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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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    硫酸介质中咪唑-4-甲基亚胺基硫脲对碳钢的缓蚀作用

    文家新
    123-132页
    查看更多>>摘要：目的 碳钢因其优异的性能被广泛应用于工农业中,为解决碳钢在酸性介质中的腐蚀问题.方法 以氨基硫脲和咪唑-4-甲醛为原料合成了Schiff碱化合物咪唑-4-甲基亚胺基硫脲(MIT),采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振谱(NMR)及质谱(EI-MS)表征了其分子结构.将MIT化合物作为H2SO4介质中碳钢的缓蚀剂,分别采用静态失重法、电化学测试及腐蚀形貌分析研究了其在0.5 mol/L H2SO4溶液中对碳钢的缓蚀性能,通过吸附模型、X-射线光电子能谱(XPS)等方法研究了MIT分子在碳钢表面的吸附行为,采用密度泛函理论(DFT)和分子动力学模拟(MD)方法进行了理论计算研究.结果 MIT在H2SO4溶液中对碳钢的缓蚀效率随其添加量的增大而提高,随腐蚀环境温度的提高而下降,293 K下其在0.5 mol/L H2SO4溶液中的最佳质量浓度为240 mg/L,对应的缓蚀效率可达95.4％.MIT是一种混合型缓蚀剂,电化学缓蚀机理可解释为"几何覆盖效应".在碳钢表面的MIT分子吸附属于化学和物理混合吸附(△G°ads=−31.62 kJ/mol,293 K),且服从Langmuir吸附定律.结论 MIT可有效抑制碳钢在H2SO4溶液中的腐蚀,MIT的合成既为H2SO4溶液中碳钢的腐蚀防护开发了一种有效方法,也为其他酸性介质中碳钢缓蚀剂的开发提供了新思路.

    缓蚀作用硫酸介质咪唑-4-甲基亚胺基硫脲碳钢电化学测试理论计算

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    钨合金超声辅助划擦试验及仿真研究

    卢文涛刘金帛张园鲍岩...
    133-143页
    查看更多>>摘要：目的 揭示钨合金在超声辅助磨削加工下的材料去除行为.方法 通过超声辅助划擦试验与有限元仿真相结合的方式,分析超声振动作用对材料表面形貌、截面轮廓、划擦力、温度、塑性应变及应变率的影响,探究超声振动作用下的材料去除和表面创成机理.结果 钨合金在划擦过程中发生严重的塑性变形,在划痕两侧出现由耕犁作用而形成的隆起现象.超声辅助划擦形成的划痕表面鳞刺更少且未出现犁沟现象,且划痕深度相较于普通划擦增大14.1％,划痕宽度增大39％.随着划擦深度的增加,试验划擦力与仿真划擦力均线性增大,且仿真值与试验值误差为18.1％,验证了有限元仿真模型的有效性.超声振动作用下的划擦力呈周期性变化特征,使平均划擦力降低了43.2％.此外,仿真结果表明,超声辅助划擦相较于普通划擦,温度最高降低50％,表面塑性应变最高降低20％,超声冲击过程中材料的塑性应变率相较于普通划擦提高1个数量级,分离过程中塑性应变率最大降低2个数量级.结论 超声振动作用可以有效降低划擦过程中的划擦力和划擦区域温度,增大冲击过程中材料的瞬时应变率,改善压头的切屑黏附现象,从而抑制划擦表面鳞刺的生成和犁沟的形成,改善表面质量.此外,超声振动作用还可以有效提高材料去除率.

    钨合金单颗金刚石超声辅助划擦材料去除机理有限元仿真

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    超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究

    林洁琼于行周岩谷岩...
    144-156页
    查看更多>>摘要：目的 研究切屑形成机理对加工过程的影响.方法 超声振动辅助车削技术通过刀具振动的拟间歇切削特征控制切屑尺寸和切屑形态,从而提高了加工表面质量.针对SiCp/Al复合材料的切屑形成机理,探究常规车削和超声振动辅助车削的切屑形成过程.研究了颗粒分布对第一变形区变形阶段的影响,以及不同加工方式下切削参数对切屑形态的影响.最后,描述了切屑自由表面和刀-屑接触界面的颗粒损伤形式,以直观地描述常规车削与超声振动辅助车削SiCp/Al复合材料加工中切屑的形成过程.结果 通过测试加工后工件表面形貌发现超声振动辅助车削的切屑更加连续、切屑尺寸较小的加工表面粗糙度更小,常规车削的表面粗糙度为0.805μm,超声振动辅助车削的表面粗糙度为0.404μm,超声振动辅助车削比常规车削的表面粗糙度降低了49.8％.结论 与常规车削相比,超声振动辅助车削有利于减小切屑厚度.超声振动辅助车削得到的切屑更加连续,避免了切屑碎裂,促进了切屑的顺利排出.通过对切屑形态进行研究,选择最优切削参数可以有效提高工件表面质量.

    超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理颗粒损伤表面完整性粗糙度

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    紫外光催化辅助Ga面GaN化学机械抛光试验研究

    杨友明周海胡士响夏丽琴...
    157-167页
    查看更多>>摘要：目的 探究在紫外光催化辅助抛光过程中,相关因素对氮化镓晶片Ga面去除率(MRR)及表面粗糙度(Ra)的影响规律,提高单晶氮化镓高效率低损伤的超光滑表面质量.方法 通过结合紫外光与化学机械进行抛光,采用单因素试验方案,对GaN晶片的Ga面进行紫外光催化辅助化学机械抛光试验,比较在无光照、光照抛光盘、光照抛光液3种抛光方式和不同TiO2浓度、pH值、H2O2含量、抛光压力、抛光盘转速和抛光液流条件下的抛光效果.最后通过正交试验进行抛光工艺参数优化,通过测量不同条件下紫外光催化辅助化学机械抛光过程中的MRR值和Ra值,探究GaN晶片Ga面抛光效果.结果 在紫外光催化辅助抛光条件下,通过对单因素试验和正交试验的抛光参数进行分析和优化,GaN晶片材料去除率可以达到698.864 nm/h,通过白光干涉仪观测可以获得表面粗糙度Ra值为0.430 nm的亚纳米级超光滑GaN晶体表面.结论 基于紫外光催化辅助GaN晶片Ga面化学机械抛光试验,紫外光辅助化学机械的复合抛光方式能够促进GaN表面生成物Ga2O3快速去除,其中光照抛光液方式能够极大地提高抛光效率.紫外光催化辅助Ga面GaN化学机械抛光可以获得高效低损伤的单晶氮化镓抛光加工表面质量.

    氮化镓紫外光催化抛光MRR表面粗糙度单因素试验正交试验

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    环氧改性聚硅氧烷污损释放涂层的制备及其力学性能研究

    陈宝张世龙张东亚王保鑫...
    168-182,221页
    查看更多>>摘要：目的 以有机硅树脂为基体树脂,环氧树脂作为改性剂,制备了一种力学性能较高且具有污损释放特性的防污树脂涂层.方法 首先采用 γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和环氧树脂(E51)反应得到硅烷化环氧树脂(ME51);然后以甲基三氯硅烷(MTS)、二甲基二氯硅烷(DDS)和苯基三氯硅烷(PTS)为原料,通过水解-缩合法制备有机硅树脂(PMPS);最后将ME51添加到PMPS树脂中,经常温固化得到具有高力学性能和低表面能特性的环氧改性硅树脂(MPMPS).系统地研究了环氧含量对MPMPS树脂涂层力学性能和防污性能的影响.结果 与PMPS相比,当环氧含量(均以质量分数计)为30％时,MPMPS涂层的铅笔硬度从HB提升至4H,抗冲击性从30 cm提升至60 cm,柔韧性仍保持在3 mm,附着力从1.3 MPa提升至3.6 MPa,25℃下储能模量从206 MPa提升至503 MPa.MPMPS树脂涂层不仅具有良好的力学性能,还具有较低的表面自由能(24.66 mJ/m2);MPMPS在抗芽孢杆菌黏附实验、抗三角褐指藻黏附实验和90 d浅海浸泡的防污实验中,表现出与PMPS同样优异的污损释放性能.结论 当环氧含量为30％时,MPMPS涂层表现出最佳的力学性能,同时具有良好的防污性能.

    有机硅树脂环氧树脂硅烷改性低表面能力学性能防污涂层

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    基于超短电压脉冲的Cu2O微区电沉积研究

    麦满芳廖彬曾珊王金凤...
    183-189页
    查看更多>>摘要：目的 实现基于纳秒级超短电压脉冲的Cu2O微区电沉积.方法 开发了可视化超短电压脉冲微区电化学加工系统,通过脉冲发生器施加纳秒长的超短电压脉冲到微电极与工作电极之间使局部极化发生,采用原位倒置光学显微镜实时监控微区电沉积的动态过程.使用扫描电子显微镜对Cu2O微结构的微观形貌进行表征,研究不同加工参数,包括电极间距、脉冲长度和微电极运动速度对微区电沉积Cu2O的尺寸及微观形貌的影响.结果 电极间距、脉冲长度和微电极运动速度均对沉积的Cu2O微圆盘的直径和晶粒形貌有显著影响.电极间距的增大,使沉积的Cu2O微圆盘的直径和晶粒尺寸均有所减小.电压脉冲长度越小,Cu2O微圆盘的面积越小.微电极移动的速度越快,Cu2O微圆盘的直径越小,结晶性变差.电极间距为14µm、脉冲长度为30～40 ns以及降低微电极运动速度能够获得轮廓清晰的微区电沉积结构.结论 基于纳秒级超短电压脉冲可视化微区电化学加工系统成功地在ITO导电玻璃表面沉积了直径为50～100µm的Cu2O微圆盘,为高效率Cu2O基光电器件的微加工提供了简单有效的方法.

    微区电沉积超短脉冲Cu2O微结构

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    磁控溅射制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2薄膜工艺研究

    李镰池吴爱民宋欣忆刘延领...
    190-197页
    查看更多>>摘要：目的 探究了磁控溅射法制备符合化学计量比且循环性能良好的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)薄膜工艺,有利于进一步提高全固态薄膜电池能量密度.方法 从溅射功率、氩氧比、衬底温度中各选取3个水平组成L9(34)正交试验,在不锈钢衬底上沉积制备NCM811薄膜.利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对薄膜进行表征.利用EDS和ICP对薄膜成分进行分析.利用蓝电测试系统对以NCM811为正极的电池进行循环曲线测试.结果 根据极差分析结果发现,影响前50圈放电容量保持率的因素从大到小依次为:温度>功率>氩氧比.其中功率和温度对循环性能有很大的影响,极差R值分别为18.45和26.79;氩氧比对循环性能影响较小,极差R值为3.17.增大溅射功率、提高衬底加热温度、增加氩氧比中氩气的含量有利于制备出符合化学计量比的NCM811薄膜.随着溅射功率的提升,NCM811薄膜的结晶度增强,材料中Ni2+/Li+阳离子的混排程度降低;随着衬底温度升高,薄膜由非晶逐渐转化为晶态,表面由无序非晶形貌过渡到小三角片状晶粒,厚度变薄,且更加致密.薄膜的循环性能也随着功率和衬底温度的增加有着明显的提升.结论 正交试验结果表明,薄膜制备的最优工艺条件为:溅射功率110 W,衬底温度650℃,Ar∶O2=2∶1(体积流量比),验证试验表明NCM811薄膜中主元素原子数占比Ni∶Co∶Mn=79.9∶10.2∶9.9,接近理想原子数占比8∶1∶1,且前50圈放电容量保持率达到72.33％.

    固态薄膜电池NCM正极薄膜正交试验磁控溅射电化学性能

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    富氧多孔石墨烯薄膜制备及其超级电容器性能

    钟厉康俊王振洋李年...
    198-205页
    查看更多>>摘要：目的 改善传统的激光诱导石墨烯薄膜电极本身储电能力差、应用范围有限的问题.方法 利用CO2激光扫描自制的高含氧酚醛树脂薄膜制备了一种富氧的多孔石墨烯薄膜电极,并对其进行电化学活化处理,用以增强内部含氧基团的活性和含量,对石墨烯薄膜的形貌、组成以及电化学性能进行了表征.结果 在激光的高温高压下,酚醛树脂分解释放的大量气体会使石墨烯薄膜内部形成丰富的纳米孔隙结构,氮气吸附解吸曲线的结果显示其比表面积达到了324 m2/g.此外,在酸性电解质下采用电化学激活的方式,能够使石墨烯薄膜内部碳原子上的含氧基团发生转化反应,并且它们与碳原子的键合也为电极提供了更稳定的结构.在电化学性能测试中,石墨烯薄膜上的氧官能团发生高效的可逆氧化还原反应,在0.5 mA/cm2的电流密度下具有高达342.8 mF/cm2的面积比容量,组装成超级电容器后也保持了优异的储能特性和循环稳定性,在0.0589 mW/cm2的功率密度下具有5.93μWh/cm2的能量密度.结论 利用该方法制备的富氧多孔石墨烯电极材料兼具高稳定性和高比电容的优势,有望在实际应用中为后续赝电容材料的可靠负载和异原子的高含量稳定掺杂提供一种更可靠的石墨烯骨架,为构筑新型高性能储能器件提供了设计思路.

    激光诱导技术多孔石墨烯氧官能团超级电容器

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    脉冲电沉积法制备双贵金属催化剂及其电化学性能研究

    吕晓猛赵梦源华绍春贾瑛...
    206-213页
    查看更多>>摘要：目的 制备对偏二甲肼具有良好电催化活性响应的复合催化剂.方法 运用脉冲电沉积法在玻碳电极上制备了AuPd、AuPt、PdPt催化剂,研究了占空比、上下限电位、脉冲频率、沉积时间等条件的影响,采用扫描电镜、X射线衍射仪表征了其表面形貌和晶体结构,采用电化学循环伏安法研究了催化剂氧还原反应(ORR)活性和对偏二甲肼(UDMH)电催化氧化活性.结果 3种催化剂的双金属均已合金化,AuPd催化剂为纳米晶枝状结构,AuPt催化剂为纳米球状结构.当占空比为1∶10,上下限电位分别为0.7、0.3 V,沉积频率为10 Hz,沉积时间为20 min时,AuPd催化剂的ORR活性达到最佳;当占空比为1∶30,上下限电位分别为1.1、‒0.1 V,沉积频率为0.05 Hz时,PdPt催化剂的ORR活性达到最佳;当占空比为1:10,上下限电位分别为1.3、‒0.2 V,沉积频率为0.5 Hz,沉积时间为10 min时,AuPt催化剂的ORR活性达到最佳.AuPd、AuPt催化剂对UDMH具有明显的电催化响应,AuPd的氧化峰积分高达0.23 mAV/cm2,AuPt高达0.25 mAV/cm2.结论 脉冲电沉积法制备的Au基AuPd、AuPt复合催化剂相较于PdPt催化剂和商业Pt/C催化剂对UDMH有更高的电催化活性.

    脉冲电沉积双贵金属催化剂玻碳电极表面修饰UDMH

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    一步电沉积法制备Ni-Mo-Nd/NF复合电极及其析氢性能研究

    尹志芳刘卫杨泱陈星...
    214-221页
    查看更多>>摘要：目的 采用一步恒电流沉积法在泡沫镍基底上制备出镍-钼-钕三元析氢电极,提高碱性条件下的析氢性能.方法 使用电化学工作站研究工艺参数对Ni-Mo-Nd/NF析氢电极性能的影响,同时制备Ni-Mo/NF析氢电极,使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对合金镀层表面形貌、相结构、元素含量及成键状态进行表征.通过线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)及电化学阻抗技术(EIS)测试电极析氢性能.结果 最佳工艺参数为:pH=4.5,电流密度30 mA/cm2,沉积时间60 min,温度30℃.在1.0 mol/L KOH溶液中,Ni-Mo-Nd/NF电极在10 mA/cm2下的析氢过电位仅为73 mV,Tafel斜率为147 mV/dec,表明析氢反应机理遵循典型的Volmer-Heyrovsky步骤.此外,Ni-Mo-Nd/NF电极在长时电解24 h时电流密度保持稳定,2000次循环伏安测试后,催化剂的活性衰减微小.结论 稀土元素Nd的掺杂,能够细化电极表面的球形颗粒并提高电极表面粗糙度,从而提升电极的比表面积,为析氢反应提供更多的活性位点,利于析氢反应效率的提高.由于三元合金的协同作用,与二元合金Ni-Mo/NF相比,Ni-Mo-Nd/NF三元合金电极显示出更优异的HER催化性能.

    一步电沉积Ni-Mo-Nd/NF析氢反应泡沫镍

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