2018年, 第47卷, 第12期　
刊出日期：2018-12-20

  

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专题——海洋油气环境腐蚀与防护
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  多相流管线内腐蚀直接评价方法在国内的现场应用

  曹学文, 王凯, 尹鹏博, 秦思思, 李玉浩

  表面技术. 2018, 47(12): 1-7. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.001

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  目的 通过研究美国腐蚀工程师协会（NACE）于2016年提出的适用于多相流管线的内腐蚀直接评价标准SP0116-Multiphase flow internal corrosion direct assessment methodology for pipelines（以下简称MP-ICDA），探究该评价方法在国内的现场应用步骤，为国内内腐蚀直接评价方法提供参考。方法 以我国东海某海底管线的实际运行工况为基础，建立Norsok M506内腐蚀预测模型，利用流体动力学理论，模拟分析管线内腐蚀状况，结合评价标准的预评价、间接检测、详细检查及后评估四个步骤进行内腐蚀直接评价。结果 管线整体内腐蚀速率超过0.25 mm/a，腐蚀程度较严重。管道1.5~2.5 km低洼处及两侧立管处腐蚀速率明显增大，其腐蚀高危点与段塞流动状态、高持液率等流动参数有关。现场在线检测数据与模型预测结果基本一致，由此证明了模型的可靠性。根据腐蚀程度等级及标准规定的内腐蚀再次评估周期，确定管线再评估时间间隔为1年。结论 ICDA能够准确预测管线内腐蚀状态与风险大小，为无法实施内检测的管线提供了有效的内腐蚀评估方法，其对预测多相流管道腐蚀发生的位置与风险等级具有一定的指导作用与借鉴意义。流体的动力学参数对腐蚀速率影响较大，应用MP-ICDA方法时应选取合适的内腐蚀预测模型及管线运行参数。在海底管线正常运行期间，可对ICDA的结果进行多次循环校核，从而提高腐蚀预测的准确程度。
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  无溶剂有机硅改性环氧涂料的制备及其性能研究

  郑泽禹, 魏铭, 刘晓芳, 李圆, 李博, 王睿, 柯须仁

  表面技术. 2018, 47(12): 8-13. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.002

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  目的 改善无溶剂环氧涂料疏水性能及耐候性能，增强其在海洋环境下的应用前景。方法 利用氨基硅油改性环氧树脂，再将其配制成无溶剂环氧清漆。采用红外光谱表征改性结果，通过铅笔硬度测试、画圈附着力测试、柔韧性测试、耐冲击性测试、接触角测试、热失重测试及交流阻抗测试，分别评价涂层的硬度、附着力、柔韧性、耐冲击性、表面能、耐热性和防腐性能，并通过扫描电镜对涂层断面形貌进行分析。结果 环氧树脂与氨基硅油质量比为8∶2时，所得涂料与未改性无溶剂环氧涂料对比，其水接触角由78?提升至108?，柔韧性由1 mm提升至0.5 mm，耐冲击高度由40 cm提升至50 cm，低频阻抗由108 ??cm2提升至109 ??cm2，热失重为50%时的分解温度由387 ℃提升至428 ℃，涂层出现一定分层现象，其硬度由2H降低至H，涂层的综合性能较为优异。但当氨基硅油过量加入（环氧树脂与氨基硅油质量比为7∶3）时，涂层综合性能出现明显下降。结论 适量氨基硅油的加入不仅可以提升无溶剂环氧涂料抗冲击能力、疏水及耐热性能，而且还能使涂层表面更致密，从而增强其对腐蚀介质的阻隔效果。
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  硫化氢环境下常用油井管材质腐蚀规律研究

  何松, 邢希金, 刘书杰, 殷启帅, 耿亚楠, 冯桓榰, 赵秋璇

  表面技术. 2018, 47(12): 14-20. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.003

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  目的 通过失重法测定L80、N80、1Cr、3Cr、9Cr、13Cr等油井管材质在硫化氢分压为0.001、0.01、0.1、0.5、1.26、2 MPa环境条件下的腐蚀速率。方法 采用高温高压反应釜对L80、N80、1Cr、3Cr、9Cr、13Cr等材料在模拟工况下的腐蚀行为进行研究。用扫描电子显微镜对所得样品的腐蚀产物种类、微观形貌进行分析。结果 在硫化氢分压为2 MPa以下时，各种材料的腐蚀速率均低于0.125 mm/a，属于中度腐蚀。而硫化氢分压为2 MPa时，除9Cr外，其余材料的腐蚀速率均达到了重度腐蚀以上。不锈钢的腐蚀速率要明显低于低合金钢，且加入少量Cr元素并未对耐蚀性能有显著的提升，且某些条件下，腐蚀速率要高于普通低合金钢。对于低合金钢及含Cr量较低的钢，硫化氢压力不高于0.1 MPa时，腐蚀速率差异不大，基本保持在0.025 mm/a附近，属于轻微腐蚀，但当硫化氢压力达到0.5 MPa时，L80、N80和1Cr的腐蚀速率显著增高。在硫化氢分压0.001~0.1 MPa之间，常用油井管材质的点蚀严重程度随硫化氢分压增大而逐渐增加；在硫化氢分压0.1~0.5 MPa之间，常用油井管材质点蚀程度随硫化氢分压增大而逐渐降低；在0.5~2 MPa之间，点蚀程度又逐渐增加。结论 对于不锈钢，当硫化氢压力不高于0.1 MPa时，虽然腐蚀速率随硫化氢压力升高，呈现一定的上升趋势，但腐蚀速率均维持在较低的水平；当硫化氢压力达到0.5 MPa时，不锈钢的腐蚀速率显著增大。不锈钢的耐蚀性能要远优于低合金钢，尤其是在硫化氢压力较低的环境中。
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  高温高压高含硫气井T95技术套管腐蚀实验研究

  冯桓榰, 邢希金, 谷林, 何松, 刘书杰, 吴晓冬

  表面技术. 2018, 47(12): 21-29. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.004

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  目的 建立一套高温高压高含硫气井极限工况技术套管腐蚀环境分析方法，结合腐蚀评价实验确定钻井和采气极限工况条件下管材的适用性和安全周期。方法 根据东南亚海上某高温高压高含硫气田腐蚀环境（储层压力为57.3 MPa，温度为155 ℃，H2S的体积分数为0.46%，CO2的体积分数为6.44%，地层水Cl?的质量分数为1.6%），分析钻井阶段“全掏空”和生产阶段“生产套管-技术套管环空气窜”两种极限工况，设计腐蚀选材实验条件。通过SSC（硫化物应力开裂）实验和均匀腐蚀质量损失实验，评价T95套管在极限工况下的适用性。结果 若钻井阶段发生井喷，T95套管可满足30天处理事故和复杂情况的需求，且处理后仍能满足后续作业要求。若生产阶段出现生产套管-技术套管环空气窜，T95套管的套管鞋处均匀腐蚀速率为0.3047 mm/a，近井口处均匀腐蚀速率为0.7536 mm/a，可满足5年的使用寿命。现场应用证明，T95管材能够满足钻井和生产阶段应对复杂情况的需求。结论 钻井阶段的井喷工况和生产阶段的环空气窜工况是高温高压高含硫气井设计和实施中应考虑的极限工况，通过相应条件下的腐蚀实验可确定技术套管的适用性使用极限周期，确保现场作业的安全实施。
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  A2井表层套管腐蚀机理分析与防护对策

  邢希金, 武治强, 吴晓冬, 贾小兰, 耿亚楠

  表面技术. 2018, 47(12): 30-36. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.005

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  目的 通过对A2井表层套管外腐蚀产物组分化验与电化学测试，确认其腐蚀原因，并结合现场实际情况制定防护措施。方法 对收集到的腐蚀产物进行能谱元素、XRD组分分析，并参考NACE-TM0194—2014和SY/T 0532—2012进行SRB、TGB分析。结果 能谱分析显示，腐蚀产物主要由氧、铁、碳元素组成，其次还含有少量钠、钾、氯、硫元素；XRD分析显示，腐蚀产物主要成分为BaSO4、Fe2O3和FeS；细菌化验显示，腐蚀产物中含有SRB和TGB，具备通过微生物代谢提供H2S的条件。实际检测A2井涂敷防腐实施后，表面腐蚀得到明显控制。结论 A2井表层套管外腐蚀产物主要为Fe2O3和FeS，腐蚀的主要原因为大气环境氧腐蚀，次要原因是细菌作用产生的次生硫化氢腐蚀，产物中大量的重晶石和少量的无机盐来源于钻井液，海水为细菌提供了来源。基于腐蚀产物分析结果，采取的主要防护措施是隔绝大气和水。通过对石油管道涂敷技术调研分析，结合A2井作业空间，提供了一种STOPAQ防腐膏挤注与涂敷防护方案。该技术操作安全方便，无需对腐蚀面进行特殊预处理，作业过程中无需停产。
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  N80套管在热采条件下的腐蚀电化学研究

  耿亚楠, 文泽宙, 邢希金, 王竹, 高纯良, 张雷

  表面技术. 2018, 47(12): 37-43. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.006

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  目的 针对热采过程中生产阶段和焖井阶段的典型温度工况条件，研究80 ℃与140 ℃温度下N80套管钢在不同CO2分压下的腐蚀电化学行为。方法 利用高温高压电化学设备，采用三电极体系进行动电位极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）的测试，并采用ZSIMPWIN软件对电化学阻抗谱测试结果进行拟合分析。利用高温高压反应釜进行腐蚀模拟实验，并使用扫描电子显微镜（SEM）进行腐蚀产物微观形貌观察。结果 在80 ℃与140 ℃条件下，N80钢在CO2分压0.5~4.0 MPa条件下的腐蚀均为阴极控制，随CO2分压的增大，腐蚀电位Ecorr正移，腐蚀电流密度Jcorr增大。80 ℃下N80钢的电化学阻抗谱呈现3个时间常数，为高频容抗弧、中低频感抗弧和低频容抗弧；温度升至140 ℃后，N80钢电化学阻抗谱中感抗弧消失，呈现2个时间常数，为高频容抗弧与低频容抗弧。结论 通过阻抗谱拟合结果对比及对浸泡实验试样腐蚀产物的微观形貌观察发现，温度升高后，腐蚀产物膜电阻Rc与电荷传递电阻Rt增大，孔隙率降低，对基体的保护性增强。
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  南海大气环境下304不锈钢的点蚀特性研究

  张宇, 刘亚鹏, 李开伟, 仝宏韬, 冯昌, 张慧霞, 王洪伦

  表面技术. 2018, 47(12): 44-50. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.007

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  目的 研究南海大气环境中服役的304不锈钢的点蚀原因与机理。方法 以不同暴露周期的304不锈钢试样为研究对象，采用动电位极化、电化学交流阻抗谱、扫描电镜和Kelvin 探针技术对其进行分析研究。结果 随着暴露时间的延长，304不锈钢表面的点蚀坑数量和深度均逐渐增加，其极化曲线中，钝化区间缩短，点蚀电位负移，阳极极化曲线斜率明显减小，并出现反复再钝化现象，钝化曲线逐渐消失，同时阻抗测试中的膜层电阻越来越小。SEM分析表明，304不锈钢暴露初期出现不连续的点蚀，点蚀坑向纵深发展，暴露后期出现点蚀群，局部有多个点蚀坑连成一片形成溃疡状的腐蚀表面，同时随暴露时间的延长，扫描试样微区的Kelvin表面电位不均匀性逐渐增强。结论 304不锈钢试样的耐蚀能力随暴露时间的增加而不断下降，点蚀现象不断增加。暴露初期，点蚀坑主要向纵深发展；暴露后期，点蚀坑的宽度达到一定程度后，本体溶液向坑内迁移，稀释了坑内溶液的酸度，点蚀坑向纵深和横向同时发展。
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  气井腐蚀环境对封隔器胶筒橡胶材料的影响

  李舜水, 葛俊瑞, 殷启帅, 施山山, 徐佳俊, 赵秋璇

  表面技术. 2018, 47(12): 51-59. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.008

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  目的 为东海某气田封隔器胶筒橡胶材料的选择提供理论参考依据。方法 通过腐蚀前后的性能试验和在腐蚀介质中的渗透性试验，比较目前国内外封隔器胶筒使用的主要橡胶材料（氢化丁腈橡胶、氟碳橡胶、氟硅橡胶和AFLAS橡胶）在腐蚀后的拉伸强度、拉断伸长率、硬度、压缩永久变形等性能，以及在腐蚀介质中的渗透性。结果 性能最优秀的是氢化丁腈橡胶，其次是AFLAS橡胶，氟硅橡胶和氟碳橡胶性能较差。随着压差的增大，4种橡胶材料的抗渗透性变差，相同温度（120 ℃）下，氟硅橡胶在4个压力条件下的抗渗透性能均优于其他橡胶材料。随着温度的增加，4种橡胶材料的抗渗透性变差，相同压差（10 MPa）下，氟硅橡胶在4个温度条件下的抗渗透性均优于其他橡胶材料。结论 氢化丁腈橡胶的性能（拉伸强度、拉断伸长率、硬度和压缩永久变形）相对较好，次之是AFLAS橡胶，再次是氟碳橡胶和氟硅橡胶。温度对橡胶渗透性的影响比压差大，对某些橡胶而言存在阀值效应，当超出一定温度后，橡胶抗气体渗透性能迅速下降。因此，应根据服役环境合理选择橡胶材料，且尽量使封隔器胶筒处于应力平衡状态，延长井下工具安全服役寿命。
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  单凝聚法制备PEG-Cu2O微胶囊防污剂的工艺研究

  毛田野, 余红伟, 王玥, 陆刚, 徐朝阳

  表面技术. 2018, 47(12): 60-67. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.009

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  目的 制备一种包埋氧化亚铜的微胶囊防污剂，延长防污期效，减少环境污染。方法 在葡萄糖还原法制备氧化亚铜（Cu2O）的基础上，利用单凝聚法将聚乙二醇（PEG）包覆在Cu2O防污剂的表面，制得PEG-Cu2O微胶囊。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）以及红外光谱（FT-IR）对微胶囊进行形貌结构表征和成分验证。利用粒径分析仪（PSA）和热重分析仪（TGA）测定PEG-Cu2O微胶囊的粒径分布和包埋率大小。通过基于分光光度法的铜离子渗出率测定实验，对PEG-Cu2O微胶囊的释放性能进行探究。通过单因素优化分析实验和SEM形貌测试讨论PEG和凝聚剂的加入方式、反应温度、搅拌速度对微胶囊的影响。结果 成功制备了PEG-Cu2O微胶囊，微胶囊颗粒大小均匀，平均粒径为1.66 μm，囊壁平均厚度约200 nm，包埋率为78.1%。与普通Cu2O防污剂相比，微胶囊的缓释效果明显。采用PEG与氯化铜预混合、凝聚剂溶液逐滴加入的方法，在反应温度为70 ℃以及搅拌速度为200~300 r/min的条件下，能够得到比较理想的微胶囊产品。结论 PEG-Cu2O微胶囊能够有效控制防污剂释放速度，进而减少环境污染，延长防污期效。该方法工艺简单，符合原子经济学和绿色化学理念，在海洋防污领域具有一定的应用价值。
表面强化及功能化
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  碳钢表面粉末包埋法渗铝的实验研究

  张冀翔, 徐修炎, 钱程, 王长发

  表面技术. 2018, 47(12): 68-75. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.010

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  目的 解决粉末包埋渗铝过程中渗剂粘结导致渗铝层表面质量差的问题，在无惰性气体保护气氛中，在Q235钢表面制备出耐高温氧化、耐高温硫化和耐腐蚀的渗铝层。方法 采用粉末包埋渗铝法，通过改变渗剂中填充剂的成分，解决渗剂粘结导致表面质量变差的问题，研究渗铝温度、保温时间对渗层试样表面质量及渗铝层厚度的影响，确定最佳渗铝条件。使用电子显微镜观察渗铝层表面质量并测定渗铝层厚度，采用能谱仪分析渗铝层主要元素分布，采用X射线衍射仪分析渗铝层物相组成，采用显微硬度计检测渗铝层硬度变化。结果 采用成分为15%铝粉+5%氯化铵+75%氧化铝+5%石墨粉的渗剂，在无惰性气体保护下900 ℃保温4 h，获得渗铝层厚度约为370 μm的渗铝试样。渗铝层由外向内依次为铝化物层、过渡层和基体，铝化物层主要含有Al、Fe两种元素，原子百分比保持在7:3左右，主要物相为Fe2Al5，硬度达到896HV0.1，远高于基体硬度。结论 渗剂中添加适量的石墨粉能够改善渗铝层表面质量，增加渗层厚度，过多的石墨粉反而不利于表面质量改善和渗铝层厚度的增长。渗铝层厚度随渗铝温度的升高先增大后减小，与保温时间呈抛物线关系。
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  电磁感应真空变脉冲工艺对20CrMnTi钢渗碳层组织与性能的影响

  冯治国, 赵驯峰, 刘静

  表面技术. 2018, 47(12): 76-82. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.011

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  目的 研究真空脉冲渗碳过程中“强渗”与“扩散”脉冲分布占比对20CrMnTi钢渗碳层晶粒粗化行为及组织性能的影响。方法 采用一种电磁感应真空变脉冲渗碳新方法，经“原脉冲”、“变强渗”、“变扩散”、“变压力”四种工艺，制备了组织致密的20CrMnTi钢渗碳层。利用SEM、EBSD、自动显微硬度仪以及XRD应力衍射仪等对渗碳层的微观形貌、晶体相变特征、硬度梯度以及表面残余应力进行了深入分析。结果 对比分析四种工艺方法，“变强渗”工艺虽使20CrMnTi钢渗碳层厚度达到1450 μm，但渗碳层中仍存在大量块状Fe3C；“变扩散”工艺使20CrMnTi钢渗碳层的Fe3C含量下降到3.88%，残余奥氏体含量下降到7.32%，厚度达到1320 μm，其中表层0~60 μm范围内，硬度提高到780 HV0.5，表面残余压应力增加到-231 MPa。故“变扩散”工艺使渗碳层组织性能最佳。结论 “变强渗”工艺增加了渗碳前期表层与内部的碳浓度差，提高了碳原子扩散驱动力，利于渗碳层生长；“变扩散”工艺在渗碳后期使碳化物进一步溶解，这利于碳原子向渗碳层内部充分扩散，降低了渗碳层的碳化物析出和残余奥氏体形成。
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  TiSiO非晶结构光学薄膜的性能调控机理研究进展

  李大玉, 代书雨, 张燕军, 张徐, 张章

  表面技术. 2018, 47(12): 83-91. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.012

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  TiSiO复合薄膜的制备方法主要包括溶胶-凝胶、物理气相沉积和化学气相沉积等，针对不同制备工艺条件下SiO2改性TiO2的微观结构与光学参量的调控机理的研究，仍处于探索阶段。综述了近年来国内外在不同工艺条件下沉积的TiSiO薄膜的结构和光学性质，从溶胶体系和热处理工艺两方面，对溶胶-凝胶工艺制备的TiSiO薄膜展开论述，分别归纳了溶胶体系和热处理工艺调控TiSiO薄膜的结构和光学性质的一般规律；从溅射工艺和蒸发工艺两方面对物理气相沉积工艺制备的TiSiO薄膜展开论述，分别阐述了在溅射工艺和蒸发工艺过程中，调控TiSiO薄膜的结构和光学性质的一般规律；从低（常）压化学气相沉积和等离子增强化学气相沉积等方面，对化学气相沉积工艺制备的TiSiO薄膜展开论述，分别阐述了在不同化学气相沉积技术中，通过调节一些重要参数调控薄膜结构和性能的一般规律。总结了不同工艺制备并调控TiSiO薄膜的一般规律的内在联系，并指出了这类薄膜制备工艺存在的问题和后续的研究方向。
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  马氏体组织对SFPB处理双相钢表面纳米结构及力学性能的影响

  谢小龙, 杨军, 邹德宁, 马宽

  表面技术. 2018, 47(12): 92-98. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.013

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  目的 通过对不同微观组织铁素体/马氏体双相钢进行表面纳米化处理，探究材料表面晶粒细化和塑性变形机理。方法 采用超音速微粒轰击（SFPB）技术对经临界区退火（IA）、中间淬火（IQ）和分级淬火（SQ）后的双相钢进行纳米化处理，采用SEM、OM和XRD研究试验钢表面SFPB前后的微观组织特征，采用显微硬度仪测试其表面硬度，采用拉伸实验测试其力学性能。结果 热处理后，IA、IQ和SQ试样马氏体组织分别呈岛状、纤维状和块状，IQ试样平均晶粒尺寸最小，但马氏体体积分数最大。SFPB工艺处理后，双相钢表面形成了一定厚度的梯度纳米晶层（GNS），该晶层内的晶粒尺寸均达到纳米级别，且随距离表面深度的增大而增大。IA-GNS、IQ-GNS和SQ-GNS试样表面硬度分别为285.9、266.7、382.1HV，抗拉强度分别为771.30、820.02、663.81 MPa，延伸率分别为8.89%、14.70%、10.04%。IQ-GNS试样断口以韧窝为主，SQ-GNS和IA-GNS试样断口韧窝较少，有明显裂纹开口。结论 表面产生强烈塑性变形时，由于位错的分割作用，表面晶粒尺寸细化至纳米级，材料强度大幅提高，同时纳米级纤维状马氏体微观组织的存在使得IQ-GNS试样保持了较高的塑韧性。
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  喷丸方法对不规则构件表面残余应力分布规律的影响

  盛湘飞, 李智, 赵科宇, 程秀全

  表面技术. 2018, 47(12): 99-104. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.014

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  目的 优化喷丸强化工艺，提升喷丸工艺的强化效果。方法 采用预定义场和基于移动矢量的快速建模方法，实现满足表面全覆盖和不同喷丸方法的有限元模拟。通过对模拟结果中的应力值进行局部坐标转换，分析不同喷丸方法条件下残余应力沿受喷构件表面切线方向的分布规律。结果 在喷射方向固定的喷丸方法中（方法-1），弹丸撞击角度在不同区域内的变化范围为60°~90°，且随弹丸撞击角度的增加，弹丸撞击时的动能消耗率和应变能转变率分别由71.6%和5.3%提高到89.0%和7.5%，表面覆盖率也随之增加。在喷射角度固定的喷丸方法中（方法-2），弹丸撞击角度始终为90°，表面覆盖率分布均匀，从而使得在凸圆弧面、斜面和凹圆弧面内采用方法-2获得的表面残余应力比方法-1的大，且两者差值沿+x方向呈现先增加、后保持稳定、再减少的变化规律。结论 与喷射方向固定的喷丸方法相比，采用喷射角度固定的喷丸方法，因弹丸撞击角度大，弹丸撞击动能消耗率及应变能转变率高，且表面全覆盖能得以保证，构件在凸圆弧面、斜面和凹圆弧面内能获得较大的表面残余压应力值。
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  基于RuO2-PPy复合电极的制备及其电催化性能研究

  冯岐, 何芳, 刘德蓉, 潘越, 袁涛, 徐靖, 熊伟

  表面技术. 2018, 47(12): 105-112. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.015

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  目的 通过引入稀土元素Er对中间层SnO2-Sb2O3进行改性，提高基体与活性层的结合力。在RuO2作活性层的基础上添加导电PPy（聚吡咯），增强电极的电催化氧化性能。方法 以Ti为基体，分别采用涂覆-热分解法和电沉积法制备SnO2-Sb2O3-Er中间层和RuO2-PPy活性层，应用X-射线衍射（XRD）考察掺杂不同比例的Er和C4H5N对晶相结构的影响，采用扫描电镜（SEM）、能量散射光谱（EDS）和红外光谱（FT-IR）分析中间层和活性层的形貌、元素组成和物相结构，通过线性极化法（LSV）、电化学阻抗（EIS）和加速寿命测试对电极的析氧过电位和稳定性进行分析，最后利用复合电极组成的电解工艺对页岩气返排废水进行处理，考察其降解有机物的能力。结果 在n(Sn4+):n(Er3+)=100:4时，形成的涂层晶粒尺寸最小，且相对未掺杂Er的中间层，掺杂后的表面裂纹减少，说明其可进一步阻止电极的钝化。PPy可对活性层进行有效改性，其加入后可使复合RuO2电极的析氧电位由1.6 V增至1.8 V，膜电极电阻由56.2 Ω降低到7.6 Ω，电极寿命由267天延长至391天，返排废水的COD去除率可达93.7%。结论 Er的掺杂和PPy的加入可提高电极的电催化活性，且对废水中的有机物降解效果显著。
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  g-C3N4/TiO2纳米管阵列的制备及光催化性能的研究

  胡亚微, 高慧, 王晓芳

  表面技术. 2018, 47(12): 113-118. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.016

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  目的 获得在可见光下光催化活性较好，且可回收、可重复利用的光催化材料。方法 在钛基底上采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列（TiO2 NTAs），将TiO2 NTAs在10%尿素溶液中浸渍不同时间后，在氮气保护下高温热分解，制备g-C3N4/TiO2 NTAs复合薄膜。采用XRD、SEM、TEM对复合薄膜进行物相及形貌的表征，在可见光照射下，通过亚甲基蓝溶液的催化降解实验来评估复合薄膜的光催化活性。结果 在10%尿素溶液中浸渍不同时间后所获得的g-C3N4/TiO2 NTAs样品，其可见光催化活性均较纯TiO2 NTAs有所提高，而且随浸渍时间的增加，其可见光催化活性依次增加。浸渍时间为6 h的g-C3N4/TiO2 NTAs样品，在可见光下的光催化活性最高，在120 min内对亚甲基蓝的降解率可达73%。继续增加浸渍时间，所获得的TiO2 NTAs样品的可见光催化活性有所降低。结论 g-C3N4与TiO2 NTAs复合，可以有效提高TiO2 NTAs的光催化活性，其原因是g-C3N4的复合提高了载流子的传递效率，同时也提高了对可见光的吸收。
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  多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜制备及其电化学性能

  赵骏, 乔志军, 张志佳, 康建立, 于镇洋, 雷贻文, 孙荣禄

  表面技术. 2018, 47(12): 119-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.017

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  目的 制备高比容量多孔钛/TiO2纳米管三维自支撑一体化复合电极材料。方法 采用非溶剂致相分离法与高温烧结相结合的方法制备出孔径小、空间利用率高的三维多孔钛平板膜，然后经阳极氧化法在其表面生长TiO2纳米管，从而制备出多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜电极。结果 以3 μm粒径钛粉为原料，N-甲基-2-吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈为添加剂制备钛膜生坯，经刮膜成型后，在氩气保护下经1000 ℃烧结，得到孔径约为2～6 μm的多孔钛平板膜。采用阳极氧化法在多孔钛平板膜上直接生长TiO2纳米管，制得多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜电极。该复合薄膜电极在超级电容器中具有良好的电化学性能，其在2 mA/cm2电流密度下，比电容为385.34 mF/cm2，即使电流密度增加到10 mA/cm2，比电容仍能保持在125.14 mF/cm2。结论 相较于TiO2纳米颗粒，采用此方法制备的多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜电极具有良好的电化学性能，可为下一代储能器件提供新的思路。
表面摩擦磨损与润滑
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  激光熔覆铁基复合涂层组织与性能影响

  张华健, 孙中刚, 李峰, 常辉, 邢飞

  表面技术. 2018, 47(12): 127-133. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.018

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  目的 在45#钢基体表面制备耐磨性优于基材的梯度涂层。方法 采用激光熔覆技术在基材上制备连接层后，分别用未添加WC颗粒、添加3%和5%WC颗粒的铁基合金粉末制备耐磨涂层。通过金相显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM），研究了涂层的微观结构。通过维氏显微硬度计和M-2000磨损试验机，研究了涂层的力学性能。结果 获得的涂层致密，没有裂纹和气孔等缺陷，涂层内部WC清晰可见。连接层与基材具有良好的冶金结合，涂层组织主要有等轴组织、柱状组织和共晶组织。耐磨层物相组成为奥氏体（γ-Fe）、γ(Fe,Ni)固溶体和Fe-Ni-Cr固溶体。涂层表面的显微硬度最高为559HV1，比基材硬度（182HV1）提升了3倍多。随着WC含量的增加，涂层的磨损量显著下降。结论 基材与连接层有沿基体表面生长的平面晶，涂层内部为柱状晶、树枝晶和共晶等组织，涂层顶部多为细小的等轴晶。加入WC，涂层的显微硬度提高不明显，但WC周围的组织细化，显微硬度提高。无WC的涂层磨损机理主要为粘着磨损；3%WC的涂层磨损较轻，磨损仍以粘着磨损为主；5%WC的耐磨层磨损最轻，磨损机理为磨粒磨损，WC的加入明显提高了涂层的耐磨性。
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  扫描速度对Ti811合金激光熔覆涂层组织与性能的影响

  刘亚楠, 孙荣禄, 牛伟, 张天刚

  表面技术. 2018, 47(12): 134-141. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.019

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  目的 研究激光扫描速度对激光熔覆层组织与性能的影响。方法 采用通快TRUMPF Laser TruDisk 4002光纤激光器，在扫描速度分别为300、400、500 mm/min时，制备激光熔覆Ni基增强涂层，利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）分析了熔覆层的微观组织和物相组成，利用显微硬度计及摩擦磨损试验机测试了熔覆层的显微硬度和耐磨损性能。结果 熔覆层主要由TiC、TiB2、Ti2Ni及γ-Ni等物相组成。随着扫描速度的增加，Ti811基材烧损程度逐渐减弱，熔覆层宽度W、高度H、基体熔深h及稀释率λ均逐渐减小。当扫描速度为500 mm/min时，熔覆层组织明显细化，平均显微硬度可达920HV0.5，超过基体硬度的2倍。扫描速度为300、400、500 mm/min时，熔覆层的平均摩擦系数分别为0.45、0.40、0.38，平均磨损量为2.1、1.7、1.4 mg。结论 采用激光熔覆技术能够在Ti811表面成功制备Ni基复合增强涂层。选择适当的激光扫描速度可以改善熔覆层显微组织，当激光扫描速度为500 mm/min时，熔覆层晶粒细小，组织分布致密均匀，显微硬度与耐磨损性能显著提高。
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  Ti6Al4V表面激光熔覆Ti/TiBCN复合涂层研究

  苏科强, 李玉新, 张鹏飞, 吴利芸, 张宏建, 尉利强, 李昕宸, 郑博方

  表面技术. 2018, 47(12): 142-148. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.020

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  目的 提高Ti6Al4V表面硬度、耐腐蚀性和耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备Ti/TiBCN复合涂层，研究不同激光比能对涂层组织与性能的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微维氏硬度计、电化学工作站和往复摩擦磨损试验机研究了涂层的相组成、显微组织、显微硬度、耐腐蚀性和耐磨性。结果 当激光比能为13.3 kJ/cm2、TiBCN含量为70%时，Ti/TiBCN复合涂层质量最好。涂层上部由胞状晶、花瓣状结构、须状结构和等轴α相组成，涂层中部主要由粗大TiBCN枝晶组成，涂层下部由针状结构和类球形TiBCN颗粒组成。与Ti6Al4V基体相比，涂层硬度达1050HV0.2，约为基体显微硬度（340HV0.2）的3.0倍。基体自腐蚀电位为-1.388 V，自腐蚀电流密度为-6.33 A/cm2；涂层自腐蚀电位为-1.173 V，自腐蚀电流密度为-6.22 A/cm2。摩擦磨损实验中，涂层出现轻微的剥落、磨粒磨损式的浅短磨痕和颗粒碎屑，基体表面出现较多犁沟式磨损。涂层的平均摩擦因数为0.174，约是基体（0.323）的1/2；涂层的磨损量为1.152 mg，约是基体（6.723 mg）的1/6。结论 当激光比能为13.3 kJ/cm2时，涂层的组织均匀致密，硬度显著提高，耐腐蚀性和耐磨性优于基体。
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  表面微织构对45#钢摩擦副表面摩擦学性能影响的实验研究

  王丽丽, 郭少辉, 魏聿梁, 袁国腾

  表面技术. 2018, 47(12): 149-154. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.021

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  目的 通过在摩擦副表面进行激光微织构加工，研究不同分布形式的微织构对摩擦副的减摩作用效果，为微织构摩擦副在实际工程应用中的设计与选用提供参考。方法 选取45#钢作为摩擦材料制备环环接触的摩擦副，通过激光微雕刻在试件表面加工一定尺寸的微织构，在油润滑条件下，利用万能摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验，并通过超景深三维显微镜观察磨损表面，研究不同微织构在油润滑方式下对摩擦副的减摩作用机理及具体影响规律。结果 带有合理分布形式微织构的摩擦副接触表面能产生明显的动压润滑效应，其中径向沟槽微织构和凹坑状微织构在稳定磨损阶段的摩擦系数明显小于光滑表面，分别能减小摩擦系数16%和11%，局部网状微织构的摩擦系数与光滑表面没有明显差异，周向沟槽微织构的摩擦系数大于光滑表面。带有径向沟槽和凹坑微织构的摩擦副相比于光滑表面，温升有所降低，而周向沟槽和局部网状微织构随着摩擦表面磨损的加剧，温升更加明显，下试件分布有微织构的摩擦副接触表面摩擦系数要明显小于上试件分布有微织构的摩擦副。磨损局部放大图中，凹坑状微织构表面产生的磨粒剥落痕迹要明显浅于光滑试件表面，说明微织构能有效存储磨损磨粒，减少二次磨损对摩擦表面的破坏。结论 表面微织构能有效改善摩擦副的润滑性能，合理选择微织构分布形式和分布位置，才能最大限度地发挥微织构的减摩效果。
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  Fe基氩弧重熔涂层的制备及其磨损性能研究

  董天顺, 郑晓东, 孟宏杰, 付彬国, 李国禄, 李亚龙

  表面技术. 2018, 47(12): 155-165. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.022

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  目的 制备高质量的Fe基氩弧重熔涂层，并探究氩弧重熔处理对涂层在不同载荷作用下磨损性能的影响。方法 通过正交试验对Fe基重熔层的4个主要重熔参数（电流、速度、弧长、步长）进行优化设计，采用孔隙率和显微硬度作为指标来综合评价涂层的质量。利用X射线衍射仪对涂层进行物相分析，利用UMT-3多功能摩擦磨损试验机测试涂层的耐磨性，利用白光干涉三维表面轮廓仪对磨痕进行表征，利用扫描电镜分析了粉末形貌、涂层的微观结构和涂层的失效形貌。结果 通过正交试验获得了高质量的Fe基氩弧重熔涂层，其最优重熔工艺参数为：重熔电流70 A，速度200 mm/min，弧长2 mm，步长2 mm。随着磨损载荷的增加，喷涂层和重熔层的摩擦系数均增大，但在相同的载荷作用下，重熔层的摩擦系数小于喷涂层。喷涂层的主要失效模式为剥落和磨粒磨损，呈现出脆性断裂特征；重熔层的主要失效形式为粘着磨损和疲劳磨损，呈现出塑性变形和犁沟特征。在10、20、30、40 N载荷作用下，重熔层的磨损体积分别比喷涂层降低了32.1%、51.5%、60.7%和55.7%。结论 通过氩弧重熔处理，得到了高质量的Fe基重熔层，与原Fe基喷涂层相比，其显微组织和耐磨性得到显著改善。
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  铌含量对Fe-C-Cr-Nb系表面熔覆金属组织及耐磨性的影响

  陈翠欣, 左玉强, 刘宝玺, 李永艳

  表面技术. 2018, 47(12): 166-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.023

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  目的 提高钢表面熔覆层的硬度、耐磨性及其综合性能。方法 运用气体保护焊堆焊不同Nb含量的Fe-C-Cr-Nb系表面堆焊材料，采用JmatPro软件模拟计算不同铌含量的熔覆层CCT曲线和平衡冷区曲线，分析铌含量对熔覆组织转变和析出相的影响。运用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察晶粒尺寸和熔覆组织形貌，并对析出相进行分析。利用洛氏硬度计和滑动摩擦磨损试验机，分别对熔覆金属进行宏观硬度和耐磨性的测定。结果 不同铌含量熔覆组织均由马氏体和少量贝氏体组成，基体有大量的MC型碳化物析出。当Nb含量为1.5%时，碳化物弥散分布在熔覆组织中，强化效果最佳，此时硬度最高，为55.3HRC。此外，MC型碳化物有明显的细化晶粒作用，显著提高了熔覆组织的韧性。硬质相与韧性基体的配合，使熔覆组织的耐磨性在铌含量为1.5%时达到最佳。结论 通过调整Fe-C-Cr-Nb系表面堆焊材料中铌的含量，可以有效地控制熔覆金属组织类型及碳化物组成和分布，从而提高熔覆层的综合性能。
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  钛合金表面自润滑陶瓷涂层的组织及耐磨性能研究

  张年龙, 王波, 张红霞, 戴景杰

  表面技术. 2018, 47(12): 173-180. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.024

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  目的 研究不同成分体系自润滑陶瓷涂层的耐磨性能。方法 采用激光表面合金化技术，通过预置B4C和石墨混合合金化粉末的方式，在Ti-6Al-4V合金表面制备具有自润滑功能的TiB2-TiC陶瓷涂层，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜+能谱仪、维氏硬度计、摩擦磨损试验机分别分析涂层物相、组织结构、微区成分、硬度以及摩擦学特性。结果 TiB2-TiC自润滑陶瓷涂层无裂纹、孔洞等凝固缺陷，并与基体形成典型的冶金结合。涂层由原位生成的TiB2和TiC以及残留的B4C和石墨等物相组成。涂层表层由粗大、相互联结的TiB2-TiC联生共晶组织组成；中部和下部则由板片状、四边形、针状的TiB2，弥散的TiB2-TiC联生共晶组织以及树枝状和颗粒状TiC等组成。由于多相陶瓷的协同作用，涂层的最高硬度可达2167HV，其平均硬度为基体的4.7~5.3倍。由于陶瓷较高的硬度和残留石墨良好的润滑性，涂层的摩擦系数和磨损率分别仅为基体的2/5~1/2和1/20.1~1/25.7。原始合金粉末B4C∶C=2∶1（摩尔比）的涂层（2-1涂层）具有最低的体积磨损率。结论 TiB2-TiC自润滑陶瓷涂层具有良好的减摩和耐磨性能。由于高的硬度和良好的减摩性，2-1涂层具有最好的抗磨损性能。
表面失效及防护
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  pH对Q235B钢在船舶尾气脱硫液中电化学腐蚀行为的影响

  龚鹏, 张光旭, 杨超, 陈建

  表面技术. 2018, 47(12): 181-186. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.025

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  目的 研究pH值对Q235B钢在脱硫液中腐蚀行为的影响，为后续工艺参数控制与防护方案设计奠定基础。方法 开展浸泡实验和电化学实验，研究Q235B钢在不同pH值脱硫液中的腐蚀行为，并通过电子扫描显微镜与能谱仪，对不同pH值下腐蚀产物的形貌与元素组成进行分析。结果 失重法测定Q235B钢的腐蚀速率时，腐蚀速率随pH值的升高而减小，且变化幅度越来越小。电化学测试中，Q235B钢在脱硫液中的开路电位随pH值的升高而正移，极化曲线测试没有出现钝化区，自腐蚀电位也随pH值的升高不断正移，而腐蚀电流密度反之。Nyquist图为非标准的半圆形容抗弧，随pH值的升高而不断扩大。通过扫描电镜观察，pH为4.0时，腐蚀产物较少且零星分布在碳钢表面，结构形似花蕾且空隙较多；随着pH值的升高，腐蚀产物显著增多，结构发生改变；当pH为10.0时，碳钢表面覆盖一层红褐色的产物，结构呈球状且紧密堆积。能谱分析显示：腐蚀产物主要由Fe和O元素构成，随着pH值升高，两者含量在产物中的占比不断增加；另外，还含有少量的Na、S和Zn元素。结论 在所研究的pH值范围内，Q235B钢在脱硫液中的腐蚀速率随pH值的升高而降低，腐蚀受到不同程度的抑制。pH值的升高能促进生成有效且致密的腐蚀产物层。在pH值较低时，Q235B钢的腐蚀主要受阳极活化控制；随着pH值的升高，溶液中OH-浓度增大，腐蚀主要受阴极氧去极化控制，耐腐蚀性能增强，腐蚀速率减小。
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  桥梁耐候钢Q345qNH在模拟西北大气环境中的腐蚀行为

  郭铁明, 宋志涛, 董建军, 张延文, 秦俊山, 杨新龙

  表面技术. 2018, 47(12): 187-197. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.026

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  目的 通过模拟西北大气环境对桥梁耐候钢腐蚀行为的影响，为西北地区桥梁钢耐蚀性能的研究提供理论依据。方法 选取除冰盐介质、NaHSO3介质、混合介质三种腐蚀介质进行干湿交替加速腐蚀实验，并采用扫描电镜+能谱、X射线衍射、电化学测试等方法，分析了Q345qNH钢在三种模拟大气环境中的腐蚀形貌、锈层特征及结构、腐蚀产物及锈层的电化学保护性。结果 Q345qNH钢在三种介质中腐蚀144 h后，腐蚀速率均明显下降，在288~480 h间，NaHSO3介质中的腐蚀速率下降趋势约是混合介质中的1.5倍、除冰盐介质中的3.8倍。三种腐蚀介质中，锈层成分均含有α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe3O4，在除冰盐介质和混合介质中还会生成大量的不稳定β-FeOOH和可溶性FeOCl腐蚀产物，锈层疏松不稳定。此外，在NaHSO3介质中，自腐蚀电位Ecorr最高，自腐蚀电流密度Jcorr最低；除冰盐介质和混合介质中，Ecorr差别不大，但混合介质Jcorr<除冰盐介质Jcorr。对比腐蚀480 h的带锈样，稳态腐蚀区的阳极溶解电流密度有：除冰盐介质≈混合介质>NaHSO3介质。结论 Q345qNH钢在除冰盐介质中，各离子之间相互耦合，难以形成致密的保护性锈层，经过长时间的腐蚀过程，危害性最大；在NaHSO3介质中，外锈层元素富集，形成致密、稳定的保护性锈层；在除冰盐+NaHSO3混合介质中生成的锈层，其稳定性、致密性介于前两种介质中的锈层之间。
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  基体材料对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

  张静, 单磊, 苏晓磊, 李金龙, 董敏鹏

  表面技术. 2018, 47(12): 198-204. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.027

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  目的 讨论海水环境下不同基体材料对Cr/CrN交替的多层复合涂层磨蚀性能的影响，为海水环境下耐磨蚀材料基体的选择和应用提供参考。方法 采用多弧离子镀技术在316L不锈钢和TC4钛合金基体上沉积Cr/CrN多层复合涂层，通过XRD、SEM等技术对涂层材料的微观结构进行表征，通过硬度测试、结合力测试、电化学分析、摩擦磨损试验等技术对涂层材料的力学性能、电化学性能以及摩擦学性能进行分析，比较不同基体对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响。结果 以TC4钛合金为基体的Cr/CrN多层涂层的硬度为1727.2HV0.3，虽略小于以316L不锈钢为基体的涂层硬度（2241.5HV0.3），但其在膜-基结合力、海水环境下电化学性能和摩擦学性能等方面均优于以316L不锈钢为基体的涂层。结合力测试中，以TC4为基体的多层涂层初始裂纹出现在31 N，扩展裂纹出现在42 N，大于316L基体涂层的22 N和35 N。电化学测试中TC4基体涂层的腐蚀电位为?0.20 V，大于316L基体涂层的腐蚀电位（?0.21 V）。海水环境下TC4基体涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.35和2.9950×10?5 mm3/(N?m)，均小于316 L基体涂层的平均摩擦系数（0.36）和磨损率（4.9895×10?5 mm3/(N?m)）。结论 TC4钛合金更适合作为海水环境用Cr/CrN多层涂层耐磨蚀材料的基体材料。
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  恒定动能Si3N4颗粒重复冲击不同厚度TiN/Ti涂层损伤特征对比分析

  吕长乐, 何卫锋, 徐伟胜, 蔡振兵, 廖斌, 曹鑫, 谭超

  表面技术. 2018, 47(12): 205-213. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.028

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  目的 研究砂粒冲击航空发动机压气机叶片不同厚度的TiN/Ti硬质涂层损伤特征与机理。方法 采用Si3N4硬质球恒定动能垂直重复冲击试验方法，研究厚度对TiN/Ti涂层冲击损伤的影响。通过对比涂层动力学响应、能量吸收率、冲击坑点轮廓、H3/E2值和损伤形貌，分析不同厚度涂层的冲击坑点损伤特征。利用ABAQUS软件仿真获得垂直冲击下涂层的应力分布。结果 在调制比为9∶1的两层TiN/Ti涂层中，厚度为25 μm的涂层坑点直径最大，达到382.49 μm，比坑点直径最小的涂层（20 μm）大了24.8%；厚度为25 μm的涂层坑点最深，达到8.17 μm，比坑点最浅的涂层（15 μm）大了49.9%；厚度为5 μm涂层的接触力峰值最大，为161.4 N，比接触力峰值最小的涂层（20 μm）大了26.1%。随着涂层厚度的增加，涂层的抗冲击能力先增加后减小，厚度为20 μm的涂层抗冲击能力最好。冲击坑点损伤特征有三种：中心区与过渡区的疲劳剥落与疲劳磨损，边缘区的疲劳圆周裂纹与疲劳剥落，涂层/基体变形，其中，以剥落为主。结论 硬质层内的应力梯度和重复交变拉/压应力导致硬质层内产生疲劳圆周裂纹和疲劳剥落，硬质层与结合层界面处的高应力梯度导致产生层间疲劳剥落。
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  反应型乳化剂及其水性环氧涂料的制备和耐蚀性能

  王娟, 刘桐, 赵海超, 蒲吉斌, 俞成丙, 董建达, 周开河, 方云辉

  表面技术. 2018, 47(12): 214-222. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.029

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  目的 制备一种低VOC、低毒性的水性环氧树脂涂料。方法 通过N,N-二甲基乙二胺与环氧树脂E51反应，然后利用冰乙酸中和成盐，制得一种反应型水性环氧树脂乳化剂，再与环氧树脂E51及四种胺类固化剂（651、GT19、DL19、SG）按一定的比例混合搅拌均匀，于电极表面涂覆，固化成膜后封装。采用显微红外光谱仪（Micro-FTIR）表征乳化剂的结构，采用动态光散射粒度分析仪（ZETA）测试乳化剂乳化E51后得到的乳液粒径。通过电化学阻抗谱和极化曲线测试，研究四种固化剂固化成膜的水性环氧涂层在3.5% NaCl溶液中的耐蚀性。结果 当乳化剂与E51的质量比为1∶1时，乳液平均粒径最小为52 nm，分布最均匀，体系最稳定。用固化剂651固化得到的涂层硬度最高，附着力最强，交联密度最高，涂层断面较为致密，在浸泡60 h后，仍具有较高的阻抗模值5.23×104 Ω×cm2和较低的自腐蚀电流密度2.0×10-7 A/cm2，对基底具有较好的腐蚀防护作用。结论 制得的水性环氧树脂涂料对基底具有良好的防护性能，适用于环保型低VOC涂料领域。
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  碳纳米管的功能化处理及其对胶黏陶瓷涂层抗腐蚀性能的影响

  徐晓燕, 赵永武, 卞达

  表面技术. 2018, 47(12): 223-230. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.030

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  目的 改善碳纳米管的分散性能，提高A4钢涂层的抗腐蚀性能。方法 用化学改性和物理改性相结合的办法，对多壁碳纳米管进行了功能化处理，并通过傅里叶红外光谱仪（FTIR）、透射电镜（TEM）、热重分析仪（TGA）对功能化碳纳米管进行相关表征。将改性后的碳纳米管植入陶瓷涂层中，制得不同碳纳米管含量的增强陶瓷涂层（CRPCC），并通过电化学试验深入探讨了碳纳米管增强陶瓷涂层的耐腐蚀性能。结果 处理后的多壁碳纳米管分布更均匀，缠结现象显著改善。功能化后的碳纳米管表面成功引入表面活性剂，侧壁的含氧基团占比20%左右。电化学试验表明，碳纳米管的植入有效降低了基体涂层结合处因腐蚀产生的Cl、O元素的含量，且腐蚀后CRPCC与基体的界面形貌良好。腐蚀后期，阻抗模值高达106 kΩ?cm2，防护效率高达94%。结论 对碳纳米管进行混合改性有助于提高其分散性，向涂层中植入碳纳米管，可以提高涂层的抗腐蚀性能。
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  温度对P110钢在水泥挤出液中钝化膜性能的影响

  李冰, 林元华, 刘丽, 彭晔

  表面技术. 2018, 47(12): 231-237. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.031

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  目的 探究P110套管钢在不同温度下生成的钝化膜的性能差异，找到能使P110套管钢生成最稳定钝化膜的温度，同时了解该温度下氯离子对钝化膜的破坏规律。方法 利用极化曲线、交流阻抗谱（EIS）和Mott-Schottky测试，研究了P110套管钢材料在pH值为13.0的水泥挤出液中浸泡4 d的钝化行为，讨论了在低、中、高（40、65、90 ℃）三种温度下生成的钝化膜的稳定性，并用扫描电子显微镜（SEM）对各试样表面微观形貌进行观察。最后在溶液中加入不同浓度的氯离子，通过测试极化曲线了解氯离子对钝化膜的破坏规律。结果 试样在40、65、90 ℃下的腐蚀电流密度分别为2.2727×10?6、4.0452×10?7、1.7081× 10?5 A/cm2，膜电阻分别为100 100、238 200、5480 Ω?cm2。40、65 ℃下所生成的钝化膜呈p型半导体特征，而90 ℃下呈双极型半导体特征。65 ℃下，随着氯离子浓度的增加，试样的腐蚀电位负移，耐蚀性逐渐降低，腐蚀速率增大，当浓度达到0.1 mol/L时，钝化膜的膜层结构已被破坏。结论 P110套管钢在pH值为13.0的水泥挤出液中浸泡4 d，表面能够生成钝化膜。在65 ℃溶液中生成的钝化膜耐蚀性最好，膜层结构更加致密，40 ℃次之，90 ℃最差。氯离子对钝化膜有侵蚀作用，高浓度的氯离子可以直接导致稳定钝化膜的破坏。
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  TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层对不锈钢的防腐机理研究

  韩晓霞, 王莹莹, 刘向明, 王祯圆, 李怡燃, 王虎, 唐鋆磊

  表面技术. 2018, 47(12): 238-245. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.032

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  目的 制备一种新型绿色环保的TiO2/PVB-PANI/PVB双层复合涂层，研究复合涂层对不锈钢在NaCl溶液中的防腐作用机理。方法 使用原位化学氧化法合成聚苯胺（PANI），以PVB为粘合剂，甲醇为溶剂，用浸渍提拉法和刮涂法在不锈钢表面制备TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外可见漫反射（UV-Vis DRS）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱（EDS）等方法对材料的官能团、光吸收性能、结构和形貌组成等进行了研究，用电化学方法和划痕浸泡实验对比了TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层和PANI/PVB涂层的耐蚀性能，并分析探讨了相应的防腐蚀机理。结果 TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层光响应电流为250 nA/cm2，与PANI/PVB涂层相比，其光电位下降0.12 V。电化学测试表明，TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层试样相对不锈钢的自腐蚀电位升高，自腐蚀电流密度减小，容抗弧半径增大，光照时，其界面处电化学反应速率明显增加。划痕浸泡实验表明，有无光照下，TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层的耐腐蚀性能均优于PANI/PVB涂层，而光照下两种涂层的耐蚀性能对比更为明显。结论 TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层依靠物理屏蔽、聚苯胺的防腐作用和光致阴极保护的协同作用为不锈钢提供优异的防腐蚀效果。
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  石墨烯导电防腐涂料的制备和性能评价研究

  陈科锋, 方云辉, 周开河, 李鹏, 管金胜, 蔡辉, 涂齐勇, 张兆德, 蒲吉斌, 刘栓, 王立平

  表面技术. 2018, 47(12): 246-254. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.033

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  目的 制备一种石墨烯基导电防腐涂料，评价和分析涂料的长效防腐机理和导电机制。 方法 以环氧树脂为主要成膜物质，通过导电填料和防腐填料搭配并配方优化，制备新型石墨烯导电防腐涂料。通过基本性能的检测、电化学工作站测试、中性盐雾实验、实地埋样试验及大电流冲击实验，探究导电防腐涂层的防腐机理和失效衍化过程，并考察涂层的电气性能。结果 制备的导电防腐涂料不仅基本性能（附着力、耐冲击性及涂层结合强度）优异，还具有优异的耐水、耐中性盐雾和耐化学品性，经盐雾实验1500 h测试后，涂层完整且湿附着力仍表现良好。电化学系统测试表明，在3.5%NaCl溶液中浸泡60 d后，涂层仍具有较好的防护性能。涂层的体积电阻率和表面接触电阻分别为0.21 Ω×cm和6.32 Ω×cm2。经5 kA大电流冲击试验5次后，未发现涂层开裂、剥落和烧毁等情况，表明若干次大电流冲击对导电防腐涂层无明显影响。 结论 该配方的导电防腐涂料具有较好的耐蚀性及电气性能。
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  材料类型对CaCO3析晶污垢生长特性的影响机理研究

  蒋华义, 张定周, 梁爱国, 蔡航航, 孙娜娜, 种新民

  表面技术. 2018, 47(12): 255-262. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.034

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  目的 针对油田集输系统结垢情况严重、易造成管线堵塞的问题，基于集结聚垢除垢法，研究不同材料类型对碳酸钙析晶污垢的促进效应。方法 采用动态模拟剪切实验，以镀锌铁、铝、13Cr不锈钢、316L不锈钢、H62黄铜和H59黄铜6种材料为研究对象，分析CaCO3晶体在不同材料表面的结垢特性。并通过SEM、XRD和EDS测试，探究不同材料表面吸附晶体的晶型晶貌、晶粒分布和元素组成，从而揭示材料类型对析晶污垢生长特性的影响机理。结果 材料类型对以CaCO3为主的析晶污垢的生长特性有较为显著的影响。镀锌铁表面的结垢量最大且形成了层状垢，反应36 h时，其结垢量达88.8 mg；13Cr不锈钢表面的结垢量最小且仍以颗粒的形式分布，反应36 h时，结垢量为-1.7 mg。镀锌铁长时间的失钙率最高，反应36 h时，达9.49%；H59黄铜的失钙率始终最低，反应36 h时，仅为4.77%。结论 析晶污垢在材料表面的分布形式和氧化反应结果是污垢生长特性产生较大差异的主要机制：层状垢将促进结垢，而颗粒垢则会抑制结垢。此外，材料表面的氧化反应对结垢的影响具有双重性，若形成致密的氧化薄层，会阻碍后续结垢；反之，若形成混合垢层，则促进结垢。
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  色氨酸功能化石墨烯改性水性环氧涂层的耐蚀行为研究

  高燕, 刘成宝, 任思明, 叶育伟

  表面技术. 2018, 47(12): 263-269. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.035

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  目的 提高石墨烯在有机涂层中的分散性，并赋予其一定的功能性，制备一种方法简单、环境友好、成本低廉的水性环氧复合涂层。方法 以氧化石墨烯为原料，以1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亚胺（EDC）为缩合剂，在常温下经酰胺化反应将天然缓蚀剂色氨酸接枝到氧化石墨烯表面。再利用水合肼将其部分还原，得到色氨酸功能化的石墨烯，并成功分散至水性环氧涂层中，制备出色氨酸功能化石墨烯/环氧复合涂层。选用红外光谱仪、拉曼光谱仪、扫描电镜及透射电镜对功能化石墨烯的片层结构和微观形貌进行分析；利用电化学工作站对复合涂层在3.5%NaCl溶液中的耐蚀行为进行评价。结果 色氨酸分子成功接枝在氧化石墨烯表面，且功能化的石墨烯在无水乙醇及水性树脂中表现出优异的分散性。在防护性能方面，较之于空白样及未改性石墨烯/环氧复合涂层，在浸泡40 d后，功能化石墨烯基复合涂层表现出最高的阻抗模值（107 Ω?cm2）及电荷转移电阻值。同时，在所有涂层中，经功能化石墨烯复合涂层覆盖后，金属基底表现出最为轻微的腐蚀。结论 功能性的石墨烯添加至水性环氧涂层中可以显著提高涂层的耐腐蚀性能。
膜层材料与技术
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  化学镀锡中光亮剂PPS、咪唑和HD在Sn表面的吸附作用实验与模拟研究

  肖忠良, 曾鹏, 周朝花, 夏妮, 刘青, 池振振, 吴道新, 宋刘斌, 曹忠, 黄勇, 周光华

  表面技术. 2018, 47(12): 270-276. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.036

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  目的 研究以丙烷磺酸吡啶嗡盐（PPS）、咪唑、己炔二醇（HD）为代表的三大类光亮剂，在化学镀锡过程中改善镀锡层表观形貌和影响镀速的作用机理。方法 采用电化学阴极极化法，研究化学镀锡过程中光亮剂分子对镀锡液在沉锡过程中对沉锡峰电位变化的影响，运用Forcite模块中的 COMPASS力场进行分子动力学计算，研究光亮剂分子在 Sn层表面吸附过程的能量变化。结果 阴极极化结果表明，光亮剂的加入会使沉锡峰电位负移，该过电位导致晶核水平增长速度大于垂直生长速度，从而起到整平作用，并在一定程度上抑制晶须的形成。分子动力学计算结果显示，PPS、咪唑、HD均有自发吸附到Sn层表面的趋势，且在Sn(111)面的吸附能分别为?445.338、?9.84、?22.651 kcal/mol，表明三种光亮剂分子均易吸附在Sn层表面（吸附能数据越低，越容易吸附在锡层表面），从而在一定程度上抑制锡层的增长。结论 光亮剂与Sn作用的吸附能，与其在化学镀过程中对Sn层表观形貌的改善和镀速减少有正相关作用。该研究为化学镀锡过程中光亮剂的选择提供了理论基础。
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  添加SnAl元素与中温烧结对Cr/Zr膜基界面结合强度的影响

  严艳芹, 邱长军, 胡良斌, 黄鹤, 刘艳红, 李怀林

  表面技术. 2018, 47(12): 277-283. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.037

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  目的 通过在Cr膜中添加SnAl元素及中温液相烧结，提高锆合金膜基界面结合强度。方法 在Cr靶中添加SnAl元素，制备一种均匀分布的CrSnAl合金靶材（原子比Cr:Sn:Al=95:4:1），并利用直流磁控溅射（DCMS）技术在锆合金表面制备约5 μm厚的CrSnAl膜层，再将CrSnAl膜层试样放入Ar保护气氛炉中进行中温烧结（温度为600 ℃，时间为30 min），随炉冷却至室温。利用XRD、SEM、EDS及体式显微镜分析中温烧结对CrSnAl膜层形貌、组织结构及元素扩散的影响；根据涂层弯曲断裂形貌、切削划痕力和切屑形貌综合评价膜基界面结合强度。结果 添加SnAl后，Cr膜层表面孔隙等缺陷明显减少，膜基界面结合强度得到较大提升，从41.7 MPa提升到了45.8 MPa。600 ℃烧结后，CrSnAl膜层韧性增强，并出现韧窝形貌，剪切唇仅为烧结前CrSnAl膜层的1/2，CrSnAl/Zr界面结合强度进一步提升到52.1 MPa。结论 Cr膜中添加SnAl有利于膜基界面元素扩散，对膜基界面结合强度提高有较大影响；中温烧结CrSnAl膜层韧性及膜基界面结合强度均有较大提升，进而改善了膜基界面结合性能。
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  保护气氛中残留氧对微弧火花沉积的影响

  王维夫, 张步康, 丁晨

  表面技术. 2018, 47(12): 284-289. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.038

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  目的 探究微弧火花沉积过程中残留氧对沉积行为的影响。方法 在不同残留氧浓度的富Ar保护气氛下进行了单脉冲、多脉冲和2 min持续沉积实验，并使用扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜（OM）和显微硬度计等对所获沉积层特征进行分析。结果 保护气氛中残留氧为0.04%~0.06%时，沉积斑呈典型的放射状飞溅形貌，持续2 min沉积可获得局部最大厚度约140 μm的平坦状沉积层。而残留氧为0.4%~0.6%和1.4%~1.6%时（其他参数不变），沉积斑表面平整，边缘无显著飞溅特征，2 min沉积试验后在基体上形成了大量新奇的微柱体/柱胚结构。质量转移规律研究表明，适当残留氧的存在能够提高质量转移效率。试验中当残留氧为0.4%~0.6%时，质量转移系数最高，可达约91%。显微硬度测试结果显示，涂层硬度约在290~330HV之间，略低于冷轧态基体的硬度（~356HV）。结论 富Ar气氛中残留的微量高活性元素氧对熔池表面张力温度梯度系数有较大影响，适当残留氧的存在可使沉积斑形态从泼溅状向聚集状转变，最终导致了沉积表面微柱体/柱胚结构的出现。
表面质量控制及检测
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  钢珠损伤对轴承套圈强化研磨加工表面粗糙度和硬度的影响

  萧金瑞, 刘晓初, 梁忠伟, 萧仲敏

  表面技术. 2018, 47(12): 290-295. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.039

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  目的 探索在强化研磨加工中，钢珠损伤对轴承套圈表面粗糙度和硬度的影响规律。方法 采用单一变量法改变钢珠循环使用次数，分别对11个轴承套圈工件进行强化研磨加工实验。采用场发射扫描电子显微镜、粗糙度测量仪和洛氏硬度计分别检测所得钢珠和工件试样的表面微观形貌、表面粗糙度、表面硬度以及横截面形貌，并分析钢珠损伤与工件试样表面粗糙度、硬度的关系。结果 在工艺条件保持不变的前提下，随着循环使用次数的增加，钢珠表面由微点蚀向翘起及疏松损伤演化，加工所得工件表面粗糙度和硬度增量也随之下降。循环使用150次以内，钢珠表面损伤以微点蚀为主，损伤程度较轻微，加工所得工件强化层厚度在50 μm以上，表面平均粗糙度为1.2~1.6 μm，表面平均硬度增量为1~1.3HRC。循环超过150次后，钢珠表面由翘起微颗粒和薄片向疏松表层缺陷演化，损伤程度加重，加工所得工件强化层厚度低于50 μm，表面平均粗糙度下降至1.0 μm，表面硬度增量则在0.06~0.6HRC之间。结论 本研究实验条件下，钢珠循环使用次数不宜超过150次，否则将导致加工所得工件的表面粗糙度和硬度增量显著下降。
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  圆锅流场中锌渣的物理模拟研究

  张闯, 周俐, 谢一夔, 陈庆

  表面技术. 2018, 47(12): 296-306. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.040

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  目的 通过水力学模型和数学模型，研究使锌渣远离钢带表面，提升钢带质量的方法。方法 设计一个锌锅的透明水模型，对该实验模型内部锌渣的运动状态进行直观地研究，分析面渣、悬浮渣、底渣在不同工艺条件下的运动状况。并建立数学模型，计算温度分布和流场分布，验证水力学模型的合理性。 结果 随着钢带拉速的增大，旋涡涡心逐渐向两侧移动，较大的钢带拉速不仅可以有效促使锌渣远离钢带表面，还可以使被卷起的底渣增多以及截面上的悬浮渣量增加，同时钢带进入侧底部中心区域时，底渣也开始被卷起，最终形成了锤子形状，且数学模拟与物理模型实验现象基本一致。结论 对于表面渣来说，较大的钢带拉速可以有效促使锌渣远离钢带表面。对于悬浮渣来说，钢带拉速的增大有利于截面上悬浮渣的上浮。对于底渣来说，随着钢带拉速的增加，带动了锌锅内的钢液运动，使得锌锅内锌液的流动比较活跃。但拉速增大到一定程度后，底渣卷起过多，进入锌液，不利于钢带表面锌渣的去除。
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  工艺参数对TC4钛合金电解加工速率及加工质量的影响

  孙宇博, 周可人, 马锦晖, 马东东, 谢裕权

  表面技术. 2018, 47(12): 307-313. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.041

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  目的 研究工艺参数对TC4钛合金电解加工速率及加工质量的影响。方法 采用三因素三水平的正交试验方法，通过实验研究了频率、占空比及加工间隙对加工速度及加工质量的影响规律，对正交试验结果进行了F检验，对加工参数的显著性进行了分析。采用激光共聚焦显微镜表征工件表面形貌及测量工件表面粗糙度。建立了电解液内流场数值仿真模型，获得了电解加工过程中加工区域电解液流动的规律。结果 本研究中电解加工频率及加工间隙对电解加工材料去除量的影响显著，占空比对材料去除量的影响不显著，在加工间隙为0.2 mm、加工频率为100 Hz的条件下，材料去除量最大，为0.261 g，表面粗糙度最低，为0.484 μm。降低加工间隙或提高加工频率，均有利于提高材料去除量，降低工件表面粗糙度。电解加工区域内的电解液流速分布规律与电解加工区域加工深度具有较好的一致性。结论 电解加工频率及加工间隙对电解加工速率及电解加工质量均有较大的影响，在实际加工过程中，应减小加工间隙，提高加工频率，以提高电解加工速率，降低加工表面粗糙度。加工区域内，电解液流速分布的均匀性对工件加工表面的均一性有一定影响，应合理设计夹具，以提高加工区域内电解液流速均匀性，从而提升加工表面均一性。
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  切削刃数量对球墨铸铁铣削性能及表面形貌特征的影响

  王鹏, 王西彬, 颜培, 焦黎, 陈凯杰, 彭泽宇

  表面技术. 2018, 47(12): 314-320. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.042

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  目的 提高球墨铸铁铣削表面质量和刀具寿命。方法 通过刀具轨迹计算和切削试验，研究球墨铸铁平面铣削过程中切削刃数量对切削性能、刀具磨损和表面形貌特征的影响，并用分形维数和表面粗糙度共同表征表面形貌。结果 刀具轨迹分析表明，由于铣削过程中，刀具切削方向和进给方向间的夹角不断变化，铣削表面不同位置和方向的表面形貌存在差异，进而导致表面粗糙度存在较明显的差异。通过铣削试验研究切削刃数量对铣削表面不同位置和方向的几何特征的影响规律发现，随着切削刃数量的成倍增加，切削力显著增加，同时刀具磨损量降低了36.5%，表面粗糙度值降低了39.2%，表面轮廓分形维数值增加了4.8%。结论 增加切削刃数量可以使每齿切削力和刀具磨损均显著减小，刀具寿命显著增加，同时表面粗糙度减小，分形维数增大，即切削刃数量的增加使表面质量更好，表面轮廓结构更复杂。
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  基于有限元模拟研究激光除锈时金属基底表面温度场

  任志国, 陈静, 陈怀宁

  表面技术. 2018, 47(12): 321-327. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.043

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  目的 根据激光除锈后金属基底表面熔池直径，通过有限元模拟，表征激光除锈时金属基底表面温度场分布。方法 考虑到激光除锈时，使用的脉冲激光具有功率小、重复频率大和脉宽短的特征以及金属具有对激光反射率大的特征，采用高斯面热源和有限元网格划分策略，可以较好地实现描述激光除锈时金属基底表面温度场分布。采用白光干涉仪和扫描电子显微镜测量和观察激光除锈后金属基底表面熔池的尺寸。结果 经过反复模拟计算和实验结果对比，最终确定高斯面热源参数为：热源效率48%，高斯系数1，热源半径30 mm。根据金属基底表面单个节点温度与时间的关系，分析表明在激光除锈过程中，金属基底表面形成了一个极快速的加热冷却温度场。结论 根据激光除锈后金属基底表面熔池直径，确定热源模型参数，进而通过模拟计算得到了较为准确的金属基底表面温度场的分布。
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  基于小波变换的发动机表面缺陷图像去噪方法的研究

  肖静, 游世辉

  表面技术. 2018, 47(12): 328-333. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2018.12.044

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  目的 滤除发动机表面缺陷图像上的噪声，使发动机表面缺陷信息得以更好地呈现。方法 首先利用小波变换将发动机表面缺陷含噪图像进行系数分解，获取不同的小波系数；接着利用支持向量机对小波分解系数进行分类，以达到将噪声信号与非噪声信号进行分离的效果；最后利用插值运算对硬阀值函数进行优化，以克服函数不连续性引起的振铃效应等弊端，使得去噪后图像能够保持更多的细节信息。通过实验仿真将所提方法以及中值滤波、双边滤波方法的去噪效果进行对比。结果 所提方法去噪后图像与中值滤波以及双边滤波方法去噪后图像相比，具有更高的PSNR值以及SSIM值。测试图像噪声强度为25%时，所提方法去噪后图像的PSNR值以及SSIM值较中值滤波方法去噪分别提高了20.66%以及11.89%，较双边滤波方法去噪分别提高了10.30%以及5.48%。结论 所提方法比中值滤波、双边滤波方法具有更好的去噪效果，能够对发动机表面缺陷图像的噪声进行去除，并较好地保留图像的细节信息。