2018年, 第47卷, 第10期　
刊出日期：2018-10-20

  

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专题——金属材料的表面缓蚀组装技术
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  点击化学反应及其在材料保护领域的应用

  施成, 高立新, 张大全

  表面技术. 2018, 47(10): 1-10. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.001

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  点击化学反应是一种模块化合成新物质的方法，具有环保、高产率、反应条件温和等特点，在材料保护和材料表面修饰等领域展现出极大的发展空间。点击化学反应可以简单高效地合成聚合物，使其在防护性涂层材料制备中具有重要地位。通过利用点击化学反应可以检测材料的损伤情况，并实现材料失效的可视化，这为防护性材料的开发提供了全新的研究思路。点击化学反应还可以高效地往缓蚀剂分子中引入不同的官能团，从而得到具有不同特性的分子结构，进而有效地提高缓蚀剂的缓蚀效率。另外点击化学反应能够实现材料表面特定部位的局部修饰，具有可定量、可定位的特点。但是在材料保护领域得到应用的点击反应数量仍然很少，仍需对点击反应的催化剂和反应条件进行研究。简要地介绍了点击化学基本概念以及特点，重点探讨了其在材料保护领域的应用，主要包括防护性材料的制备、缓蚀剂合成、表面处理等方面，总结了点击化学技术目前在材料保护应用中存在的问题，并对其发展前景进行了评述。
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  盐酸溶液中Tween-80和CTAB对Q235钢的缓蚀协同作用

  张银辉, 王玮, 常洪莉, 宫敬

  表面技术. 2018, 47(10): 11-21. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.002

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  目的 探究Tween-80（失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚）和CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）共同存在于盐酸溶液中时，两者对钢材的缓蚀协同作用。方法 采用失重法、极化曲线、阻抗谱、协同参数、SEM图和AFM图，对钢材腐蚀的电化学特征、Tween-80和CTAB的协同作用效果以及钢材腐蚀后的表面形貌进行探究。结果 在各反应温度下，当不同浓度Tween-80与2?10?5 mol/L CTAB共同作用于1 mol/L盐酸溶液中时，腐蚀电流密度显著减小，电荷转移电阻显著增大。复配缓蚀剂属于混合型缓蚀剂，能够同时抑制阴极和阳极反应，其缓蚀效率随反应温度升高而下降。当反应温度为30、40、50 ℃时，复配缓蚀剂分别在Tween-80浓度为5?10?6、2?10?5、2?10?5 mol/L的条件下达到最佳缓蚀效果，最佳缓蚀效率分别为97.05%、94.00%和93.96%。SEM图和AFM图显示，钢材在含复配缓蚀剂的盐酸溶液中反应12 h后，表面平坦，平均粗糙度很小。结论 Tween-80与CTAB以一定浓度共同存在于盐酸溶液中时，两者之间具有很好的协同作用。复配缓蚀剂能够显著提高缓蚀效率，有效地抑制钢材的腐蚀。
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  超分子缓蚀剂在冷凝水管线钢表面的组装机理

  樊保民, 郝华, 杨彪, 马震, 冯云皓

  表面技术. 2018, 47(10): 22-29. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.003

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  目的 探究十八胺超分子缓蚀剂（HPDA）在蒸汽冷凝水中对碳钢的缓蚀效应，明晰其在冷凝水管线钢表面的组装机理。方法 采用动态失重（旋转挂片）法、电化学测试与表面微观形貌观察，分析HPDA在40 ℃冷凝水中对20#钢的缓蚀效应，并通过X-射线光电子能谱与静态接触角变化，明确HPDA在20#钢表面的缓蚀组装机理。结果 动态失重结果表明，HPDA可有效减缓20#钢在冷凝水中的腐蚀，随添加浓度的升高，腐蚀速率下降，缓蚀率上升；当添加100 mg/L HPDA，浸泡72 h后，缓蚀率达到94.11%；同时，在同一添加浓度（100 mg/L）下浸泡约60 h后，缓蚀率开始趋于平稳。动电位扫描研究表明，HPDA可同时抑制20#钢在冷凝水中腐蚀反应的阳极与阴极过程并减小腐蚀电流密度，有效减缓腐蚀，且随添加浓度的增加，缓蚀效果增强，属于阳极抑制为主的混合型缓蚀剂。电化学阻抗谱研究表明，20#钢在冷凝水中的腐蚀仅受电荷转移控制，添加HPDA不改变腐蚀机理，但可显著增大极化阻抗以减缓腐蚀。表面形貌分析显示，加入HPDA后，20#钢试样表面未发现明显的腐蚀迹象，且粗糙度接近新打磨试样。同时，经HPDA处理后的20#钢试样表面呈现疏水特征，且未检测到主体化合物（羟丙基-β-环糊精）的相关价键信息，说明仅有客体十八胺分子在碳钢表面组装成膜。结论 HPDA可有效减缓20#钢在冷凝水中的腐蚀，通过“释放”客体十八胺分子并使其在碳钢表面有序组装形成疏水膜来发挥缓蚀作用。
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  巯基有机硅溶胶-凝胶涂层对铜合金H90的腐蚀防护性能研究

  沈路力, 彭叔森, 王刚, 曾志翔, 乌学东

  表面技术. 2018, 47(10): 30-36. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.004

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  目的 研究巯基有机硅溶胶-凝胶涂层对铜合金H90的保护性能。方法 以不同比例的巯基丙基三甲氧基硅烷（MAPMS）与正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体，以乙酸作为催化剂，制备含巯基官能团的溶胶-凝胶，并通过浸涂法将该溶胶-凝胶涂层施加到铜合金H90上，并在120 ℃下烘干成膜。利用电化学、盐雾、接触角等一系列的手段考察巯基有机硅溶胶-凝胶涂层在铜合金H90基材上的防腐蚀、疏水性、铅笔硬度等性能。结果 当MAPMS与TEOS物质的量比达到1.5∶1时，自腐蚀电流密度为1.16×10?8 A/cm2，膜层铅笔硬度可达5H，在H90黄铜上的附着力等级达到0级，具有最佳的防腐蚀性能。中性盐雾测试中，物质的量比为1∶1的测试组在第8 d时出现了少量腐蚀斑点，但在接下来的30 d内，腐蚀并未扩大；其他测试组在30 d测试中，未出现明显腐蚀。结论 巯基有机硅溶胶-凝胶涂层具有良好的硬度以及附着力，并能显著提高铜合金H90表面防腐蚀性能。
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  TX-100与MBI复配体系对Q235钢的缓蚀性能

  王泽世, 刘金彦, 巴魁智, 王璐

  表面技术. 2018, 47(10): 37-44. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.005

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  目的 通过分析曲拉通（TX-100）与2-巯基苯并咪唑（MBI）复配体系在酸性介质中对Q235钢的缓蚀情况，获得缓蚀效果最佳条件，如两者的配比、浓度等，分析其缓蚀效果和机理。方法 采用静态失重法对缓蚀剂的缓蚀性能进行了初步判定，用极化曲线法和交流阻抗法进一步研究缓蚀机理和效率，通过SEM和XPS对不同情况下的碳钢进行表面形貌观察和表面成分分析，采用综合分析法研究混合缓蚀剂对碳钢表面的缓蚀机理。结果 保持混合缓蚀剂总浓度2×10?4 mol/L，TX-100和MBI以不同摩尔比混合时，随着TX-100摩尔分数α(TX-100)的增加，缓蚀效率增大。当α(TX-100)=50%时，缓蚀效果达到90%，继续增大α(TX-100)，缓蚀效率减小。当TX-100和MBI等摩尔混合时，随着总浓度的增大，缓蚀效率增大。当达到2×10?4 mol/L时，再增大缓蚀剂的总浓度，缓蚀效率没有明显增大，且达到90%以上。分析表明，两种缓蚀剂TX-100和MBI之间存在分子间相互作用，使其在Q235钢表面形成致密牢固的保护层，且混合物属于控制阴极反应为主的混合型抑制剂。结论 经过优选TX-100和MBI混合缓蚀剂的配比和浓度，降低了MBI的用量和缓蚀剂的应用成本，同时为金属防腐奠定了理论基础。
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  环己胺甲基脲气相缓蚀剂的缓蚀作用研究

  张宏亮, 冯礼奎, 宋小宁, 钱洲亥, 高立新, 李凯帆, 张大全

  表面技术. 2018, 47(10): 45-50. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.006

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  目的 考察环己胺甲基脲（CAU）气相缓蚀剂的防腐蚀性能和成膜特性。方法 采用密闭空间挥发减量实验考察了CAU气相挥发能力，通过气相缓蚀能力实验和气相防锈甄别实验研究了它对碳钢的气相缓蚀保护作用，采用ACM电极技术考察了CAU预膜对碳钢电极腐蚀电化学行为的影响，通过XPS技术分析了其在碳钢表面的吸附成膜特性。结果 环己胺甲基脲的挥发性较小，72 h、50 ℃条件下密闭空间挥发减量大约为1.0%。经过20 h诱导期，气相缓蚀实验的碳钢试片无锈蚀。气相防锈甄别实验中，CAU可以使碳钢的腐蚀率从311.9 mg/(m2?h)降低至64.76 mg/(m2?h)，对碳钢缓蚀效率为79.24%。CAU预膜电极电化学阻抗谱呈现弥散效应，经过30 min的CAU预膜，碳钢电极的电荷传递电阻从1.32 kΩ?cm2 提高到3.81 kΩ?cm2。环己胺甲基脲可以挥发到达碳钢表面，通过分子中的N原子、O原子和Fe原子发生化学配位作用，吸附在碳钢表面形成保护膜。结论 环己胺甲基脲是性能优良的碳钢气相缓蚀剂。
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  邻菲罗啉及其衍生物在1 mol/L盐酸中的缓蚀性能研究

  吕艳丽, 王艳秋, 周丽, 汪琦, 金辉, 李晓

  表面技术. 2018, 47(10): 51-58. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.007

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  目的 制备高效、经济的邻菲罗啉衍生物缓蚀剂。方法 采用失重法、极化曲线、电化学阻抗法研究邻菲罗啉（PHEN）及其衍生物2-苯基-1H-咪唑[4,5-f]-1.10邻菲罗啉（PIPH）在不同浓度、不同温度下，在盐酸溶液中对低碳钢的缓蚀性能。采用扫描电镜（SEM）观测了未添加和添加不同缓蚀剂时低碳钢表面的腐蚀形貌。利用量子化学计算初步探讨了PHEN和PIPH分子结构与缓蚀效能的关系。结果 PHEN和PIPH的缓蚀效率均随着浓度的增加而增加，随着温度的升高而降低，在相同条件下，PIPH的缓蚀性能好于PHEN。30 ℃、缓蚀剂浓度为1 mmol/L时，PHEN和PIPH的缓蚀效率最高，分别为97.4%和99.5%。缓蚀剂在低碳钢表面遵循Langmiur吸附， 分别为?21.44和?24.28 kJ/mol。电化学测试结果显示，二者均为以阳极抑制为主的混合型缓蚀剂。扫描电镜结果显示，缓蚀剂有效抑制了盐酸对低碳钢的腐蚀。结论 PHEN和PIPH这两种缓蚀剂在1 mol/L盐酸介质中均表现出良好的缓蚀性能，且含有多氮吸附中心的PIPH缓蚀效果明显好于PHEN。
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  渤海某油田混合注水系统CO2/H2S腐蚀缓蚀剂的开发

  陆原, 赵景茂, 张茂, 陈胜利, 胡廷, 张勇

  表面技术. 2018, 47(10): 59-65. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.008

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  目的 缓解渤海某油田混合注水出现严重的CO2/H2S腐蚀、现场检测挂片的点腐蚀非常明显等问题。方法 首先合成一种适合该油田工况的咪唑啉季铵盐（LH-31），再通过复配得到最优的缓蚀剂配方。结果 利用动态高温高压釜，在95 ℃、0.15 MPa CO2（含100 μg/g H2S）、总压0.5 MPa N2、流速1.5 m/s、试验时间72 h条件下，测得空白平均腐蚀率为2.01 01 mm/a，点腐蚀速率1.1106 mm/a。添加40 mg/L的LH-31后，平均腐蚀率降至0.1000 mm/a，点腐蚀速率降至0.5789 mm/a。LH-31的红外谱图中，在879.31 cm-1出现一个吸收峰，可能是季氮原子与相邻碳之间的伸缩振动，说明形成了环状季铵盐类化合物。LH-31与硫脲和苯甲酸钠之间具有协同效应，添加4%硫脲和3%苯甲酸钠组成的高效复合缓蚀剂2E，可将平均腐蚀速率降至0.0200 mm/a，点腐蚀速率降至0.0751 mm/a。极化曲线测试表明缓蚀剂2E为阳极抑制型缓蚀剂。缓蚀剂2E在现场进行了试验，通过旁路腐蚀试验测试1 d后，前后加注40 mg/L的缓蚀剂2E，试片的平均坑深由0.139 μm降低至0.0258 μm。结论 缓蚀剂2E能有效抑制该渤海油田混合注水的均匀腐蚀和点腐蚀。
表面强化及功能化
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  系列季铵盐型表面活性剂润湿性能与润湿模型研究

  姚同玉, 萧汉敏, 孙灵辉

  表面技术. 2018, 47(10): 66-71. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.009

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  目的 表征表面活性剂对油藏岩石表面润湿性的影响。方法 用5%二甲基硅油乙醇溶液将云母片处理为亲油表面，配制不同浓度的单链型、二聚型和低聚型季铵盐表面活性剂蒸馏水溶液和盐水溶液，以正十二烷作油相，采用接触角测量仪测定表面活性剂溶液在天然云母片和亲油云母片表面的接触角，分析不同类型表面活性剂的润湿机制，建立相应的润湿模型，得到不同表面活性剂溶液的润湿因子，并与实验进行验证。结果 低聚型表面活性剂OL1在低浓度时将天然亲水云母片变为强亲油表面，在高浓度时又将其变为亲水表面，在蒸馏水中质量分数为0.2%时可将接触角反转为141.31°（盐水中120.08°），质量分数为0.5%时又将接触角降低为80.47°（盐水中85.10°）。单链型表面活性剂SC1容易将亲油云母片表面转变为亲水表面，在蒸馏水中质量分数为0.5%时可将接触角反转为65.78°（盐水中65.51°）。二聚型表面活性剂DI1对润湿性的影响较弱。建立的润湿模型普适性较强，与实验结果吻合较好。结论 不同类型季铵盐表面活性剂对岩石表面润湿性的影响不同，建立的润湿模型能贴切反映表面活性剂溶液在云母片表面的润湿行为。
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  磁性粉体包覆式核壳型复合吸波材料研究进展

  刘渊, 刘祥萱, 何春平, 王炜

  表面技术. 2018, 47(10): 72-80. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.010

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  近年来，随着军事隐身技术及电磁污染防治的需要，吸波材料的研究引起了越来越多的关注。传统的吸波材料，如铁氧体、金属微粉、碳材料及导电聚合物等，难以满足“薄、宽、轻、强”的综合要求，磁性粉体包覆式核壳型复合吸波材料可同时具备核层和壳层材料的性能，能表现出优异于单组分材料的良好吸波能力，近年来成为研究的热点。首先阐述了核壳结构磁性复合吸收剂的结构形式，重点综述了近年来有关磁性粉体包覆式核壳型复合吸波材料的研究成果，并进行了归纳、评述，将磁性粉体包覆式核壳型复合吸波材料分为两大类—磁-磁复合核壳型吸收剂及电-磁复合核壳型吸收剂。在此基础上，结合课题组近年来研究成果，论述了羰基铁包覆式核壳型吸收剂。最后指出了磁性粉体包覆式核壳型复合吸波材料未来研究亟待解决的问题和发展方向。
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  质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性研究进展

  李伟, 李争显, 刘林涛, 王浩楠

  表面技术. 2018, 47(10): 81-89. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.011

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  双极板是质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）的关键部件，对燃料电池的寿命、成本及性能具有重要影响。相比于石墨双极板和碳基复合材料双极板，金属双极板体积小、强度高、导电性能优异，已成为PEMFC双极板的主流材料。然而金属双极板易在PEFMC两极环境中产生腐蚀，且极板表面生成的氧化膜会降低其导电性，严重阻碍了金属双极板的进一步应用。从金属双极板基材选材、涂层结构设计及其性能等方面综述了金属双极板表面改性研究进展，特别探讨了金属双极板金属基涂层（贵金属、金属碳/氮化物、合金等）和碳基涂层（石墨、导电聚合物、无定型碳等）的最新研究成果，从涂层的膜基结合强度、耐蚀性、导电性和疏水性等方面探讨了现有涂层的优劣，涂层结构复合和纳米化有助于提升涂层的致密性，同时可进一步提升涂层导电性和耐蚀性。如何降低金属双极板材料和表面改性成本，提高极板耐蚀性、导电性和可靠性成为双极板研究的趋势，其对PEFMC性能提升和产业化推进具有重大意义。
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  Co3O4-CoAl2O4薄膜的热处理温度对Co-WC选择性涂层吸收性能的影响规律研究

  张学敏, 张雄, 柯成竹, 李永甲, 王晓波, 毛家玮, 程旭东

  表面技术. 2018, 47(10): 90-96. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.012

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  目的 提高Co-WC太阳能选择性吸收涂层的吸收性能。方法 采用溶胶-凝胶法在超音速火焰喷涂（HVOF）制备的Co-WC涂层上涂覆Co3O4-CoAl2O4薄膜。在大气环境下，对样品进行梯度温度热处理，通过XRD表征在不同热处理温度下涂层的组成成分；利用FE-SEM和表面粗糙度仪观察涂层表面微观结构和测量涂层表面粗糙度；通过天平称量涂层质量变化来评价Co3O4-CoAl2O4涂层在不同温度下的服役性能；借助EDS分析Co3O4-CoAl2O4涂层的元素分布情况；使用UV-Vis-NIR分光光度计测试涂层的吸收性能。结果 经过Co3O4-CoAl2O4薄膜改善后，Co-WC涂层的吸收性能提高。其中在650 ℃热处理温度下，Co3O4-CoAl2O4涂层的吸收率最佳，α=0.901，表面为典型的尖晶石结构，晶粒尺寸细小，表面粗糙度为3.519 μm。650 ℃热处理温度下，Co3O4-CoAl2O4涂层在40 h抗超声震荡实验和20次抗热震实验中，相比其他热处理温度下的样品，质量变化最小，分别为14.9 mg和0.5 mg，且涂层的吸收率维持在0.89左右。结论 Co3O4-CoAl2O4薄膜通过选取合适的热处理温度，可以在改善Co-WC涂层表面状态的同时，一定程度上提高吸收性能。
表面摩擦磨损与润滑
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  MoS2/Pb-Ti多层薄膜的结构和摩擦学性能

  赵晓宇, 张广安, 王立平, 薛群基

  表面技术. 2018, 47(10): 97-106. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.013

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  目的 设计MoS2/Pb-Ti多层薄膜，改善真空和大气环境下的摩擦学性能。方法 采用磁控溅射技术沉积MoS2/Pb-Ti多层薄膜，通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射(XRD)、纳米压痕仪、真空和大气摩擦磨损实验，分别评价MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面形貌、微观结构、力学性能、真空和大气环境下的摩擦学性能，并通过光学显微镜、能谱仪（EDS）、Raman光谱仪对磨痕及磨斑进行分析。结果 随着MoS2层厚度的增加，MoS2/Pb-Ti多层薄膜的表面颗粒逐渐细化，变得更加光滑。同时，微观结构由金属相主导转变为由MoS2相主导，弹性模量逐渐降低，硬度则先升高后降低。在真空环境下，MoS2/Pb-Ti多层薄膜的摩擦系数低至0.01，磨损率低至2.2×10?7 mm3/(N?m)，大气环境下摩擦系数低至0.07左右，磨损率低至2.7×10?7 mm3/(N?m)。 结论 在真空摩擦磨损实验中，MoS2层厚度过薄时，MoS2/Pb-Ti多层薄膜的磨损机制为粘着磨损，MoS2层厚度增加有助于形成稳定的转移膜，使得摩擦磨损大幅降低。在大气摩擦磨损实验中，Ti保护MoS2的结构免于H2O和O2的破坏，使体系具有低而稳定的摩擦磨损。
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  多项式函数结合对数螺旋线方程的织构型线优化

  田再浩, 马金奎, 路长厚, 陈淑江, 聂玉龙

  表面技术. 2018, 47(10): 107-115. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.014

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  目的 为提高一种新型动静压转台承载能力，对其动压楔形织构型线进行优化设计。方法 首先求解动压楔形织构承载性能，并将其承载能力作为优化目标。以多项式函数结合对数螺旋线方程表达织构型线，并以多项式系数作为设计变量建立优化模型。选用布谷鸟搜索算法求解该优化模型，并探究不同结构参数下的最优解变化规律。最后，比较本方法得到的最优织构和最优单一螺旋角织构的润滑性能。结果 综合考虑计算精度和时间，选取半径的二次多项式函数表达织构型线螺旋角。最优织构型线形状的变化规律为：随半径增大，先顺时针弯折，再逆时针弯折，其螺旋角先增大，再减小。摩擦副膜厚越大，最优型线顺时针弯折趋势越明显，最小螺旋角和终止螺旋角越小，最大动压承载力越小。织构个数越多，型线上各点螺旋角越小，最大动压承载力越大。结论 该优化设计方法突破了规则几何形状的限制，并在表达更多可能织构型线的基础上减少了设计变量个数。相比最优单一螺旋角织构，该最优型线下的织构有更优良的润滑性能，证明了该设计方案的应用价值。
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  磺化石墨烯与纳米氧化铝改性聚甲醛复合材料的导热及摩擦学性能研究

  董佩冉, 龙春光, 刘思佳, 彭鑫, 彭鹰

  表面技术. 2018, 47(10): 116-122. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.015

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  目的 探究纳米氧化铝（αAl2O3）和磺化石墨烯（S-GNS）对聚甲醛（POM）复合材料导热性能和摩擦学性能的影响，分析两种填料的协同改性机理。方法 以S-GNS、αAl2O3和POM为原料，通过静电自组装法制备S-GNS-αAl2O3复合体，采用模压成型法制备S-GNS-αAl2O3/POM复合材料。采用X射线衍射仪、红外光谱仪及扫描电子显微镜对S-GNS和S-GNS-αAl2O3复合体进行表征，并采用导热系数测试仪和摩擦磨损试验机对复合材料的导热系数、摩擦系数和磨损量进行测试。利用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌。结果 αAl2O3和S-GNS协同改性能够有效改善POM的导热性能，当S-GNS-αAl2O3复合体含量为7%（质量分数，下同）时，S-GNS-αAl2O3/POM复合材料导热系数为0.2524 W/(m?K)，比纯POM提高了25.3%，S-GNS起到传递热量和提高αAl2O3与POM界面相容性的作用。S-GNS的加入，提高了S-GNS-αAl2O3/POM复合材料的热稳定性，有效地减少了αAl2O3磨粒对基体的损伤；αAl2O3的加入则分担了载荷，提高了复合材料的耐磨性。随着S-GNS-αAl2O3复合体含量的增加，S-GNS-αAl2O3/POM复合材料的摩擦系数逐渐降低，磨损量也呈降低趋势，且磨损表面光滑，磨损机理为磨粒磨损和轻微的犁沟切削。结论 S-GNS和αAl2O3在POM中能发挥协同作用，有效提高了POM复合材料的导热性能和摩擦学性能。
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  纳米Al2O3和MgO对超高性能混凝土耐磨性的影响及机理

  李双欣, 高小建

  表面技术. 2018, 47(10): 123-130. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.016

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  目的 基于材料制备角度，使用纳米材料提高超高性能混凝土（UHPC）强度，进而提高基体耐磨性。方法 纳米Al2O3和MgO分别以不同质量分数（0.05%、0.1%、0.15%、0.2%和1%）掺入UHPC，测试不同龄期力学强度及耐磨性，选取典型试件进行29Si和27Al的NMR和XRD分析，研究其内部结构特征，为分析纳米材料对UHPC强度及耐磨性的影响机理提供理论依据。结果 掺入纳米MgO的UHPC试件强度及耐磨性皆优于空白及纳米Al2O3试样，尤其是当掺量为0.35%（Mg-2）时，7 d抗压强度和抗折强度是空白样的1.11倍，磨损量减少了10%，但不同纳米MgO对UHPC性能的影响程度略有不同。微观分析表明，纳米MgO促进水泥水化进程，生成较其他试样更多的水化产物，因此UHPC内部结构较致密。但是纳米MgO又同时促进了水滑石的形成，随着纳米MgO掺量的增多，水滑石的产量也随之增多，不利于结构致密化。结论 纳米UHPC的耐磨性与抗压强度呈正比关系。纳米MgO可促进水泥水化进程，使UHPC内部结构致密化，利于基体抗压强度和耐磨性的提高。但过量掺入导致水滑石在外部水化区域急剧形成，不利于机体性能的提高，掺入量为0.35%较为适合。
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  两步法制备TiO2/(PTFE+石墨)微弧氧化复合膜层及其摩擦磨损行为

  陈孝文, 蒋烜, 张德芬, 赵鹏飞, 陈晓平, 廖丹丹, 施太和

  表面技术. 2018, 47(10): 131-138. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.017

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  目的 提高钛合金钻杆的耐磨性能。方法 先对钛合金钻杆表面进行微弧氧化处理，然后再对微弧氧化层进行（PTFE+石墨）复合处理，得到（PTFE+石墨）复合膜层。利用扫描电镜（SEM）观察TiO2/(PTFE+石墨)复合膜层的表面形貌，通过能谱（EDS）分析膜层元素的含量，用X射线衍射（XRD）分析复合膜层的相组成，用多功能摩擦磨损试验机测试膜层的摩擦磨损性能，并利用三维显微镜（白光干涉仪）观察微弧氧化层磨损后磨痕的三维形貌。结果 PTFE和石墨进入钛合金微弧氧化层的微孔中，并在表面形成薄薄的一层PTFE+石墨复合涂层。膜层中主要含有Ti、O、Si、Al、P、V、C、F等元素，其中碳和氟质量分数分别达到9.96%和25.53%。XRD分析结果表明，TiO2/(PTFE+石墨)复合膜层中除了锐钛矿型TiO2和金红石型TiO2外，还含有PTFE和石墨。TiO2/(PTFE+石墨)复合膜层的摩擦系数为0.19，磨痕宽度和深度分别为210 μm和1.5 μm，相对耐磨性达到18.73。复合膜层的磨痕没有明显的铧犁沟，磨痕比较平整。与TC4钛合金基体相比，TiO2/(PTFE+石墨)复合膜层的耐磨性得到了明显提高。TiO2/(PTFE+石墨)复合膜层的磨损以磨粒磨损为主，伴有粘着磨损。结论 采用两步法对钛合金进行TiO2/(PTFE+石墨)复合处理后，可有效提高钛合金的耐磨性能。
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  添加Y对电弧离子镀TiAlN薄膜结构和摩擦磨损性能的影响

  郭策安, 赵宗科, 胡明, 尚光明, 周峰, 张健

  表面技术. 2018, 47(10): 139-144. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.018

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  目的 为进一步提高电弧离子镀TiAlN薄膜的摩擦磨损性能，研究添加元素Y对CrNi3MoVA钢表面电弧离子镀TiAlN薄膜微观组织结构、硬度、弹性模量及摩擦磨损性能的影响。方法 采用Ti-50Al和Ti-49Al-2Y合金靶，利用电弧离子镀技术在CrNi3MoVA钢表面制备两种氮化物薄膜，利用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机分别测试了两种薄膜的硬度、弹性模量和摩擦系数，并用SEM、TEM、EDS、GIXRD分析了两种薄膜磨损前后的形貌、成分、相结构。结果 添加Y降低了TiAlN薄膜的晶粒尺寸，使其由柱状晶结构转变为近似等轴晶结构。TiAlYN薄膜的硬度较TiAlN薄膜提高了约25%，其弹性模量与TiAlN薄膜相近。与Si3N4对磨时，在加载载荷为20 N、往复行程为10 mm、往复速率为400 r/min的条件下，TiAlN薄膜的稳定摩擦系数为0.70~0.75，而TiAlYN薄膜的稳定摩擦系数为0.60~0.65，TiAlYN薄膜的磨损率较TiAlN薄膜的磨损率减小了约47%。TiAlN薄膜与TiAlYN薄膜的主要磨损机制均为刮擦磨损，TiAlN薄膜的失效机制主要是脆性裂纹导致的剥落。结论 添加Y对TiAlN薄膜具有明显的减摩耐磨作用，并提高了TiAlN薄膜在摩擦磨损过程中的抗开裂和抗剥落性能。
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  Al2O3-TiO2对铝合金表面激光熔覆NiAl涂层组织性能的影响

  雷临苹, 叶宏, 宋坤, 卢秀华, 郑杰, 欧林南, 冯凯

  表面技术. 2018, 47(10): 145-150. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.019

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  目的 进一步提高6061铝合金表面的硬度、耐磨性。方法 应用脉冲Nd:YAG激光器在6061铝合金表面制备了NiAl合金涂层和NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层。通过SEM、X射线衍射仪系统研究了Al2O3-TiO2陶瓷相添加对NiAl熔覆层组织形貌、成分分布、物相组成的影响。利用HVS-1000硬度测试仪及HSR-2M高速摩擦磨损机，对熔覆层硬度分布及耐磨性进行测试分析。结果 Al2O3-TiO2陶瓷颗粒加入使涂层宏观成形质量明显提高，表面平整光滑、波纹均匀，熔覆层枝晶间距减小，组织结构明显细化。与NiAl熔覆层相比，在NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层中，具有较高硬度的Al3Ni、Al3Ni2硬质相含量增大。同时，高硬度Al2O3和良好韧性的TiO2、NiTi金属间化合物在复合涂层内部形成。NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的显微硬度平均可达650HV0.2，相比NiAl涂层提高了300HV0.2；磨损体积仅为铝合金基体的1/9，相比NiAl涂层降低了35%。干摩擦条件下，NiAl/Al2O3-TiO2复合涂层的犁削、剥落现象显著降低。结论 在细晶强化、硬质相弥散强化及良好韧性的NiTi金属间化合物共同作用下，6061铝合金表面硬度和耐磨性得到显著提高。
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  刀具表面磁控溅射CrN涂层及其耐磨性能研究

  钟厉, 龙永杰, 韩西

  表面技术. 2018, 47(10): 151-156. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.020

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  目的 提高刀具耐磨性能，延长刀具材料的使用寿命，减小刀具在加工过程中的磨损。方法 采用射频磁控溅射法在高速钢刀具表面沉积CrN涂层，用XRD、FESEM等分析涂层的组织结构与微观形貌，用X射线谱仪（EDS）测量涂层成分含量及其分布，用划痕仪测定膜基结合力，用球-盘磨损仪进行磨损实验。探讨不同摩擦条件下涂层的耐磨性能，探究不同摩擦条件对未镀膜刀具与镀膜刀具摩擦学性能的影响，对比分析摩擦系数、磨痕深度、磨痕宽度随参数变化的规律。结果 磁控溅射制备出结构致密、轮廓清晰、表面平整度趋于光滑的CrN涂层，涂层呈现三角锥形貌，具有明显的CrN(111)择优取向，膜基结合力为31.6 N。磨损试验表明，高载荷条件下（载荷5 N），未镀膜刀具磨损较严重，磨痕颜色较深，磨痕深度与宽度分别为27.6、980.2 μm，摩擦系数为0.498。镀膜刀具磨痕两侧只有轻微的犁沟和较少的磨屑堆积，表面磨痕颜色较浅，磨损轻微，磨痕深度与宽度分别为2.25、570.8 μm，摩擦系数为0.314。结论 在高速钢刀具表面沉积CrN涂层能显著提高刀具的耐磨性能，刀具在磨损试验中磨痕深度、磨痕宽度和摩擦系数均较小。
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  不同稀土掺杂固体渗铬对Cr-RE渗层结构及性能的影响

  唐相国, 代明江, 韦春贝, 匡同春, 林松盛, 侯惠君

  表面技术. 2018, 47(10): 157-164. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.021

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  目的 改善GCr15轴承钢的表面性能，以满足其在重载恶劣工况下服役的要求。方法 采用固体包埋法对GCr15轴承钢进行渗铬处理，通过添加不同的稀土氧化物La2O3、Y2O3和CeO2，获得三种Cr-RE渗层。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDS）、显微维氏硬度计、Rockwell-C硬度计及球-盘式摩擦磨损试验机，对Cr-RE渗层的表面形貌、截面形貌、物相组成、渗层成分、显微硬度、结合强度和摩擦磨损性能分别进行表征。结果 不同稀土元素添加都能在GCr15轴承钢表面形成一层致密、连续的稀土改性渗铬层，其厚度为10 μm，其中Cr-La渗层韧性和结合强度最好，其压痕等级为HF1。Cr-RE渗层主要由Cr7C3、Cr2C和(Cr,Fe)7C3等相组成。Cr-RE渗层能显著提高基体表面硬度，其中Cr-Y渗层表面硬度最大可达1520 HV。三种Cr-RE渗层均有提高耐磨性和减摩作用，其中Cr-La渗层具有最好的摩擦学性能，其平均摩擦系数为0.4714，磨损率为4.4806×10?7 mm3/(N?m)，其磨损机理为粘着转移和氧化磨损。结论 稀土掺杂渗铬能有效改善渗铬层的韧性和耐磨性，其中Cr-La渗层综合性能最好。
表面失效及防护
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  钢铁表面超疏水复合涂层的制备及其耐蚀性能研究

  王九华, 郑大江, 宋光铃

  表面技术. 2018, 47(10): 165-171. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.022

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  目的 在钢铁表面制备超疏水复合涂层，提高其耐蚀性能。方法 利用两步法，将45#钢片放在简单的镀锌溶液中（40 g/L ZnCl2，200 g/L KCl，20 g/L HBO3）进行直流电沉积，调节电沉积时间和电流密度，在钢片表面获得具有一定结构差异的镀锌层，然后使用0.05 mol/L的硬脂酸改性得到复合涂层。测试该涂层与水的接触角，使用SEM、XRD和FT-IR等技术对它们的形貌和化学组成进行表征和分析，通过测试极化曲线评价涂层的耐蚀性能。结果 随电沉积时间的延长和电流密度的增大，45#钢表面水的接触角先升高后降低。当电流密度为6 A/dm2，电沉积时间为20 min时，在钢片表面成功获得团簇颗粒状的微纳结构镀锌层，平均颗粒大小<20 μm，镀层厚度为40~50 μm。改性之后得到具有超疏水性能的复合涂层，水的接触角达155.4?，复合涂层的自腐蚀电流密度降低了一个数量级。结论 通过调节电沉积时间和电流密度可以在简单的镀锌溶液中制备得到具有微纳粗糙结构的锌镀层，经改性后获得具有超疏水性能的复合涂层。该复合涂层兼具牺牲阳极和超疏水性能，耐蚀性得到有效提高，可保护钢铁基体。
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  飞机用钛-钢搭接件腐蚀仿真预测与验证研究

  卞贵学, 陈跃良, 黄海亮, 张勇, 王安东, 张柱柱, 吴省均

  表面技术. 2018, 47(10): 172-179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.023

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  目的 通过有限元仿真，预测飞机用钛-钢搭接件腐蚀部位和腐蚀深度。方法 采用动电位极化，测得温度为40 ℃、pH=4.0的5%NaCl溶液中TC18钛合金、30CrMnSiNi2A高强度钢和30CrMnSiNi2A镀锌钢三种材料的极化曲线。以极化曲线及其拟合的电化学动力学参数作为边界条件，建立异种材料搭接件电偶腐蚀仿真模型。通过模型计算分别得到镀锌层完好和镀锌层完全破坏后的表面电位分布和局部电流密度分布，并与实验室腐蚀试验结果进行对比。结果 腐蚀前期，镀锌钢紧固件表面优先发生腐蚀，表面镀锌层腐蚀从点蚀开始，并慢慢扩大，逐渐由局部腐蚀发展成均匀腐蚀；直到第5周期镀锌层基本完全破损，紧固件30CrMnSiNi2A基材裸露，30CrMnSiNi2A由初始时的阴极极性转变为阳极极性，并与TC18钛合金形成新的电偶对，腐蚀在钢板表面迅速扩展。将第3周期和第7周期腐蚀试验后搭接区的腐蚀形貌分别与镀锌层完好和镀锌层完全破损的仿真电位分布结果进行对比，可以看出，腐蚀形貌与低电位区的几何形状基本类似。根据法拉第定律，结合电流密度分布，预测腐蚀区域腐蚀深度，并与第3周期和第7周期腐蚀试验结果进行对比分析，结果发现，模型预测的腐蚀深度与第3周期和第7周期腐蚀试验结果相吻合。结论 试验结果与仿真结果具有较好的一致性，从而证明了仿真模型的正确性。
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  离子渗氮和固溶复合处理制备深层含氮奥氏体不锈钢

  卢世静, 孙斐, 缪小吉, 胡静

  表面技术. 2018, 47(10): 180-185. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.024

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  目的 通过离子渗氮和固溶复合处理制备深层含氮奥氏体不锈钢，获得硬度、耐蚀性和耐磨性等综合性能优良的奥氏体不锈钢。方法 将304奥氏体不锈钢试样放在LD-8CL型直流等离子体渗氮炉内，在400 Pa下进行560 ℃、4 h的离子渗氮处理，渗氮后进行1050 ℃、8 h的固溶处理。使用HXD-1000TMC型显微硬度计、DMI-3000M型金相显微镜、D/max-2500型X射线衍射仪（XRD）、Thermo250XI型X射线光电子能谱仪（XPS）、CS 350电化学测量系统和万能摩擦磨损试验机，对经过复合处理的304不锈钢的截面硬化梯度、截面组织、物相、表面成分、耐蚀性和耐磨性进行研究分析，验证此复合处理对获得硬度高、耐蚀性和耐磨性好等综合性能优良的奥氏体不锈钢的适用性。结果 经过复合处理，不锈钢表面的氮原子数分数为1.56 %，且为单一奥氏体相?N。?N所对应的衍射峰相对于不锈钢基体向左偏移，有效硬化层深达1.0 mm，不锈钢的表面硬度从基体的210HV0.025提高到308HV0.025。不但提高了深层含氮奥氏体不锈钢的耐磨性，而且提高了不锈钢的耐蚀性，腐蚀电位从基体的-0.534 V提高到-0.422 V，摩擦系数由基体的0.8降到0.7。结论 离子渗氮和固溶复合处理适用于制备综合性能优良的深层含氮奥氏体不锈钢。工艺设计时，可以根据材料服役要求，选择合适的固溶工艺，从而获得满足不同综合性能要求的含氮不锈钢。
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  辽河油田土壤中溶解氧对X70管线钢腐蚀的影响

  谢飞, 王月, 王兴发, 王军, 郭大成, 姜锦涛, 赵鑫

  表面技术. 2018, 47(10): 186-192. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.025

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  目的 降低腐蚀对油气管线运行的危害。方法 通过控制溶液中不同通氮时间，获得不同溶解氧浓度的辽河油田土壤模拟溶液，利用交流阻抗技术和动电位极化技术研究不同的溶解氧浓度对X70管线钢在模拟溶液中电化学腐蚀行为的影响，并结合金相显微镜对管线钢表面的腐蚀形貌进行表征，以阐明该条件下不同浓度溶解氧对管线钢腐蚀行为的作用机制。结果 在该环境下，X70钢的腐蚀机理为阳极溶解机制。随着溶解氧含量的不断降低，电极极化电阻变大，腐蚀电流密度明显减小，此时，电极表面点蚀坑数量也变少，点蚀坑的直径变小，金属腐蚀速率显著下降。当溶解氧质量浓度为10.0 mg/L时，试件的腐蚀速率最大，腐蚀现象最明显。当溶解氧质量浓度从10.0 mg/L降低至0.3 mg/L时，金属电极表面生成了一层以FeCO3为主的腐蚀产物膜，产物膜明显抑制了腐蚀反应的进行，对X70钢起到保护作用，此时试样腐蚀现象最不明显。结论 溶解氧浓度的不同导致了X70管线钢电极表面产物膜形态的不同，从而影响了该环境下金属的电化学腐蚀行为。
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  文丘里管冲刷腐蚀数值模拟

  杨鸿麟, 吴玉国, 蒋硕硕, 刘萌

  表面技术. 2018, 47(10): 193-199. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.026

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  目的 预防液固两相流冲刷腐蚀对管道内表面性能的影响，特别是在发生冲刷腐蚀可能性较大的变径管处。方法 基于计算流体力学和流固耦合原理，通过CFD中流固耦合技术，利用标准k-?涡流进行数值分析与离散相模型（DPM）进行流场分析。探究冲蚀角度、流体速度、固体颗粒粒径、颗粒质量流量对文丘里管冲刷腐蚀行为的影响规律，预测变径管处发生冲刷腐蚀行为的位置及严重程度。结果 文丘里管收缩角度从10°增加至70°时，最大冲蚀率先增加到3.82?10?5 kg/(m2?s)，而在45°降到最小，后再次增加至6.23?10?5 kg/(m2?s)；入口流速从8 m/s增加至20 m/s时，最大冲蚀率从9.44?10?7 kg/(m2?s)增加到5.09? 10?6 kg/(m2?s)；冲刷固体颗粒粒径从6.25 μm 增加至300 μm时，最大冲蚀率从8.32?10?7 kg/(m2?s)减小7.64? 10?8 kg/(m2?s)；质量流量从0.002 kg/s增加到0.008 kg/s时，最大冲蚀率从8.41?10?8 kg/(m2?s)增加到4.21? 10?7 kg/(m2?s)。结论 冲刷腐蚀行为随着冲蚀角度增大，先增强后减弱，再增强；随流速增大而显著增强；随着粒径增大而逐渐减弱；随着质量流量的增大而增强。在文丘里管的收缩段（节流区）最易发生冲刷腐蚀行为，且管道下半部冲刷腐蚀行为更严重。应采用收缩角为45°的文丘里管、控制流体速度、减少小粒径颗粒及降低质量流量，来抑制冲刷腐蚀行为。
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  咪唑啉类化合物在HCl溶液中对碳钢的缓蚀机理分析

  潘杰, 严志轩, 张黎, 郭世文, 张晓凤, 由耀辉, 曹琨

  表面技术. 2018, 47(10): 200-207. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.027

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  目的 研究咪唑啉（IM）及咪唑啉基脲（IU）在盐酸溶液中对碳钢的缓蚀性能。方法 采用静态失重法、电化学测试技术、表面形貌及官能团分析、热力学等温方程等方法，研究缓蚀剂在不同温度的盐酸溶液中对Q235碳钢的缓蚀性能和吸附规律。结果 在静态失重试验中，室温下，随着IM、IU缓蚀剂的加入，碳钢的腐蚀速率从12.54 mg/(cm2?h)分别降低到5.132、0.145 mg/(cm2?h)，IM、IU的缓蚀率分别为59.1%和98.9%。随着温度的升高，缓蚀效率略有下降。极化曲线试验表明，增加两种缓蚀剂的浓度，腐蚀电位负移，阳极电流密度下降明显。交流阻抗的测试显示，随着两种缓蚀剂浓度的增大，拟合参数Rct增大、Cdl减小，证明缓蚀剂在金属表面取代了水，并吸附成膜。研究等温吸附模型发现，两种缓蚀剂分子在碳钢表面的吸附符合Langmuir等温吸附方程，且根据SEM及XPS分析，证明缓蚀剂分子通过N原子与金属形成共价键，在金属表面吸附成膜。结论 咪唑啉和咪唑啉基脲对碳钢均具有缓蚀效果，且咪唑啉基脲的缓蚀效果更优异。两种缓蚀剂均属于混合型缓蚀剂，且以抑制阴极腐蚀反应速率为主。两种咪唑啉化合物在碳钢表面的吸附过程为自发放热过程，其吸附规律遵循Langmuir吸附等温模型，属于单分子层吸附。
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  二氧化碳腐蚀缓蚀剂及其缓蚀机理的研究进展

  王梦, 张静

  表面技术. 2018, 47(10): 208-215. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.028

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  首先分别论述了单组分缓蚀剂和复配型缓蚀剂的缓蚀机理，即不同类型的缓蚀剂在金属表面所具有的不同吸附过程。单组分缓蚀剂中特殊的分子基团在金属表面通过物理吸附、化学吸附或混合吸附过程起到缓蚀作用，复配型缓蚀剂在金属表面通过各组分间协同吸附或竞争吸附过程起到缓蚀作用，并指出了缓蚀机理的研究所存在的问题。然后，主要综述了近几年来国内外对用于二氧化碳腐蚀缓蚀剂的研究进展，包括咪唑啉衍生物、表面活性剂、季铵盐、有机胺和复配型缓蚀剂，结合缓蚀剂的分子结构和缓蚀效率等对其进行了阐述。介绍了几种用于二氧化碳腐蚀的新型缓蚀剂，如多活性位点有机化合物、硫醇、席夫碱和聚合物等。最后针对二氧化碳腐蚀环境的复杂性，对未来缓蚀剂及其缓蚀机理的研究方向进行了展望。
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  镁合金表面锆钛硅烷复合膜层的制备及耐蚀性研究

  李洁, 曹献龙, 戴崧乾, 陈琪斌, 马鹏飞, 邓洪达, 余大亮, 兰伟

  表面技术. 2018, 47(10): 216-223. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.029

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  目的 在镁合金表面制备耐蚀环保锆钛硅烷复合膜层，并研究其腐蚀性能。方法 将锆盐、钛盐转化技术与绿色有机硅烷技术进行复合联用，通过先浸入含有锆盐、钛盐、单宁酸的无机溶液，再浸入5%（体积分数）的双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物有机硅烷溶液，在镁合金AZ31表面制备出了耐蚀环保锆钛硅烷复合膜层，通过扫描电子显微镜和能谱仪观察分析了复合膜层的微观形貌以及元素组成，利用极化曲线和交流阻抗谱电化学测试手段评价了膜层的耐腐蚀性能。结果 经过不同锆钛硅烷复合处理后，镁合金表面形成一层均匀、平整且有干枯河床状纳米尺度微裂纹的锆钛硅烷复合膜，膜层普遍表现出良好的耐蚀性能。与空白镁合金试样相比，复合膜层试样出现最小腐蚀电流密度，为1.51 μA/cm2，腐蚀速度约为空白样的1/50，交流阻抗值最大提高约20倍，腐蚀电位出现的最大正移接近100 mV。结论 锆钛硅烷复合膜层对腐蚀性介质有显著的物理阻隔作用，显著抑制了镁溶解，阻滞了镁合金表面的电化学反应过程，降低了镁合金的腐蚀速度。
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  含石墨烯胞室结构的铜复合材料及其耐腐蚀性能

  戴丹, 林正得, 韩钰, 祝志祥, 陈保安, 丁一, 张强, 王强, 吴明亮, 舒圣程, 耿启, 李傲

  表面技术. 2018, 47(10): 224-230. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.030

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  目的 开发一种石墨烯在铜基复合材料中的均匀分散结构，制备出兼具高导电和强抗刻蚀性能的石墨烯/铜复合材料。方法 采用化学气相沉积原位生长法结合分散剂工艺，制备分散均匀石墨烯/铜基粉体复合材料。利用制备的石墨烯/铜粉体材料，采用真空热压工艺，制备了石墨烯/铜块体材料，然后用拉曼光谱、X射线粉末衍射仪和金相显微镜，考察石墨烯/铜试样的质量和形貌，最后用数字便携式涡流电导仪测量其电导率。利用自主设计的石墨烯/铜在过硫酸铵中刻蚀的实验装置，测试石墨烯/铜的抗刻蚀性能。结果 利用石墨烯/铜粉体制备的石墨烯/铜块体和铜具有相同的(111)、(200)和(220)晶面，多层石墨烯以立体胞室结构均匀分布在铜晶粒的晶界处。石墨烯/铜块体的导电率为96%IACS，明显优于文献报道的以其他方法制备的石墨烯/铜块体，并且在过硫酸铵溶液中浸泡90 min后，石墨烯/铜块的质量损失为126.6 mg, 石墨烯/铜比纯铜的抗刻蚀能力提高了37.6%，具有比铜更强的抗刻蚀性能。结论 以CVD原位生长法和真空热压法制 备的石墨烯/铜复合材料，石墨烯以立体胞室结构均匀分散在铜界面处，并且兼具高的导电性和强的抗刻蚀性能。
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  AerMet100钢在盐雾中的腐蚀与电化学特性

  钱昂, 金平, 谭晓明, 王德

  表面技术. 2018, 47(10): 231-239. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.031

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  目的 对AerMet100钢在盐雾中的腐蚀和电化学特性进行研究，分析其腐蚀机理。方法 通过盐雾试验，观察分析AerMet100钢的腐蚀行为和腐蚀形貌，分析腐蚀产物成分。测试盐雾试验不同时间后的极化曲线和电化学阻抗谱，并建立等效电路模型，采用Cview和Zsimp Win软件进行等效电路和极化曲线拟合，计算自腐蚀电位、自腐蚀电流和等效元件数值，定量分析其变化规律，之后通过K-K转换验证等效电路拟合的正确性。利用扫描开尔文探针（SKP）测试盐雾试验不同时间后带锈试样的表面电位，并进行Gaussian拟合，分析其电位分布和变化规律。最后，结合试验结果，对AerMet100钢在盐雾中的腐蚀机理进行分析。结果 AerMet100钢在盐雾试验中的腐蚀形态由点蚀逐步发展为均匀腐蚀，其腐蚀产物分为两层：外锈层主要成分是β-FeOOH，内锈层主要成分是Fe3O4和γ-Fe2O3，内锈层较外锈层更为致密。盐雾试验9 d后，自腐蚀电位为–593.178 mV，自腐蚀电流为3.919 μA，腐蚀产物层电阻为4.152 ??cm2，腐蚀反应电阻为2748 ??cm2，此时试样的腐蚀倾向性最低，腐蚀产物的积聚降低了腐蚀反应速率。未腐蚀试样表面平均电位为–842.387 mV，盐雾试验6 d后为–701.686 mV，12 d后为–575.502 mV。随着盐雾试验时间的延长，试样表面平均电位升高，电位分布分散，电位差增大，分为明显的阴极区和阳极区。结论 AerMet100钢表面腐蚀产物层可有效阻止腐蚀溶液向基体的渗透和扩散，延缓腐蚀进程，对基体起到较好的保护作用。
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  耐候钢表面锈层稳定化研究现状

  刘涛, 王胜民, 侯云波, 赵晓军

  表面技术. 2018, 47(10): 240-248. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.032

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  耐候钢表面形成的致密保护性锈层使其具有良好的抗大气腐蚀性能，经锈层稳定化处理后再使用是耐候钢最具有现实意义的使用方式。耐候钢表面锈层的组织结构、形成机理及过程、保护机理的研究，对于锈层稳定化处理技术和处理剂的开发具有基础性作用。首先，全面综述了近年来耐候钢表面锈层的研究进展，耐候钢经过基体铁的溶解、锈的还原、锈的再氧化等过程，形成了以Fe3O4、α-FeOOH、无定形的羟基氧化物（FeOx(OH), x=0~1）为主的连续致密内锈层，以β-FeOOH、γ-FeOOH为主的疏松多孔外锈层，内外锈层构成了耐候钢表面锈层。相较于普碳钢，耐候钢表面锈层具有连续致密、阳极钝化、离子选择性等特性，使得耐候钢具有良好的抗大气腐蚀性能。然后，归纳了目前国内外主要的锈层稳定化处理方法及其优缺点，主要有氧化物涂膜处理、氧化铁-磷酸盐系处理、喷丸+高温氧化处理等方法，但存在应用范围狭窄、有污染等问题。最后，基于合金元素在耐候钢中的作用提出了锈层稳定化处理剂组分的设计思路，并从应用范围、绿色环保、缩短稳定化周期等提出了耐候钢表面锈层稳定化处理剂研究的进一步建议。
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  渤海凝析油气藏探井转开发井防腐技术研究

  刘阳, 王啸, 许杰, 范白涛, 赵少伟, 黄焕阁

  表面技术. 2018, 47(10): 249-255. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.033

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  目的 探究海上凝析油气藏CO2和H2S共存情况下，深探井转开发井回接生产时套管的腐蚀行为，控制井筒腐蚀风险，指导海上油气田可转开发井的深探井防腐设计和油套管材质优选。方法 基于现场所取储层流体样品的组分分析，确定储层井流物的组分以及其物化性质，然后针对可能选用的不同防腐等级的套管材质试片，采用室内高温高压腐蚀评价釜来进行腐蚀试验，最后根据腐蚀速率以及腐蚀形貌微观形态（SEM）结果，优选海上油气田探井转开发井生产套管的防腐材质。结果 同构造邻井中油气样CO2和H2S共存，所含CO2的物质的量分数为6.57%，H2S质量浓度为46.31 mg/m3，并且储层温度高达171.9 ℃，储层测试时虽不含水，但是探井转生产井后期不排除出水可能，出水后油套管腐蚀风险高。现场工况下，共进行了3Cr不锈钢、13Cr不锈钢及超级13Cr不锈钢材质的腐蚀评价试验，三种套管材质腐蚀速率分别为2.8844、0.0749、0.0182 mm/a。结论 常规3Cr不锈钢套管材质的腐蚀速率超过腐蚀控制线，综合考虑油气井后期开发出水等风险，推荐使用13Cr以上的防腐材质，能够有效降低探井转开发井后期回接生产时的生产套管腐蚀风险，目前已应用于渤海油气田4口探井转开发井的7寸尾管选材中，取得了良好的防腐效果。
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  焊接工艺对SMA490BW耐候钢接头腐蚀行为的影响

  谢旭, 吴向阳, 张志毅, 齐维闯, 黄诗铭, 史春元

  表面技术. 2018, 47(10): 256-261. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.034

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  目的 研究转向架焊接构架用SMA490BW耐候钢及其在不同焊接工艺条件下制得的焊接接头在模拟工业大气环境下的腐蚀行为。方法 采用周浸腐蚀试验方法，利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和能谱（EDS）等方法，研究了腐蚀产物的表面形貌、锈层结构及相组成。结果 在模拟工业大气环境条件下，SMA490BW耐候钢母材、自动MAG焊接头、手工MAG焊接头的腐蚀失重率呈先增后减的变化规律，其中自动MAG焊接头腐蚀失重率最小，手工MAG焊接头腐蚀失重率最大，而SMA490BW耐候钢母材居于两者之间。耐候钢母材及其焊接接头腐蚀产物的相组成均为γ-FeOOH、α-FeOOH、Fe2O3和Fe3O4。经过150 h腐蚀后，耐候钢母材及其焊接接头腐蚀产物中Cr、Ni、Cu合金元素含量有所差异，其中自动MAG焊焊缝腐蚀产物中Cr、Ni、Cu合金元素含量最高，分别为1.79%、0.23%、0.17%。Cr、Ni、Cu合金元素将直接对耐候钢母材及其焊接接头耐腐蚀性产生影响。结论 与手工MAG焊接头相比，自动MAG焊接头耐蚀性较高的主要原因是焊缝中主要抑制锈层腐蚀的Cr、Ni、Cu合金元素含量较高。
膜层材料与技术
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  Zn-Ni合金镀层中添加第三种元素和纳米颗粒的研究新进展

  高荣龙, 向可友, 林建华, 徐良, 蓝玉良, 邵燕静, 朱立群

  表面技术. 2018, 47(10): 262-268. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.035

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  介绍了在汽车、航空航天等行业中得到广泛应用的钢铁零件电镀Zn-Ni合金镀层，以及往碱性、氯化物等锌镍合金镀液中加入Fe、Co、Mn、Ce、P等第三种元素所获得的锌镍三元合金镀层，具有更优良的耐腐蚀性、催化性等性能的情况。介绍了往Zn-Ni合金镀液里加入氧化硅、氧化铈、氧化钛、氧化铝、碳化硅等纳米颗粒的进展情况，发现含有纳米颗粒的锌镍复合镀层具有耐腐蚀性、耐磨损性、热稳定性更好，硬度更高等优点。梳理了2016年以来在Zn-Ni合金电镀中添加第三种元素和纳米颗粒的多层镀层研究新进展。从Zn-Ni单一镀液中沉积Ni-P和Zn-Ni合金多层镀层时，在低电流密度下沉积出Ni-P层；在较高电流密度下，沉积出含3.2%P的Zn-Ni-P合金镀层，这种多层镀层可以大幅度提高钢铁零件的防腐蚀性能。介绍了在含12%Ni的Zn-Ni镀层上镀覆Ni-Co-SiC纳米复合镀层的情况，这种多层结构既可以提高镀层的结合力，又可提高其在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能。该复合镀层是一种硬度高、磨损量低的新型Zn-Ni合金复合镀层。
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  碳钢熔-钎焊层表面微弧氧化陶瓷层的制备

  陈文彬, 朱强, 雷玉成, 赵军

  表面技术. 2018, 47(10): 269-274. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.036

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  目的 在碳钢表面制备结合强度较高的微弧氧化陶瓷层。方法 采用铝-钢熔钎焊技术，在Q235钢表面获得具有较高结合强度的铝层，再通过微弧氧化在铝层表面生成氧化物陶瓷层。结果 通过添加ER4043焊丝作为钎料，金属间化合物层主要由[Al,Fe,Si]相、Al8Fe2Si相和少量的Al13Fe4相组成，平均厚度为7 μm，铝层与Q235钢的结合强度达到181 MPa。在2 g/L KOH+4g/L Na2SiO3?9H2O电解液中，陶瓷层由疏松层和致密层组成，主要成分为α-Al2O3和γ-Al2O3，且γ-Al2O3相含量较高，微弧氧化过程中电解液中的氧、硅元素都参与了反应。微弧氧化过程中，陶瓷层厚度随着时间的增加而增加，20 min后，试样表面放电孔洞呈“火山口”状，孔洞孔径随着时间的增加而增加。不同频率下，陶瓷层表面均存在少量裂纹，并且裂纹都产生在“火山口”状放电孔洞附近，同时随着频率的增加，陶瓷层表面孔洞孔径减小，陶瓷层厚度增加，但当频率到达600 Hz后，陶瓷层厚度变化不再明显。结论 采用铝-钢熔钎焊技术，铝层与钢基体结合强度远高于其他复合技术中铝层和钢基体的结合强度，对于解决钢铁材料表面微弧氧化陶瓷层容易剥落的问题具有一定的意义。微弧氧化过程中，陶瓷层厚度不断增加，提高微弧氧化频率，陶瓷层致密性提高。
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  喷雾干燥法制备PS-PVD用8YSZ纳米团聚粉末

  殷建安, 刘敏, 张小锋, 邓春明, 邓子谦, 曾德长

  表面技术. 2018, 47(10): 275-282. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.037

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  目的 通过喷雾干燥法制备用于等离子喷涂-物理气相沉积法（Plasma Spray-Physical Vapor Deposition，PS-PVD）多相沉积柱状/致密涂层的ZrO2-8%Y2O3 (8YSZ)纳米团聚粉末。方法 采用平均粒度为20 nm的8YSZ纳米粉为原料并配制成浆料，球磨后通过喷雾干燥法制备出8YSZ的纳米团聚粉末，并研究不同含量粘结剂（NJ-3）对粉末的影响。利用TEM、SEM表征粉末及涂层的微观结构。通过XRD、激光粒度及拉伸试验对粉末及涂层性能进行表征。结果 纳米8YSZ粉末在添加适当种类及含量的分散剂、粘结剂并通过喷雾干燥加工后，成功制备出球形度高、粒度小且适用于气/液/固多相沉积的PS-PVD用喷涂粉末。当粘结剂含量低于8%时，粉末球形度低，表面存在明显坑孔。而当粘结剂含量高于12%时，PS-PVD气相沉积效率低，涂层质量差。当粘结剂含量为10%时，粉末球形度高，D90=12.24 μm，可气/液/固多相沉积制备形貌良好的柱状涂层及致密涂层。其中气相沉积所制备柱状涂层结合强度可达33 MPa，且原始粉末中的m-ZrO2完全转变为t-ZrO2。结论 当粘结剂含量为10%时，所制备粉末能够流畅送粉，并进行气/液/固多相沉积，且涂层质量最优。粘结剂在粉末内部分布均匀，并主要起粘结和支撑作用，同时可改善粉末表面形貌。喷雾干燥后粉末粒度随着粘结剂含量增加而增大，但非线性变化。
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  水性UV聚氨酯丙烯酸酯/二氧化硅复合材料的制备及涂膜性能

  马正峰, 姬忠莹, 王晓龙

  表面技术. 2018, 47(10): 283-288. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.038

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  目的 制备光固化水性聚氨酯改性丙烯酸酯/二氧化硅（WPUA/SiO2）复合材料，提高水性光固化聚合物材料的涂膜性能。方法 制备含双键官能化的二氧化硅纳米粒子，将其引入到制备的可光固化聚氨酯改性丙烯酸酯乳液体系中，制备水性UV固化WPUA/SiO2复合乳液，研究复合材料制备方法，分析体系中官能化二氧化硅纳米粒子的分散稳定性及其对涂膜形貌、透光性、硬度等性能的影响。结果 由于WPUA和官能化二氧化硅纳米粒子均含有C==C，所制备的WPUA/SiO2复合材料可以用UV光进行固化，官能化二氧化硅纳米颗粒由于表面存在有机分子链，与水性聚氨酯改性丙烯酸酯相容性提高，使得二氧化硅纳米颗粒掺杂量达到10％（质量分数）时可存储稳定性达30天以上。固化后涂层的透光性和力学性能明显提升，涂层铅笔硬度达到3H，粘附性为1级，抗冲击强度大于50 kg?cm。结论 制备的WPUA/SiO2复合体系具有良好的稳定性，改性纳米粒子的掺杂对水性UV固化聚氨酯改性丙烯酸酯的力学性能有明显改善，且可提高复合涂层的透光性。
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  固溶处理对β钛合金微弧氧化膜生长过程的影响

  郭宝全, 吕凯, 付俊凇, 张雅萍, 董莲

  表面技术. 2018, 47(10): 289-294. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.039

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  目的 在不同固溶热处理工艺的β钛合金上制备微弧氧化膜，研究其在微弧氧化初期的生长特性。方法 对比铸态、750 ℃固溶、850 ℃固溶β钛合金表面微弧氧化初期（0~120 s）氧化膜的厚度、表面形貌、相组成及电化学腐蚀性能变化，研究热处理与膜层特性之间的关系，并分析热处理对氧化膜表面裂纹的产生及膜层生长的影响规律。结果 固溶处理改变了基体合金的相组成，元素分布随之改变，热处理后试样表面更容易起弧。较未热处理试样，氧化时间为120 s时，固溶处理后所获膜层的厚度更薄且致密。微弧氧化膜微观形貌显示，经750 ℃固溶热处理后的试样，在微弧氧化后，其膜层表面裂纹最少。极化曲线显示，750 ℃热处理试样氧化膜的耐蚀性优于850 ℃热处理试样。结论 经过750 ℃固溶处理后的合金试样，由于其元素分布均匀，使得微弧氧化初期放电均匀，更易获得致密的微弧氧化膜，膜层的综合性能较好。
表面质量控制及检测
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  三乙醇胺对铝合金试件滚磨光整加工作用的影响分析

  石慧婷, 李秀红, 杨胜强, 李永刚, 高志森

  表面技术. 2018, 47(10): 295-301. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.040

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  目的 探索三乙醇胺（TEA）在铝合金试件滚磨光整加工中的作用机理。方法 在相同条件下，利用不同浓度三乙醇胺溶液，对铝合金表面进行滚磨光整加工实验。采用粗糙度测量仪测试试件加工前后的表面粗糙度值的变化。采用电子天平测试试件加工前后的质量变化，通过计算得出试件的材料去除率。采用X射线衍射仪（XRD）分析试件表面的晶格畸变。采用扫描电子显微镜（SEM）分析试件的表面形貌。采用能谱仪（EDS）分析试件表面元素的变化情况。结果 在加工初期，未添加三乙醇胺时，表面粗糙度值的变化率和材料去除率最小，Ra从1.245 μm减小到0.934 μm，MRR为0.223 mm3/min；添加体积分数为9%的三乙醇胺时，表面粗糙度值的变化率最大，Ra从1.184 μm减小到0.558 μm；添加体积分数为5%的三乙醇胺时，材料去除率最大，MRR为0.445 mm3/min。晶格畸变量的最大值为0.0045，最小值为0.0008。加工后试件表面富集Si元素。结论 在加工初期，三乙醇胺提高了铝合金试件的滚磨光整加工效率。在液体介质和磨块对试件的耦合作用下，固体表面活性提高，试件表面产生晶格畸变，引起机械力化学效应。Si颗粒保护了Al基，使得在加工后期的微量磨削作用减弱，材料的去除率和表面粗糙度保持相对恒定状态。
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  超声热成像对含曲率TC4结构表面裂纹的检测仿真

  贾庸, 张瑞民, 张炜, 刘继方, 杨正伟

  表面技术. 2018, 47(10): 302-308. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.041

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  目的 针对含曲率TC4结构的表面裂纹，在分析超声红外热成像检测原理的基础上，进行有限元仿真模拟，研究激励条件对检测效果的影响规律，得到最佳激励参数。方法 首先，设置不同激励幅值、激励频率、激励时间及激励位置等多组方案进行仿真计算。然后基于仿真优化出的最佳激励方案，对含表面裂纹的某航空发动机叶片进行检测，证明仿真结果的准确性。结果 在超声激励过程中，裂纹缺陷区域与非缺陷区域的温差逐渐上升，并在激励结束时达到最大表面温差。随着激励幅值的增加，最大表面温差逐渐上升，上升速率逐渐减小；随着激励频率的增加，最大表面温差逐渐上升，上升速率逐渐增大；随着激励时间的增加，最大表面温差逐渐上升，80 ms后逐渐趋于定值。在裂纹扩展方向上，超声激励施加在构件中央时，检测效果最佳；在垂直于裂纹扩展方向上，超声激励施加在裂纹正下方时，检测效果较差，激励源向两侧移动10~20 mm时，检测效果最佳。通过对含表面裂纹的某航空发动机叶片进行检测试验，可以清晰地看到裂纹信息，检测效果较好，表明仿真结果可靠。结论 研究成果有效地揭示了激励幅值、激励频率、激励时间及激励位置对检测效果的影响规律，为超声红外热成像技术检测含曲率结构表面裂纹的优化奠定了理论基础。
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  基于光学原理的轴承球体表面缺陷检测方法研究

  钱佳立, 陆惠宗, 袁巨龙, 吕冰海, 陈士豪

  表面技术. 2018, 47(10): 309-314. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.042

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  目的 实现球体表面微小缺陷的非接触式检测。方法 基于激光散射和剪切干涉的光学原理，设计了适用于微小缺陷检测的光路系统，搭建了可适用于不同直径球体检测的精密可调节检测光路系统平台，通过对标定板的检测及重复性实验，确定光路系统的检测精度。采用高精度气浮主轴搭建了精密可调节的球体运动平台，通过对直径20 mm的G5级高精度氮化硅陶瓷球的检测实验，以及通过对一半抛光一半未抛光直径20 mm轴承钢球体的检测对比实验，验证光路实验平台对于球体表面微小缺陷检测的可行性。 结果 标定板上4 μm宽、63 nm高的条纹的剪切干涉信噪比为8∶1，具有相对较高的信噪比。G5级高精度氮化硅陶瓷球的检测试验以及一半抛光一半未抛光轴承钢球体检测的对比实验，验证了该光路实验平台中，激光散射可灵敏地检测较深的微米级缺陷，剪切干涉可灵敏地检测较浅的微米级缺陷。结论 基于光学原理搭建的球体表面微小缺陷检测平台，可以实现对球体表面微米级别缺陷的检测。
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  电化学剥层在齿轮钢残余应力测量中的应用

  董大林, 王刚, 王栋

  表面技术. 2018, 47(10): 315-320. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.043

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  目的 用电化学抛光法对18CrNiMo7-6齿轮钢进行台阶式剥层，研究残余应力沿深度层的分布。 方法 为了达到剥层效果并保证表面质量，选取了适用于钢材的三种电解液，通过试验结果分析，选定一种电解液用于本试验。选定电解液后，以表面粗糙度和光亮度作为评判标准，通过单因素试验法确定适用于18CrNiMo7-6齿轮钢的电流密度、最佳剥层时间。运用三维表面形貌测量系统测量试样微观台阶结构，运用X射线残余应力分析仪测量每层台阶残余应力值，得到残余应力沿深度层的分布。结果 测得的原始表面残余应力为-243 MPa，随着剥层深度（每层约15 μm）的增加，残余应力由压应力逐渐变为拉应力，深度达到85 μm时，残余应力稳定在50 MPa左右。优选出适用于18CrNiMo7-6齿轮钢的电化学剥层参数：电解液组成为20%H2SO4+60%H3PO4+20%H2O，电流密度为0.49 A/cm2，抛光时间为25 min。结论 利用电化学抛光可实现对齿轮钢试样进行台阶式剥层，该方法相较于传统电化学剥层的优势在于每层表面均有保留，有利于对任意层的残余应力进行反复测试以及对其他性能的研究。
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  激光刻蚀2 μm铝/聚酰亚胺（PI）材料体系技术研究

  刘孝丽, 熊玉卿, 周利成, 王瑞, 钟浩, 任立庆, 任妮

  表面技术. 2018, 47(10): 321-327. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.10.044

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  目的 研究对激光刻蚀图形形貌可能产生影响的几个参数，如激光功率、填充比等，优化激光束刻蚀制备2 μm铝膜/PI的工作参数，提高刻蚀质量。方法 利用ANSYS软件对激光刻蚀2 μm铝膜/PI过程中薄膜铝表面的能量传输及转化过程进行模拟，了解刻蚀形貌与单个脉冲的激光工艺参数的关系。根据模拟结果，使用LSP2000激光器，采用不同的激光输出功率和扫描方式、填充比等参数对样品进行刻蚀。利用扫描电镜等对激光刻蚀制备后的样品表面形貌进行研究，从而获得优化工艺参数。结果 采用波长为1064 nm的Nd:YAG激光器，利用蛇形扫描方式及45°方向填充，填充密度为0.03 mm，在激光功率5 W、激光频率20 kHz、脉宽100 ns、光斑直径40 μm、激光扫描速度为565.7 mm/s的工艺参数下，刻蚀边界整齐。结论 纳秒刻蚀过程既有光热去除，也有应力去除，激光刻蚀工艺参数的优化在一定程度上改善了刻蚀边界质量，有利于提高激光刻蚀精度。