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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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    轴承内圆轴向超声高速磨削理论建模与试验研究

    吴金津王旭袁巨龙苑泽伟...
    119-132页
    查看更多>>摘要：目的 以GCr15材料的6309型轴承内圆为研究对象,探究高转速超声磨削过程中超声辅助振动对磨粒运动轨迹、磨削后表面粗糙度、圆度以及微观形貌的影响规律.方法 基于超声内圆磨削磨粒切削轨迹及超声振幅与砂轮转速对轨迹影响的理论仿真,构建磨削去除量与磨削表面粗糙度的理论模型,通过对轴承内圆进行超声磨削试验,研究高转速(16000～22000 r/min)下各工艺参数对内圆表面质量的影响并验证理论粗糙度评价模型.结果 超声振幅的增大使磨粒与内圆接触轨迹变长,但随砂轮转速的提高,磨粒切削轨迹的密集程度也有所下降.振幅和砂轮转速的增大可使切削去除量增大、粗糙度降低,铬刚玉粒度100#陶瓷结合剂砂轮磨削GCr15轴承内圆后,其表面质量更有优势,单因素下表面质量变化趋势与理论分析结果相一致.结论 在相同磨削参数下,1.5μm振幅超声磨削可使内圆圆度降至0.92μm,粗糙度降至130.5 nm,与传统磨削相比,粗糙度最高减小了41.5％,圆度最高减小了52.6％.在高转速下,各因素按砂轮对磨削后表面质量的影响由大到小的顺序依次为砂轮转速、超声振幅、进给速度,当磨粒线速度超过41.8 m/s、进给速度超过600 mm/min、振幅超过1.5μm时,表面质量呈下降趋势.

    轴向超声内圆磨削高速去除量磨粒轨迹表面质量

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    基于自转一阶非连续式微球双平盘研磨的运动学分析与实验研究

    吕迅李媛媛欧阳洋焦荣辉...
    133-144页
    查看更多>>摘要：目的 分析不同研磨压力、下研磨盘转速、保持架偏心距和固着磨料粒度对微球精度的影响,确定自转一阶非连续式双平面研磨方式在加工GCr15轴承钢球时的最优研磨参数,提高微球的形状精度和表面质量.方法 首先对自转一阶非连续式双平盘研磨方式微球进行运动学分析,引入滑动比衡量微球在不同摩擦因数区域的运动状态,建立自转一阶非连续式双平盘研磨方式下的微球轨迹仿真模型,利用MATLAB对研磨轨迹进行仿真,分析滑动比对研磨轨迹包络情况的影响.搭建自转一阶非连续式微球双平面研磨方式的实验平台,采用单因素实验分析主要研磨参数对微球精度的影响,得到考虑圆度和表面粗糙度的最优参数组合.结果 实验结果表明,在研磨压力为0.10 N、下研磨盘转速为20 r/min、保持架偏心距为90 mm、固着磨料粒度为3000目时,微球圆度由研磨前的1.14μm下降至0.25μm,表面粗糙度由0.1291μm下降至0.0290μm.结论 在自转一阶非连续式微球双平盘研磨方式下,微球自转轴方位角发生突变,使研磨轨迹全覆盖在球坯表面.随着研磨压力、下研磨盘转速、保持架偏心距的增大,微球圆度和表面粗糙度呈现先降低后升高的趋势.随着研磨压力与下研磨盘转速的增大,材料去除速率不断增大,随着保持架偏心距的增大,材料去除速率降低.随着固着磨料粒度的减小,微球的圆度和表面粗糙度降低,材料去除速率降低.

    自转一阶非连续双平盘研磨微球运动学分析研磨轨迹研磨参数

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    基于二维切削的SiCp/Al复合材料表面损伤形成机制研究

    毋宇超郭淼现郭维诚周金强...
    145-155页
    查看更多>>摘要：目的 研究SiCp/Al复合材料切削过程中的表面损伤形成机制.方法 以SiCp/Al复合材料为研究对象,展开基于二维切削的仿真和实验研究,建立了包含铝合金2A14、SiC增强颗粒以及界面特性的SiCp/Al切削仿真模型,对作用于不同SiC颗粒部位的材料表面缺陷进行分析;接着利用高速直线电机搭建能映射二维切削条件的实验平台,在不同材料去除条件下,利用扫描电子显微镜和白光干涉仪对切削表面形貌进行测试,分析和验证切削表面损伤形成条件.结果 SiCp/Al复合材料切削表面损伤机理取决于SiC颗粒相对刀具切削路径的位置:当刀尖作用在SiC颗粒的顶部时,表面损伤主要为基体撕裂、颗粒破碎;当刀尖作用在SiC颗粒的中部时,表面损伤为颗粒破碎导致的裂纹和凹坑;当刀尖作用在SiC颗粒的底部时,表面损伤为颗粒拔出导致的凹坑.随着切削深度的增大,凹坑逐渐增多,表面粗糙度随之增大.结论 利用二维切削模型仿真方法和高速直线电机实验,可以有效研究复合材料切削损伤形成机制.SiC颗粒相对刀具切削路径的位置不同会导致切削损伤不同;SiCp/Al复合材料表面质量会随着切削速度的提升而有所提高.

    SiCp/Al复合材料高速直线电机切削仿真表面损伤去除机制表面质量

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    医用钛表面石墨烯薄膜的PECVD法制备及其性能

    张宪明蔡丁森钱仕
    156-162,190页
    查看更多>>摘要：目的 在医用钛表面制备石墨烯薄膜,研究生长时间对石墨烯薄膜理化性能和生物学性能的影响.方法 采用等离子体增强化学气相沉积设备,在医用钛表面制备石墨烯薄膜,控制石墨烯薄膜生长时间为5、10、30 min.通过拉曼光谱、扫描电子显微镜、接触角测量仪和电化学工作站对石墨烯薄膜的结构、表面形貌、表面润湿性和耐腐蚀性进行表征,通过小鼠成骨细胞培养评价石墨烯薄膜的细胞相容性.结果 薄膜的拉曼结果呈现石墨烯的D、G和2D特征峰.生长时间为10 min和30 min的石墨烯薄膜在医用钛表面呈现垂直纳米片状态.随着生长时间的延长,医用钛表面石墨烯薄膜的水接触角逐渐增大.3组样品中,生长时间为5 min的样品具有最小的腐蚀电流密度(1.822×10-7 A/cm2),生长时间为10 min的样品具有最高的腐蚀电位(-0.404 V);生长时间为5 min和10 min的样品有利于细胞的黏附与铺展,生长时间为30 min的样品对小鼠成骨细胞活性具有一定的抑制作用.结论 石墨烯薄膜可以有效提高医用钛的耐腐蚀性.石墨烯薄膜生长时间影响其形貌,进而改变水接触角.不同生长时间的石墨烯薄膜对小鼠成骨细胞的黏附和铺展表现出明显的差异.

    等离子体增强化学气相沉积医用钛石墨烯耐腐蚀性细胞相容性

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    可降解Fe@Fe-Zn骨组织工程支架体外生物相容性研究

    罗彩云王伟强史淑艳杨帅康...
    163-172页
    查看更多>>摘要：目的 以多孔铁为基体,利用脉冲电沉积制备可降解多孔Fe@Fe-Zn复合材料骨组织工程支架,以期提高材料的降解速率和抗菌性能.方法 通过调节脉冲频率,得到不同Zn含量的Fe-Zn合金层;使用电子探针、X射线衍射仪、扫描电镜来研究材料的元素含量、相组成和显微结构;通过压缩测试考察支架的力学性能;用体外浸泡来考察材料的降解性能;用浸提液培养分析材料对小鼠胚胎成骨细胞的黏附铺展和细胞活性的影响;用浸提液和直接培养来探究材料的抗大肠杆菌性能.结果 随脉冲频率增加,合金中Zn含量减小;不同合金均为单一的 α(Fe)相;电沉积组织致密,杂质含量低;Zn含量为7.5％(均以质量分数计)时,支架抗压屈服强度较多孔铁提升6％;复合材料的降解速率为0.44～0.48 mm/a,较多孔铁有显著改善;复合材料浸提液在稀释到25％(体积分数)时,表现出良好的细胞相容性,且随Zn含量增加,细胞活性增强;Zn含量为7.5％时,材料的抗菌性能最好.结论 通过电沉积制备的Fe@Fe-Zn支架的腐蚀速率相较于多孔铁有明显提高.随合金层中Zn含量的增加,其细胞活性增强,抗菌性能提高.Fe@Fe-Zn有望发展为可广泛应用的可降解骨组织工程支架材料.

    骨组织工程支架多孔铁Fe-Zn合金降解性能生物相容性抗菌性能

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    基于贻贝仿生构建高效抗菌及良好血液相容性的聚胺-酚表面

    孟昊天李鹏程魏嘉佳王文轩...
    173-183页
    查看更多>>摘要：目的 赋予血液接触类材料优异的表面抗菌性能.方法 受天然贻贝黏附现象的启发,通过多巴胺(Dopamine,DA)、ε-聚赖氨酸(ε-Poly-L-lysine,ε-PL)、高碘酸钠(Sodium Periodate,NaIO4)构建一种简易、快速的聚胺-酚涂层(ε-PL@PDA),同时利用 ε-PL丰富的氨基质子化形成的阳离子,实现表面高效抗菌的目的.其中DA和ε-PL通过共价交联形成酚胺聚合物,酚胺共同介导基底材料黏附形成涂层.通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电镜(SEM)、椭圆偏光、氨基定量、水接触角(WCA)等材料学表征评价ε-PL@PDA涂层的理化性能;通过菌落计数法、细菌活/死染、液体法等细菌实验评价涂层抗菌性能;通过内皮细胞黏附与增殖实验评价其细胞相容性;通过血小板黏附与激活及半体内血液循环实验验证其血液相容性.结果 材料学表征结果证明,ε-PL@PDA富氨基涂层成功制备,同时ε-PL的浓度大小会影响涂层的沉积过程;细菌实验表明,ε-PL@PDA涂层具备优异的抗菌性能,当ε-PL质量浓度为3 mg/mL时,对大肠杆菌和表皮葡萄球菌的抑制率高达91％;细胞实验和血液相容性实验表明,相较于316不锈钢(316L SS),ε-PL的质量浓度为3、30 mg/mL时,涂层均不会促进细胞毒性增强、血小板黏附和激活以及血栓形成.结论 ε-PL@PDA涂层能够在不影响细胞相容性和血液相容性的基础上有效提高表面抗菌能力,因此,该高效便捷且适用性强的表面抗菌策略或有助于解决临床血液接触类器械细菌感染等问题.

    贻贝仿生多巴胺(DA)ε-聚赖氨酸(ε-PL)表面改性抗菌

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    冷喷涂制备多孔Ta涂层及生物相容性

    贾利崔烺刘光王晓霞...
    184-190页
    查看更多>>摘要：目的 提高生物医用钛合金的生物相容性.方法 采用冷喷涂技术在其表面制备了内部多孔且表面粗糙的钽涂层,并对涂层的微观组织、弹性模量、表面粗糙度、孔隙率、相组成等进行表征;通过溶血率实验、动态凝血时间实验、血小板黏附实验和细胞增殖实验等评价其血液相容性.结果 涂层表面粗糙度为24.9μm,孔隙率为12.6％,弹性模量为147 GPa.喷涂后涂层相组成为Ta,涂层与基体的结合强度为24 MPa.TC4钛合金基体和钽涂层2种材料均具有优异的红细胞相容性且2种材料表面的动态凝血程度相似,表明在TC4钛合金表面制备钽涂层后,钽涂层不会影响凝血因子的活性.钽涂层具有更好的防止血小板黏附与变形的性能.在细胞增殖实验中,细胞在钽涂层表面的增殖能力略高于TC4钛合金.结论 多孔钽涂层的弹性模量相对钽块降低了22％.其生物活性高于TC4钛合金基体.

    冷喷涂多孔钽涂层溶血率细胞毒性

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    AP2铝硅合金超疏水表面的制备和耐腐蚀性研究

    焦一帆王守仁王高琦张明远...
    191-201,219页
    查看更多>>摘要：目的 针对AP2铝硅合金中相组织结构种类较为丰富的特点,通过化学刻蚀的方法,构建出层次丰富、耐腐蚀性强的超疏水表面结构.方法 由于在不同刻蚀溶液中,所构建出的表面润湿性存在较大差距.因此采用正交设计的方法设计试验,找到最适宜的刻蚀浓度和反应时间.由于AP2铝硅合金中含量最多的Al与Si元素之间的固溶度低,NaOH溶液可以对主体α-Al相进行刻蚀,HCl溶液可以腐蚀Al、Cu、Mg、Si等元素形成的金属间相(IMPs)和共晶硅相,采用先碱后酸的刻蚀方法相比使用单一的刻蚀溶液推测能形成更丰富的触突结构.结果 在0.25 mol/L NaOH溶液和9 mol/L HCl溶液中分别刻蚀60 s,在2％(质量分数)十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS-17)溶液表面改性的条件下,成功构建出了表面接触角为157°,滚动角为5.64°的超疏水表面.表面腐蚀电位由抛光后的-1.282 V提高到了超疏水表面制备完成后的-1.228 V,腐蚀速率由抛光后的1.07×10-4 A/cm2降低到7.44×10-5 A/cm2,耐腐蚀性显著提高.结论 制备的超疏水表面的耐腐蚀性有显著提高,为亚共晶铝硅合金材料在超疏水方向的应用提供了一定的参考.

    铝硅合金先碱后酸超疏水化学刻蚀耐腐蚀

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    CaSO4液滴在超疏水表面上的蒸发结晶特性研究

    董立婷胡丽娜杜一枝
    202-209页
    查看更多>>摘要：目的 在铝基底上制备稳定的超疏水表面,研究其表面上硫酸钙液滴的蒸发结晶特性.方法 通过简单的化学刻蚀法制备了一种超疏水表面,基于温湿度可控的可视化平台开展固着硫酸钙液滴的蒸发过程实验研究.同时,基于温度和相对湿度,开发了多变量拟合二次回归模型来描述其对液滴蒸发速率的影响.结果 基底温度为40、50、60℃时,硫酸钙液滴和纯水液滴在亲水铝片表面上的蒸发模式均表现为CCR模式,在超疏水铝片表面上均表现为CCA模式.在超疏水铝片表面,纯水液滴与硫酸钙液滴的蒸发模式略有不同:在蒸发后期,硫酸钙液滴边缘盐分增加,在重力和Marangoni效应作用下,外部逐渐形成盐壳,接触半径呈上升趋势,说明超疏水表面不利于盐滴的钉扎.当蒸发速率较低时,在外部更容易形成盐壳,一旦外部形成盐壳,蒸发机制即发生了变化,液滴内部水分子需要克服盐壳内外的压差,并通过盐壳扩散进一步蒸发.结论 通过固着液滴实验验证了硫酸钙液滴的蒸发模式与基底温度无关,而与基底的润湿性有关,并且液滴的蒸发速率随着相对湿度的降低和温度的升高而增大.通过R2=0.9937的多变量拟合二次回归模型,对影响液滴蒸发的因素进行了方差分析,结果表明:在超疏水表面上温度和相对湿度对硫酸钙液滴的蒸发速率均有显著影响.研究成果为矿井水的资源化利用提供了有效的理论支撑.

    超疏水表面化学刻蚀法盐液滴蒸发固着液滴法蒸发速率接触角方差分析

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    金红石型TiO2的氧化硅膜包覆及其动力学研究

    张成周春勇何俊陈葵...
    210-219页
    查看更多>>摘要：目的 研究以液相沉淀法制备硅包膜钛白粉(SiO2@TiO2)及氧化硅在TiO2粒子表面的沉积成膜过程动力学,从而指导钛白粉表面改性工艺的优化.方法 以硅酸钠为包膜剂在TiO2表面包覆氧化硅膜层,通过比表面积、Zeta电位、SEM和酸溶率分析,研究包膜温度、包膜pH、熟化时间等工艺条件对SiO2@TiO2膜层结构的影响.采用动力学模型对氧化硅在TiO2粒子表面的反应成膜过程进行计算拟合.结果 在包膜温度368 K、包膜pH=9.0以及反应熟化时间180 min时,获得的SiO2@TiO2氧化硅膜层致密性好,酸溶率稳定在14％的较低水平,比表面积保持在10.58 m2/g,等电点维持在2.34.氧化硅在TiO2粒子表面的成核点形成阶段的活化能为16.31 kJ/mol,生长成膜阶段的活化能为25.80 kJ/mol.结论 提高反应温度、在弱碱性条件下、延长熟化时间可使制备的SiO2@TiO2膜层致密性提高;SiO2@TiO2的比表面积、等电点与反映SiO2@TiO2膜层致密程度的酸溶率具有高度的相关性;氧化硅膜层在TiO2表面的包覆过程分为成核点形成以及氧化硅沉积成膜两个阶段,均符合三级反应动力学特征.

    氧化硅二氧化钛膜层包覆致密性反应动力学

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