2015年, 第44卷, 第9期　
刊出日期：2015-09-20

  

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  基于 BP 神经网络的 Fe 基合金粉末喷涂工艺参数优化

  杨振凯, 王海军, 刘明, 王晶晨

  表面技术. 2015, 44(9): 1-6. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.001

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  目的 基于 BP 神经网络具有自学习、自训练和输出预测的功能,将其应用于热喷涂过程中的参数优化问题。 方法 依托高效能超音速等离子喷涂系统实验平台,以 Fe 基合金粉末为喷涂材料,将等离子喷涂中的主气流量、电功率和喷涂距离作为模型输入,涂层沉积速率和硬度作为模型输出,不断调整隐含层节点个数,最终建立 3-7-2 网络结构的 BP 神经网络以优化工艺参数。 利用优化出的工艺参数制备Fe 基合金涂层,测试其性能,并计算误差。 结果 神经网络优化出的最优喷涂工艺参数为:主气流量 96L/ min,电功率56 kW,喷涂距离95 mm。 采用该工艺参数制备涂层,涂层增厚实测平均值为360 μm,硬度为 672HV0. 3,而模型的预测值分别为 332 μm 和 611HV0. 3,与预测值的相对误差分别为 7. 8% 和 9. 1% 。结论 BP 神经网络对等离子喷涂参数优化问题的拟合精度比较高,误差在可以接受的范围之内。 将 BP神经网络运用于热喷涂工艺参数的优化具有科学性和可操作性。
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  NiCl2 含量对电沉积 Ni-纳米 TiN 复合镀层过程的影响

  李霖泰, 吴蒙华, 王元刚, 王邦国, 宁智

  表面技术. 2015, 44(9): 7-12,28. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.002

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  目的 针对氨基磺酸镍体系镀镍液,优化活化剂 NiCl2 的用量,提高 Ni-纳米 TiN 复合镀层的性能。 方法 采用超声-脉冲电沉积工艺制备 Ni-纳米 TiN 复合镀层,研究 NiCl2 含量对镀液的电导率及复合镀层的厚度、显微硬度、表面微观形貌等的影响。 结果 镀液的电导率及复合镀层的厚度、显微硬度均随 NiCl2 含量的增加呈现先增大、后减小的变化趋势。 当 NiCl2 的用量为 30 g/ L 时,镀液的导电性能最佳,电导率值为 61. 3 mS/ cm,复合镀层的厚度及显微硬度均达到最大值,分别为 84 μm 和 760HV,并且复合镀层表面平整光滑,晶粒尺寸最小。 结论 NiCl2 含量对镀液及复合镀层的性能有很大影响,适量的NiCl2 可以防止阳极钝化,提高镀液的导电能力及沉积速率,使复合镀层的厚度增加,显微硬度提高,晶粒细化,微观形貌获得改善,性能提高。 适宜的 NiCl2 用量为 30 g/ L。
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  HT250 铸铁表面等离子合金化 AlCoCrCuFex MnNiCx高熵合金复合涂层

  卢金斌, 彭竹琴, 马明星, 李俊魁, 齐振东, 贺亚勋

  表面技术. 2015, 44(9): 13-17,55. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.003

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  目的 通过等离子合金化高熵合金涂层,提高铸铁表面耐磨性。 方法 采用等离子合金化法,以等摩尔比的 Al,Co,Cr,Cu,Mn,Ni 单质金属粉在 HT250 铸铁表面制备高熵合金复合涂层。 通过 SEM,EDS,XRD 等分析涂层的组织,测试涂层的显微硬度分布。 结果 由于铸铁基体少量熔化,基体中的 Fe和 C 元素进入涂层,形成了厚度约为 0. 2 mm 的 AlCoCrCuFexMnNiCx 高熵合金涂层。 从涂层表面到基材,体系的混合熵呈高熵-中熵-低熵的梯度变化。 涂层枝要由高熵合金的枝晶和枝晶间渗碳体、σ 相等组织构成,枝要有 FCC,BCC,Fe3C 及 σ 相。 涂层的显微硬度大约为 350 ~ 600HV0. 2,明显高于铸铁基体的硬度(200 ~230HV0. 2)。 结论 通过等离子合金化可以在铸铁表面形成高熵合金+碳化物的复合涂层,提高了铸铁的显微硬度,有利于铸铁表面耐磨性的提高。
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  Gd2 O3 -Yb2 O3 -Y2 O3 -ZrO2 热障涂层材料的热物理性能

  李嘉, 谢铮, 何箐, 邹晗, 吕玉芬

  表面技术. 2015, 44(9): 18-22,42. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.004

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  目的 通过多元稀土氧化物掺杂改性 YSZ,提高传统热障涂层的性能。 方法 使用化学共沉淀法制备不同掺杂量的 Gd2O3-Yb2O3-Y2O3-ZrO2(GYYZO)材料,并分别使用冷等静压-烧结和等离子喷涂工艺制备块材和涂层。 通过测试块材的热导率和热膨胀系数,分析评价材料的热物理性能。 对高温退火处理后的涂层进行 X 射线衍射分析,评价不同成分涂层的高温相稳定性。 结果 氧化锆基材料的热导率和热膨胀系数随总掺杂量升高而降低。 氧化锆中稀土氧化物总掺杂量为 5. 5% ~ 9. 84% (摩尔分数)时,在1000 ℃下的热导率为 1. 25 ~1. 56 W/ (m·K),相对 8YSZ 材料下降了 22% ~37. 5% ;在 200 ~1300 ℃的热膨胀系数为(10 ~ 11. 1) ×10-6 / K,与传统 8YSZ 材料相当。 在 1400 ℃ 长时间退火处理后,低掺杂量GYYZO 涂层中的单斜相含量明显低于 8YSZ 涂层。 结论 多元稀土氧化物掺杂改性氧化锆材料具有良好的高温相稳定性、低热导率和适当的热膨胀系数,可以作为高性能热障涂层的备选材料。
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  钼合金磁控溅射镀镍薄膜工艺及后续热处理

  洪波, 潘应君, 张恒, 张扬

  表面技术. 2015, 44(9): 23-28. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.005

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  目的 优化钼表面直流磁控溅射镀镍薄膜的工艺,提出后续热处理方法。 方法 设计正交实验,探究溅射功率、溅射气压、负偏压和沉积时间对镍薄膜沉积速率和附着力的影响,从而优化工艺参数。利用扫描电镜和平整度仪对最佳工艺参数下制备的薄膜的组织结构进行表征,并研究后续热处理对薄膜附着力的影响。 结果 工艺参数对镀镍薄膜沉积速率影响的主次顺序为:功率>溅射气压>负偏压;对薄膜附着力的影响主次顺序为:负偏压>沉积时间>功率>溅射气压。 随溅射功率增大,沉积速率增大,薄膜附着力先增后减;随溅射气压增大,沉积速率和薄膜附着力均先增后减。 负偏压增大对沉积速率影响较小,但有利于提高薄膜附着力。 随沉积时间延长,薄膜附着力降低。 在氢气气氛下进行 850 ℃ ×1 h的后续热处理,能够促进扩散层的形成,明显提高镍薄膜的附着力。 结论 最佳镀镍工艺参数为:溅射功率1. 8 kW,溅射气压 0. 3 Pa,负偏压 450 V,沉积时间 10 min。 在该条件下制备的镍薄膜厚度达到 1. 15 μm左右,与基体结合紧密,表面平整、连续、致密。 后续增加热处理工序是提高镍薄膜附着力的有效方法。
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  提高摩托车塑料制品涂着效率的方法

  倪士文

  表面技术. 2015, 44(9): 29-35. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.006

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  目的 提高摩托车 ABS 部品涂着效率,达到节约成本、降低环境负荷的效果。 方法 从涂装设备、涂装方法、涂装作业者等因素出发,采用低压空气喷涂、分业涂装方式、手工静电喷涂、自动涂装设备导入、增加单位涂装面积等方法,逐一验证提高涂着效率的效果。 结果 经过近几年的改善,与传统手工空气喷涂相比,低压空气喷涂配合分业涂装可以提高 ABS 部品涂着效率 5% ~ 10% ,静电喷枪配合空气喷枪可以提高 10% ~15% ,自动涂装机可以提高 20% ~25% 。 根据部品形状的差异,ABS 部品的综合平均涂着效率可以提高约 10% 。 结论 涂着效率受综合因素的影响,在作业者、喷涂设备、喷涂方法、挂装方式等方面进行改进,都可以提高涂着效率。 但是由于摩托车 ABS 部品的尺寸普遍存在差异,若单纯采用某一种改善方式,涂着效率的提高幅度不大。 从 QDC 综合因素考虑,针对面积大的部品,应采用手工静电喷枪配合低压空气喷涂的方式;针对面积小的部品,应采用增加挂装数量、提高喷涂面积配合低压空气喷枪等方式。
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  基于 Lennard-Jones 势的界面摩擦黏滑行为动力学研究

  龚中良, 周成博, 彭远征

  表面技术. 2015, 44(9): 36-42. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.007

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  目的 研究界面摩擦过程中,原子间的相互作用关系及规律。 方法 基于 Lennard-Jones(L-J)势理论,建立界面摩擦黏滑行为的非线弹性振子模型,并以 α-Fe 晶体为例进行仿真分析。 结果 在假设条件下,质块振动主振频率约为 16 Hz;运动端宏观速度 v=1×10-3 m/ s 是主振幅值增大的临界值;刚度系数 k 和阻尼系数 c 分别在 1. 0 ~100 N/ m,1. 0×10-4 ~1. 0×10-1 N/ (m/ s)范围内变化时,粘滑频率和主振频率分别随二者的增大而提高;摩擦界面真实接触面积 S 在 1. 0×10-18 ~ 1. 0×10-14 m2 内变化时,增大摩擦界面间的法向压力将导致黏滑强度增大。 仿真计算表明:摩擦界面单个原子受到的激励力与原子间作用势及晶格常数有关,质块的黏滑行为与激励力、相对滑动速度、质块质量、系统刚度系数、系统阻尼系数及真实接触面积等内外因素有关。 结论 相对滑动速度或真实接触面积增大时,黏滑强度增强;质块质量、系统刚度系数、系统阻尼系数增大时,黏滑强度减弱。 系统刚度系数、系统阻尼系数增大时,黏滑频率增大;质块质量增大时,黏滑频率减小;相对滑动速度、真实接触面积对黏滑频率的影响不显著。
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  N / Ti / Al 离子注入 304 不锈钢的耐磨性

  袁联雄, 唐德文, 邹树梁, 刘军, 李朋雪

  表面技术. 2015, 44(9): 43-49,55. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.008

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  目的 研究 N,Ti,Al 离子注入对 304 不锈钢耐磨性的影响规律,为 304 不锈钢材料的改良提供参考。 方法 采用等离子注入技术,在不同剂量下对 304 不锈钢分别进行 N,Ti,Al 离子注入,对离子注入后的试样进行表面微观形貌观测、表面硬度测试、摩擦磨损性能测试,并与 304 不锈钢基材进行对比。结果 304 不锈钢经 3 种离子注入后,均能获得平整、致密,没有裂纹,具有一定光洁度的表面组织,但是注入剂量增大会引起表面起泡现象,形成多孔形貌,光洁度降低。 此外,3 种离子注入均能提高 304 不锈钢的表面硬度,且高剂量注入试样的硬度比低剂量注入试样更高,相较而言,N 离子注入使表面硬度的提高更明显。 相比未注入基材,注 N 与注 Ti 表面层的摩擦系数均变小,注 Al 表面层的摩擦系数反而变大,但磨损量都明显降低。 高剂量注 N、注 Al 试样的耐磨性均高于低剂量注入试样,而高剂量注 Ti 试样的耐磨性低于低剂量注入试样,但仍好于注 N、注 Al 试样。 结论 在相同实验条件与注入工艺下,N 离子注入对表面硬度提高最显著(剂量为 5. 0×1017 ions/ cm2 ),约提高 41% ;Ti 离子注入对耐磨性提高最显著(剂量为 3. 0×1017 ions/ cm2),约提高 6 倍。
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  低模量钛合金表面水热法制备含银二氧化钛抗菌薄膜

  李红伟, 李雯, 付涛, 杨水云

  表面技术. 2015, 44(9): 50-55. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.009

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  目的 提高医用低模量近 β 型 TLM(Ti-25Nb-3Zr-2Sn-3Mo)钛合金的抗菌性能。 方法 在 200 ℃条件下,在硝酸银溶液中对 TLM 合金分别进行 12,24 h 水热处理,在其表面制备含银 TiO2 抗菌薄膜。 通过 SEM,XRD,XPS 等表征薄膜的微观结构及状态。 以去离子水水热处理 TLM 合金作为参照,比较薄膜的亲水性,并采用抑菌圈法研究其抗菌性能。 结果 SEM,XRD 及 XPS 分析表明,水热处理后,TLM 合金表面形成了 TiO2 纳米晶粒组成的薄膜,薄膜中的钛和铌分别以 TiO2 和 Nb2O5 形式存在,银以金属态存在。 接触角测试结果表明,水热处理试样表面具有良好的光致亲水性,紫外光照射 30 min 后,水接触角从 108°降低到 10°以下。 抗菌实验中,水热处理试样在对大肠杆菌和金黄葡萄球菌培养 24 h 后,产生了明显的抑菌圈,相比之下,对金黄葡萄球菌的抑菌圈较宽。 结论 硝酸银溶液水热法在医用钛合金表面可以合成含银 TiO2 薄膜,具有工艺简便、处理温度低、抗菌效果明显等优点。
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  酸碱预处理对高压电子铝箔腐蚀扩面的影响

  韩志高, 许令峰, 吴卫东, 宋月鹏, 郭晶

  表面技术. 2015, 44(9): 56-60,77. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.010

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  目的 研究高压电子铝箔在 NaOH 和 HCl 溶液中的电化学行为,分析酸、碱预处理对铝箔电化学腐蚀扩面效果的影响。 方法 比较铝箔在不同浓度 NaOH,HCl 溶液中的预处理效果。 采用极化曲线获得铝箔在各预处理溶液中的电化学参数,研究其腐蚀行为。 利用扫描电子显微镜观察预处理后铝箔的表面形貌,分析预处理对铝箔表面形貌的影响。 观察铝箔腐蚀扩面后的蚀孔形貌及蚀孔分布,分析预处理对蚀孔的影响。 结果 预处理减弱了铝箔制造过程中形成的表面不均匀,提高了表面活性,使得铝箔在电化学腐蚀处理中蚀孔密度增加,分布均匀。 对未预处理铝箔及经 HCl 和 NaOH 预处理的铝箔进行电化学扩面处理,发现相对于未预处理的铝箔(比电容为 0. 56 μF/ cm2 ),经 HCl 溶液预处理的铝箔比电容提高了 4% ~8% , NaOH 溶液预处理的铝箔比电容提高更为明显,约为 13% ~16% 。 铝箔在 HCl 溶液中的自腐蚀电位约为-820 mV,在 NaOH 溶液中的自腐蚀电位约为-1720 mV,并且经计算得知,铝箔在NaOH 溶液中比在 HCl 溶液中自腐蚀速率快。 结论 铝箔在 NaOH 溶液中腐蚀均匀,用 NaOH 溶液对铝箔进行预处理,可以消除铝箔轧制缺陷,提高铝箔的比电容。
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  TiO2 纳米管的阳极氧化制备及改性应用研究综述

  马宗敏, 谢艳娜, 石云波, 唐军, 张欢, 王芳, 赵敏, 曲章, 刘俊

  表面技术. 2015, 44(9): 61-71,88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.011

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  详细调研了新型 TiO2 纳米管在国内外的研究现状,根据阳极氧化法制备纳米管的电解液成分发展历程,重点介绍了在不同电解液体系中制备 TiO2 纳米管阵列的具体条件,并对其所生成 TiO2 纳米管的形貌和结构进行了比较。 同时详细叙述了 TiO2 纳米管在染料敏化太阳能电池、光催化剂、传感器、超级电容器等领域的应用情况,并针对 TiO2 纳米管带隙窄、光催化率低等问题,通过改变制备条件、贵金属沉积、复合半导体、离子掺杂等方法对 TiO2 纳米管进行改性,提高 TiO2 纳米管性能。 介绍了其在相应领域改性的研究进展。 研究表明,经过修饰的 TiO2 纳米管,其光电特性、催化特性、传感特性及灵敏度和稳定性等都得到了一定的改善。 最后提出了目前存在的问题,展望了 TiO2 纳米管应用的发展趋势。
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  经 Fe(NO3 ) 3 处理的 γ-Fe2 O3 / Ni2 O3复合纳米微粒分析

  林立华, 周群, 卜胜利

  表面技术. 2015, 44(9): 72-77. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.012

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  目的 研究经 Fe(NO3)3 处理后 γ-Fe2O3 / Ni2O3 复合纳米微粒稳定分散在磁性液体中的机理。方法 使用共沉淀法制备 FeOOH/ Ni(OH)2 前躯体,经 FeCl2 溶液处理后得到以 γ-Fe2O3 为核心,Ni2O3在外层,FeCl3·6H2O 在最外层的核-壳结构 γ-Fe2O3 / Ni2O3 复合纳米微粒。 用硝酸铁溶液对其进一步处理,使微粒表面性质稳定以适合配制离子型磁性液体。 使用振动样品磁强计、透射电子显微镜、X 射线衍射仪、X 射线光电子能谱仪对硝酸铁处理后复合纳米微粒的磁性、形态、晶体结构、化学组成及结构进行分析。 结果 经硝酸铁处理后,微粒的磁性减弱,粒径略微变大,约为 11 nm,但位于微粒核心的主要成分 γ-Fe2O3 保持不变,且在微粒表面包裹了一层 Fe(NO3)3·9H2O 抗腐蚀层。 结论 经Fe(NO3)3处理后微粒表面包裹的抗腐蚀层及配制磁性液体时微粒表面吸附同种 H+或 OH-形成的静电斥力,使微粒在磁性液体中稳定分散。
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  基于微波放电法的 PDMS 材料表面改性

  张雅雅, 崔建国

  表面技术. 2015, 44(9): 78-83. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.013

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  目的 研究微波放电法对聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料表面的改性效果。 方法 利用家用微波炉的微波作用以及自制的真空罩电极装置,产生低温等离子体放电,对 PDMS 材料表面进行激活处理。对处理后的 PDMS 材料表面接触角的恢复情况以及 PDMS 间的键合强度进行实验测试。 结果 微波放电处理后的 PDMS 材料表面初始呈现出很强的亲水性,当微波功率为 140 W,工作 5 s 时,PDMS 表面接触角可达到 10°左右;通过?旆⑾炙孀欧胖檬奔涞脑黾?PDMS 材料表面接触角逐渐增大且在 10 天后恢复到原始疏水角状态;同时,经过改性的 PDMS 样品之间可实现较好的键合封装,其最优键合条件为 80℃ +1. 5 h 压合,其键合强度可达到 12. 4 N。 结论 使用微波放电法处理 PDMS 材料表面,可成功地对材料进行亲水改性处理,并实现 PDMS 间的很好键合。 与传统等离子体处理键合方法相比,该方法简单、经济且高效。
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  碳纤维表面 h-BN 耐高温涂层的制备及表征

  龙国宁, 黄小忠, 陈金

  表面技术. 2015, 44(9): 84-88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.014

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  目的 在碳纤维表面制备六方氮化硼涂层,以提高纤维的抗氧化、耐高温性能,拓宽其在高温领域的应用。 方法 以硼酸、尿素、氨气和氮气作为原始材料,先通过浸渍法在碳纤维表面涂覆硼酸和尿素的混合溶液,然后将其放置在氨气和氮气氛围中进行高温热解。 采用傅里叶红外光谱、X 射线电子能谱及 X 射线衍射等测试技术对涂层的成分和结构进行表征。 结果 碳纤维表面的涂层连续,形貌良好。 红外光谱中,在 1399,799 cm-1处存在 B—N 键和 B—N—B 键的特征峰。 X 射线衍射图谱中,在 43. 64°和 53. 93°存在六方氮化硼(001)晶面和(004)晶面的特征峰。 X 射线电子能谱分析表明,涂层中存在 O,B,C 和 N 四种元素,且 B 与 N 的原子比接近 1:1。 结论 实验中成功制备了 h-BN 涂层碳纤维,且涂层和碳纤维结合较好。 涂层中的 h-BN 结晶度良好,纯度较高,但少量氧化物的存在会对 h-BN 涂层碳纤维耐高温性的提升有所影响,如何进一步提高 h-BN 涂层的纯度有待研究。
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  硫对钢材碱性腐蚀的研究综述

  杨夏琼, 陈朝轶, 李军旗, 权变利

  表面技术. 2015, 44(9): 89-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.015

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  硫对钢材的腐蚀是石油化工行业、造纸工业及氧化铝生产行业面临的一个普遍问题。 研究表明,纯氢氧化钠溶液中 S2-质量浓度达到 5 g/ L 时,3. 5 mm 厚的 CT20 碳钢的腐蚀寿命只有 6 h,且 16Mn钢在含有 5 g/ L 的 S2-的铝酸钠溶液中腐蚀速率高达 151. 21 mm/ a。 综述了碱性条件下 S2-,S2O2 3-,SO2 3-和 SO2 4- 等 4 种形态的硫对钢材腐蚀的研究现状,重点阐述了苛碱条件下 S2-对钢材腐蚀的研究进展。 拜耳法是高硫铝土矿生产氧化铝的常用方法,在生产过程中,硫以 S2-,S2O2 3- 和少量 SO2 3-,SO2 4- 的形态转入铝酸钠溶液,给生产设备带来严重的腐蚀危害。 目前,铝酸钠溶液中硫对钢材腐蚀的研究报道较少,尤其是各种形态的硫在铝酸钠溶液中同时存在时对设备材质具有耦合腐蚀效应:当向 5 g/ L S2-的铝酸钠溶液中加入 5 g/ L 的 S2O2 3- 时,16Mn 钢的腐蚀速率由 151. 21 mm/ a 迅速下降至 8. 66 mm/ a。 最后,对耦合腐蚀机理的研究进行了展望。
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  裂纹参数变化对叶片低阶弯曲振动特性的影响

  范博楠, 张玉波, 王海斗, 徐滨士, 赵杨

  表面技术. 2015, 44(9): 96-101. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.016

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  目的 研究叶盘叶片进气及出气边萌生的横向贯穿型裂纹的分布位置及深度变化对叶片一阶弯曲振动特性的影响。 方法 根据叶片尺寸及工况建模,得到正常叶片在静止及不同旋转速度下的一阶振动频率,并进行拟合。 在正常叶片模型的基础上,通过布尔运算建立裂纹模型,研究横向贯穿型裂纹在不同分布位置及不同深度下对一阶弯曲振动频率的影响,并进行拟合。 针对裂纹深度变化采集的定时信号通过 DFT 变换,得到正常及含有不同深度裂纹叶片的一阶频率,对建模结论进行验证。 结果 一阶弯曲振动频率先减小后增大,在距离叶根 4. 23 mm 时为最小值 801. 16 Hz;当裂纹距叶根的距离大于 35 mm时,振动频率先接近后大于正常叶片,振幅先接近后小于正常叶片,最终将 35 mm 设定为位置的阈值;裂纹深度的增加使振动频率单调减小,且速率不断增大。 采集的信号经 DFT 变换得到的一阶弯曲振动频率与建模结果的误差分别为 1. 9% ,2. 0% ,1. 5% ,0. 6% 。 结论 当叶片进气或出气边位置阈值内出现裂纹萌生及扩展时,一阶弯曲振动频率会小于正常值,此时叶片的一阶弯曲共振区域会增大,需要对旋转机械进行严格的工况监测,同时裂纹深度的增加可提高叶尖定时监测的准确性。
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  SO2-4 ,PO3 4- 对曼尼希碱酸化缓蚀剂缓蚀性能的影响

  王甜甜, 马士越, 吴坤坤, 王博, 李谦定

  表面技术. 2015, 44(9): 102-107,115. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.017

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  目的 研究废酸液中介质离子对曼尼希碱酸化缓蚀剂缓蚀性能的影响,以解决碳钢在酸液中的腐蚀问题。 方法 采用静态失重法、极化曲线、扫描电镜及能谱分析法,研究 SO2 4-,PO3 4- 对曼尼希碱型酸化缓蚀剂缓蚀性能的影响,并探究其作用机理。 结果 在 10% (质量分数)盐酸、0. 1% (质量分数)曼尼希碱的缓蚀介质中,随 SO2 4- 质量分数的增大,腐蚀电流密度由 2. 81 μA/ cm2 增加至 7. 32 μA/ cm2,腐蚀速率显著增大,缓蚀效果变弱;随 PO3 4- 质量分数的增加,腐蚀电流密度由 2. 81 μA/ cm2 减小至 2. 41 μA/cm2,腐蚀速率减小,缓蚀效果变强。 结论 SO2 4- 会通过钢铁表面已经形成的吸附膜上的细孔和缺陷渗入膜内,使膜发生开裂,从而侵蚀和破坏已经形成的吸附膜,抑制缓蚀剂的缓蚀效果;PO3 4- 与腐蚀产物Fe3+络合并在钢材表面形成一层致密的保护层,使缓蚀剂形成的吸附膜更加致密,阻止腐蚀性介质与金属表面接触,同时增加对离子或溶解氧的扩散阻力,提高缓蚀剂的缓蚀效果。
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  H2 S 对油气管材的腐蚀及防护研究综述

  艾志久, 范钰伟, 赵乾坤

  表面技术. 2015, 44(9): 108-115. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.018

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  随着石油天然气工业的迅速发展,酸性气体引起的油气管材腐蚀问题日益突出,尤其是 H2S 引起的腐蚀广泛存在,严重影响着油气开采及输送管道和炼制加工设备的使用寿命。 综述了 H2S 对油气管材腐蚀的机理、影响因素及防护方法,探讨了温度、H2S 分压、pH 值、流速、Cl-浓度、CO2 分压及管材材质等因素对 H2S 腐蚀的影响,建立了 H2S 腐蚀速率预测模型并对其进行了相关分析,对 H2S 腐蚀防护方法进行了评述。 最后,简述了 H2S 腐蚀的研究现状及发展趋势。
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  NY-400 型耐张线夹内部交流腐蚀形貌及产物研究

  王夫成, 詹马骥, 郎经纬, 王若民, 陈国宏, 杜晓东

  表面技术. 2015, 44(9): 116-121. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.019

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  目的 研究老旧高压输电耐张线夹内部交流腐蚀。 方法 截取已运行 35 a 的耐张线夹并解剖,采用扫描电子显微镜分析腐蚀区的微观形貌,采用 X 射线衍射仪、能谱仪和 X 射线光电子能谱仪对腐蚀区元素及物相进行分析鉴定,分析线夹内部腐蚀损伤演化过程。 结果 线夹内表面与铝线表面局部出现大量白色腐蚀产物和黑色覆盖物,白色腐蚀物呈粉末和片层两种形态。 分析表明,腐蚀产物相组成为Al2O3,AlO(OH)和 AlOOH;黑色覆盖物随深度增加而减少,黑色区域主要元素为 Al,O 和 C,物相组成为Al2O3,C(graphite)和含 C 有机物。 钢芯锌层破坏区的内层铝线更易腐蚀,腐蚀区呈灰黑色,微观形貌为富铁元素颗粒镶嵌在其它腐蚀产物中,区域的主要元素为 Al,C,O,Fe 和 Zn,Fe 元素存在形式为 Fe2O3;钢芯表面镀锌层局部腐蚀严重,呈现平面型点蚀形貌,主要元素为 Zn,Al,C 和 O,Zn 腐蚀产物为六边纤锌矿结构 ZnO。 结论 内部交流腐蚀原因为液体渗入,同时腐蚀产生大量的热致使材料分解。
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  油酸酰胺作为防锈添加剂的防锈性能研究

  杜天源, 衣守志, 袁博, 焦斌

  表面技术. 2015, 44(9): 122-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.020

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  目的 以油酸酰胺作为防锈添加剂自制防锈剂,优选配方,考察防锈性能。 方法 以环保型缓蚀剂水溶性硅酸盐为主要原料,以酰胺型表面活性剂为添加剂制备工序间水基防锈剂,通过电化学测试、耐候试验和扫描电镜等评价其性能。 结果 电化学测试结果表明,涂抹自制防锈剂后,腐蚀电流密度降低到 9. 12×10-7 A/ cm2,腐蚀电位提高到-0. 4206 V。 结论 与市售防锈剂对比,以油酸酰胺为添加剂制备的水基防锈剂可以明显提高碳钢的耐腐蚀性能。
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  Zn(NO3 ) 2 ·6H2O,Na2MoO4 ·2H2O 与 Na5P3O10对 1Cr18Ni9Ti 的协同缓蚀作用

  罗源军, 罗源兵, 刘波, 吕太勇, 张建新

  表面技术. 2015, 44(9): 127-133,139. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.021

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  目的 研究硝酸锌、钼酸钠及三聚磷酸钠之间的协同缓蚀作用机理,使其在性能上实现互补。方法 以酸性高锰酸钾溶液为基础,通过极化曲线和失重法实验,研究 3 种缓蚀剂对 1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢的协同缓蚀作用。 结果 硝酸锌和三聚磷酸钠以抑制不锈钢的阴极反应为主,钼酸钠则主要抑制不锈钢的阳极反应。 硝酸锌与钼酸钠表现出明显的拮抗作用,导致缓蚀效果变差。 只有当三聚磷酸钠加入后,三者之间才表现出了良好的协同作用,使总的缓蚀性能达到最优,复配后的缓蚀效率可以达到90% 以上。 结论 硝酸锌、 钼酸钠及三聚磷酸钠之间存在良好的协同缓蚀作用, 可以明显降低1Cr18Ni9Ti 不锈钢在酸性高锰酸钾溶液中腐蚀速率,从而延长设备的使用寿命。
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  划痕法结合强度临界载荷值的影响因素分析

  杜军, 王红美, 王鑫

  表面技术. 2015, 44(9): 134-139. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.022

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  目的 研究划痕法测试参数对临界失效载荷的影响,以便更准确地测定硬质薄膜的结合强度。方法 采用磁控溅射技术在 304 不锈钢和 Si 片上制备氮化钛(TiN)薄膜。 采用扫描电镜观察薄膜的截面形貌和厚度,采用纳米压入法测试薄膜的硬度,采用划痕法测试薄膜的结合强度,研究不同划痕长度、划动速率和加载速率对临界载荷的影响。 结果 所制备 TiN 薄膜致密,厚度约 2 μm,纳米压入硬度约2300HV,TiN/304 不锈钢体系为硬膜软基体。 相同加载载荷(10 N)和划动行程(3 mm)条件下,增加划动速率(1 ~3 mm/ min),导致首次声发射信号延迟;相同加载载荷(10 N)和划动速率(3 mm/ min)条件下,随着划动行程的增加(3 ~9 mm),第三、四类失效模式逐渐减弱。 结论 采用划痕法测定结合强度时,应该以划痕形貌同时出现第一到第四模式时判断失效,并且对应典型声发射信号为参考;合理的测试参数范围,可重复出现临界载荷值。 制备的 TiN 薄膜声发射信号存在共同的临界特征值 4. 9 N,结合划痕形貌特征,判定其结合强度值为 4. 9 N。
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  表面完整性研究现状及发展趋势

  何柏林, 邓海鹏

  表面技术. 2015, 44(9): 140-146,152. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.023

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  疲劳失效是金属结构失效的重要形式之一,提高零件疲劳性能可以有效增加结构使用寿命。 对于低周和高周疲劳,绝大多数疲劳裂纹萌生于零件表面。 因此,表面完整性对金属材料疲劳行为有重要影响。 简述了表面完整性的内涵,指出表面完整性不仅包括如粗糙度、波纹度、表面裂纹等的表面形貌特征,也包含如加工之后零件表面的残余应力、塑性变形、组织形貌等物理化学变化特征。 总结了表面完整性工艺的研究现状,说明机械铣削、电火花线切割、磨削、喷丸强化、光饰等加工工艺对表面完整性的影响。 综述了表面完整性表征模型的建立,指出各表面完整性特征参数对表面完整性影响的比重。 分析了国内表面完整性发展趋势,指出表面完整性工艺研究与表面完整性表征模型相互促进的作用,提出表面完整性工艺与表面完整性表征模型的交叉研究。 最后,对提高表面完整性及建立影响表面完整性的参数模型提出了建议。
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  Ra 及 Rpc 对无铬耐指纹热镀锌板表面性能的影响

  胡燕慧, 张浩, 滕华湘, 李洁, 商婷, 刘光明

  表面技术. 2015, 44(9): 147-152. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.09.024

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  目的 研究热镀锌板表面平均粗糙度 Ra 和峰值数 Rpc对无铬耐指纹热镀锌板表面耐指纹性、耐腐蚀性和涂装性的影响。 方法 将 Ra=0. 6 ~1. 1 μm 和 Rpc =55 ~100 的热镀锌板制成耐指纹板,采用 X射线光电子能谱仪分析其组成,采用分光光度仪分析其耐指纹性,采用硫酸铜混合溶液滴定和盐雾试验方法检测其耐腐蚀性,采用涂漆和冲击实验检测其涂装性。 结果 耐指纹膜和锌层表面形成 Si—O—Zn金属键, 耐指纹膜除了物理结合,还通过化学键合的方式与锌层表面结合。 在充分交联固化和化学键合的情况下,无铬耐指纹热镀锌板耐指纹性不受热镀锌板 Ra 和 Rpc的影响;热镀锌板 Ra 值越低,耐腐蚀性越好;耐指纹膜单位质量为 1. 1 g/ m2,Ra≤1. 1 μm 时,耐指纹板 72 h 盐雾试验白锈面积不大于 5% ;热镀锌板 Rpc值越高,无铬耐指纹热镀锌板涂装性越好,Rpc≥80 时,耐指纹热镀锌板涂漆冲压后,漆膜完好。结论 Ra 和 Rpc对热镀锌板耐指纹性影响不大,对耐磨蚀性和涂装性影响显著。