2017年, 第46卷, 第5期　
刊出日期：2017-05-20

  

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专题——轻合金微弧氧化技术
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  电压对TiAl合金含ZrO2微弧氧化膜生长特性的影响

  郭超飞, 郝建民, 陈永楠, 陈宏, 丁业立

  表面技术. 2017, 46(5): 1-5. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.001

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  目的 在TiAl合金表面制备较厚的含ZrO2相的微弧氧化膜层，并研究电压对微弧氧化膜层生长特性的影响。方法 采用可溶性锆盐电解液体系，分别在480、500、520 V电压下对TiAl合金试样进行微弧氧化处理。分别采用涡流测厚仪、扫描电子显微镜和X射线衍射仪，检测膜层的厚度、微观形貌和物相组成。结果 在480、500、520 V电压下制备的膜层厚度分别为18、28、48 μm，电压小幅度的增加使膜层厚度大幅度增加。膜层的主晶相为t-ZrO2，并含有m-ZrO2、Al2O3和TiO2相，随着电压的升高，m-ZrO2相的含量略有增加。膜层表面有许多大小不一的类似于“火山口”的微孔和一些陶瓷颗粒，随着电压的升高，微孔孔径增加，膜层表面粗糙度增加。结论 电压对膜层相组成的影响较小，对膜层微观形貌和厚度具有显著影响。较高电压有利于提高膜层的厚度，同时会增加膜层的粗糙度和表面微孔孔径。
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  TC4在锆盐体系下微弧氧化膜层的生长特性研究

  周勤勤, 郝建民, 陈永楠, 陈宏, 丁业立

  表面技术. 2017, 46(5): 6-11. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.002

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  目的 通过建立ZrO2/TiO2复合陶瓷膜层的氧化时间与膜层生长的动力学关系，探究膜层生长对膜层显微硬度的影响规律，寻找制备高硬度微弧氧化膜层的最佳时间。方法 在锆盐溶液体系和已优化的电参数条件下，对TC4进行不同时间的微弧氧化处理，分析所得膜层的表面和截面形貌、元素分布及相组成，进行膜层表面孔隙率和显微硬度的测定并分析。结果 测试氧化时间内膜层生长表现出不同的动力学特征和宏观表象，膜层的生长分为两个阶段：第一阶段膜厚呈线性增加，第二阶段膜厚增长速率减缓。表面孔隙率随时间的增大而增大。在氧化15 min时所得的膜层硬度最高，且随时间的增加，膜层的显微硬度呈先增后减的趋势。结论 影响微弧氧化膜层显微硬度的主要因素包括膜层相组成和表面结构。在微弧氧化膜层厚度呈线性增长的过程中，显微硬度线性增大；在膜厚缓慢增长的过程中，显微硬度降低。
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  二次电压对AZ91D镁合金微弧氧化封孔的影响

  陈宏, 黄杰, 陈永楠, 郝建民, 张鸽

  表面技术. 2017, 46(5): 12-16. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.003

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  目的 提高镁合金微弧氧化膜层的耐蚀性。方法 在锆盐体系电解液中对AZ91D镁合金进行微弧氧化处理，通过调节二次电压对AZ91D镁合金微弧氧化膜层的孔隙进行封闭，采用XRD、SEM和电化学测试分别对微弧氧化膜层的物相、表面形貌和耐蚀性进行了研究。结果 二次电压对膜层的相成分没有影响，主要相组成为MgO、MgF2、ZrO2、Mg2Zr5O12。随着二次电压的升高，膜层表面放电微孔孔径先减小后增大，孔隙率先降低后升高。与没有二次电压相比，施加二次电压的腐蚀电流降低2~3个数量级，极化电阻升高1~2个数量级，耐蚀性明显提高，且当二次电压为160 V时，膜层的极化电阻最高，耐蚀性最好。结论 二次电压能够对AZ91D镁合金微弧氧化膜层的孔隙进行封闭，进而阻止腐蚀液通过微孔进入基体，提高膜层的耐蚀性。
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  基于COMSOL的微弧氧化过程温度场分布研究

  姜曼, 柴永生, 周京, 牟玲龙, 岳艳丽

  表面技术. 2017, 46(5): 17-22. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.004

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  目的 研究微弧氧化过程的温度场分布情况对成膜过程及表面形貌的影响。方法 以7075铝合金微弧氧化过程中的一个放电通道为研究对象，基于多物理场仿真软件COMSOL Mutiphysics建立了微弧氧化传热过程的数学模型及物理模型。基于有限元法求解出微弧氧化成膜过程的温度场分布，选择特定参考线及参考点，绘制了温度-时间曲线。选择0、100、500、1000 μs四个关键时间点，绘制了对应的温度-纵向深度曲线、温度分布云图及温度梯度分布云图，并探究其对陶瓷层表面形貌的影响。结果 在0~100 μs时，放电通道区域温度下降速率最快；在100~500 μs时，温度下降速率逐渐减小；在500~1000 μs时，温度下降速率最小且趋于不变。相对于放电通道中心区域，靠近氧化铝膜层-铝合金基体界面区域温度下降速率较快，温度梯度较大；在0、100、500、1000 μs时，最高温度所在位置的纵向深度依次为93、20、26、38 μm，呈现先减小后增大的趋势。结论 电解液对微弧氧化过程的冷却作用主要集中于放电通道形成后的100 μs内。除电解液外，氧化铝膜层-铝合金基体界面在微弧氧化成膜过程中有一定的冷却作用，而放电通道各区域冷却速率不均衡是氧化膜表面形成火山口状孔洞的主要原因。
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  铝基板表面微弧氧化膜厚度对其导电导热性的影响

  张博, 蔡辉, 张阳, 孙万昌, 张菊梅

  表面技术. 2017, 46(5): 23-27. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.005

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  目的 对LED封装用铝基板表面进行微弧氧化处理，用以调控其界面的导电导热行为，并构建微弧氧化膜的厚度与其导电性及导热性之间的关联性。方法 采用XRD表征了不同厚度微弧氧化膜的相结构，借助SEM观察了不同厚度膜层的表面微观形貌，利用高阻计测试了不同外加电压下膜层的电阻率，采用闪光法测定了不同温度下膜层的热扩散系数。结果 微弧氧化膜主要由γ-Al2O3相组成，随膜层厚度的增加，膜层的相结构无显著变化，但其表面多孔结构出现了明显变化。膜层电阻率随膜厚的增大而升高，在膜厚从10 μm增至40 μm的过程中，电阻率增大了4~8倍。膜层电阻率随测试电压的升高而降低，当测试电压从50 V升至100 V时，电阻率降幅达1~2个数量级。膜层的热扩散系数随膜厚的增大出现波动，当膜厚为10~40 μm时，热扩散系数的变化量为21.6~24.8 m2/s。膜层热扩散系数随测试温度的升高而降低，降幅最高可达8.9 m2/s。结论 厚度为40 μm的微弧氧化膜既具有高的电阻率（7.1×1012 Ω?cm），又具有高的热扩散系数（98.0 m2/s），有望满足LED铝基板的界面绝缘与散热要求。
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  外科植入物微弧氧化层中引入元素定量检测方法的研究

  虞崇庆, 何涛, 贾晓航, 张莉, 文燕

  表面技术. 2017, 46(5): 28-33. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.006

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  目的 建立外科植入产品微弧氧化层中P、Si等引入元素定量检测的方法，以作为表面微弧氧化改性安全性评价的一部分。方法 从工艺角度分析表面微弧氧化层引入元素的种类和来源，通过X射线荧光能谱基本参数法，检测钛及钛合金表面微弧氧化层中由加工工艺引入的元素成分，并进行定量检测。结果 设置X射线荧光能谱仪基本实验参数，借助标准样块建立了定量检验方法。该方法的相关系数为0.998以上，线性良好。该方法的检测下限Si为30 μg/g，P为10 μg/g。在精密度测试中，结果的相对标准偏差（RSD，n=6）在3%以内。在准确度实验中，标准物质检测结果的平均值与标称值的偏差在2%以内。将该方法应用于市面上不同厂家的外科植入物产品中，A厂家的产品检测出P元素，B厂家的产品检测出Si元素。分别重复检测6次，所得检测结果的相对标准偏差（RSD）均在2%以内。结论 该方法具有操作方便、检出限低、精密度高、测试时间短等特点，是目前外科植入物表面微弧氧化定量检测及评价较为理想的实验方法。
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  镁合金微弧氧化工艺参数研究

  陈宏, 郭亚欣, 宫月, 陈永楠, 林洪才

  表面技术. 2017, 46(5): 34-39. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.007

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  镁合金是目前最轻的金属，它可以部分替代一些钢铁材料来实现材料的轻量化。而且镁合金具有比强度、比刚度较高，减震性、减噪性、加工性较好等优点，市场对它的需求量也越来越大。但是镁合金的电位很低，易与其他金属发生电偶腐蚀，利用微弧氧化可在镁合金表面制得一层综合性能较好、类似陶瓷层的一种膜层，可大大提高镁合金的耐蚀性、耐磨性及耐高温性，因此微弧氧化技术在镁合金表面处理上得到了较快发展。对此，首先介绍了微弧氧化机理的研究现状，总结了微弧氧化过程的几个主要阶段及其主要作用；其次，重点概述了影响镁合金微弧氧化陶瓷膜制备工艺的主要因素，特别是电参数、电解液及氧化时间等对膜层结构、形貌及性能的影响；最后提出目前镁合金微弧氧化工艺存在的几个主要问题，并对其解决办法及应用前景进行了展望。
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  纳米BN对1060铝微孤氧化膜层性能的影响

  魏国栋, 曹晓明, 马瑞娜, 李世杰, 张俊伟

  表面技术. 2017, 46(5): 40-46. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.008

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  目的 探究微弧氧化电解液中纳米氮化硼（BN）浓度对铝微弧氧化陶瓷层组织和性能的影响。方法 在硅酸盐体系电解液中加入1~5 g/L不同浓度的纳米BN，制备纳米BN复合微弧氧化层。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪，分别表征纳米BN复合微弧氧化层的微观组织、元素分布及物相组成。采用涂层测厚仪、粗糙度仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机等手段，研究纳米BN对1060纯铝微弧氧化膜层的厚度、粗糙度、显微硬度、摩擦学性能的影响。结果 在微弧氧化BN复合膜的表层有弥散分布的BN颗粒，当电解液中添加3 g/L的纳米BN时，制备的微弧氧化层的性能最好，其表面的孔洞数量最少且孔径最小，膜层表面更加致密，其厚度可达到（93.8±1.9） μm，硬度达到（942±51）HV，粗糙度Ra降低为（3.66±0.14） μm，摩擦系数降低为0.55，磨损体积比未添加BN的膜层减少了1.18×10?2 mm3，并且磨痕平整光滑，裂纹较少。 结论 硅酸盐电解液中加入纳米BN能够改善1060纯铝微弧氧化膜层的综合性能。
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  基于扫描式阴极的TC4合金微弧氧化行为研究

  王小龙, 孙祚东, 朱辰

  表面技术. 2017, 46(5): 47-51. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.009

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  目的 以磷酸盐为氧化槽液体系，在TC4合金大尺寸平板件表面获得均匀连续、无印痕的微弧氧化膜层。方法 设计封闭和半封闭式扫描阴极开展氧化试验，研究不同的封闭方式对钛合金微弧氧化膜层的影响，以确定阴极的封闭形式。对试件进行微弧氧化并通过SEM/EDS检测膜层的形貌和成分。结果 全封闭式阴极可有效避免弱电场对膜层的影响。半封闭阴极的开口宽度和密封方向对微弧氧化膜有影响，在开口方向，电场辐射区约150 mm，膜厚随距阴极距离的增加而递减，在阴极宽度1倍处，膜厚稍有衰减，其影响区为阴极宽度的6倍。若阴极两端均不密封，氧化影响区将是阴极宽度的12倍。结论 采用前部适度敞开、后部彻底封闭的阴极构形，可控制氧化过程中由于电场强度变化引起的膜层脱落和烧蚀缺陷，获得连续均匀的微弧氧化膜。氧化工艺参数可设置为电压450 V，脉宽15，脉数500，扫描速度10 mm/min。
专题——复合涂层及其制备技术
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  TA2合金激光熔α-Ti/TiC+(Ti,W)C1-x/Ti2SC+TiS自润滑耐磨复合涂层

  乔世杰, 刘秀波, 翟永杰, 徐江宁, 高伟强, 姚志远

  表面技术. 2017, 46(5): 52-57. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.010

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  目的 提高TA2钛合金的耐磨减摩性能，并研究添加WS2对激光熔覆Ti/TiC耐磨复合涂层的影响。方法 以Ti+TiC和Ti+TiC+WS2两种复合粉末为预置原料，采用激光熔覆技术在TA2合金表面制备出两类复合涂层，并采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、硬度计和摩擦磨损试验机，系统地分析了添加WS2前后涂层的物相、组织、显微硬度及摩擦学性能。结果 Ti+TiC复合粉末的激光熔覆涂层的主要物相包含α-Ti和TiC，涂层的显微硬度为1162HV0.5。WS2添加后，涂层中生成了新增强相(Ti,W)C1?x及自润滑相Ti2SC和少量的TiS，涂层的显微硬度为1052.3HV0.5，约为TA2基体（180HV0.5）的5倍；此外，涂层的磨损率由未添加WS2时的5.38×10?5 mm3/(N?m)上升到15.98×10?5 mm3/(N?m)，耐磨性能有所下降但仍远低于基体（磨损率为66.63×10?5 mm3/(N?m)），同时摩擦系数显著下降，由之前的0.49下降到0.34；同时，Si3N4对磨球磨损表面光滑，没有明显塑性变形，其磨损机理为轻微的塑性变形和粘着磨损。结论 添加WS2的复合涂层相对于基体依然具有良好的耐磨性能，同时由于新生的自润滑相Ti2SC、TiS的润滑效果，涂层表现出良好的自润滑耐磨性能。
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  工艺参数对电沉积制备铝镁合金的影响

  阚洪敏, 祝跚珊, 冯筱珺, 张宁, 王晓阳, 龙海波

  表面技术. 2017, 46(5): 58-65. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.011

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  目的 以AlCl3和LiAlH4为溶质，苯和四氢呋喃为溶剂，进行电沉积铝镁合金，探索制备铝镁合金的最佳工艺条件。方法 在AlCl3-LiAlH4-苯-四氢呋喃体系中，采用镁作阳极，通过预电沉积获得一定浓度的Mg2+，从而进行电沉积制备铝镁合金镀层。改变电流密度、沉积时间、预电沉积时间和预电沉积次数等参数，以探究工艺参数对铝镁镀层的形貌、晶粒大小和镁含量的影响，并通过SEM和EDS检测和分析铝镁合金的镀层形貌、成分及含量。结果 镀层主要成分为Al3Mg2和Al12Mg17，当电流密度为16.67 mA/cm2时，获得的镀层表面效果最好，其晶粒尺寸可达1~2 mm。预电沉积次数越多，通过预电沉积获得的Mg2+越多，铝镁合金镀层中镁的含量越高，最高可达2.93%（质量分数）。结论 在一定范围内，镀层中的镁含量随预电沉积时间的增加而提高。预电沉积次数越多，通过预电沉积溶解的Mg2+越多，铝镁合金镀层中的镁含量越高。当沉积时间过长时，不利于镀层中镁含量的提高。铝镁镀层中的镁含量越高，电化学阻抗越大，腐蚀电位越大，镀层的耐腐蚀性能越好。
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  球磨纳米结构Fe40Al合金粉末及其冷喷涂沉积行为研究

  王洪涛, 姚海龙, 纪岗昌

  表面技术. 2017, 46(5): 66-74. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.012

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  目的 研究冷喷涂用纳米结构Fe40Al合金粉末的球磨制备工艺及其在不同基体表面的冷喷涂沉积行为。方法 以Fe粉、Al粉为原料，按照Fe-40Al进行配比混合，采用行星式球磨机制备纳米结构Fe40Al合金粉末，在不同硬度基体表面（不锈钢、低碳钢、纯铜及锡）冷喷涂沉积单个Fe40Al合金粉末颗粒。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM），分析球磨过程中Fe40Al合金粉末的组织结构演变规律、粉末颗粒在不同基体表面的碰撞变形行为及沉积特性。结果 球磨过程中，随着球磨时间的延长，Al扩散进入Fe晶格形成纳米结构Fe(Al)固溶体，球磨36 h后，Fe40Al合金粉末的晶粒尺寸约为35 nm，平均颗粒尺寸约为20 μm，内部为精细层状结构。纳米结构Fe40Al合金粉末在硬度较高的不锈钢和低碳钢基体上沉积时，粉末颗粒发生强塑性变形而基体变形量较小，颗粒和基体间的结合较弱，沉积效果较差；当在硬度较低、塑性较好的Cu基体上沉积时，基体与粉末颗粒同时发生塑性变形，颗粒和基体间的结合较强，沉积效果最好；在硬度最低的Sn基体上沉积时，基体发生强烈的塑性变形且出现部分熔化，但颗粒几乎没有变形，且颗粒与基体间的结合很弱，沉积效果最差。结论 采用球磨工艺可制备出适合冷喷涂用的纳米结构Fe40Al合金粉末，随着球磨时间的延长，粉末晶粒尺寸减小，硬度增加。基体种类对纳米结构Fe40Al合金粉末的冷喷涂沉积行为影响显著，基体硬度过高或过低均不利于粉末颗粒沉积，基体与粉末颗粒同时发生塑性变形有利于增强颗粒与基体间的界面结合，从而改善沉积效果。
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  电沉积制备镍基复合镀层的研究进展

  冯筱珺, 阚洪敏, 魏晓冬, 张宁, 王晓阳, 龙海波

  表面技术. 2017, 46(5): 75-82. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.013

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  金属-陶瓷复合镀层可以显著改善的硬度、致密性、耐蚀性、耐磨性以及抗高温氧化性能等可显著得到改善，应用范围广泛。综述了影响复合镀层性能的几大因素，重点介绍了增强相粒子粒径、表面活性剂类型、制备镀层的沉积方式以及第二相颗粒种类对电沉积复合镀层性能的影响。陶瓷颗粒尺寸影响复合镀层的性能，细小颗粒对镍基复合镀层具有细晶强化作用，微米级陶瓷颗粒能够大大改善Ni基复合镀层的力学性能。超细纳米陶瓷颗粒作为增强相，可以显著提高复合镀层的耐蚀性，添加纳米颗粒的复合镀层的显微硬度优于添加微米颗粒复合镀层。非离子表面活性剂能提高第二相颗粒在镀层中的复合量及在镀液中的分散性，有利于获得高硬度的复合镀层，进而提高整个镀层的耐磨性和耐蚀性。超声波-脉冲电沉积法得到的复合镀层形貌更平整，晶粒更细小，结构更致密，且得到的复合镀层硬度更高，耐磨性、耐蚀性更好。与SiC复合镀层相比，SiO2复合镀层具有更好的耐蚀性和抗氧化性。最后，分析展望了颗粒增强镍基复合材料的应用前景及未来研究的重点。
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  基于RSM的电铸自支撑金刚石-镍复合膜参数优化

  禹建丽, 黄鸿琦, 陈洪根

  表面技术. 2017, 46(5): 83-87. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.014

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  目的 为提高电铸自支撑金刚石-镍复合膜的生产品质，研究一种改进的响应曲面模型，对电铸工艺的多响应参数进行优化选择。方法 以电铸自支撑金刚石-镍复合膜沉积工艺参数为研究对象。在逐步回归的基础上，利用响应曲面法构建因子与响应间回归模型，通过试验设计的分析方法解释、分析、检验模型的优劣。以响应预测能力指数为权重，加权得到综合回归模型，将多响应参数优化转换为单响应参数优化，使参数优化结果优先优化预测能力强的响应，改善工艺参数整体优化效果。最后，以综合回归模型为目标函数，利用有约束最小化函数法在区间范围内搜索最优参数组合，并给出参数改进的方向。结果 利用有约束最小化函数法搜索得到的最优参数组合为：金刚石含量16 g/L、阴极电流密度0.6 A/dm2、沉积时间1.5 h。通过试验设计的分析方法给出参数进一步改进的方向：在金刚石含量大于16 g/L、阴极电流密度小于0.6 A/dm2、沉积时间小于1.5 h的区域内增加试验设计，以得到更优参数组合。结论 将质量工具、质量改进方法及统计分析方法等运用到材料制备工艺中，能够提高最优工艺参数选择的有效性，减少试验设计的盲目性，以及达到参数全局最优的可能性。
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  合金钢热障涂层等离子喷涂及高温力学特性研究

  赵子鹏, 李忠盛, 张新华, 盖鹏涛, 何庆兵, 张隆平, 田武强

  表面技术. 2017, 46(5): 88-93. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.015

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  目的 研究等离子喷涂热障涂层微观组织与高温力学性能，为热障涂层在合金钢的应用及其失效机制提供理论支撑。方法 采用等离子喷涂技术在30CrMnSiA钢基体上制备NiCoCrAlY/YSZ热障涂层，利用扫描电镜显微观察、物相分析、热震试验、拉伸试验等技术方法，考察涂层在高温条件下的失效行为。结果 合金钢等离子喷涂热障涂层为典型双层层片状结构，YSZ涂层仅含有稳定四方相。800 ℃时，涂层试样拉伸试验后的断裂载荷与无涂层试样相比高10%。热障涂层的抗热震性良好，经900 ℃热震循环试验10次后，涂层完好；经1000 ℃热震循环6次后，涂层剥落失效，剥落面位于粘结层与基体之间。热震循环过程中，钢基体被氧化甚至腐蚀。涂层试样边缘产生应力集中，随着热震次数的增加，裂纹逐渐扩展，最终导致涂层成块剥落。温度由700 ℃升至900 ℃，NiCoCrAlY涂层硬度下降幅度大于YSZ涂层和30CrMnSi基体。结论 粘结层与钢合金基体的热膨胀不匹配是导致热震试验涂层剥落的主要原因。热障涂层的隔热作用使涂层试样的基体温度较低，导致其断裂载荷与无涂层试样相比较高。
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  绢云母和硅烷偶联剂KH550对聚氨酯/Al-Sm2O3复合涂层耐盐水性能的影响

  赵运林, 张伟钢

  表面技术. 2017, 46(5): 94-98. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.016

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  目的 提高聚氨酯（PU）/Al-Sm2O3复合涂层的耐盐水性能。方法 以绢云母和硅烷偶联剂KH550改性PU/Al-Sm2O3复合涂层，系统研究改性前后涂层的微结构、红外发射率、近红外反射率及力学性能经盐水腐蚀后的变化规律，并对其成因进行分析探讨。结果 经绢云母和KH550改性后的涂层与改性前的涂层相比，其微结构在腐蚀前后几乎保持不变，经盐水腐蚀相同时间时，改性涂层具有更低的1.06 μm近红外反射率，更优异的力学性能。改性涂层经盐水腐蚀10 d后，其硬度、附着力和耐冲击强度仍可保持在3H、1级和50 kg?cm。结论 绢云母和KH550改性可明显提高PU/Al-Sm2O3复合涂层的近红外低反射性能及力学性能对盐水腐蚀的稳定性。
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  SiO2气凝胶复合型隔热涂层的制备及性能研究

  丁逸栋, 刘朝辉, 王飞, 贾艺凡, 舒心

  表面技术. 2017, 46(5): 99-105. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.017

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  目的 探究SiO2气凝胶在复合隔热涂料中的应用，从隔热机理出发，通过降低复合隔热涂层的导热系数，提高反射率、辐射率等方式，使涂层达到隔热降温的目的。方法 首先通过单掺实验确定各填料的含量，并采用紫外/可见光/近红外分光光度计、红外辐射率测量仪和自制的测试隔热装置等，分析涂层的发射率、辐射率和隔热性能，最后通过正交实验方法得到最优涂层配方。结果 SiO2气凝胶能显著降低涂层的导热系数，在此基础上，添加钛白粉、空心玻璃微珠、红外陶瓷粉等颜填料，能有效提高涂层的反射率和辐射率，从而进一步增强了涂层的隔热效果。分别添加质量分数为5%的SiO2气凝胶、5%的钛白粉、5%的空心玻璃微珠和10%的红外陶瓷粉时，复合隔热涂层具有最优的隔热性能。SiO2气凝胶复合型隔热涂层的干膜厚度为60 μm时，与未涂覆的空白样板对比，温度最高可降低14.8 ℃。 结论 SiO2气凝胶复合型隔热涂层具有优异的隔热性能，并且具有薄层、轻质、环保等优点，具有一定的实际应用价值。
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  KCJ-15扬雪机搅笼镍基喷熔复合涂层的研究

  曾锐, 林振荣, 张勇, 王瑞

  表面技术. 2017, 46(5): 106-110. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.018

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  目的 在KCJ-15型扬雪机搅笼NiCrBSiC合金涂层的基础上，添加硬质碳化钨颗粒，并研究其在搅笼基体上的腐蚀、磨损规律。方法 制备7组碳化钨颗粒含量不同的镍基复合粉末，分别在不同腐蚀液体中进行摩擦磨损实验，随后选取抗磨性能最佳的一组，分别进行不同载荷和不同滑动速度下的摩擦磨损试验。结果 在同一种腐蚀液体中，喷熔层的摩擦系数随碳化钨含量的增加变化不大，磨损率随碳化钨含量的增加先减小后增大，其中浸泡在HCl和NaCl溶液中的试块喷熔层的摩擦系数和磨损率普遍偏高，而浸泡在NaOH和H2SO4溶液中的试块喷熔层的摩擦系数和磨损率普遍偏低。随着载荷的增加，喷熔层的摩擦系数和磨损率增大。随着滑动速度的增加，喷熔层的摩擦系数增大，磨损率降低。结论 在KCJ-15型扬雪机搅笼NiCrBSiC合金涂层中，添加碳化钨的最佳质量分数在15%~25%之间，此时可获得最佳的抗磨性能。此外，喷熔层的摩擦系数受到腐蚀液体、外部载荷和滑动速度的影响较大，受碳化钨含量的影响较小。
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  碳纳米管-镍磷化学复合镀层的组织与性能研究

  王敏, 黄燕滨, 王期超, 卢士勇

  表面技术. 2017, 46(5): 111-115. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.019

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  目的 研究碳纳米管对Ni-P化学镀层组织与性能的影响。方法 将碳纳米管（CNTs）加入到镀液中，采用化学镀的方法在45#钢表面制得碳纳米管-镍磷化学复合镀层。利用扫描电镜、X射线衍射仪综合分析复合镀层的表面形貌和结构，并采用多功能材料表面性能测试仪对复合镀层的摩擦磨损性能进行了研究。利用动电位极化技术对Ni-P-CNTs复合镀层在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为进行了研究。结果 Ni-P-CNTs化学复合镀层是非晶态结构，CNTs均匀地嵌埋在基质镀层中。在耐磨性试验中，Ni-P-CNTs复合镀层的磨损率比Ni-P镀层降低了7.6×10?11 m3/(N?m)，而平均摩擦因数减小了0.074。在电化学腐蚀试验中，Ni-P-CNTs复合镀层的腐蚀电位比Ni-P镀层正移了222 mV，而腐蚀电流密度降低了5.234×10?6 A/cm2。结论 碳纳米管填补了镍磷非晶胞间的间隙，改善了复合镀层的组织结构，使Ni-P-CNTs化学复合镀层具有更好的耐摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。
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  反应等离子喷涂AlNbO4-Al2O3-NbOx复合涂层的研究

  卜丽静, 张建新, 燕翙江, 朱朝刚, 杨勇, 褚振华, 董艳春, 何继宁, 刘娜

  表面技术. 2017, 46(5): 116-120. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.020

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  目的 研究等离子喷涂Al-Nb2O5铝热体系制备的AlNbO4-Al2O3-NbOx复合涂层的组织、力学性能和摩擦磨损性能。方法 以Nb2O5粉和Al粉为原料，通过喷雾造粒制备复合粉，采用等离子喷涂技术喷涂Al-Nb2O5复合粉体，利用复合粉的自反应制备出含有AlNbO4、Al2O3和NbOx的复合陶瓷涂层。利用扫描电镜、EDS和XRD检测和分析复合涂层的组织和物相。用显微硬度计测定复合涂层的硬度，并用硬度压痕法测量裂纹扩展能(Gc)。用销盘式磨损试验机测定涂层在无润滑条件下的摩擦磨损性能。结果 XRD分析可知，复合涂层由AlNbO4、Al2O3和NbOx相组成，SEM显示涂层为交替分布的层片状组织。在28~32 kW功率范围内，随着喷涂功率的升高，涂层的硬度增加，喷涂功率为32 kW时，涂层硬度最高，为912HV0.1。随着喷涂功率的升高，涂层的裂纹扩展能先升高后降低，喷涂功率为30 kW时，涂层的裂纹扩展能最大，为14.14 J/m2。摩擦系数随功率的升高先降低后保持不变，28 kW时，涂层的摩擦系数为0.7~0.8，30 kW和32 kW时，涂层的摩擦系数为0.5~0.6。磨损量随喷涂功率的增加先降低后升高，喷涂功率为30 kW时，涂层的磨损量最小。磨损后的试样进行SEM检测发现有明显的犁沟、凹槽和剥落。结论 涂层具有由AlNbO4、Al2O3和NbOx相组成的交替分布的多相层片状组织。喷涂功率为30 kW时，复合涂层的性能最好。复合涂层的主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。
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  复合型建筑节能涂层的制备及性能研究

  邓安仲, 杨光

  表面技术. 2017, 46(5): 121-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.021

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  目的 提高建筑节能涂层的隔热性能，为多种隔热机理于一体的建筑节能涂层提供借鉴意义。方法 自制复合乳液作为复合涂层的粘合剂，将含空心微珠填料的涂层做底面涂层，含镍钛黄颜料的涂层做表面涂层，制备了底-表面复合型建筑节能涂层，并探究了镍钛黄掺量对涂层性能的影响。采用X射线衍射仪、紫外/可见光/近红外分光光度计、长波发射率仪、精密色差仪和扫描电子显微镜对镍钛黄和涂层性能进行表征，采用红外灯模拟太阳热源测量涂层的隔热性能。结果 镍钛黄晶体结构为金红石型，且具有优异的可见光和近红外反射特性，其在可见光和近红外波段的平均反射率达72.61%。镍钛黄掺量对复合涂层在可见光和近红外波段平均反射率具有一定的影响，当镍钛黄掺量为20%时，复合涂层在近红外波段的平均反射率最高为66.75%，此时涂层在3~5 μm和8~14 μm波段的长波发射率分别为0.95和0.94，试板背面平衡温度比仅含相同掺量镍钛黄的表面涂层试板背面平衡温度降低2.4%，隔热性能得到提升。结论 采用阻隔-反射型/底-表面复合结构可以提升建筑节能涂层的隔热性能，实际应用时颜料掺量以20%为宜。
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  等离子喷涂TiO2-CaF2复合涂层的结构及体外生物矿化能力

  彭超, 赵晓兵

  表面技术. 2017, 46(5): 127-132. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.022

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  目的 等离子喷涂TiO2涂层是生物惰性材料，不能与骨组织很好地结合，制备TiO2-CaF2复合涂层以提高氧化钛涂层的体外生物矿化能力。方法 利用等离子喷涂技术在医用Ti合金表面制备TiO2-CaF2复合涂层。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱仪（Raman）对复合涂层的微观结构进行表征，利用接触角仪、三维轮廓仪和电化学工作站考察复合涂层的接触角、表面粗糙度和耐腐蚀性能。采用模拟体液（SBF）浸泡实验考察复合涂层的体外矿化能力。结果TiO2和TiO2-20%CaF2涂层主要由金红石型TiO2构成，其中含有少量的锐钛矿型TiO2成分。20%CaF2的掺杂会促进金红石型TiO2的形成。CaF2的加入可改变TiO2涂层的表面形貌，表面粗糙度Ra从4.96 μm降低至0.94 μm，亲水性也得到增强。TiO2-CaF2复合涂层在SBF中的耐腐蚀性能也较TiO2涂层有所提高。经SBF浸泡28 d后， TiO2-CaF2复合涂层表面可沉积类骨磷灰石，显示了较好的体外矿化能力，而TiO2涂层则无此能力。结论 CaF2的掺杂可使TiO2涂层的表面粗糙度下降，亲水性增强，耐腐蚀性增强。体外矿化实验结果表明， TiO2-CaF2复合涂层表面可沉积类骨磷灰石，显示了较好的生物活性。
表面强化及功能化
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  铝合金表面微/纳米结构构筑研究进展

  吴英豪, 赵文杰, 王武荣, 张彦彦, 李龙阳, 薛群基

  表面技术. 2017, 46(5): 133-145. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.023

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  铝合金以其优异的性能而被广泛应用于工业生产的各个领域，通过一系列方法可以在铝合金表面构筑多种类型的微纳米结构。这些微纳米结构可以提高铝合金的摩擦学性能、耐蚀性能、界面结合力、抗结冰性以及装饰性能，对将铝合金应用到更广阔和更苛刻的环境中具有重要意义。介绍了铝合金表面微/纳结构的主要构筑方法。化学刻蚀法制备出了凸台和凹坑的迷宫形貌；阳极氧化法构筑出了高度有序的孔洞结构；微弧氧化法制备出了表面布满微孔的氧化膜；水热法可以构筑形状多样的纳米花朵形貌；电解加工对阴极材料的表面结构进行复刻，可以采用不同比例的阴阳极材料进行大面积的制备。阐述了这些微纳米结构的生长过程，并分析了实验条件（如温度、处理时间、电参数、溶液成分及浓度等因素）对铝合金表面微纳米二元结构生长的影响规律，重点总结分析了其研究现状和影响微纳米结构的因素。通过对现有铝合金表面结构制备方法的总结和分析，展望了其今后的发展趋势。
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  微波合成WCx/MWCNTs及其电催化性能研究

  宁哲, 李卓, 宋华, 刘坤, 韩露, 王一雍, 李继东, 万兴元, 路金林

  表面技术. 2017, 46(5): 146-151. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.024

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  目的 制备多壁碳纳米管负载碳化钨的纳米复合材料（WCx/MWCNTs），探索微波加热温度对WCx/MWCNTs合成的影响规律。方法 利用分子自组装技术与微波加热技术相结合，以钨酸钠为W源，制备了WCx/MWCNTs纳米复合材料。采用X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜技术（TEM）对不同条件下制得样品的物相组成、结构及微观形貌进行了表征；采用循环伏安法在酸性环境下测试了WCx/MWCNTs对氢和CH3OH的电催化性能。结果 当微波加热温度为1000 ℃时，制备的WCx/MWCNTs纳米复合材料由WC、WC2和C组成，碳纳米管的多壁结构保留较好，碳化钨颗粒均匀地分布在碳纳米管外表面，粒径为20~50 nm。循环伏安测试结果表明，制备的WCx/MWCNTs在酸性环境下对氢具有一定的催化作用，但对甲醇没有明显的电催化作用。结论 通过控制合理的微波加热温度，可制备出碳化钨粒径小、分布均匀、碳纳米管多壁结构完好的WCx/MWCNTs纳米复合材料。制备的WCx/MWCNTs在酸性环境下对氢具有一定的催化作用，可作为催化剂载体来负载其他金属制备复合催化剂。
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  静压力对超声滚压表层特性的影响

  赵运才, 张飞

  表面技术. 2017, 46(5): 152-158. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.025

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  目的 研究不同静压力对试样表面形貌、粗糙度、晶粒细化程度、随表层深度变化的显微硬度和残余应力的影响。方法 运用超声滚压加工技术，采用HEU-Ⅱ系列的超声滚压设备和卧式车床对AISI304不锈钢进行处理，改变静压力，其余参数不变。利用综合扫描电子显微镜、触针式粗糙度仪、金相显微镜、显微硬度仪和X射线衍射分析仪等进行检测分析。结果 静压力在300～800 N时能获取较好表面质量，超过800 N后会对表面产生损伤，出现细纹。通过XRD分析，静压力越大，晶粒细化程度越高，X衍射峰的宽化程度也越小。试样表层硬化层深度和硬度随静压力增大而增加，600 N时的硬化层比200 N时增加150 μm，硬度增加35%，残余应力在表面表现为压应力，随着静压力增加而增加。当静压力增大到600 N时，最大残余应力由表面转移至材料内部。结论 静压力参数在一定的范围内会产生很好的加工效果，超过一定的范围则会带来不良影响，这为运用超声滚压技术加工精密工件奠定了理论基础。
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  微弧火花沉积制备不锈钢柱状微结构表面

  王维夫, 谢剑舟, 张步康, 阮文豪, 韩超

  表面技术. 2017, 46(5): 159-164. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.026

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  目的 探索新型表面微结构的制备方法。方法 采用微弧火花沉积工艺在304不锈钢基体表面，制备出了奇特的“柱状”微结构表面，并使用扫描电镜、光学显微镜、硬度计等对该微柱体的表面形貌、截面特征和显微硬度等进行了初步分析。结果 微柱体呈近似有规律的分立状分布，微柱体间距约为0.8~1.2 mm，直径约为300~500 μm。微柱体为堆叠状生长，有典型的分层特征，微柱体之间存在生长中的竞争性行为。从微柱体截面来看，单个脉冲沉积薄层的典型厚度大约为15~20 μm，微柱体中单个沉积子薄层一般呈中间厚、两侧薄的类透镜状形态。微柱体的平均硬度约为320HV左右，略低于结合界面附近的基体硬度（~340HV）。结论 微弧火花沉积的单点、高频率的技术特性是形成此类表面的重要因素，放电沉积中的竞争性机制是导致微柱体成形的直接原因。
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  Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理

  杨闯, 刘静, 马亚芹, 肖发琴

  表面技术. 2017, 46(5): 165-170. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.027

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  目的 在Ti6Al4V钛合金表层制备硬度高、耐磨性好的硬化层。方法 结合真空技术，以高纯的O2为介质，在Ti6Al4V钛合金表面制备致密的渗氧硬化层，采用X衍射仪分析渗氧层的相组成，用金相显微镜观察渗氧层和磨痕组织，用显微硬度计测试渗氧层的显微硬度，用MM-U10A端面磨损试验机研究渗氧层的耐磨性。结果 渗氧层物相主要由TiO2、TiO、Ti3Al及Al2O3组成，温度较低时，形成的渗氧层较薄，温度增加，渗氧层厚度迅速增加，硬度及耐磨性也随之增加。温度为760 ℃时，表面硬度为基体硬度的2.5倍以上，大于750HV，有效硬化层厚度达60 μm以上，其磨损失重仅为未渗氧原样的1/4，表面磨痕细密，没有撕裂情况发生，渗氧层保持完整。温度继续增加，氧化物开始聚集长大，渗氧层组织开始变得疏松，硬度及耐磨性开始下降。结论 Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理可显著提高其表面硬度，耐磨性改善明显。
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  化学刻蚀制备亲水性铝及润湿性变化规律

  赵丕阳, 王岩伟, 任青文, 董一, 翟晓庆, 朱光明

  表面技术. 2017, 46(5): 171-176. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.028

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  目的 通过化学刻蚀的方法制备具有亲水性的纯铝与高纯铝表面，在室温下进行时效，分析润湿性随时效时间的变化规律。方法 实验以2 mol/L浓度的盐酸进行刻蚀，将试样分别刻蚀4、8、12、16、20 min，吹干制备好的试样。利用OCA15EC接触角测量仪测定润湿角，将试样放置在室温下进行时效，并记录时效后的润湿角，分析润湿角变化的规律；采用场发射扫描电子显微镜观察试样表面的微观形貌，结合Wenzel理论与Cassie理论分析润湿角变化的原因；对试样进行EDS分析，分析时效后试样所含元素含量的变化情况，阐述润湿性变化的机理。结果 不同刻蚀时间制备的样品润湿角存在差异，经过室温时效，润湿角呈现增大的趋势。结论 纯铝在刻蚀时间16 min时能够获得超亲水的表面，在室温下时效5天能维持润湿角在20°以下。高纯铝在刻蚀时间为12 min时能够获得超亲水表面，经过5天的室温时效，12 min刻蚀的样品润湿性保持得较为稳定，润湿角维持在12°以下，其他刻蚀时间的样品亲水性及稳定性略差。
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  高折射率锐钛矿TiO2薄膜的低温直流磁控溅射制备技术

  王朝勇, 任一新, 李琦轩, 李智, 王新练, 黄晓亚, 姚宁

  表面技术. 2017, 46(5): 177-183. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.029

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  目的 研究低温条件下高折射率锐钛矿结构TiO2薄膜的制备条件及影响因素。方法 用直流磁控溅射技术（DCMS）和改进的直流磁控溅射技术（能量过滤磁控溅射技术，EFMS）制备TiO2薄膜。采用正交试验方法研究DCMS技术工艺参数对TiO2薄膜的影响，确定了低温制备高折射率锐钛矿TiO2的最优制备条件，在该最优制备条件下，又采用FEMS技术制备了TiO2薄膜，并对比两种技术制备的薄膜。TiO2薄膜的微结构用X射线衍射和Raman光谱衍射进行表征，样品的表面形貌用扫描电镜SEM进行观察，薄膜的光学特性用椭偏光谱仪测试、拟合处理得到。结果 在较低的温度100 ℃下，利用DCMS和EFMS技术制备的TiO2薄膜具备良好的单一锐钛矿结构。EFMS技术制备TiO2的孔隙率为4.7%，550 nm处的折射率为2.47，平均晶粒尺寸为12.5 nm。经计算，DCMS和EFMS技术制备的TiO2薄膜的光学带隙分别为3.08 eV和3.37 eV。结论 利用DCMS技术和EFMS技术可在低温制备出锐钛矿TiO2薄膜，EFMS技术制备的薄膜孔隙率较低，折射率较高，晶粒较均匀细小，光学带隙较大。
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  阳极氧化铝膜的表面接枝改性及润湿行为

  杨清香, 任爽爽, 赵倩倩, 董梦果, 张琰, 宋海媚, 陈志军

  表面技术. 2017, 46(5): 184-188. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.030

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  目的 通过对阳极氧化铝膜（AAO）表面化学接枝甲基丙烯酸甲酯，改变其表面的粗糙度和分子结构，从而实现AAO膜表面润湿行为的可控。方法 采用二步阳极氧化法制备六方柱形的多孔AAO膜，结构高度有序，并对AAO膜表面进行硅烷化（KH-570）处理，采用活性聚合的方法在其表面接枝上甲基丙烯酸甲酯。采用原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）和接触角测定仪对AAO膜及改性后的AAO膜进行了结构表征和润湿行为研究。探讨了阳极氧化的工艺条件及接枝甲基丙烯酸甲酯对AAO膜的形貌和润湿性能的影响。结果 AAO膜孔径在100 nm左右，六边形孔洞分布均匀，并且六边形孔洞垂直于AAO膜表面，孔洞与孔洞平行，通过对其表面接枝甲基丙烯酸甲酯，使得AAO膜的表面水接触角先增大后减小。结论 AAO膜表面的润湿行为，可以通过AAO膜表面化学改性和表面粗糙度共同作用而得以调控。
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  氧化铁/氮掺杂碳纳米管催化剂的制备与氧还原性能研究

  张颖, 李萍炜, 尹徐影, 赵斌

  表面技术. 2017, 46(5): 189-195. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.031

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  目的 探索非贵金属作为燃料电池阴极催化剂的氧还原性能。方法 采用磁控溅射的方法，在N2/Ar工作气氛中，将Fe溅射到碳纳米管阵列表面，同时将氮掺入样品中，然后在不同温度下退火制备氮掺杂碳纳米管负载氧化铁（Fe2O3/N-CNT）的氧还原催化剂。采用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对样品的形貌、结构和成分进行分析。通过电化学测试研究样品的氧还原催化性能，并对样品的催化反应动力学进行研究。结果 退火温度对样品的形貌和氧还原催化性能具有显著影响，样品的氧还原催化活性随着退火温度的升高先增强后显著下降。其中450 ℃退火的样品表现出最佳的催化性能，该样品在0.1 mol/L KOH溶液中的起始电位和峰电位分别为0.715 V和0.6 V，电子转移数在3.3~3.6之间。结论 Fe2O3/N-CNT具有较好的氧还原催化活性，其中吡啶氮是可能的氧还原催化活性位点。实验中催化剂的制备方法简便且成本低廉，是一种有望替代Pt基贵金属的电催化材料。
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  固化工艺对无取向环保硅钢绝缘涂层性能的影响

  安恺, 王雷, 崔珊, 刘常升

  表面技术. 2017, 46(5): 196-201. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.032

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  目的 为探究不同固化工艺对无取向环保硅钢绝缘涂层性能的影响，研究无取向环保硅钢绝缘涂层的固化成膜机理。方法 配制了一种新型环保硅钢绝缘涂层液，分别使用不同固化工艺对涂层进行固化，通过中性盐雾试验、电化学测试、涂层绝缘电阻测量仪及扫描电镜来评价涂层的耐腐蚀性能、电化学性能、绝缘性能及表面形貌，进而探究工艺对无取向硅钢绝缘涂层性能的影响，并通过热重差热分析和涂层的红外谱图研究了涂层的固化成膜机理。结果 当固化温度为400 ℃、固化时间为20 s时，无取向环保硅钢绝缘涂层表面均匀致密，5 h中性盐雾试验锈蚀百分比小于10%，电化学参数最佳，绝缘电阻值达到300 Ω?mm2。结论 400 ℃固化20 s的涂层表面形貌、电化学性能、耐腐蚀性能和绝缘性能最优异，能够满足用户使用要求且绿色环保，对硅钢涂层的实际生产具有一定的指导意义。
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  超亲水及水下超疏油铜网的制备及其油水分离性能的研究

  张容容, 刘长松, 杨亭亭

  表面技术. 2017, 46(5): 202-208. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.033

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  目的 通过简单的溶液浸泡法制备油水分离铜网。方法 经氢氧化钠和过硫酸钾混合溶液浸泡，制备超亲水及水下超疏油表面。利用扫描电镜、X射线衍射仪分析基底表面形貌及成分，利用接触角测量仪测量其润湿性能。结果 铜网表面生成了微米结构的氢氧化铜，空气中水滴在其表面的接触角为0°，水中油滴的接触角高达159°，使铜网具备了在空气中超亲水、在水下超疏油的特性。通过油水分离实验发现，铜网在常温常压下对汽油、正己烷等几种不同种类油与水的混合液进行高效分离，分离效率达90%以上。经海水浸泡若干天后，铜网仍保持很高的油水分离效率，表现出较好的耐海水腐蚀性。结论 实验制备的超亲水及水下超疏油铜网能够有效地分离油水混合液，且能应用到腐蚀性较强的场合中。
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  浸润性可转变的超疏水织物用于油水分离研究

  郭素明, 蔡再生, 牟晓峰

  表面技术. 2017, 46(5): 209-214. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.034

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  目的 制备超亲疏可逆转换实现油水分离的纺织品。方法 首先利用化学镀铜的方法在涤棉织物表面构筑微米-亚微米粗糙结构，然后浸入十二酸乙醇溶液中通过低表面能物质的修饰得到超疏水织物。采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDXS）和接触角测试仪对其表面形貌、表面元素和浸润性能进行测试。结果 十二酸修饰镀铜涤棉织物具有超疏水性能，与水的接触角达到151.9°；此外，改变超疏水织物所处环境的pH可实现浸润性的可逆转变，从而达到不同密度的油与水的分离，且分离效率高达98%，分离循环次数在80次以上。结论 通过化学镀铜构造粗糙表面，再用低表面能物质十二酸修饰，可成功制备超疏水织物。增大织物所处环境的pH值，可得到超亲水织物。超疏水织物和超亲水织物都可用于油水分离。
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  纳米陶瓷的研究进展

  张强宏

  表面技术. 2017, 46(5): 215-223. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.035

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  纳米陶瓷是指晶界宽度、晶粒尺寸、缺陷尺寸和第二相分布都在纳米量级上的陶瓷材料，因其克服了传统陶瓷脆性较大的致命缺点，并在超塑性、铁电性能和力学性能等方面具有特殊的性能，而受到人们的广泛关注。综述了纳米陶瓷粉体的制备方法，包括物理合成与化学合成两种方式。物理合成方法消耗较大的能量且设备投资较大，因此纳米陶瓷粉体的制备以化学合成为主。在制备粉体的后期，还需通过加入分散剂和超声等方法来解决其团聚的问题。成型与烧结过程直接影响纳米陶瓷的性能。成型过程包括干法与湿法成型。干法成型简单易行，成体均匀，但容易引入杂质；而湿法成型能最大程度地减少杂质与团聚，但其工艺复杂、条件苛刻。烧结方法分无压烧结和压力烧结。在烧结过程中，如何将颗粒限制在纳米级别上成为各种技术需要攻克的难点。最后，阐述了纳米陶瓷的力学性能、铁电性能和超塑性，并简要介绍其在防护与涂层、生物医学材料和器具等方面的应用与创新。
表面失效及防护
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  聚苯胺/磷酸锌/聚硅氧烷复合涂层自修复和耐蚀性能初探

  甘志宏, 廖圣智, 王浩伟, 余剑英, 邵亚薇

  表面技术. 2017, 46(5): 224-230. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.036

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  目的 初步探索由聚苯胺/磷酸锌有机-无机复合钝化填料和环氧-聚硅氧烷树脂制备的自修复涂层的修复和防腐性能。方法 采用微区交流阻抗技术（LEIS）、扫描电子显微技术（SEM）和电化学阻抗技术（EIS），研究了聚苯胺/磷酸锌/聚硅氧烷复合涂层的防腐性能和在人工损伤部位的修复功能。结果 由微区电化学阻抗和电化学阻抗测试可知，环氧-聚硅氧烷清漆具有自修复和优异的耐蚀性能；偶联剂处理的聚苯胺/磷酸锌有机-无机复合钝化填料（HCE），可显著提升环氧-聚硅氧烷涂层的自修复和耐蚀性能。当HCE的添加量为0.3%（以占环氧-聚硅氧烷涂料质量的百分比计）时，涂层的自修复和耐蚀性能最佳，缺陷部位修复后的阻抗值最大达到70 k?，是环氧-聚硅氧烷清漆的9倍。涂层阻抗值随浸泡时间的延长而增加，浸泡3750 h时，涂层阻抗值增至1011 ??cm2。结论 当涂层产生缺陷时，一方面聚苯胺/磷酸锌有机-无机复合填料发生氧化还原反应，生成新的氧化膜；另一方面，聚苯胺与环氧-聚硅氧烷树脂发生交联固化反应，在基体缺陷处成膜，提高了涂层的致密性；二者协同作用使HCE3涂层试样具有最佳的耐蚀性能和自修复功能。
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  40Cr钢表面TEOS改进硅烷膜的制备及其耐腐蚀性能研究

  刘敬春, 赵衍涛, 孙中浩, 赵永武

  表面技术. 2017, 46(5): 231-237. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.037

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  目的 为了提高钢材表面的耐腐蚀性能。方法 采用含正硅酸乙酯（TEOS）的硅烷液，在40Cr合金钢表面制备TEOS改进硅烷保护膜，并采用正交试验法优选出了最佳TEOS改进硅烷液的工艺参数。采用扫描电子显微镜（SEM）、中性盐雾实验失重法、电化学阻抗法和极化法对其成膜性能和耐腐蚀性进行测试。结果 TEOS改进硅烷膜的耐硫酸铜腐蚀时间相对于硅烷膜提高了近50%。电化学极化测试可以看到TEOS改进硅烷膜的腐蚀电位正移，腐蚀电流密度大幅度下降至1.883×10?6 A/cm2。电化学阻抗谱测试中，在阻抗-频率Bode图中低频区，杂化硅烷膜试样的阻抗值大于硅烷膜试样的阻抗值，表现出良好的抗腐蚀性能；相角-频率Bode图显示TEOS改进硅烷膜在中高频区出现一个宽大的平台区，而且在中高频区相位角度数大于硅烷膜的相位角度数，表现出良好的容抗性能，表明TEOS改进硅烷膜能大幅度提高40Cr的耐腐蚀性。结论 所制备的TEOS改进硅烷保护膜具有较好的成膜性，该硅烷膜坚实致密，且所形成的膜结构具有较好的耐腐蚀性能。
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  热喷涂Fe基非晶涂层耐腐蚀性与孔隙率研究进展

  姜超平, 刘王强

  表面技术. 2017, 46(5): 238-243. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.038

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  热喷涂Fe基非晶合金涂层的综合性能优异，特别是在耐磨、耐腐蚀方面具有传统晶体材料无可比拟的优势，因而广泛应用于材料表面的防护领域。然而热喷涂涂层为典型的层状结构，涂层内部会存在一定量的孔隙，致使涂层耐腐蚀性能下降。首先介绍了热喷涂Fe基非晶涂层的腐蚀机理及其影响因素，总结了热喷涂涂层孔隙产生的机制、分类和影响因素。接着重点介绍了孔隙与热喷涂Fe基非晶涂层耐腐蚀性之间关系的研究进展。最后，通过对热喷涂涂层的形成过程与孔隙形成机理进行分析，粒子铺展变形能力差是显著影响涂层形成时粒子相互嵌套叠加和变形能力的主要原因。所以，Fe基非晶涂层可以从改变喷涂粉末成分和粒度、第二项粒子加入及喷涂工艺参数优化等措施，来改善粒子铺展变形能力，提高致密度。采用激光快速表面重熔技术对涂层微表层进行快速重熔处理，同样可以达到降低涂层孔隙率、提高涂层耐腐蚀性的目的。
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  汽车油冷器典型失效分析

  徐强, 金喆民, 顾国荣, 刘欣, 王文东

  表面技术. 2017, 46(5): 244-248. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.039

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  目的 分析汽车机油冷却器的典型缺陷，寻找其产生的根本原因，制定相应的措施，从而避免此类问题的再次发生。方法 通过对失效车辆的分布进行统计分析，锁定失效车辆的范围。使用扫描电子显微镜对失效部位的微观结构进行观察，通过能谱仪对腐蚀部位周围的腐蚀产物进行分析，发现其主要成分为Al2O3，并且发现了Cl?。结合前人的腐蚀理论，并对比分析，确定腐蚀主要是由于Cl?的穿透作用导致的孔蚀。通过对防冻液进行统计分析，并对当时防冻液样品中Cl?的含量进行检测，确定腐蚀元素的来源为防冻液。通过分析防冻液的混合工艺，现场检查油库的应急操作，并且进行模拟实验，可以确定由于油库人员的操作不当导致消毒液中的Cl?被大量引入储水罐的混合用水中，最终使加注的防冻液带有强烈的腐蚀性。结果 防冻液的混合用水中Cl?的含量远高于正常水平。结论 防冻液的混合用水中Cl?含量过高，导致铝合金表面钝化膜被穿透，最终形成了典型的铝合金孔蚀失效。
表面质量控制及检测
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  基于K-SVD算法的带钢表面缺陷图像去噪

  崔东艳, 高蔚庭, 夏克文

  表面技术. 2017, 46(5): 249-254. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.040

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  目的 有效滤除带钢表面缺陷图像高斯噪声。方法 高斯噪声是影响带钢图像质量的主要噪声类型之一，针对带钢表面缺陷图像高斯噪声去噪，首先对传统K-SVD（K-means and singular value decomposition）算法中的字典进行升级改造，然后采用正交匹配追踪（OMP，Orthogonal Matching Pursuit）算法对图像进行重构，滤除噪声，最后运用此算法对缺陷图像进行高斯滤波处理。为验证该算法去噪效果，选取几种常见的典型缺陷图像（划伤、气泡、氧化色、粘结纹）进行测试仿真，并选用中值滤波、均值滤波、小波变换、维纳滤波、3维块匹配（BM3D）等多种传统滤波方法进行比较。结果 该算法对四种典型缺陷去噪的PSNR（Peak Signal to Noise Ratio）值平均可达33.976 dB，MSE（Mean Square Error）平均值为27.607，SSIM（Structural Similarity）平均值为0.912。结论 该算法对带钢表面缺陷重构图像的边缘细节清晰，PSNR、MSE、SSIM三个性能指标明显优于其他传统滤波算法，去噪效果良好。
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  哈氏合金C-276电抛光中抛光液的失效分析

  胡宗林, 陆玲, 庄维伟

  表面技术. 2017, 46(5): 255-260. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.041

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  目的 哈氏合金C-276带材被广泛用作第二代高温超导体YBCO的金属衬底，其表面抛光质量（粗糙度Ra）要求极为严格。为了保证抛光质量就要有效控制电化学抛光液，对抛光液的变化及失效与否进行分析。方法 以哈氏合金C-276带材为研究对象，采用非接触式电化学抛光方法，使用扫描电镜、原子力显微镜、金相显微镜、微波等离子体原子发射光谱仪等仪器设备，阐明了抛光液中H3PO4和H2SO4等主要成分的作用及工艺要求，并测定单位体积抛光液在一定时间内通过电量（Ah/L）后，H3PO4、H2SO4含量及Ni、Cr、Mo等金属离子浓度。结果 当H3PO4、H2SO4含量分别在775～1013 g/L、318～451 g/L范围内，Ni、Cr、Mo三种金属离子质量浓度分别小于7.3、2.7、3.4 g/L时，C-276带材表面的粗糙度才能满足工艺要求Ra<1 nm（5 μm× 5 μm）。结论 通过对电化学抛光液中的H3PO4、H2SO4、添加剂、金属离子浓度等有效控制，采用非接触式电化学抛光，实现了千米级哈氏合金第二代高温超导带材的连续生产，并且表面粗糙度Ra<1 nm。
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  抛光液pH值、温度和浓度对蓝宝石抛光效率的影响

  董双阳, 颜志强, 刘祖耀, 冉红锋, 张俭, 屠锡富, 黄勇, 杨春光

  表面技术. 2017, 46(5): 261-265. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.042

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  目的 研究抛光液pH值、温度和浓度对化学机械抛光蓝宝石去除率的影响，以提高抛光效率。方法 采用CP4单面抛光试验机对直径为50.8 mm C向蓝宝石晶元进行化学机械抛光，通过电子分析天平对蓝宝石抛光过程中的材料去除率进行了分析，采用原子力显微镜（AFM）对蓝宝石晶元抛光前后的表面形貌和粗糙度（Ra）进行了评价。结果 蓝宝石在化学机械抛光过程中的材料去除率均随抛光液pH值和温度的升高呈先增大后减小趋势。当抛光原液与去离子水按1:1的体积比混合配制抛光液，KOH调节pH值为12.2，水浴加热抛光液35 ℃时，蓝宝石抛光的材料去除率（MRR）达到1.119 μm/h，Ra为0.101 nm。结论 随着pH的增大，化学作用逐渐增强，而机械作用逐渐减弱，在pH为12.2的时候能达到平衡点，此时的MRR最佳；随着温度的升高，化学作用逐渐增强，而机械作用保持不变，抛光液温度为35～40 ℃时，化学作用与机械作用达到平衡，MRR最佳，当温度高于40 ℃后，抛光液浓度明显增大，而过高的浓度会导致MRR的减小。抛光液的相关性能优化后，化学机械抛光蓝宝石的MRR较优化前提高了71.4%。
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  无机固体润滑处理热镀锌板在汽车中的应用

  李双一, 王光, 刘翰志, 任晓辉

  表面技术. 2017, 46(5): 266-271. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2017.05.043

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  目的 降低汽车生产成本，提高汽车生产效率。方法 采用平板拉延法测定无机固体润滑处理热镀锌板与普通热镀锌板等在拉延过程中摩擦系数，分析其随时间变化的趋势；采用SEM观察拉延后各钢板的表面形貌差异；采用拉深试验对比无机固体润滑处理热镀锌板与普通热镀锌板的最大拉深力和最大杯高；采用模拟焊接法对比两者的可焊电流区间、可焊电流宽度、最大剪切力和纽扣直径；采用随车挂片的方法对比两者的磷化、电泳性能。即分别评价无机固体润滑处理热镀锌板和普通热镀锌板在冲压、焊接、涂装性能的差异性。结果 冲压性能方面，无机固体润滑处理热镀锌板的摩擦系数较普通热镀锌板降低23%，且微区表面与其他工艺表面的钢板相比几乎无磨损、划伤存在。拉深试验中最大拉深力下降4.5%，最大杯高增加9.5%，无机固体润滑处理热镀锌板具有更优的冲压性能。焊接性能方面，前者较后者的可焊电流区间下降0.6 kA，可焊电流宽度都为1.2 kA，前者的最大剪切力为2.75 kN，后者剪切力为2.6 kN，前者的纽扣直径为5.8 mm，后者的纽扣直径为5.2 mm，焊接性能相差不大。涂装性能方面，前者磷化膜重为3.12 g/mm2，后者磷化膜重为3.09 g/mm2，磷化性能相当，且两者的电泳膜性能试验全部通过。经试冲500次发现，无机固体润滑处理热镀锌板可有效防止模具粘锌。结论 无机固体润滑处理热镀锌板和普通热镀锌板相比，有更优的冲压性能，焊接、涂装性能相当，且能有效改善锌层脱落。而且，无机固体润滑处理热镀锌板替换普通热镀锌板，可降低整车生产成本，提高生产效率。