min,分析得到各工艺参数按对抛光效果的影响程度从强到弱依次为:抛光压力、抛光盘转速、抛光液流量.最终钽晶圆实验材料去除速率为29.445 nm/min,具有良好的表面质量,其表面粗糙度为0.152nm.结论 甘氨酸能够降低腐蚀速率,氧化剂能够加速钽腐蚀速率,混合电化学实验结果表明,甘氨酸也可以减缓氧化剂对钽腐蚀的促进作用,因此甘氨酸可与氧化剂配合使用来控制对钽的腐蚀.使用响应面分析法可以确定最佳工艺参数方案,所以采用响应面分析法可以降低实验成本,提高实验效率.

    钽晶圆化学机械抛光电化学响应面法材料去除速率表面粗糙度

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    不同子层厚度比AlCrBN/AlTiN多层涂层高速干式切削性能研究

    张奔驰蔡飞斯松华薛海鹏...
    144-153,215页
    查看更多>>摘要：目的 通过改变AlCrBN/AlTiN多层涂层的子层厚度比,提高AlCrBN/AlTiN多层涂层的高速干式切削加工钛合金性能.方法 使用电弧离子镀技术制备了不同子层厚度比(AlCrBN子层/AlTiN子层)的AlCrBN/AlTiN多层涂层.采用XRD衍射仪、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和洛氏压痕仪对涂层的组织结构和力学性能进行表征,采用高温真空退火炉、摩擦磨损试验机、数控车床等研究多层涂层的高温稳定性、摩擦磨损性能和高速干式车削性能,并对多层高速干式切削加工钛合金的磨损行为进行了详细研究.结果 涂层相组成为fcc-(Cr,Al)N和fcc-(Ti,Al)N,涂层组织随着子层厚度比的增加更加致密,涂层硬度和结合强度则随着子层厚度比的增加先升高后降低,其中当AlCrBN子层/AlTiN子层厚度比为2∶1时,涂层表现出最高的显微硬度(4 470HK0.05±144HK0.05)和良好的结合强度(HF 1),以及优异的摩擦磨损性能(摩擦因数为0.56,磨损率为0.21×10-15 m3/(N·m)).在不同切削条件(100 m/min和150 m/min)下,涂层高速干式切削性能随着子层厚度比的增加呈现先升高后降低的趋势.其中当子层厚度比为2∶1时,涂层的车削性能最佳(100 m/min时切削寿命为14 min,150 m/min时切削寿命为280 s),切削过程中的磨损机理为黏结磨损和氧化磨损.结论 通过调控AlCrBN/AlTiN多层涂层的子层厚度比,可以显著提高AlCrBN/AlTiN多层涂层的摩擦磨损和高速干式切削加工钛合金性能.

    AlCrBN涂层多层涂层摩擦磨损高速干式切削

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    GA-BP-ANN耦合RSM优化表面机械滚压1060铝表面粗糙度

    柳想王成汪森辉孙坤...
    154-164页
    查看更多>>摘要：目的 优化表面机械滚压工艺参数组合,获得最小表面粗糙度.方法 基于气压驱动表面机械滚压实验平台,以1060铝棒为研究对象,采用响应面法(RSM)设计试验研究驱动压力、滚压道次、试样转速对受滚压铝棒试样表面粗糙度的影响规律,并利用遗传算法结合反向传播人工神经网络(GA-BP-ANN)机器学习模型预测不同工况参数组合对应的表面粗糙度,并通过实验对该模型进行有效性验证.基于GA-BP-ANN预测结果,在给定参数范围内构造多个随机小范围响应面,通过分析这些随机小范围RSM优化结果的聚集程度,实现GA-BP-ANN耦合RSM优化.结果 单个响应面优化的最佳工艺参数组合为0.074 MPa的驱动压力、5个滚压道次、435.4 r/min的试样转速,预测的表面粗糙度(Ra)为0.45 μm,但该工况下实验测量的表面粗糙度为0.53 μm,且非最小值;而GA-BP-ANN耦合RSM优化的工况组合为0.073 MPa的驱动压力、4个滚压道次、286.9 r/min的试样转速,预测的表面粗糙度为0.31 μm,相同工况下实验测量结果为0.36 μm.结论 与单个RSM优化结果相比,采用GA-BP-ANN耦合RSM能够更加有效地优化气压驱动表面机械滚压工艺参数组合,获得更小的表面粗糙度.

    表面粗糙度表面机械滚压1060铝响应面法GA-BP-ANN

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    激光-化学制备超疏水氧化锆陶瓷工艺及修复性能研究

    郑俊杰刘向锋刘超付佳俊...
    165-177页
    查看更多>>摘要：目的 通过超疏水化改变氧化锆陶瓷表面的功能特性,使其具备抵抗环境变化的性质.方法 开发了一种结合纳秒激光织构和硅烷化学修饰、热处理方法的超疏水氧化锆陶瓷表面制备工艺,得到了超疏水氧化锆表面,同时对激光加工前后的氧化锆陶瓷表面形貌、化学组成、润湿性进行了表征.结果 利用激光表面微织构方法在氧化锆陶瓷材料表面诱导出了多级微纳结构,并进行硅烷化学修饰和热处理,获得了接触角159.6°的超疏水氧化锆陶瓷表面.研究了激光扫描速度与间距对表面超疏水性能的影响.发现当扫描速度为20～200 mm/s时,随扫描速度的减小,表面的亚微米和纳米颗粒变小,表面微纳结构更明显,进一步使水滴接触角增大;当扫描间距为50～200 μm时,随扫描间距的增大,受到热影响的区域面积相对比例减小,微纳结构减少,进一步使水滴接触角减小.摩擦磨损实验证明,超疏水氧化锆陶瓷表面的机械稳定性高,可抵抗外界摩擦的影响.此外,还测试了使用硅油-热处理方法快速修复受到摩擦后的氧化锆陶瓷表面接触角,证明修复后的氧化锆陶瓷表面仍然保持超疏水特性.结论 研发的可修复超疏水氧化锆陶瓷具有稳定良好的超疏水特性,有望拓展氧化锆陶瓷在相关领域的应用.

    氧化锆陶瓷超疏水表面激光加工机械稳定性修复性能

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    健那绿B平整剂对芯片互连钴的电沉积成核机理研究

    王书鹏薛彦鹏范磊潘盈卓...
    178-187页
    查看更多>>摘要：目的 探究了钴互连金属电子电镀工艺中的电镀成核机理,使用健那绿B(Janus Green B,JGB)对钴的电沉积进行进一步优化,并研究了 JGB在改善电镀质量过程中的作用机理.方法 采用电化学测试方法包括循环伏安、电流瞬态曲线,以及表征方法包括扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射光谱(XRD),对钴在阻挡层TiN上的电子电镀机理以及JGB作用下的成核特点及晶体特性等进行研究.结果 测试得到了关于体系的电化学曲线以及薄膜微观表征图样,发现了 JGB的成核特征,并在无金属阳离子的体系下进行对照实验,进而得出JGB对钴电沉积体系的影响机理.结论 JGB促进了体系氢还原的进行,并改变了钴的成核特征,包括成核大小和数目,进而提升了电沉积质量,实现了更高的薄膜沉积覆盖率.JGB在体系中发生一系列电化学反应生成产物γ,产物γ由于带有不饱和N原子(显正电),会优先吸附到阴极的凸起处,γ分子剩余C—H—N结构可以抑制新的钴原子成核,从而增强电极表面还原沉积的平整度,使晶粒生长更加均匀.

    钴电子电镀互连金属集成电路平整剂薄膜技术

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    双膜层ITO/SiO2薄膜制备及其膜电阻均匀性研究

    朱治坤陈婉婷陈静朱常青...
    188-196页
    查看更多>>摘要：目的 通过双膜层结构设计制备ITO/SiO2薄膜,研究了靶面磁场强度、镀膜工件移动速度、镀膜功率对ITO/SiO2薄膜膜电阻均匀性的影响,并研究了优化条件制备的ITO/SiO2薄膜物相、形貌和结构,并通过元素分布分析探讨了 SiO2薄膜的作用.方法 利用磁控溅射法在TN玻璃基板上沉积生成SiO2薄膜,然后再沉积氧化铟锡(ITO)薄膜,制备ITO/SiO2薄膜样品.利用X射线衍射仪(XRD)、ST-21L型薄膜膜电阻测试仪、原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)等仪器,研究了靶面磁场强度、镀膜工件移动速度、镀膜功率对ITO/SiO2薄膜膜电阻均匀性的影响,并研究了优化条件制备的ITO/SiO2薄膜样品的物相结构、表面形貌、截面膜层结构、元素分布与有膜电阻均匀性的关系,探讨了 SiO2薄膜结构与晶粒尺寸效应可能发挥的作用.结果 (1)磁控溅射优化条件下,磁场强度为780～820 Gs,镀膜工件移动速度为1.2m/min,镀膜功率为2.5kW(A21)和3kW(A23)时,ITO/SiO2薄膜膜电阻极差最小为10～11 Ω/sq,平均值为75～76 Ω/sq,ITO/SiO2薄膜膜电阻的均匀性最好.(2)ITO/SiO2薄膜表现出晶体谱线和非晶谱线的叠加,In2O3和SnO2特征峰发生轻微左偏移现象,SiO2特征峰较宽,说明薄膜中的SiO2处于非晶态结构,且可能部分发生晶粒尺寸效应,以微晶或纳米晶的形式存在.(3)ITO/SiO2薄膜表面形貌比起SiO2薄膜更均匀、连续、平滑且较致密,且具有明显的双膜层结构,其中ITO薄膜表面均匀平整且膜厚均匀,这与膜电阻均匀性一致;SiO2薄膜与ITO薄膜和玻璃基底都形成了界面层,应该也是ITO薄膜结合力较好的原因;In元素的流失受到一定阻隔,应该与薄膜中的SiO2的非晶态结构或发生晶粒尺寸效应,以及多晶ITO结构有关.结论 通过优化控制靶面磁场强度、镀膜工件移动速度和镀膜功率等工艺因素,可以提高ITO/SiO2薄膜膜电阻均匀性,同时通过控制SiO2薄膜成膜质量可以改善ITO薄膜质量,并起到阻隔In元素流失的作用.

    磁控溅射法ITO/SiO2双膜层微观结构膜电阻均匀性

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    晶面取向对TiN涂层导电性能的影响研究

    赵蒙周晖何延春张凯锋...
    197-205页
    查看更多>>摘要：目的 TiN涂层的晶面择优生长取向对其性能有显著影响,当前TiN涂层晶面取向对其导电性能的影响机理尚未明确.因此,将模拟计算与实验研究相结合,开展晶面取向对涂层导电性能影响的研究.方法 采用第一性原理计算研究了晶面取向对TiN表面能、能带结构、态密度、电荷布居及自由电子相对浓度的影响.同时,利用HiPIMS技术实现了不同晶面取向TiN涂层的制备.结果 经过理论计算,TiN(200)晶面模型具有更高的自由电子相对浓度,主要是因为(200)晶面模型中,Ti—N键对电子的"束缚"更小.接触电阻测试证明,涂层中的(200)晶面生长取向越明显,涂层的ICR值越低.结论 经过理论计算与实验验证表明,TiN涂层中的(200)晶面生长取向有利于提升TiN涂层的导电性能,该取向越明显,涂层的ICR值越低.

    质子交换膜燃料电池双极板TiN涂层HiPIMS晶面取向导电性能

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    基于形貌控制的多孔涂层沉积机制及其碱式电解水性能研究

    赫亮亮张香云刘太楷谢迎春...
    206-215页
    查看更多>>摘要：目的 探索冷喷涂工艺中造孔剂形貌对涂层沉积机制、多孔镍电极结构和电解水析氢性能的影响.方法 采用冷喷涂工艺将不同形貌的造孔剂粉末沉积为涂层,经化学腐蚀造孔后,得到可供测试的多孔镍电极.通过SEM/EDS、XPS、XRD对样品微观形貌、元素价态等物性进行表征,并通过线性扫描伏安法(LSV)、循环扫描伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等电化学方法研究样品的析氢性能.结果 由于片状Al粉末在喷涂过程中受气体影响较大,不易沉积在涂层中;因此球形Al造孔效果明显优于片状Al,得到的涂层孔隙更多,比表面积更大,表现出更优异的电解性能,同时两组样品析氢反应步骤都是Heyrovsky步骤.在电流密度为100mA/cm2和250mA/cm2时,NsA样品的过电位分别为0.32 V和0.42V,而NfA样品的过电位则分别为0.4 V和0.5 V.结论 球形Al表面氧化物的阻抗和孔隙度的阻抗要小于片状Al,电荷转移能力明显较强,双电层的电容有所增加,显示出较大的活性表面积.因此,球形Al造孔效果明显优于片状Al,所得到的涂层电解析氢性能更强.

    电解水冷喷涂造孔剂NiAl多孔电极电化学阻抗谱

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    具有抗炎促内皮细胞生长的多功能药物洗脱支架的制备及表征

    周楠李梦茹黄楠汪川哲...
    216-227页
    查看更多>>摘要：目的 血管支架植入是动脉粥样硬化心血管疾病最主要的临床治疗手段.丹酚酸B(Sal B)是从丹参中提取的生物活性化合物,被证实具有较强的抗炎功能及改善心血管功能的潜力,但目前的研究集中于通过静脉注射的给药方式干预心血管疾病,该方法存在药物生物利用度低等缺点.基于此,以聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)为药物释放载体,在血管支架表面构建Sal B药物洗脱涂层,旨在实现药物在病灶处的局部释放并提高支架长期功能.方法 利用超声雾化喷涂技术在血管支架表面构建Sal B/PLGA涂层.通过傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)、紫外分光光度计(UV-Vis)和场发射扫描电子显微镜(SEM)等表征手段对涂层的化学结构、药物释放行为和表面形貌进行检测.体外细胞实验用于评价该涂层的抗炎能力以及对内皮细胞(ECs)、平滑肌细胞(SMCs)的增殖影响.最后通过体外血液相容性和半体内血液循环实验评价该涂层的血液相容性以及抗血栓性能.结果 材料学表征结果证明Sal B/PLGA涂层构建成功,且涂层力学性能良好,可实现Sal B长达28 d的有效释放.细胞生物学结果表明该涂层具有一定的抗炎功能,能在促进内皮细胞的同时抑制平滑肌细胞的异常增殖.血液相容性及半体内循环实验结果表明,该涂层能有效减少血小板的黏附、聚集与激活,具有抗血栓的能力.结论 Sal B/PLGA血管支架涂层表现出潜在的抗炎、促内皮、抑制平滑肌增殖及抗血栓等特性,可为后续提高支架治疗功效提供一种创新策略.

    动脉粥样硬化炎症洗脱支架丹酚酸B超声雾化喷涂技术

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