2019年, 第48卷, 第7期　
刊出日期：2019-07-20

  

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特邀综述
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  化学机械抛光液的研究进展

  张振宇, 孟祥东

  表面技术. 2019, 48(7): 1-10. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.001

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  化学机械抛光（CMP）技术是集成电路制造中获得全局平坦化的一种重要手段，化学机械抛光液是影响抛光质量和抛光效率的关键因素之一，而抛光液中的磨粒和氧化剂决定了抛光液的各项化学机械抛光性能。将抛光液磨粒分为单一磨粒、混合磨粒以及复合磨粒，综述了近年来国内外化学机械抛光液磨粒发展现状，其中重点分析和总结了SiO2、Al2O3、CeO2三种单一磨粒，SiO2/Al2O3、SiO2/SiO2、SiO2/CeO2混合磨粒，CeO2@SiO2、PS@CeO2、PS@SiO2、sSiO2@mSiO2、PMMA@CeO2、PS@mSiO2等核-壳结构复合磨粒，Co、Cu、Fe、Ce、La、Zn、Mg、Ti、Nd等离子掺杂复合磨粒的研究和应用现状，并针对目前存在的问题进行了详细的分析。针对目前化学机械抛光液不同材料氧化剂（高锰酸钾和过氧化氢）的选择和使用进行了分析总结。此外，介绍了一种新型绿色环保抛光液的研究和使用情况，同时对化学机械抛光液存在的共性问题进行了总结，最后展望了化学机械抛光液未来的研究方向。
专题——液相等离子体电解-微弧氧化表面改性技术
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  锆微弧氧化表面处理技术研究进展

  魏克俭, 薛文斌, 曲尧, 王兴平, 杜建成

  表面技术. 2019, 48(7): 11-23. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.002

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  锆及锆合金是重要的核结构材料和有潜力的生物医用材料，但在实际应用中，腐蚀、磨损易造成其失效，而适当的表面改性是提高它们服役性能的有效手段。重点介绍了锆及锆合金微弧氧化（MAO）表面处理技术的研究现状，讨论微弧氧化过程中电压电流特征及微弧放电机理，总结电解液体系及电参数对锆微弧氧化膜生长及膜层性能的影响规律，最后指出目前存在的问题和后续的研究方向。锆微弧氧化膜硬度高，致密性好，能大幅度提升基材的抗磨损和抗腐蚀性能。因此，锆微弧氧化技术在核电及生物医学领域有着很好的应用前景。此外，电解液中铝、硅元素进入微弧氧化膜后可以稳定膜层中高温氧化锆相（t-ZrO2），避免膜层中应力集中和微裂纹的产生。用P和Ca元素修饰后的锆微弧氧化膜具有较好的生物活性、抗体液腐蚀和抗菌性能。
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  微弧氧化技术在热控涂层中的应用

  李响, 姚忠平, 李雪健, 徐鸿, 夏琦兴, 陈昌举, 姜兆华

  表面技术. 2019, 48(7): 24-36. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.003

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  热控涂层在航空、航天及其他许多领域有着广泛的应用。介绍了热控涂层的工作原理和热控涂层类型，着重论述了微弧氧化技术在钛、镁、铝合金表面制备热控涂层的研究现状，目前高吸收发射比的钛、镁、铝合金热控涂层的最大吸收率分别可以达到0.96、0.94、0.90，最大发射率分别可以达到0.95、0.87、0.90；低吸收发射比的钛、镁、镁锂合金涂层的吸收率分别可以达到0.237、0.35、0.33，发射率分别可以达到0.99、0.88、0.85。此外，还分析了涂层的组成结构和形貌，以及微弧氧化工艺条件对热控性能的影响。微弧氧化热控涂层的组成结构和形貌特征可以通过电解液配方和工艺参数调整来进行调控。适当延长反应时间、增加电流密度，涂层厚度增加、粗糙度变大，高吸收发射比涂层的吸收率和发射率升高，低吸收发射比涂层的吸收率降低、发射率升高。电解液中添加阴、阳离子或纳米/微米颗粒，或调控不同组分在微弧氧化涂层中的分布，对于改善涂层的吸收率和发射率具有重要作用。最后，从微弧氧化热控涂层的综合性能、实际应用环境、复合技术应用以及开发微弧氧化智能热控涂层四个方面进行了展望。
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  金属表面液相等离子体电解渗硼技术

  王彬, 薛文斌, 金小越, 杜建成

  表面技术. 2019, 48(7): 37-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.004

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  金属表面液相等离子体电解渗技术包括等离子体电解渗碳、渗氮、渗硼等。它具有渗透效率高、工作电压低、处理工艺简单、成本低等优点。主要介绍了钢铁、钛等金属表面等离子体电解渗硼技术的最新进展，分析了它的放电过程和基本原理，研究了渗硼过程的光发射谱，并评估了等离子体放电区的电子温度、电子浓度特征参数。分析了渗硼层的生长过程和形成机理，探讨了金属基体成分、工作电压、处理温度和电解液的组成等关键参数，对渗硼层的显微组织和相成分的影响。最后简要探讨了等离子体电解渗硼技术目前存在的问题和后续的发展方向。
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  镁合金微弧氧化的研究现状

  陈宏, 王成成, 康亚斌, 朱晓宇, 陈斌博, 陈永楠, 郝建民

  表面技术. 2019, 48(7): 49-60. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.005

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  结合国内外镁合金微弧氧化机理的研究成果，重点介绍了镁合金微弧氧化的生长机理，利用光发射谱识别等离子体放电过程中的反应元素，并计算等离子体温度。对镁合金微弧氧化功能膜以及增强相对镁基复合材料微弧氧化陶瓷膜耐蚀性的影响作了简要介绍。概述了在镁合金微弧氧化过程中，不同体系的电解液各自具有的优缺点，及对陶瓷膜结构和性能产生的重要影响。添加剂可以提高电解液的导电性和稳定性，减小陶瓷膜的孔隙率。详细阐述了合金元素、电源类型、电参数和后处理封孔技术对镁合金陶瓷膜结构、形貌及性能的影响。基于镁合金微弧氧化技术的研究现状，对镁合金微弧氧化技术的研究方向进行了展望。
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  微弧氧化膜封孔技术研究进展

  刘朋, 刘群峰, 黄德群, 顾珩, 刘志聃

  表面技术. 2019, 48(7): 61-71. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.006

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  首先对微弧氧化中微孔产生机理进行了阐释，归纳并总结了微弧氧化封孔技术的最新研究进展。在不同封孔机理的基础上，分析了各种封孔方法的优缺点，如水合封孔、有机物封孔、无机物封孔和一些新型封孔工艺。其中自封孔展现出了较大优势，其包括溶液自封孔和外加电场自封孔两种方式。溶液自封孔是通过改变电解液的组成及配方实现自封孔，而外加电场自封孔主要是利用外加电场驱使带电粒子加速向微孔中移动并生成沉淀，使封闭微孔。最后对封孔工艺的发展趋势进行了展望。
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  TA15合金微弧氧化陶瓷涂层制备与电偶腐蚀性能

  周科, 王树棋, 娄霞, 邹永纯, 张鹏飞, 王亚明

  表面技术. 2019, 48(7): 72-80. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.007

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  目的 改善TA15合金（Ti6Al2Zr1Mo1V）与异种金属间接触时产生的电偶腐蚀性能。方法 采用微弧氧化（Microarc oxidation，MAO）方法在硅酸盐电解液中，于钛合金表面制备TiO2基陶瓷涂层。采用XRD、SEM和EDS等方法，表征涂层的物相成分、组织结构及元素分布，用极化曲线、电化学阻抗谱和电偶腐蚀等测试涂层的耐腐蚀性能。结果 微弧氧化涂层由内外两层组成，内层致密，外层疏松多微孔，且内层与基体的结合呈现凹凸界面，出现“局部过生长”现象。涂层以金红石和锐钛矿TiO2相为主。与基体合金相比，陶瓷涂层的自腐蚀电位提高了0.672 V；随氧化时间的延长，涂层厚度增加，内层变得更加致密，涂层的自腐蚀电位提高。涂层内层的阻抗模值，随氧化时间的增加而增大，分别为1.16×106 Ω?cm2（10 min）、1.2× 106 Ω?cm2（30 min）和3.8×106 Ω?cm2（50 min）。在3.5%NaCl溶液中进行电偶腐蚀试验15天后，30CrMnSiA钢/TA15合金微弧氧化涂层对偶件的平均电偶腐蚀速度，明显低于30CrMnSiA钢与TA15合金、巴氏合金、铝青铜偶接时的腐蚀速度。结论 微弧氧化致密阻挡层具有良好的阻隔特性，降低了电偶腐蚀敏感度，有效缓解了电偶腐蚀的发生。
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  钛合金表面高硬度微弧氧化膜的制备和耐磨性研究

  齐玉明, 彭振军, 刘百幸, 梁军, 王鹏

  表面技术. 2019, 48(7): 81-88. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.008

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  目的 在钛合金表面制备高硬度、高耐磨的微弧氧化膜，并研究其摩擦磨损性能。方法 采用较高浓度的铝酸盐电解液在钛合金表面制备了微弧氧化膜，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量色散谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD），对膜层的微观形貌和组成进行表征。采用辉光放电光谱仪（GDOES）分析膜层厚度方向的元素变化情况。利用显微硬度计测试膜层硬度，利用摩擦试验机测试膜层的摩擦磨损性能，并通过三维轮廓仪分析磨痕轮廓。结果 膜层主要由Al2TiO5和γ-Al2O3相构成，有少量的金红石型TiO2相；随着铝酸盐浓度的增大，微弧氧化膜的表面形貌和元素分布更均匀、一致，内部的孔隙和微裂纹更少。膜层硬度较Ti6Al4V基材有大幅提升，且随铝酸盐浓度的增大而升高，最高可达1140HV。膜层在稳定摩擦阶段的摩擦系数介于0.55~0.65之间，随着铝酸盐浓度的升高，磨痕深度减小且磨损率降低。结论 高浓度铝酸盐电解液中制备的微弧氧化膜具有较高的硬度，在滑动干摩擦条件下表现出优异的耐磨性。
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  纳米ZrO2微粒对TC4合金表面微弧氧化陶瓷膜层耐蚀及耐磨性能的影响

  才文兰, 史海兰, 王振霞, 贺志勇, 刘小萍, 林乃明

  表面技术. 2019, 48(7): 89-96. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.009

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  目的 提高TC4微弧氧化表面陶瓷涂层的耐蚀性与耐磨性，并研究ZrO2微粒对涂层性能的影响。方法 在不同配比的硅酸钠、磷酸钠、氢氧化钠混合电解液中，通过微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备陶瓷涂层，得到最佳电解液配比。将纳米ZrO2微粒添加到电解液中，以制备复合涂层。通过SEM、XRD、电化学工作站以及往复摩擦磨损试验机，研究不同含量ZrO2对膜层的形貌、相结构、耐腐蚀及耐磨性的影响。结果 随着纳米ZrO2浓度的增加，涂层微孔数量和尺寸都减小，膜层的主要组成相为ZrO2、ZrTiO4、TiO2、Ti2O、Al2O3和SiO2。0.9% NaCl溶液中的电化学极化曲线表明，随着ZrO2浓度的增加，涂层的自腐蚀电位不断提高，但当添加剂的含量达到12 g/L时，自腐蚀电位降低。摩擦磨损实验显示，不含ZrO2陶瓷膜层的比磨损率为1.082×10-3 mm3/(N?m)，当ZrO2含量为9 g/L时，其比磨损率为3.489×10-4 mm3/(N?m)，是未添加颗粒的32.24%。结论 纳米ZrO2微粒的加入有效提高了陶瓷涂层的耐蚀、耐磨性，特别地，当添加量为9 g/L时，涂层的耐蚀性耐磨性最好。
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  铝酸盐溶液对TiAl合金微弧氧化膜生长和膜层特性的影响

  李夕金, 薛文斌

  表面技术. 2019, 48(7): 97-103. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.010

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  目的 改善TiAl合金表面结构，提高其力学性能。方法 利用微弧氧化（MAO）方法，在NaAlO2电解液中制备了TiAl合金表面的陶瓷膜，分析微弧氧化过程中不同阶段的膜层生长特点，并研究铝酸盐溶液对微弧氧化膜生长速率的影响。通过硬度测试和显微划痕测试方法，评价膜层对基体硬度的影响和膜/基结合力的变化。利用扫描电子显微镜（SEM）分析不同厚度膜层的结构，结合能谱仪（EDS）分析膜层中元素的分布变化。使用X射线衍射仪（XRD）分析膜层相结构的变化。结果 铝酸盐溶液中微弧氧化膜的厚度随着微弧氧化时间增加，可以达到57 μm。微弧氧化过程分为明火花和暗火花生长两个阶段：前30 min是明火花生长阶段，生长速率可达1 μm/min；后续时间为暗火花生长阶段，生长速率约为0.23 μm/min。膜层包括致密内层和疏松外层。致密层中孔隙较少，Al、Ti含量较低；外层有较大的孔隙，Al含量较高，Ti含量较低。扫描电子显微镜结果显示，膜的内层与基体结合良好。显微划痕实验测得膜/基结合力达到45 N。陶瓷膜的相成分是Rutile-TiO2和Al2TiO5，且随着膜层变厚，Al2TiO5的相对含量上升。陶瓷膜的显微硬度随着膜厚度的增加而增加，120 min膜的显微硬度值可达1450 HV，是基体硬度的3倍多。结论 在NaAlO2中对TiAl合金进行微弧氧化处理，可以制备55 μm的陶瓷层。该膜层与基体间有优异的结合力，可以有效改善基体的表面结构，提高材料的硬度，改善其耐磨性能。
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  硅酸钠浓度对Ti3Al基合金微弧氧化层生长及其摩擦磨损性能的影响

  贾文婷, 王文波, 田林海, 王晓云, 常勇强, 张伟樯, 聂勇

  表面技术. 2019, 48(7): 104-111. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.011

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  目的 研究硅酸钠溶液浓度对Ti3Al基合金表面制备微弧氧化膜层结构的影响，以提高Ti3Al基合金微弧氧化膜层的摩擦磨损性能。方法 采用恒流模式微弧氧化电源，分别在6、8、10 g/L的Na2SiO3电解液中，对Ti3Al基合金试样进行微弧氧化处理，用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、Image J软件、X射线衍射仪（XRD）及显微硬度仪，分析微弧氧化膜层的表面形貌和截面形貌、元素分布、厚度、相组成以及表面硬度。用CFT-I 型磨损试验机研究不同微弧氧化膜层的摩擦磨损性能。结果 随着Na2SiO3浓度的增加，微弧氧化的工作电压与起弧电压均逐渐减小。微弧氧化层表面呈多孔状，存在熔融物堆积导致的环状凸起。随着Na2SiO3浓度的增加，氧化层表面微孔直径减小，膜层逐渐增厚。微弧氧化膜层主要Al2O3、SiO2、TiO2、Nb2O5以及Al2SiO5相组成，微弧氧化处理明显降低了Ti3Al基合金的摩擦系数和磨损率。电解液Na2SiO3质量浓度为10 g/L时，微弧氧化膜层的平均摩擦系数为0.49，磨损率仅为2.1×10-7 mm3/(N?mm)，主要表现为微切削磨损与轻微的粘着磨损。结论 随着硅酸钠浓度的增加，有利于提高微弧氧化膜层的形成速率，缩短反应时间。微弧氧化处理能够显著改善Ti3Al基合金的耐磨性。
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  DLC薄膜沉积对不同表面形貌的钛微弧氧化膜层摩擦学性能的影响

  李云玉, 任西鹏, 陈兆祥, 李浩, 任丽梅

  表面技术. 2019, 48(7): 112-121. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.012

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  目的 在钛微弧氧化（MAO）膜层表面沉积类金刚石碳（DLC）薄膜，探索DLC薄膜沉积对不同表面形貌微弧氧化膜层摩擦学性能的影响。方法 在铝酸盐电解液体系中，通过改变微弧氧化时间（10、60 min）制备表面粗糙度与平均孔径不同的两种微弧氧化膜层MAO_10和MAO_60，而后利用磁控溅射技术在其表面沉积DLC薄膜，获得MAO/DLC复合膜层。通过白光共聚焦显微镜、CSM球盘式摩擦磨损试验机、Mahr轮廓仪和扫描电子显微镜等实验设备，对膜层的表面粗糙度、微孔尺寸、摩擦系数、磨损率和磨痕形貌等进行观察和分析。结果 微弧氧化时间增加导致MAO膜层的表面粗糙度增大，表面微孔数目下降但平均孔径增大。DLC沉积可以在MAO_10膜层表面形成较好的DLC覆盖层，但在粗糙度较高和孔径较大的MAO_60膜层表面呈现出明显的不连续分布。MAO/DLC复合膜层的粗糙度和平均孔径明显低于MAO膜层。摩擦学性能测试表明，MAO_10/DLC复合膜层的摩擦系数和磨损率相比于MAO_10膜层均明显下降，MAO_10膜层和MAO_10/DLC复合膜层的稳定摩擦系数分别为0.85和0.24，磨损率分别为12.76×10-6 mm3/(N?m)和3.71×10-6 mm3/(N?m)；MAO_60/DLC复合膜层的摩擦系数和磨损率则与MAO_60膜层比较接近，MAO_60膜层和MAO_60/DLC复合膜层的稳定摩擦系数分别为0.77和0.67，磨损率分别为68.02×10-6 mm3/(N?m)和61.81×10-6 mm3/(N?m)。结论 在表面较平整且平均孔径较小的钛微弧氧化膜层表面沉积DLC薄膜时，所得MAO/DLC复合膜层在摩擦过程中可以形成较为连续的润滑层，其摩擦学性能良好。相反，在表面粗糙和平均孔径较大的钛微弧氧化膜层表面沉积DLC薄膜时，所得MAO/DLC复合膜层在摩擦过程中难以形成连续的润滑层，其摩擦学性能较差。
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  微弧氧化处理对钛-钢电偶腐蚀行为的影响

  胡裕龙, 卜世超, 王智峤

  表面技术. 2019, 48(7): 122-134. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.013

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  目的 采用微弧氧化（MAO）在TA2表面形成陶瓷绝缘层，以显著减弱或消除TA2与10CrNiCu钢连接构件的电偶电池作用。方法 采用不同氧化时间获得了2种MAO膜厚度的试样，通过电偶对试样的挂片实验及模拟电偶对的电化学实验，研究了微弧氧化处理对10CrNiCu/TA2电偶对在3.5%NaCl溶液中腐蚀行为的影响，研究了模拟电绝缘电偶对的电化学实验方法。结果 在TA2与10CrNiCu之间形成的MAO膜可显著降低它们之间的电偶电池作用，MAO膜厚度的增加可以提高电绝缘的效果，当MAO膜厚度约为25 μm时，电偶对挂片试样中10CrNiCu的腐蚀速度仅比自腐蚀时大约7%。当整体微弧氧化的TA2与10CrNiCu短路连接时，随着浸泡时间的延长，其电偶电流反而会大于10CrNiCu/TA2电偶对。在10CrNiCu/TA2电偶对中串联MAO样品以模拟电绝缘层时，MAO膜的质量对电绝缘效果有明显的影响，质量良好的MAO膜可显著抑制电偶腐蚀。结论 MAO膜的电绝缘效果良好，当MAO膜厚度大于25 μm时，可基本消除TA2与10CrNiCu之间的电偶电池作用。由于湿态MAO样品与电阻有明显的差异，串联湿态MAO样品的电偶对与实际的10CrNiCu/TA2接头也有明显差异，在电偶对中串联绝缘材料不能准确模拟电绝缘异金属连接接头。
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  负电压对2A50铝合金微弧氧化陶瓷层微观结构和耐磨性能的影响

  李小晶, 文帅, 符博洋, 毛昕, 张敏, 王启伟, 陈平

  表面技术. 2019, 48(7): 135-141. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.014

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  目的 通过调节负电压参数，制备具有较高硬度与较好耐磨性的2A50铝合金微弧氧化陶瓷层。 方法 通过微弧氧化，利用双极性脉冲电源，在硅酸盐为主的电解液中，于2A50铝合金表面原位生成耐磨的高硬度陶瓷层。通过改变负电压，研究其对微弧氧化陶瓷层相组成、微观结构、显微硬度和摩擦磨损性能的影响规律。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪表征微弧氧化膜层的微观形貌、物相组成。利用显微硬度计测试微弧氧化膜层的硬度，并通过摩擦磨损试验机评价膜层的耐磨性。结果 涂层的主要相组成为γ-Al2O3。陶瓷层由内侧致密层和外部疏松层组成，随着负电压的提高，微孔的数量和尺寸先减少后增大。微弧氧化后，2A50铝合金得到明显强化，经–100 V负电压的微弧氧化，其显微硬度由未处理的75HV0.5提高至1321HV0.5。微弧氧化陶瓷层具有良好的耐磨性，摩擦系数在0.35~0.55之间，其磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损共存。结论 正电压较高时，较低负电压可很好地抑制微弧氧化过程中的强放电现象，以获得较为致密、坚硬且耐磨的膜层。
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  6061铝合金表面新型黄色微弧氧化陶瓷层的制备与表征

  武上焜, 杨巍, 高羽, 苏霖深, 刘晓鹏, 陈建

  表面技术. 2019, 48(7): 142-149. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.015

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  目的 研究6061铝合金表面新型微弧氧化黄色陶瓷层的制备工艺，并对其微观结构、成分、硬度、耐蚀性能等进行表征。方法 在以Na2SiO3为基础的电解液中加入Na2SnO3进行微弧氧化处理，制备出黄色微弧氧化陶瓷层，并与传统白色、黄色、黑色微弧氧化陶瓷层作对比。采用SEM和EDS分析膜层表面形貌和元素分布，借用XPS对膜层进行成分表征，使用硬度计测试其表面硬度，采用电化学工作站和人造海水腐蚀实验评价陶瓷层的抗腐蚀性能。结果 随着电解液中Na2SnO3浓度的增加，陶瓷层中Sn元素含量增加，Si元素含量减少，陶瓷层黄色饱和度不断增强。黄色含Sn陶瓷层制备过程中，电解液中的SnO32-在高温高压下转化为SnO2，导致陶瓷层硬度达到365HV，高于白色与黑色陶瓷层。在3.5% NaCl溶液中进行电化学测试，黄色含Sn陶瓷层的腐蚀电流密度与腐蚀电位分别为9.34×10-9 A/cm2和-0.34 V，耐蚀性优于白色和黄色含Mn陶瓷层。结论 在电解液中添加Na2SnO3可在铝合金表面生成具有较高硬度和耐蚀性能良好的类似沙漠黄色的陶瓷层，为铝及其合金在多领域的应用奠定了一定的实验基础。
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  固体润滑剂WS2对铝合金微弧氧化陶瓷膜摩擦学性能的影响

  付景国, 马圣林, 朱新河, 马春生, 徐长旗, 朱嘉琪

  表面技术. 2019, 48(7): 150-157. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.016

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  目的 改善微弧氧化陶瓷膜层的摩擦学性能。方法 采用微弧氧化技术和抛磨技术相结合的方法在ZL109合金表面制备微弧氧化陶瓷和固体润滑剂复合膜层。利用粗糙度仪检测试样表面粗糙度，并在球盘往复式摩擦磨损试验机下检测复合膜层的摩擦学性能。使用扫描电镜（SEM）分析试验前后试样表面微观形貌及对磨钢球磨斑形貌，并利用能谱分析仪（EDS）对试样膜层化学成分进行分析。结果 在抛磨纳米WS2粉体过程中，WS2可有效填充陶瓷膜疏松层上的放电微孔以及经抛光的陶瓷膜层表面残留的微孔缺陷，并极大地降低试样表面粗糙度，进而影响实验前期的摩擦系数及抗粘着时间。试样MAO-W比试样MAO粗糙度降低约34.2%，摩擦系数降低79.2%，抗粘着时间增加900%。试样P-MAO-W比试样P-MAO粗糙度降低约41.3%，摩擦系数降低93.6%，抗粘着时间增加233%。另外，制备的试样可以有效减轻对磨钢球的磨损，并且试样的磨痕宽度及对磨钢球的磨斑直径变化规律与摩擦过程中的摩擦系数变化及粗糙度变化趋势相吻合。结论 在铝合金微弧氧化陶瓷膜层表面抛磨纳米WS2自润滑粉体可有效降低摩擦，延长抗粘着时间并减轻对磨件的磨损。
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  氧化时间对AZ31B镁合金微弧氧化涂层结构及性能的影响

  宁闯明, 崔学军, 王淋, 宋世杰, 张颖君

  表面技术. 2019, 48(7): 158-165. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.017

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  目的 探索氧化时间对AZ31B镁合金表面微弧氧化（MAO）涂层结构及性能的影响规律。方法 通过恒压MAO的方法在硅酸盐电解液体系中制备涂层，采用扫描电子显微镜（SEM）、Image-J图像分析法、测厚仪、表面粗糙度仪、摩擦磨损试验机、盐雾试验箱来研究涂层表面微观形貌、表面孔隙率、厚度、粗糙度、摩擦性能以及耐蚀性能。结果 涂层孔隙率随着氧化时间的延长而减小，氧化25 min所得涂层孔隙率最小，为5.404%。涂层厚度随时间的延长而增大，但是厚度增长速率减小，氧化5 min时涂层厚度为9 μm，而25 min时涂层厚度为10.4 μm。涂层粗糙度与摩擦系数随时间的增加而增大，磨损率随氧化时间的增加，呈现先增大后减小的趋势，氧化15 min所得样品磨损率最高，氧化5 min所得涂层耐蚀性最差，氧化25 min的涂层耐蚀性最好。结论 恒压条件下，氧化时间的延长可以有效地减小涂层表面孔隙率，增加涂层厚度，显著改善涂层的耐磨、耐蚀性能。
专题——微生物腐蚀与防护
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  海洋用金属材料的微生物腐蚀研究进展

  刘丹, 杨纯田, 周恩泽, 杨洪英, 李中, 徐大可, 王福会

  表面技术. 2019, 48(7): 166-174. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.018

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  虽然海洋环境下所使用的金属材料的机械性能和耐蚀性能都较好，但近年来关于海洋工程材料腐蚀失效的报道却越来越多。以海洋环境下金属材料的腐蚀为背景，重点介绍了近年来逐渐引起人们重视的金属材料微生物腐蚀的研究进展。一些经典的腐蚀理论虽然能够解释一些微生物腐蚀现象，但是目前微生物腐蚀逐渐成为很多工业环境下普遍存在的严重问题，这些机理的片面性也就逐渐暴露出来。随着研究的深入，人们对微生物腐蚀机理的认识更加全面、深入。研究者逐步提出了基于生物能量学和生物电化学的微生物腐蚀理论，该理论引入了微生物胞外电子传递过程，解释了微生物为什么和如何腐蚀金属材料，并获得了学术界的普遍认可。为了解决传统抗微生物腐蚀方法的诸多不足，开发新型抗菌材料、研发环保型杀菌剂和杀菌剂增效剂将会为微生物腐蚀防治提供新思路。
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  卤氧化铋薄膜的制备及其在海洋防污应用中的进展

  杨治庆, 王毅, 张盾

  表面技术. 2019, 48(7): 175-184. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.019

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  海洋生物污损引起的一系列经济损失和安全问题，是海洋开发过程中必须面临的重要问题之一，因此开发新型高效的防污技术具有重要意义。随着光催化抗污技术的发展，其在海洋防污的应用受到了广大研究者的关注。卤氧化铋（BiOX，X=Cl、Br、I）薄膜作为一种新型半导体薄膜，由于具有优异光催化性能、较高的机械强度和易于回收等优点，而成为应用于光催化防污领域中新的研究热点。综述了BiOX半导体薄膜的制备方法及其应用领域的最新进展。首先，在海洋污损与现存防污技术的研究背景下，概述了光催化技术应用于海洋防污的潜力。其次，综述了国内外当前BiOX薄膜制备技术及其应用领域，并介绍了各种方法的优缺点。之后总结了BiOX半导体膜在海洋防污领域的最新应用研究，其中特别强调了海洋环境中膜材料应用的必要性。最后，展望了BiOX半导体薄在海洋防污领域的发展前景，概述了可能产生突破性研究成果的发展方向，为进一步将BiOX薄膜应用于海洋防污领域打开了新的视角。
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  生物降解高分子基海洋防污材料的研究进展

  潘健森, 谢庆宜, 马春风, 张广照

  表面技术. 2019, 48(7): 185-192. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.020

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  首先总结了当前四种生态友好海洋防污材料的优缺点，并简要概述了环境友好防污剂的研究进展。接着介绍了一种新颖的防污策略——“动态表面防污”，并综述了基于这一策略发展的系列生物降解高分子基海洋防污材料的研究进展，包括生物降解聚酯-聚氨酯防污材料、改性聚酯防污材料和主链降解-侧链水解的聚酯-聚丙烯酸酯防污材料。该系列材料可通过主链酯键的断裂形成动态表面实现防污，同时降解产物为无毒的小分子，可避免造成海洋微塑料污染，复配环境友好防污剂可构筑具有优异动/静态防污能力的生态友好防污体系。最后展望了高性能防污体系未来的发展方向。
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  医用金属材料腐蚀疲劳性能研究进展

  王强, 季洋, 徐大可

  表面技术. 2019, 48(7): 193-199. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.021

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  结合文献和课题组的研究，对医用金属材料腐蚀疲劳性能的研究进展进行了总结，分别从腐蚀疲劳的危害性、分类、设计、控制等几个方面进行了阐述。腐蚀疲劳失效首先发生于材料表面，医用材料-生理环境的界面对于植入器械手术成功与否有着至关重要的作用，可以根据裂纹扩展速度曲线特征，将腐蚀疲劳分为三类。医用金属材料的腐蚀疲劳性能研究应考量其服役环境进行设计，可以通过表面处理、合金化等方法改善医用金属材料的腐蚀疲劳性能。医用金属材料腐蚀疲劳性能研究的一些基础问题仍待解决：医用金属材料在微生物参与下的腐蚀疲劳行为及其相关机制亟待阐述；医用金属材料的微生物腐蚀疲劳研究是一个系统、长期、复杂的过程，需要合理地建立实验模型，将三维有限元与传统实验方法有机结合，进一步指导医用金属材料相关器械的设计；新的合金成分设计、新的加工制造方式所获得的新型合金生理环境下的腐蚀疲劳性能，其相关数据亟待完善，这关系到新型医用金属材料长期使用的生物安全性问题，亟需开展大量的基础研究工作。在综合评述医用金属材料腐蚀疲劳性能研究现状的基础上，对医用金属腐蚀疲劳在学科交叉研究和新材料基础研究方面的发展趋势进行了展望。
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  仿生微纳结构抗菌表面研究进展

  裴阳阳, 宋青, 李鹏

  表面技术. 2019, 48(7): 200-210. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.022

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  介绍了天然抗菌微纳结构的特点及抗菌效果，从灵感来源、基底材料、构建方法、表面特性和结构、抗菌效率六个方面，总结了利用不同技术模拟蝉和蜻蜓的翅膀、蛾眼和壁虎皮肤微纳结构的仿生研究进展。阐述了材料表面微纳结构的形貌和粗糙度对抗菌效率的影响，发现具有多层次、间隔紧密、尖锐纳米柱结构的表面对革兰氏阳性和革兰氏阴性菌均表现出较强的抗菌活性。微纳结构抗菌表面与细菌相互作用，破坏细胞壁/膜，导致细菌死亡，该抗菌机制是物理机械性的，避免了细菌耐药性的产生。该综述为今后仿生微纳结构抗菌表面的发展提供了理论基础，并提出了未来的研究思路和发展方向。
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  海洋中石油烃类降解与微生物腐蚀关系研究

  张一梦, 郑泽旭, 段继周

  表面技术. 2019, 48(7): 211-219. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.023

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  在工程实践中，国家重要的海洋工程设施（如海底输油管线和船舶燃料系统等）发生的腐蚀破坏案例常常涉及到油水环境，并与微生物腐蚀作用密切相关，而了解海洋含油环境中石油烃类的生物转换机制是了解微生物腐蚀的关键。阐述了海洋环境中降解石油烃类的主要微生物及其降解机制，其在有氧和无氧条件下呈现不同的特点。微生物降解石油烃类过程中非常重要的一步即为接受电子，该过程将生物无法直接利用的化学能转换成可直接利用的能量形式，即腺苷三磷酸（ATP）。有氧条件下的烃类降解以氧气作为最终电子受体，而在缺氧条件下可利用硝酸盐、铁离子、硫酸盐等作为电子受体。海洋环境中的石油烃类会促进腐蚀性硫化物的生成，因此油水环境下的微生物腐蚀机理以硫化物的腐蚀破坏为主。此外，烃类降解过程产生的琥珀酸等酸性中间代谢物也会加剧腐蚀的发生。但目前关于海洋油水环境中微生物群落作为一个整体展现出的功能性及其对钢铁设施的破坏机理，仍然缺乏系统性的研究，而基于高通量测序的微生物组学研究技术将成为有效解决这些问题的手段之一。
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  新型多功能季铵化抗菌材料的制备与应用

  曲彦儒, 张昊雷, 沈传凯, 崔东元, 丁小康

  表面技术. 2019, 48(7): 220-228. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.024

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  综述了近年来在抗污、超滑/超亲水、可降解、促凝血、促细胞生长等新型多功能季铵化抗菌材料的分子设计和潜在应用方面取得的研究进展，指出在抗菌的同时并具有以上所提及的多种功能是抗菌材料发展的一大趋势。举例说明通过原子转移自由基聚合（ATRP）技术，合成的星状聚合物（POSS-g-PDMA），在季铵化后具有了极高的抗菌活性、相对非血溶性和可降解性。高度季铵化的基于二甲基癸基铵壳聚糖-接枝-聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯(DMDC-Q-g-EM)和聚(乙二醇)二丙烯酸酯的抗菌水凝胶兼具抗菌和抗真菌活性、生物相容性和可重复使用性。最后对新型多功能季铵化抗菌材料的未来发展方向进行了展望。
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  细菌黑色素在生物电化学领域的研究进展

  郭娜, 潘帅, 赵倩玉, 王亚楠, 郭章伟, 尹衍升, 董丽华, 刘涛

  表面技术. 2019, 48(7): 229-236. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.025

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  介绍了黑色素在结构上与类腐殖质相似，且具有非晶半导体的性质和氧化还原特性。根据合成途径的不同，黑色素可以分为真黑素、棕黑素、DHN黑色素和脓黑素，其中脓黑素主要由细菌细胞内苯丙氨酸和酪氨酸代谢途径产生。其次，细菌黑色素具有独特的生物学功能，可以通过增强细胞的致病毒性提高生存效率，也可以通过降低贻贝幼虫的附着和变形来抑制海洋生物污损。最后，微生物胞外呼吸过程中细菌黑色素独特的分子结构和电化学性质使其作为胞外电子传递载体和终端受体，参与了微生物胞外呼吸的电子传递机制。细菌黑色素的生物电化学特性也对金属的微生物腐蚀过程造成一定影响，拓展了微生物腐蚀直接电子传递理论的应用范围。该综述重在阐明细菌黑色素的电子传递能力具有潜在的功能和应用价值，为产黑色素细菌在微生物腐蚀与微生物燃料电池领域的研究和应用提供理论支持与参考。
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  基于表面引发聚合构建表面抗菌功能化牙科植入体

  孙玉洁, 章露娇, 赵玉清, 唐志辉, 段顺

  表面技术. 2019, 48(7): 237-246. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.026

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  目的 提高钛种植体的生物相容性能和抗菌性能。方法 用多巴胺包覆和表面引发聚合法将季铵化聚乙烯亚胺（QPEI）接枝到酸蚀钛片表面。通过扫描电子显微镜、水接触角测试、X射线光电子能谱（XPS）、激光共聚焦、细胞实验、动物实验等方法，分别评价修饰材料的表面形貌、亲水性、结构、抗菌性、细胞毒性、生物相容性和抗感染性能。结果 聚乙烯亚胺（PEI）上的叔氨基成功转变为季铵基团，通过多巴胺包覆及表面引发聚合的方法均可以在种植体表面成功接枝QPEI，但其抗菌性能和细胞相容性存在差异，通过表面引发聚合进行表面功能化的Ti-PGED-Q组的抗菌性能显著优于通过多巴胺自聚进行功能化的Ti-PDA-Q组，其抑菌率为89.69%。表面引发聚合修饰能影响早期细胞粘附，但对细胞增殖没有显著影响，并显著抑制了带菌种植体造成的体内炎症反应，材料在体内埋植7天时，其表面抑菌率为85.4%，起到良好的抗菌作用。结论 通过原位聚合法对种植体表面进行修饰，可以提高其表面的抗菌性能，并保持良好的生物相容性。
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  DCOIT复合Zn-Ni合金抗菌镀层的制备及其耐SRB腐蚀性能研究

  翟晓凡, 管方, 王楠, 段继周, 侯保荣

  表面技术. 2019, 48(7): 247-255. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.027

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  目的 提高Zn-Ni合金镀层的耐微生物腐蚀性能。方法 在硫酸盐电镀液中添加梯度浓度的4,5-二氯-N-辛基-4-异噻唑啉-3-酮（DCOIT），利用恒电流沉积方法，在碳钢表面阴极电沉积获得DCOIT复合Zn-Ni合金镀层。通过电沉积电位监测与电流效率计算评价DCOIT对电沉积过程的影响，利用扫描电子显微镜、电子能谱、X射线晶体衍射等研究DCOIT对Zn-Ni复合镀层形貌、结构与Ni含量的影响，使用傅里叶红外吸收光谱和荧光显微观察法验证DCOIT的成功复合及复合镀层的抗菌性能，最后将DCOIT复合Zn-Ni合金镀层暴露于硫酸盐还原菌（SRB）中，监测菌液的pH与菌体浓度，同时计算镀层的腐蚀速率，并观察镀层的腐蚀形貌，评价复合镀层的耐SRB腐蚀性能。结果 DCOIT在电沉积过程中会吸附在沉积表面，造成沉积电位负移，并略微降低了电流效率。DCOIT的添加显著改变了复合镀层的形貌、结构与Ni含量，其Ni含量与DCOIT的添加量呈线性增长关系，导致其晶体结构转变。DCOIT以有效形式存在于复合Zn-Ni合金镀层中，并显示出抗菌性能，DCOIT添加量为2 mmol/L时，镀层中的复合量最高，抗菌性能最好。最后，DCOIT复合Zn-Ni合金镀层能有效抑制环境中SRB的生长与代谢，自身腐蚀速率减慢，耐蚀性能明显增强。结论 DCOIT能够以有效形式复合于Zn-Ni合金镀层内部，并有效提高了镀层的抗菌性能，使其获得增强的耐SRB腐蚀性能。
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  大气环境中霉菌对氟碳彩涂板老化行为的影响

  马政, 卢琳, 刘倩倩, 张达威

  表面技术. 2019, 48(7): 256-262. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.028

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  目的 通过对氟碳彩涂板在海南文昌和云南西双版纳大气环境中曝晒后的失效行为进行对比研究，探明霉菌因素对氟碳彩涂板老化行为的影响。方法 运用扫描电子显微镜（SEM）、电化学阻抗谱（EIS）以及傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等分析手段，对不同周期涂层试样的表面形貌和防护性能进行了监测和分析，探究海南文昌和云南西双版纳两种不同环境室外自然曝晒下，氟碳涂层的老化失效和行为。结果 SEM照片表明，随着曝晒时间的增加，两个地区涂层试样均发生不同程度的老化，且西双版纳涂层试样表面出现明显的霉菌菌落附着。EIS结果表明，与文昌试样相比，西双版纳暴晒的涂层低频阻抗模值下降较快。FT-IR结果表明，西双版纳地区氟碳涂层老化的主要原因是涂层中的丙烯酸树脂在光照和真菌等微生物共同作用下发生分子链断裂。相比之下，在光照时间、辐射强度均高于西双版纳的情况下，文昌大气暴晒后的试样表现出较好的耐候性能。结论 霉菌引起的微生物降解加速了涂层的光老化进程，使得西双版纳暴晒试样老化程度较大。
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  土壤环境中管线钢硫酸盐还原菌腐蚀

  许进, 白云龙, 徐大可, 杜翠薇, 孙成

  表面技术. 2019, 48(7): 263-270. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.029

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  腐蚀是世界各国共同面临的问题之一，每年因腐蚀造成的经济损失占全国GDP的3%~5%，其中土壤腐蚀约占总腐蚀的20%。金属的土壤腐蚀是一种自发的冶金逆过程，它不仅会导致埋地金属构筑物腐蚀破坏，还会引发管线泄漏、燃烧和爆炸等事故，给社会带来巨大的经济损失和社会危害。微生物腐蚀是埋地管线钢腐蚀的重要腐蚀类型之一，其中以硫酸盐还原菌引起的腐蚀最为严重。从环境因素、材料因素和微生物因素三个方面，对土壤环境中管线钢硫酸盐还原菌腐蚀进行了简要概述。埋地管线钢微生物腐蚀研究最多的是环境因素的影响，包括土壤类型、土壤含水量、土壤阴离子、化肥、农药、土壤宏电池和剥离涂层。材料因素的研究多集中在阴极保护、外加应力和杂散电流等因素的影响。相比前两种影响因素，微生物因素最为复杂，也是研究最少的一个方面。微生物因素的研究是一个全新的研究领域，包括膜内生物酶的影响以及膜内电子传递等。今后一段时间，埋地管线钢微生物腐蚀仍以环境和材料因素等多因素的耦合作用为主要研究方向。
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  热带雨林环境中霉菌对PCB-Cu腐蚀行为的影响

  白子恒, 李雪鸣, 胡玉婷, 王吉瑞, 卢琳, 董超芳, 肖葵

  表面技术. 2019, 48(7): 271-277. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.030

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  目的 研究PCB-Cu在热带雨林环境下的霉菌腐蚀行为。方法 利用平板培养法筛选出PCB表面出现频率较高的两株真菌Fusarium solani和Daldinia eschscholtzii。利用干重法研究Cu2+对其生理活性的影响，利用扫描电子显电镜观测PCB-Cu表面的生物成膜情况，并利用动电位极化曲线研究其腐蚀电化学行为。 结果 两株真菌在6天时，均能在PCB-Cu表面形成生物膜，且在菌丝密集处，出现腐蚀产物的堆积。同时，薄液膜内Cu2+浓度的升高能抑制菌体的繁殖。相比于无菌组，两株菌株均能够在前期抑制PCB-Cu自腐蚀电位Ecorr的升高，在后期抑制PCB-Cu自腐蚀电位Ecorr的降低。结论 霉菌孢子接种到PCB-Cu表面后，由于初期PCB-Cu表面薄液膜中的Cu2+含量较少，对菌体的抑制作用较低，因此菌体活性较好，其分泌物抑制了PCB-Cu表面氧化膜的生成，从而在初期促进了PCB-Cu的腐蚀。但随着腐蚀反应的进行，PCB-Cu表面薄液膜中Cu2+浓度逐渐升高，菌体的活性受到抑制，因此腐蚀性分泌物含量下降，而此时附着在PCB-Cu表面的生物膜对基体起到了保护作用，从而开始抑制腐蚀。
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  SLA表面处理TiCu合金的抗菌性能研究

  刘蕊, 任玲, 杨柯

  表面技术. 2019, 48(7): 278-284. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.031

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  目的 对TiCu合金进行SLA表面粗糙化处理，探究具有粗糙表面的TiCu合金的抗菌性能。方法 用喷砂+酸蚀（SLA）的方法对TiCu合金表面进行粗糙化处理（SLA-TiCu），并与经过相同处理的SLA-Ti进行对比研究。采用金黄色葡萄球菌作为实验菌株，通过平板菌落计数法计算杀菌率，采用活/死细菌染色实验观察表面细菌的粘附分布及生物被膜的形成情况，在透射电镜下观察细菌微观结构的变化，探究SLA-TiCu的抗菌作用及对细菌微观结构的影响。结果 SLA表面处理使TiCu合金具有微米-亚微米的复合双层孔洞结构表面，SLA-TiCu具有优异的抗菌性能，对表面粘附细菌的抗菌率为100%。染色结果表明，SLA-TiCu表面粘附的细菌中大量的是死细菌，没有形成生物被膜，而SLA-Ti表面已经形成细菌生物被膜。透射电镜观察表明，SLA-TiCu作用后的细菌出现了明显的细胞膜溶解现象，破损的细菌体内部出现透明和半透明的区域，细胞壁和细胞膜破损，细胞内的细胞质流出，在破损的细菌周围可以看到高电子密度的颗粒和沉淀。结论 SLA处理的TiCu合金具有优异的抗菌性能，更能有效发挥合金中Cu的杀菌作用，能够高效杀死表面粘附的细菌，从而抑制表面生物被膜的形成。因此，具有优异抗菌性能的SLA-TiCu具有极大潜力应用于牙种植体制造。
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  弹塑性应力作用下X80管线钢的菌致开裂行为

  吴堂清, 周昭芬, 王鑫铭, 张德闯, 闫茂成, 许进, 孙成, 尹付成

  表面技术. 2019, 48(7): 285-295. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.032

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  目的 揭示硫酸盐还原菌（SRB）在管线钢表面裂纹萌生中的作用。方法 采用恒载荷实验装置施加弹性和塑性应力，通过XPS和EDS分析产物成分，利用SEM观察微生物膜形态、管线钢腐蚀形貌，研究弹性和塑性应力作用下管线钢的微生物致裂裂纹萌生和扩展行为。结果 弹性和塑性应力对SRB生长无明显影响。不管是在弹性应力还是塑性应力作用下，SRB生理活动均改变了腐蚀产物的结构，增加了腐蚀产物的硫含量，提高了管线钢局部腐蚀敏感性。与弹性应力作用相比，塑性应力和SRB协同作用对管线钢微裂纹萌生和扩展的影响更大。塑性应力作用下，灭菌和接菌环境中管线钢表面均产生了微裂纹分叉。结论 弹性应力和塑性应力均促进了管线钢的微生物腐蚀过程。塑性应力作用下管线钢菌致开裂更加剧烈，裂纹扩展过程与SRB生理活动有关。
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  SLM含铜钴基合金的抗菌性能及细胞相容性的初步探索

  徐晶, 刘蕊, 曲冠霖, 王强, 任玲, 张扬

  表面技术. 2019, 48(7): 296-301. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.033

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  目的 以SLM-CoCrW为对照，评价SLM-CoCrCu的抗菌性及生物相容性，为SLM-CoCrCu的潜在临床应用提供理论依据。方法 选择金黄色葡萄球菌为研究对象，采用平板法验证合金的抗菌性能。选择MC3T3-E1细胞为研究对象，采用CCK-8检测法评价合金对于细胞增殖的影响和细胞毒性等级。采用细胞骨架荧光染色标记法评价细胞在合金表面的粘附及生长，结合增殖率，反映合金的细胞毒性。采用流式细胞术评价材料对细胞早期凋亡的影响。结果 SLM-CoCrCu对金黄色葡球菌的生长有明显抑制作用，对金黄色葡萄球菌抗菌率可达98%，与SLM-CoCrW比较有显著性差异（P<0.01）。随培养时间的延长，SLM-CoCrCu细胞数量逐步增长，表现出对细胞增殖的促进作用。SLM-CoCrCu和SLM-CoCrW在与细胞共培养1、3、 7 d后，细胞增殖率有显著差异性（P=0.01）。共培养1 d后，不含铜组细胞增殖率优于含铜组；共培养3 d及7 d后，含铜组对细胞增殖影响明显优于不含铜组。两者对于细胞粘附及形态上的影响无明显差异。SLM-CoCrCu和SLM-CoCrW对于细胞凋亡的影响无明显差异。结论 SLM-CoCrCu相较于SLM-CoCrW有良好的抗菌性能。同时，SLM-CoCrCu具有良好的生物相容性，对细胞增殖、粘附及形态都无明显影响。
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  海洋环境中假单胞菌对聚氨酯清漆涂层分解的影响

  张伟雄, 吴进怡, 闫小宇, 柴柯

  表面技术. 2019, 48(7): 302-308. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.034

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  目的 研究在海洋环境中假单胞菌对聚氨酯清漆涂层分解作用的影响。方法 将聚氨酯清漆涂层样品分别浸泡于无菌海水与含假单胞菌的海水中，对浸泡环境不同的样品利用电化学阻抗谱（EIS）评价涂层防腐性能，使用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR），观察对比涂层的表面形貌，并表征其分子结构变化。结果 1 h~35 d时，在无菌海水及假单胞菌海水中，样品Nyquist图的容抗弧直径以及Bode图的低频端阻抗模量均减小。与此同时，假单胞菌海水中浸泡样品的Nyquist图容抗弧直径与Bode图低频端阻抗模量的减小量明显大于无菌海水中的减小量。无菌海水浸泡的等效电路在1~48 h时为1个时间常数，5~35 d时增加为2个时间常数；假单胞菌海水浸泡的等效电路在1~48 h时只有1个时间常数，5~29 d时为2个时间常数，35 d时增加为3个时间常数。浸泡36 h时，无菌海水中浸泡样品的涂层电阻值为8.23× 107 Ω?cm2，而假单胞菌海水中样品的涂层电阻为5.14×107 Ω?cm2；至35 d时，无菌海水中样品的涂层电阻降为5.61×106 Ω?cm2，假单胞菌海水中样品的涂层电阻降至7.03×105 Ω?cm2。假单胞菌海水中样品的涂层电阻在36 h~35 d的减小量明显大于无菌海水中的减小量。由SEM结果可以观察到，浸泡30 d后，无菌海水中浸泡样品的表面光滑完整，而在含假单胞菌海水中的样品表面附着了大量细胞及其代谢产生的生物膜，并出现了大量微孔与粉化痕迹。通过FTIR结果可以发现，浸泡在假单胞菌海水中的样品的N—H和醚基中的C—O含量明显比无菌海水中浸泡的样品要低。结论 电化学结果表明，假单胞菌显著降低了涂层的腐蚀抗性，并导致了涂层的分解。SEM和FTIR的分析结果证明，假单胞菌通过破坏聚氨酯分子中的N—H和醚基中的C—O，造成了涂层的分解。
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  一种简单有效的船体外加电流阴极保护设计方法

  刘英伟, 周子杰, 张洋

  表面技术. 2019, 48(7): 309-315. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.035

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  目的 提出一种简单确定外加电流大小和辅助阳极位置的方法。方法 对阳极的位置进行离散处理，通过Matlab中的脚本程序，控制COMSOL有限元软件的运行，交替地调整电流大小和阳极位置，经过搜索，找到最佳阳极布局和相应的最小输入电流。采用这一方案进行有限元计算。结果 船体表面全部得到了保护，保护率为100%，每个阳极所需电流只有0.057 26 A，最高保护电位为0.84 V左右，过保护现象不严重。结论 提出的方法能够较好地解决外加电流阴极保护设计中遇到的难题，具有简单、易操作的优点，并具有普适性。
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  银、铜复合添加对2205双相不锈钢耐硫酸盐还原菌腐蚀行为的影响

  尹路, 徐大可, 杨春光, 席通, 李中, 赵颖, 杨柯

  表面技术. 2019, 48(7): 316-323. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.036

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  目的 通过添加铜、银元素赋予2205双相不锈钢协同抗菌效果，以提高材料的抗菌性能和耐微生物腐蚀能力。方法 采用金相显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）研究铜、银添加对材料显微组织变化和两相比例的影响，使用能谱（EDS）分析元素分布。采用电化学测试，包括动电位极化曲线（PD）、开路电位（OCP）、线性极化电阻（LPR）和交流阻抗谱（EIS），表征添加铜、银后材料耐蚀性能的改变和在硫酸盐还原菌（SRB）体系中耐微生物腐蚀的能力。采用莫特肖特基测试（MS）表征表面钝化膜缺陷密度的变化。使用扫描电镜观察浸泡试样表面生物被膜和腐蚀产物，并采用EDS分析腐蚀产物主要成分。通过共聚焦显微镜（CLSM）观察活死染色后表面生物被膜内细菌的生长情况，分析含铜、银材料的协同抗菌性能。结果 添加铜元素会使2205双相不锈钢中奥氏体含量增多，银元素主要以银富集相分布于基体材料中。电化学测试显示，2205试样的腐蚀电流密度和维钝电流密度分别为10.30 mA/cm2和1.19 μA/cm2，而2205-Cu和2205-Cu-Ag的自腐蚀电流密度分别为13.73 mA/cm2和28.85 mA/cm2，维钝电流密度分别为1.54 μA/cm2和2.31 μA/cm2，添加铜和银元素都会导致自腐蚀电流密度和维钝电流密度上升。此外，铜银元素会使钝化膜掺杂浓度上升，2205试样的钝化膜掺杂浓度为2.81×1020 cm-3，而2205-Cu和2205-Cu-Ag钝化膜掺杂浓度分别为4.46×1020 cm-3和4.97×1020 cm-3。由于协同抗菌效应，在硫酸盐还原菌参与腐蚀的体系中，2205-Cu-Ag试样的耐蚀性能远好于2205-Cu和2205试样，在第14天时，2205、2205-Cu和2205-Cu-Ag的极化电阻值分别为37.27、41.51、72.90 kΩ?cm2。通过活死染色和扫描电镜图片可看出，2205-Cu-Ag表面的腐蚀产物较少，生物被膜稀疏且死亡细菌多于2205和2205-Cu试样。结论 铜、银的添加会改变2205双相不锈钢的两相比例，降低耐蚀性，并使钝化膜致密性降低。但同时含铜、银的材料具有明显的协同抗菌效果，能够有效抑制金属表面生物被膜的附着，显著提升了材料耐硫酸盐还原菌导致的微生物腐蚀性能。
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  3D打印含铜钴基合金与PDLF细胞生物相容性初探

  朱伟尧, 刘蕊, 战德松, 任玲, 王强

  表面技术. 2019, 48(7): 324-331. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.037

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  目的 在现有医用钴基合金材料中加入铜元素，使用选择性激光熔化技术（selected laser melting，SLM）制得一种新型含铜钴基合金，并检测其生物相容性。方法 以SLM技术制得的新型含铜钴基合金作为实验组，以SLM技术制得的不含铜元素的传统医用钴基合金作为对照组，将实验材料与人牙周膜成纤维细胞（periodontalliga-ment fibroblast，PDLF）进行共培养后，使用细胞增殖活力测定（CCK-8法）及实时无标记细胞分析技术（Real Time Cellular Analysis，RTCA）-细胞毒性测定、鬼笔环肽细胞染色、细胞流式实验，来检测材料对细胞增殖、凋亡、粘附的影响，从而评价新型含铜钴基合金的生物相容性。结果 与新型含铜钴基合金直接接触共培养后的PDLF细胞，其细胞相对增长率大于99%，属于零级细胞毒性。与新型含铜钴基合金间接接触共培养后的PDLF细胞，其整个生长增殖过程并未受到新型合金的影响。与新型含铜钴基合金共培养1天后，所有分组PDLF细胞凋亡率均小于1%，共培养3天后，所有分组细胞凋亡率均小于5%，实验组与对照组无显著性差异，且整体略低于对照组。鬼笔环肽染色后观察到细胞粘附正常，实验组与对照组之间无明显差异。结论 经SLM技术制作的含铜钴基合金在保证拥有良好抗菌性能的同时，不会对细胞产生细胞毒性，即具有良好的细胞相容性。
表面强化及功能化
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  材料表面微纳形貌对血管细胞行为影响的研究综述

  李昱彤, 裴佳, 袁广银

  表面技术. 2019, 48(7): 332-339. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.038

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  镁合金具有良好的生物相容性、优良的力学性能以及可完全降解的特点，是制备血管支架的理想材料。然而在支架植入初期，支架表面平滑肌细胞增殖速率超过内皮细胞增殖速率，导致支架内再狭窄的发生。近年来，在材料表面构筑微纳尺度形貌，通过调控血管内皮细胞和平滑肌细胞行为，实现支架表面快速内皮化成为一种新的研究思路。从基底材料、形貌特征、制备工艺、细胞种类以及实验结果等方面，系统地总结了近年来关于材料表面微纳形貌对血管细胞行为的影响。因为目前镁合金表面微纳形貌对血管细胞行为影响的报道尚少，从镁合金种类、形貌制备工艺、形貌特征以及形貌功能等方面详细整理了不同研究领域，在镁合金表面制备微纳形貌的相关研究。与此同时，分析了在镁基血管支架表面制备微纳尺度形貌用于实现支架表面快速内皮化研究所面临的挑战，并介绍了本课题组相关研究工作进展。
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  悬浮液等离子喷涂制备FHA/CS复合涂层

  周生健, 白玉, 迟柏祥, 尹雪, 马文

  表面技术. 2019, 48(7): 340-346. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.039

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  目的 采用悬浮液等离子喷涂技术（SPS）在纯钛表面制备氟代羟基磷灰石/硅酸钙（FHA/CS）生物复合涂层。方法 利用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）及能谱仪（EDS）对复合涂层的物相组成、组织结构和显微形貌进行分析。通过动电位极化测试和体外生物活性测试，分析复合涂层在模拟体液（SBF）中的腐蚀行为和类骨磷灰石形成能力。通过电感耦合等离子体光谱仪（ICP）分析涂层中Ca2+的释放行为，评估复合涂层的化学稳定性。采用划痕法表征涂层的结合强度。结果 SPS制备的复合涂层具有粗糙的表面和层片堆叠结构。涂层中FHA和CS两相分布均匀，结晶性良好。复合涂层临界载荷达到111.43 N，比单一FHA涂层提高62.5%。与纯钛相比，涂层样品具有较高的腐蚀电位（Ecorr）和较低的腐蚀电流密度（Jcorr）。在SBF溶液中浸泡3天，涂层样品表面被类骨磷灰石完全覆盖。ICP结果表明，复合涂层中Ca2+释放速率低于单一CS涂层。结论 通过SPS在纯钛表面制备的FHA/CS复合涂层具有良好的生物活性、耐腐蚀性能和与基体的结合强度，复合涂层中FHA组分的存在有利于提高涂层的化学稳定性。
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  ZnO掺杂对ZnSb相变薄膜结构和电学特性的影响

  吴德振, 周细应, 邱小小, 郝艳, 刘银杰

  表面技术. 2019, 48(7): 347-352. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.040

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  目的 通过掺杂不同量的ZnO提升ZnSb相变薄膜的晶化温度和晶态膜电阻。方法 采用磁控溅射双靶共溅方式制备不同含量ZnO掺杂的ZnSb薄膜，使用真空四探针设备原位测试薄膜电阻随温度的变化情况，用EDS、DSC、XRD、Raman、FESEM、UV-Vis分别对薄膜的成分、晶化温度和熔点、掺杂薄膜的结构、薄膜厚度、表面形貌以及光学带隙进行分析。结果 ZnO掺杂量为1.6%时，ZnO掺杂提升了薄膜的晶化温度和晶态薄膜的电阻，并抑制了ZnSb晶粒的长大。薄膜的晶化温度由253 ℃提升至263 ℃，光学带隙由0.37 eV提升至0.38 eV，掺杂薄膜晶粒大小为20 nm左右，远低于未掺杂的50 nm。掺杂薄膜内的O原子更易与Sb结合，过多的ZnO掺杂会使薄膜结晶后形成Sb2O3晶粒，使薄膜的晶化温度下降。结论 低含量ZnO掺杂的ZnSb薄膜具有更高的晶化温度、更细小的ZnSb晶粒以及更高的膜电阻；过量的ZnO掺杂使薄膜在结晶后产生分离的Sb2O3相，恶化薄膜性能。
表面摩擦磨损与润滑
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  导电耐磨自润滑涂层的研究现状与展望

  奚恒恒, 何鹏飞, 刘世贵, 马国政, 王海斗, 吕振林

  表面技术. 2019, 48(7): 353-363. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.041

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  导电耐磨自润滑涂层是一种兼具高导电、高耐磨、低摩擦、耐高温和强韧化于一体的功能涂层，广泛应用于高端装备滑动电接触部件的表面性能提升。近年来，电子通讯、轨道交通和航空航天等领域的快速发展进一步促进了该类涂层的研究与应用。首先重点综述了常用的几种导电耐磨自润滑涂层的制备技术，包括冷喷涂技术、超音速等离子喷涂技术、磁控溅射技术、激光表面改性技术和电镀技术，并总结了各类技术的特点。随后，分析了影响涂层材料导电性能和摩擦磨损性能的主要因素和作用机理，进一步从能量角度探讨了载流摩擦磨损过程中的热量损失，从原子角度与相变角度揭示了材料的载流摩擦磨损机制，介绍了有望用于导电耐磨自润滑涂层的潜在材料体系（MAX相和Magnéli相等）。最后指出，优化涂层质量、研发考核实验设备和探究涂层导电耐磨自润滑机理是该综合防护涂层未来的重点发展方向。
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  基于粘着特性的刀具磨损机理研究

  左俊彦, 林有希, 何明

  表面技术. 2019, 48(7): 364-370. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.042

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  目的 为了满足日益凸显的铍青铜加工需求，分析粘着特性、加工系统和刀具损伤之间的内在联系。方法 通过建立加工过程中刀具微观晶体受力模型，采用多维度正交实验方法，分析刀具接触面表面形态与力学波动的内在联系。尝试从刀具受力、频谱分析和粘着形式出发，解析刀具磨损、铣削特性和粘结过程，并通过扫描电子显微镜对磨损后的刀具表面及粘结物形貌进行了分类表征。结果 在相同的切削速度下，加工中的粘着现象随着刀具直径的增大而加剧。而由于铣刀前-后刀面粘结物受力环境的差异，导致加工参数仅对Fx变化显著。对比粘结物形态、刀具损伤形态和不同加工参数下的刀具形貌，综合考虑刀具粘结物、磨损、破裂和脱落表面形态，不稳定的粘附过程虽然在加工的初期对刀具表面存在一定的保护作用，但随着粘结物的不断累积，粘结物侧向受力的不断增加，加剧了刀具的实际损伤。结论 粘着特性是影响刀具使用寿命的重要因素。在实际加工过程中，由于冲击和磨损频率的相互干扰，增加了粘附特性对刀具磨损的影响。
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  微喷砂处理对TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN多层涂层摩擦磨损性能的影响

  刘庆露, 朱丽慧, 刘振宇

  表面技术. 2019, 48(7): 371-377. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.07.043

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  目的 采用微喷砂的方法对TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN多层涂层进行后处理，研究其对涂层摩擦磨损性能的影响。方法 采用化学气相沉积（CVD）的方法在硬质合金基体上沉积多层涂层，并进行微喷砂处理。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）表征涂层的显微组织结构，利用显微维氏硬度计、纳米压痕仪、X射线应力仪以及划痕仪测试涂层的硬度、应力和结合力，采用往复式多功能摩擦磨损试验机（UMT-3T）研究涂层的摩擦磨损性能。结果 TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiOCN多层涂层经过微喷砂处理后，表层粗糙度改善，显微硬度提高21.4%，顶层TiOCN的纳米压痕硬度由微喷砂前的36.31 GPa增大至39.32 GPa，摩擦系数降低，磨损体积由微喷砂前的1.95×10-3 mm3增大至2.26×10-3 mm3，磨损率由微喷砂前的1.81× 10-6 mm3/(N?m)增大至2.10×10-6 mm3/(N?m)。微喷砂后处理在提高TiOCN顶层硬度的同时，也减薄了TiOCN顶层的厚度，并使得TiOCN层表面出现明显的裂纹，Al2O3层的抗塑性变形能力变弱，从而使顶层TiOCN被提早磨穿，Al2O3层产生大量磨屑，加剧了磨损，微喷砂后涂层表现出较差的耐磨性。结论 微喷砂处理可以有效改善涂层力学性能。但在涂层较薄的情况下，微喷砂处理造成的裂纹和减薄现象会使其整体耐磨损性能下降。