2022年, 第51卷, 第5期　
刊出日期：2022-05-20

  

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海工装备及材料的失效及防护
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  海洋工程用铝合金的腐蚀与防护研究进展

  侯悦, 田原, 赵志鹏, 徐琦, 陈守刚

  表面技术. 2022, 51(5): 1-14. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.001

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  海洋工程用铝合金部件在服役环境下引发的点蚀、晶间腐蚀等已成为困扰机器装备使用寿命和稳定性的关键问题。目前，阴极保护、缓蚀剂、阳极氧化和保护涂层是针对海洋环境中铝合金腐蚀的常用防护措施。阐述了海洋工程装备常用的铝合金类型和使用场所，发现5系和6系铝合金是船舶制造和海洋平台搭建的首选材料，其中，具备优异力学性能、耐腐蚀性能的5系铝合金一般用来制作甲板、储存装置等大型主要承力构件。重点综述了铝合金在海洋大气区、浪花飞溅区、海水全浸区的腐蚀行为和腐蚀机制，经对比发现，与钢不同，铝合金在海水全浸区的腐蚀最严重，而在环境最恶劣的浪花飞溅区腐蚀损伤相对较轻;点蚀、晶间腐蚀是2种典型的铝合金腐蚀类型，同时应力腐蚀、微生物腐蚀也制约着铝合金在海洋工程领域的应用。最后分析了当前在海洋环境中对铝合金腐蚀防护采取的几种措施，指出工程实际中采用的防护方式为2种及2种以上措施的联合使用，并提出铝合金未来在失效行为分析、性能优化和涂层材料选择等方面的发展趋势，以期为研发在极端海洋环境下服役的铝合金及其防护材料提供参考。
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  丝粉协同高速激光熔覆不锈钢层组织性能研究

  韩彬, 胡春阳, 韩伟, 贾晨昕, 张琪, 苏成明, 李美艳, 曹鹏

  表面技术. 2022, 51(5): 15-23, 39. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.002

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  目的 探究海洋工程装备表面高效高质量强化及改性新技术，提高17-4PH不锈钢层制备效率及综合性能。方法 采用高速激光熔覆技术制备17-4PH丝材、17-4PH丝材协同B4C粉末及17-4PH丝材协同Cr3C2粉末3种熔覆层。通过X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等仪器分析熔覆层的组织结构。利用显微硬度计及电化学工作站测试熔覆层的硬度及耐蚀性。结果 17-4PH丝材熔覆层主要为α相(马氏体)，而2种丝粉协同熔覆层的相结构除α相(马氏体)外还出现γ相(奥氏体)。3种熔覆层组织及成分整体均匀，丝粉协同熔覆层晶界出现Cr、Nb等碳化物析出，表层分布碳化物颗粒。碳化物颗粒的添加提高了熔覆层硬度，尤其是B4C颗粒，其作为硬质相来增强熔覆层，在均匀细化晶粒的同时使得晶界和晶内析出大量第二相颗粒，硬度较未添加碳化物颗粒的17-4PH丝材熔覆层提升约35.53%。3种熔覆层在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性均较好，尤其是协同添加Cr3C2颗粒的熔覆层，相较于17-4PH丝材熔覆层，其腐蚀电流密度由0.592 400 μA/cm²降低至0.014 094 μA/cm²，腐蚀电位由–0.314 05 V提高至–0.134 64 V。结论 在40 mm/s的熔覆速度下，使用协同预热的焊丝与同轴送进的粉末，高效高质量制备了不锈钢层，充分结合了热丝熔覆效率高及送粉熔覆成分易调节等优点。相较于17-4PH丝材熔覆层，2种丝粉协同熔覆层的物相均除α相外出现了γ相，碳化物的添加细化了组织，且晶界有新的析出相。17-4PH丝材协同B4C粉末熔覆层硬度显著提高，而17-4PH丝材协同Cr3C2粉末熔覆层在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性明显提升。
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  无气喷涂MoS2/Cu/C复合涂层对海上管柱螺纹抗粘扣性能的影响

  殷启帅, 杨进, 李振坤, 啜广山, 沈国华, 杨富贵, 宋宇

  表面技术. 2022, 51(5): 24-31. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.003

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  目的 采用无污染的无气喷涂表面处理工艺，制备MoS2/Cu/C复合涂层，提高海上管柱螺纹抗粘扣性能。方法 在MoS2/C涂层中掺杂纳米级Cu粉末，采用无气喷涂+高温固化+喷砂处理工艺，制备MoS2/Cu/C复合涂层。通过显微组织、硬度测定和摩擦试验，分别评价MoS2/Cu/C复合涂层的微观组织、显微硬度和摩擦系数，并通过扫描电子显微镜对MoS2/Cu/C复合涂层进行形貌分析。最后，在实物试样上进行上卸扣试验，测试其抗粘扣性能。结果 无气喷涂+高温固化过程中，半熔融粉末经过多次叠加，沉积形成致密的结构，未见明显孔隙。对MoS2/Cu/C复合涂层进行喷砂预处理，可明显提高涂层的均匀度，增加涂层的粘结强度。涂层与基体之间呈锯齿形紧密机械结合，喷砂无气喷涂前后，基体硬度未发生改变，未对金属基体造成不利影响。MoS2/Cu/C复合涂层在螺纹表面结合形成光滑的保护膜，螺纹表面摩擦系数降低，上扣扭矩降低幅度为19%~23%。结论 在MoS2/C涂层中掺杂纳米级Cu粉末，形成MoS2/Cu/C复合涂层，可有效降低螺纹表面的摩擦系数，同时不降低本体强度。采用无气喷涂+高温固化得到MoS2/Cu/C复合涂层，可有效提高石油管螺纹的抗粘扣性能，在海上钻完井现场已取得成功应用，该技术具有极大的借鉴意义和推广价值。
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  纳米植酸锌缓蚀效果及其复合环氧涂层的防护性能

  陈星云, 陶烨寅, 彭叔森, 马永存, 彭晓

  表面技术. 2022, 51(5): 32-39. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.004

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  目的 考察NaCl溶液中植酸锌对Q235的缓蚀效果及其复合环氧涂层的防护性能。方法 以植酸钠和乙酸锌为原材料成功制备纳米植酸锌，并通过红外光谱仪(IR)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)及X射线衍射仪(XRD)对其结构及形貌进行表征。采用开路电位、极化曲线、X射线光电子能谱技术(XPS)及SEM等手段，研究了Q235在含植酸锌浸出物的NaCl溶液中的腐蚀行为及腐蚀形貌。利用SEM、电化学阻抗谱(EIS)以及盐雾测试等方法，研究了纳米植酸锌在环氧涂层中的分散性及其对环氧涂层防腐蚀性能的影响。结果 SEM和TEM显示合成的植酸锌为球形颗粒，颗粒直径较为均匀，为20~40 nm。开路电位、极化曲线测试显示，纳米植酸锌浸出物可以抑制Q235在1% NaCl溶液中的腐蚀。XPS显示，Q235试样表面明显吸附植酸根成膜。纳米植酸锌在环氧树脂中的分散状态良好，无明显团聚现象。EIS和盐雾测试显示，纳米植酸锌可以增强环氧涂层的防护性能。结论 纳米植酸锌可以用作防锈颜料，且相比于磷酸锌防锈颜料，添加相同量的纳米植酸锌的涂层的防腐效果更佳，其可能和植酸锌的小尺寸、良好的分散性以及优秀的缓蚀效果有关。
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  人工海水溶液中系泊链钢的腐蚀磨损行为

  董彬杰, 董从林, 白秀琴, 袁成清

  表面技术. 2022, 51(5): 40-48. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.005

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  目的 以CM490钢为研究对象，定量探究海洋环境下系泊链钢摩擦磨损和电化学腐蚀之间的耦合作用。方法 利用科斯特CS2350电化学工作站和Rtec摩擦磨损试验机开展CM490系泊链钢在人工海水环境下的腐蚀摩擦磨损实验。通过分析极化曲线、开路电位、摩擦因数、表面形貌及元素分布，定量分析电化学腐蚀体积损失量和摩擦磨损体积损失量，揭示腐蚀、摩擦磨损之间的交互作用机理。结果 CM490钢材料总体积损失速率随载荷增加而提高，在20、50、80 N下分别为4.2×10^?2、6.5×10^?2、7.9×10^?2 mm³/h;开路电位峰值随着载荷增加而增高，80 N下峰值最大，增幅约为0.095 V，表明腐蚀磨损产物与基体间存在电位差，形成电偶腐蚀以致加深材料的腐蚀程度;磨痕区域腐蚀磨损损失为材料失重主体，其损失量约占总损失量的95.80%~96.82%;腐蚀和磨损的交互作用显著促进材料损失，占磨痕区总失重量的47.14%~49.37%;腐蚀对摩擦磨损损失的促进量占腐蚀磨损交互作用量的98.32%~98.65%，表明交互作用损失主要表现为腐蚀对摩擦磨损损失的促进;由于磨损过程中的位错等缺陷和电偶腐蚀，摩擦产生的影响加深了未磨损区域腐蚀程度。结论 CM490钢表面腐蚀和摩擦磨损产生的交互作用增大了磨损接触区域的材料损失速率，其中载荷对CM490钢表面产生的形变、腐蚀磨损所生成产物引起的电偶腐蚀，都对未磨损区域产生明显的腐蚀促进。为保障系铂链在海洋工程设备中的可靠性和长时间服役提供理论支撑。
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  Ti80合金及其热模拟组织在含氟模拟海水中的力学电化学行为研究

  张颖骁, 张梓杨, 宋龙飞, 李晓刚

  表面技术. 2022, 51(5): 49-60, 69. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.006

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  目的 研究应变、环境、组织对Ti80合金在含氟海水中电化学行为的影响，为海洋工程装备的安全服役提供数据支持。方法 使用热处理的方式模拟Ti80合金焊接热影响区组织，并通过拉伸机加载至不同应变状态，进行开路电位和极化曲线的测试，最后通过机器学习，挖掘应变、环境、组织与电化学行为的关系。结果 在添加和不添加0.001 mol/L F^–的模拟海水(pH=2)中，开路电位随应变的增加而负移。在添加0.01 mol/L F^–的模拟海水中，应变对开路电位没有明显影响，应变增加整体上提高维钝电流密度。受应变影响最大的是添加0.01 mol/L F^–模拟海水中的1 500 ℃热模拟组织，其最大应变状态下维钝电流密度是无应变状态下的3倍左右。阴极塔菲尔斜率最大值出现在屈服点附近。F^–浓度增加显著提高维钝电流密度。决策树和梯度提升树算法预测极化曲线电流值较为准确，随机森林算法的准确度较差。结论 塑性变形显著提高Ti80在模拟海水中的电化学活性，而弹性变形的影响并不明显。F^–浓度增加显著提高电化学活性。决策树和梯度提升树算法预测准确度高于随机森林算法。在相对重要性对比中，F^–浓度对电化学行为的影响最大，应变状态次之，组织的影响最小。
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  氮表面改性非晶碳基涂层的摩擦及腐蚀行为

  李昊, 郑贺, 李淑钰, 郭鹏, 孙丽丽, 柯培玲, 汪爱英

  表面技术. 2022, 51(5): 61-69. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.007

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  目的 在本征无氢非晶碳涂层表面进行掺N表面改性处理，研究其摩擦性能与海水腐蚀行为的演变规律，为海洋防护非晶碳涂层应用提供新思路。方法 采用直流磁控溅射固体石墨靶制备非晶碳涂层，并在顶层进行N掺杂表面改性。改变Ar/N2气流量比来控制顶层掺N量，调控沉积时间，控制涂层厚度一致。SEM用于观测涂层厚度与截面形貌，XPS和Raman光谱仪分别用于表征涂层N掺杂量和碳键结构。涂层力学性能和动态摩擦因数则通过连续刚度模式纳米压痕仪和球盘式摩擦实验机测试得到。采用含有三电极体系的Gamry电化学工作站测量涂层的动电位极化曲线、电化学交流阻抗谱等电化学性能。结果 对无氢非晶碳涂层进行表面改性，随顶层改性N含量的增加，sp²—C易与N结合，导致sp²相含量降低。随着N含量的增加，涂层的力学性能逐渐提升，当N质量分数为21%时，硬度与弹性模量达到最大值，分别为11.71 GPa和284.28 GPa;但当N质量分数最小(12%)时，涂层的断裂韧性与抗弹塑性变形能力最优。由于顶层引入掺N层后，sp²润滑相减少，涂层摩擦因数显著上升，且随N含量的增大逐渐增大。在顶层引入N掺杂量较少的改性层有利于提高非晶碳的耐蚀性，但随N含量的增大，涂层表面的孔隙增多，腐蚀溶液渗透加速，涂层的耐蚀性迅速恶化。结论 顶层少量N掺杂有利于改善非晶碳基涂层的力学性能和耐蚀性能。N含量过高时，涂层性能随着N含量的升高逐渐恶化。在海洋关键零部件表面制备微量N掺杂改性的非晶碳涂层有利于提高其防护性能。
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  钛-碳钢在模拟海水溶液中电偶腐蚀与缝隙腐蚀的耦合作用机制研究

  薛世坤, 宋影伟, 董凯辉, 韩恩厚

  表面技术. 2022, 51(5): 70-78. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.008

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  目的 探究TA2-Q235在模拟海水溶液中的电偶腐蚀、缝隙腐蚀及电偶缝隙耦合作用机制，为钛钢复合板在海洋工程结构中的应用设计提供理论指导，提升工程构件使用寿命。方法 通过测量极化曲线、阴阳极开路电位，探究Q235和TA2在电偶腐蚀、缝隙腐蚀及电偶缝隙耦合时阴阳极的极化行为。通过电偶腐蚀测量仪，测量电偶电流，通过腐蚀质量损失，表征阳极金属溶解速率。利用SEM观察微观腐蚀形貌，评价阳极金属腐蚀程度及表面腐蚀产物膜状态。结果 腐蚀介质为中性3.5% NaCl时，单独Q235的自腐蚀电流密度为35.5 μA/cm²，呈现均匀腐蚀形貌。Q235与TA2偶接时，耦合电位接近Q235自腐蚀电位，测得平均电偶电流密度为40.5 μA/cm²，TA2对Q235阳极溶解加速效应较弱。Q235缝隙样品的缝隙内外不存在电位差，缝内因为供氧不足，阴极反应受到抑制，腐蚀程度小于缝外;TA2-Q235电偶缝隙耦合时，缝内Q235的腐蚀速率低于自腐蚀速率。结论 TA2-Q235电偶与缝隙耦合时，缝隙内缺氧对Q235阴极反应的抑制效应大于TA2电偶对Q235阳极反应的促进效应，使缝内Q235的腐蚀速率低于自腐蚀速率。
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  钛钢复合板端面冷喷涂钛涂层的制备及性能研究

  伍廉奎, 郭蒲俊, 郑磊, 林向军, 谢迎春, 黄仁忠, 曹发和

  表面技术. 2022, 51(5): 79-89, 120. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.009

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  目的 改善钛钢复合板端面部位的服役性能。方法 采用冷喷涂技术在钛钢复合板端面制备了钛金属涂层。通过 X射线衍射分析、热场发射扫描分析、能谱分析、维氏硬度测试、结合力试验、摩擦磨损试验、电化学测试和盐雾试验等手段，研究了冷喷涂过程中，送粉气体压力和温度对钛涂层的组织结构、显微硬度、耐磨性能、结合力和耐蚀性能的影响规律，以获得综合性能优异的钛涂层。结果 冷喷涂钛涂层具有良好的耐磨性能，送粉气体压力增大和温度升高可提高涂层的致密度，降低涂层孔隙率并提高涂层的显微硬度，改善涂层与基体间的结合强度。能谱分析和X射线衍射仪分析表明，涂层主要成分为Ti且与基体间的界面清晰，元素互相扩散现象不明显。送粉气体压力为5 MPa、送粉温度为900 ℃时，所制备的钛涂层的极化电阻最大。各涂层经过1 000 h中性盐雾加速腐蚀试验后表面依旧完整，未发生明显的腐蚀，这表明涂层为基体提供了有效的腐蚀屏障，提高了钛钢复合板的耐腐蚀性能。结论 采用冷喷涂技术制备的钛涂层可有效提高钛钢复合板在海洋环境中的服役性能。
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  等离子喷涂FeCoCrNiMo高熵合金涂层高温氧化行为的研究

  张士陶, 杜旭, 李文戈, 刘彦伯, 姜涛, 吴新锋, 钟宁, 赵远涛

  表面技术. 2022, 51(5): 90-98, 110. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.010

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  目的 基于海工装备与船舶动力装置对高温环境抗氧化涂层的需求，研究FeCoCrNiMo高熵合金(High Entropy Alloy，HEA)涂层制备工艺、微观组织结构与抗高温氧化行为之间的关系，探索其在船舶主机、海洋钻井平台温管等高温部件应用的可行性。方法 使用大气等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying，APS)工艺制备FeCoCrNiMo涂层，设计正交试验来选取不同孔隙率的涂层试样。通过XRD、SEM和EDS分析涂层的物相组成、微观结构和元素组成。对涂层进行氧化试验，分析其氧化行为。结果 通过正交试验优化FeCoCrNiMo涂层制备工艺后，涂层孔隙率为2.85%~7.52%。对具有代表性的7.52%孔隙率涂层(记为H1)和2.85%孔隙率涂层(记为H2)进行分析，发现涂层物相结构为简单FCC结构，微观组织为典型的层状结构，氧化物和HEA相在涂层内部分布明显。FeCoCrNiMo涂层的氧化行为遵循抛物线定理，在氧化过程中，化学性质活泼的Cr最易析出并生成氧化物。具有较低孔隙率的H2涂层更快生成致密氧化层，氧化质量增速较低，经15 h氧化后，H1和H2涂层的氧化速率分别约为6.46 mg/cm²和5.16 mg/cm²。结论 使用正交试验可以优化FeCoCrNiMo涂层的组织结构，提高涂层的耐氧化性能，使其在海工装备与船舶动力装置中的抗高温氧化应用成为可能。
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  Q235碳钢表面镍铬合金化层的耐海水好氧菌腐蚀性能

  孙彩霞, 戴景杰, 张红霞, 王川

  表面技术. 2022, 51(5): 99-110. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.011

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  目的 揭示弧辉等离子体镍铬共渗处理对Q235碳钢表面成分、结构和耐海水好氧菌腐蚀性能的影响。方法 采用弧辉等离子体渗镀技术在Q235碳钢表面制备镍铬合金化层。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对镍铬合金化层的相组成、表面形貌和截面元素分布进行分析。利用电化学测试技术，测试并分析镍铬合金化层在海水好氧菌中的腐蚀电化学行为。结果 Q235碳钢经弧辉等离子体镍铬共渗后，表面形成了一层厚度约为50 μm的镍铬合金化层，合金化层的物相为Ni2.9Cr0.7Fe0.36固溶体。在好氧菌中浸泡时，Q235碳钢表面形成了生物腐蚀膜，腐蚀膜的存在使Q235碳钢的腐蚀电位负移，局部耐蚀性降低。与Q235碳钢相比，镍铬合金化层的表面能降低，表面接触角达到111°。镍铬合金化层在好氧菌中浸泡11 d后，仅在很少的局部位置观察到细菌附着，未观察到明显的腐蚀膜。结论 Q235碳钢在好氧菌中浸泡时腐蚀严重，浸泡5 d后就在其表面形成了一层由腐蚀产物、培养基和细菌形成的腐蚀产物膜，腐蚀产物对生物膜的形成有一定的促进作用。镍铬合金化层降低了Q235碳钢表面的表面能，阻碍生物膜底膜的形成，同时形成的钝化层对介质有一定的阻隔，显著提升了耐好氧菌腐蚀的性能。
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  热处理温度对高速激光熔覆Ni/316L涂层组织及摩擦磨损性能的影响

  董会, 郭鹏飞, 徐龙, 康凯祥

  表面技术. 2022, 51(5): 111-120. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.012

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  目的 研究海水腐蚀环境中热处理温度对高速激光熔覆Ni/316L涂层耐磨性能的提升作用。方法 采用高速激光熔覆设备在Q235钢表面制备Ni/316L涂层，分别在650、700、750、800 ℃下热处理1.5 h，通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对Ni/316L熔覆层微观组织结构和相组成进行表征，通过硬度测试和模拟海洋环境摩擦磨损试验，分析热处理温度对Ni/316L熔覆层硬度与耐磨性能的影响。结果 Ni/316L熔覆层厚度约为2 mm，过渡层约为50 μm。熔覆态涂层晶粒包含枝状晶和等轴晶。随热处理温度升高，涂层等轴晶数量先增加、后减少，第二相含量先升高、后降低，熔覆层硬度先升高、后降低。在750 ℃时，熔覆层硬度达到最高，约为熔覆态涂层硬度的2.4倍。热处理后的4种熔覆层的摩擦系数约为0.31，稍低于熔覆态涂层摩擦系数(0.33)。熔覆态涂层的磨损率比750 ℃热处理的涂层约高5倍。5种涂层均以磨粒磨损为主。结论 改变热处理温度可以改变高速激光熔覆Ni/316L涂层的组织结构和第二相的数量，进而影响其硬度与耐磨性，但是热处理温度过高会导致晶粒组化等问题。因此，高速激光熔覆Ni/316L涂层的热处理温度应控制在750 ℃以下。
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  304不锈钢表面单层/多层TiN基涂层制备及耐磨蚀性能研究

  项燕雄, 王泽松, 刘贵昂, 梁枫, 邹长伟, 于云江, 田灿鑫

  表面技术. 2022, 51(5): 121-128. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.013

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  目的 探究钢基表面TiN基涂层在海洋环境中的耐磨蚀性能。方法 采用电弧离子镀技术，在304不锈钢和单晶硅表面分别沉积TiN、TiBN、TiBN/TiN涂层，并对3种涂层样品的表面–截面形貌、摩擦系数、在人工海水中的电化学性能和摩擦腐蚀行为进行测试。结果 形貌表征和干摩擦测试结果显示，TiBN和TiBN/TiN涂层有着比TiN柱状晶更加致密的微观结构，3种涂层的摩擦系数相差不大，比304SS的摩擦系数低。在人工海水环境中的电化学测试结果表明，TiBN/TiN涂层的耐腐蚀性能最佳，TiBN涂层次之，TiN涂层则表现出比304不锈钢基底更差的耐腐蚀特性。在发生摩擦腐蚀的过程中，3种涂层的电位(OCP)均发生了下降。结论 利用电弧离子镀技术在304不锈钢表面沉积的单层/多层TiN基涂层，在人工海水环境下，发生的摩擦会增加涂层发生腐蚀的趋势，结构致密，表面易形成钝化膜的涂层，其耐磨蚀性较好。
海洋钻采设施的腐蚀及防护
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  海洋环境中油气管道的微生物腐蚀研究进展

  娄云天, 何盛宇, 陈旭东, 钱鸿昌, 张达威

  表面技术. 2022, 51(5): 129-138. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.014

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  海上油气集输管道的腐蚀能够导致严重的环境风险和经济损失，其中微生物腐蚀一直以来被认为是造成该问题的主要因素之一。针对海洋环境油气管网中腐蚀性微生物的来源进行了分类，包括油藏内源性微生物、外注海水以及微生物采油(MEOR)引入的外源性微生物。分析了海底油藏储层中流体化学物质特性，确认其富含甲烷、硫化物、挥发性脂肪酸等，并依据内源微生物代谢及产物特征进行了分类，包括硫酸盐还原菌(SRB)、产甲烷菌、发酵菌以及铁还原菌(IRB)。同时，通过举例分析某油田采出水中微生物群落丰度特征，阐明了外源微生物长期受到油田开采环境胁迫后微生物群落的变化规律。在此基础上，进一步针对海上油气集输管网内涉及的微生物代谢产物理论、电活性微生物腐蚀理论以及腐蚀性微生物之间的协同与拮抗作用进行了全面的归纳总结。最后，对目前以纯培养或模式菌株混合培养为主要方式的微生物腐蚀研究中存在的问题进行了讨论，并对基于生物技术的新型防腐手段进行了展望。
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  哌嗪类曼尼希碱壳聚糖缓蚀剂的制备及缓蚀性能研究

  李俐枝, 彭云超, 李丰渟, 王志坤, 孙霜青, 胡松青

  表面技术. 2022, 51(5): 139-147, 157. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.015

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  目的 解决海底采油设备酸化腐蚀问题，合成一种绿色的哌嗪类曼尼希碱壳聚糖衍生物缓蚀剂CS-N- MB，并研究其在15%(质量分数)盐酸溶液中对N80钢的缓蚀性能，计算研究其在金属表面的作用机理。方法 以曲酸和N–甲基哌嗪为原料，经过曼尼希反应，合成曼尼希碱(MB)，再将该曼尼希碱接枝到壳聚糖分子上。采用红外光谱表征所合成产物，利用电化学法和静态失重法评价CS-N-MB在该强酸环境中对N80钢的缓蚀能力。基于密度泛函理论，研究壳聚糖(CS)和CS-N-MB的反应活性，明确活性位点，并通过分子动力学计算缓蚀剂的吸附能以及体系中水分子的均方位移。结果 在15%盐酸环境中，CS-N-MB对N80钢具有良好的缓蚀作用，且当缓蚀剂添加量小于200 mg/L时，随着浓度的增加，N80钢的腐蚀速率逐渐减小。当缓蚀剂添加量大于200 mg/L时，短时间内，随着浓度的增加，N80钢的腐蚀速率又略微增大，而72 h后N80钢的腐蚀速率略微减小并趋于稳定。电化学研究表明，CS-N-MB能够同时抑制腐蚀的阴极反应和阳极反应，是混合型缓蚀剂。分子模拟结果表明，CS-N-MB的主要活性位点集中在N、O以及环状结构处，且加入缓蚀剂后，体系中水分子的运动减缓，抑制了金属腐蚀的发生。结论 CS-N-MB是一种在强酸环境中仍有良好缓蚀效果的绿色缓蚀剂，多个活性中心可在金属表面形成致密的保护膜，从而有效抑制了金属的腐蚀。
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  HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层在模拟海水钻井液中的腐蚀和磨损性能研究

  周永宽, 康嘉杰, 付志强, 朱丽娜, 佘丁顺, 梁健

  表面技术. 2022, 51(5): 148-157. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.016

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  目的 提高钻具关键易损零部件在海洋钻探实际应用中的耐腐蚀和磨损性能。方法 采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层。使用电化学工作站对涂层和35CrMo钢基体(常用的钻具材料)进行电化学测试，电化学测试包括动电位极化曲线测试和电化学阻抗谱(EIS)测试。采用摩擦磨损试验机对涂层在模拟海水钻井液中不同载荷和不同滑动速度下的磨损行为进行研究。采用扫描电子显微镜及X射线能谱仪对磨痕表面微观形貌及成分进行分析，利用三维白光干涉形貌仪测量涂层的磨痕三维形貌及磨损体积。结果 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层在模拟海水钻井液中的耐腐蚀性优于35CrMo钢基体，可以起到有效的腐蚀防护作用。相同条件下，AlCoCrFeNi高熵合金涂层的耐磨性优于35CrMo钢基体。在滑动摩擦磨损过程中，随着载荷及滑动速度的增大，涂层的平均摩擦系数和磨损率均增大，且涂层的磨粒磨损程度加重。当载荷为6 N时，涂层发生疲劳磨损;当滑动速度为0.15 m/s时，涂层出现粘着磨损。模拟海水钻井液对涂层磨损性能的影响可以分为2个方面。一方面可以起到润滑作用，模拟海水钻井液显著改善了涂层的摩擦磨损性能，降低了涂层的平均摩擦系数和磨损率;另一方面是腐蚀作用，涂层被腐蚀形成点蚀坑，点蚀现象会加剧涂层的磨损。结论 HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层在模拟海水钻井液中具有优异的耐磨耐腐蚀性能，可以有效减轻工件在模拟海水钻井液中的腐蚀和磨损，有望应用于钻具关键易损零部件在海洋钻探实际应用中的表面防护。
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  Ni含量对CrNiN涂层结构与性能的影响

  汪汝佳, 王振玉, 刘应瑞, 都宏, 卢春山, 汪爱英, 柯培玲

  表面技术. 2022, 51(5): 158-165. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.017

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  目的 研究Ni元素在CrNiN涂层中的存在形式，阐明Ni含量对CrNiN涂层的微观结构、力学性能和耐腐蚀性能的影响。方法 采用磁控溅射技术，在控制Cr靶功率不变的条件下，通过改变NiCr靶电流制备3种不同Ni含量的CrNiN涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、聚焦离子束显微镜(FIB)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕仪、电化学工作站等测试方法表征涂层的成分、组织结构、力学性能和耐腐蚀性能。结果 当NiCr靶电流由0.5 A增加到1.0 A时，CrNiN涂层中的Ni含量(均用原子数分数表示)由6.84%增加到13.36%，CrNiN涂层具有明显的(200)择优取向。CrNiN涂层主要由CrN相组成，存在少量的Cr2N相和Ni金属相。随着Ni含量的增加，CrNiN涂层的硬度先增大后减小，当Ni含量为8.57%时，CrNiN涂层的硬度相对于CrN涂层提高了36%，达到了(16.9±0.7)GPa，韧性和抗塑性变形能力也明显提高;CrNiN涂层的腐蚀电流密度逐渐减小，耐腐蚀性增强。当Ni含量为13.63%时，涂层的自腐蚀电位为?0.096 V，腐蚀电流密度为5.21×10^?9 A/cm²，耐腐蚀性能最优。结论 随着CrNiN中Ni含量的增多，涂层的致密性提高。当涂层中的Ni含量为8%左右时，其力学性能和耐腐蚀性能均得到提升。
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  Ti–CNF增强环氧树脂复合涂层的制备及性能研究

  柴辉, 王新华, 孙涛, 程一启, 杨林, 齐勇胜

  表面技术. 2022, 51(5): 166-176. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.018

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  目的 提高海水轴向柱塞泵摩擦副的耐磨和耐蚀性能，以钛纳米颗粒(Ti)和碳纳米纤维(CNF)为原料，设计并制备Ti–CNF增强环氧树脂复合涂层。方法 借助红外光谱仪分析纯树脂和Ti–CNF增强环氧树脂复合材料中官能团的变化，通过硬度、附着力、断裂韧度、摩擦磨损和耐酸碱溶液浸渍测试，分别评价不同含量的Ti–CNF增强环氧树脂复合涂层的硬度、附着力、断裂韧度、摩擦学性能和耐腐蚀性能，并利用扫描电子显微镜揭示复合涂层的断裂、磨损和腐蚀机理。结果 Ti–CNF混合填料与树脂基体的结合方式为物理黏合;当添加填料的质量分数为6%时，复合材料的增强效果最佳，硬度、附着力、断裂韧度、摩擦因数和磨损率分别为668HL、5.8 MPa、0.937 MPa.m^1/2、0.354、7.52×10^?13 m³/(N.m)，耐酸碱溶液浸渍测试后未观察到明显的锈点。当添加填料的质量分数增加到8%时，复合涂层的性能逐渐下降，耐酸碱溶液浸渍测试后观察到明显的锈点。结论 添加适量的Ti–CNF混合填料能够有效提高环氧树脂的硬度、断裂韧度、摩擦学性能和耐酸碱溶液腐蚀性能;Ti纳米颗粒与氧气产生化学反应，有效抑制了微裂纹的持续扩展;CNF填料由于尺寸上的差异，限制了周围树脂基体的运动，延长了酸碱溶液在树脂中的扩散路径，2种填料相互作用，在很大程度上提高了复合涂层的性能。
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  南海1 200 m深海环境Al-Zn-In合金阳极电化学性能研究

  张国庆, 张伟, 钱思成, 于萱

  表面技术. 2022, 51(5): 177-185. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.019

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  目的 研究对比了3种不同配方Al-Zn-In合金阳极在南海环境条件下的腐蚀形貌及电化学容量、电化学效率等性能参数，为深海工程装备的阴极防护设计提供可靠的参考依据。方法 通过在我国南海1 200 m深海试验架上搭载阳极阴极保护测试装置及数据采集、存储系统，采用自放电测试(Free Running Test，FRT)试验方法研究了阳极在110 d长周期条件下的电化学性能，采用超景深三维显微镜对其表面腐蚀形貌进行了观测。结果 1#—3#阳极下水后工作电位均快速活化，整个试验阶段，平均工作电位分别为?1.029、?1.033、?1.098 V(Ag/AgCl/海水);电化学效率分别为81.62%、78.02%、87.90%。仅自主设计的3#配方阳极的开路电位和电化学效率达到了UNE-EN 12496-2013阴极保护设计标准的要求。结论 与模拟深海环境下的恒电流测试(Galvanostatic Test，GST)短期试验(4 d)结果相比，同一配方阳极在深海110 d长周期FRT测试条件下的电化学效率分别降低15.13%，18.87%和8.14%。长周期FRT试验更接近实际阳极服役状态，可为深海阴极保护设计参数选择提供可靠性参考。相较于1#和2#阳极，3#阳极In元素增加了1倍，使得工作电位更负，溶解区域晶粒细化，电化学效率更高。但是3#阳极表面却发现了局部未溶解区域。可见，仅通过增加In含量对于改善铝合金表面腐蚀形貌效果有限。
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  基于混合分布模型的海底管道腐蚀特性分析

  李志, 黄小艳, 熊春宝, 聂东清

  表面技术. 2022, 51(5): 186-197, 233. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.020

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  目的 针对海底管道长期腐蚀损伤的随机性、多态性等问题，研究不同服役年限的海底管道腐蚀损伤分布特性及演化规律。方法 提出了一种基于混合分布模型的海底管道腐蚀特性分析方法，该方法以老龄海底管道腐蚀损伤实测数据为基础，通过对不同服役年限下的海底管道腐蚀损伤特征进行统计分析，确定出海底管道腐蚀损伤的最佳分布模型，建立基于混合分布模型海底管道腐蚀损伤随机过程模型。进一步使用ARIMA方法对模型参数进行持续修正，并对管道腐蚀损伤进行预测。结果 不同服役时间下的腐蚀损伤最佳分布不同，Weibull、Gumbel及Gamma分布模型均具有较好的拟合优度，且各分布模型随服役时间的增长呈现出不同的变化趋势，相应分布模型参数呈现出动态变化。结合ARIMA模型修正方法，充分利用实测数据能够不断降低模型的不确定性。结论 海底管道的腐蚀损伤具有明显的多态性和随机性特征，很难采用单一分布模型对管道腐蚀损伤数据进行普遍性描述，既有的腐蚀损伤模型存在一定的不确定性及局限性，而基于混合分布模型的分析方法更能准确地反映海底管道长期腐蚀损伤的实际分布规律。
飞机构件及设备的腐蚀与防护
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  高温海洋环境下过渡金属基合金的腐蚀与防护研究进展

  曹国钦, 陈朝阳, 万冬阳, 水季川, 马铭萱, 胡俊华

  表面技术. 2022, 51(5): 198-213, 233. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.021

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  综述了高温海洋腐蚀环境的类型，以及各类合金在不同环境下的腐蚀失效机理。重点考察了Fe、Ti、Ni基合金内部的主要元素在高温下的扩散行为，及其与侵蚀性离子之间的交互作用。从盐雾腐蚀以及熔融热腐蚀2个角度，讨论了化学/电化学反应发生的可能性。基于氧化腐蚀过程中复合氧化膜的形成过程，总结了氧化膜与侵蚀性离子以及杂质气体的再作用机理，明确了保护性氧化膜和非保护性氧化膜的类型。从合金化的角度，揭示了Cr、Al等元素对防腐性能提升的关键作用，指出了材料计算在高温海洋环境的潜在应用价值。最后归纳了高温海洋环境下的涂层防护手段和材料体系，其中结构稳定性和界面反应问题是涂层材料研究的重点。在未来研究方向上，指出应该重点关注腐蚀过程中活性元素的交互作用以及钝化膜的形成机理，筛选有效防护元素。利用氧化、盐雾等多种腐蚀条件，依托构效关系进行涂层优化，形成系统的海洋高温涂层防护方案。高熵合金涂层作为新兴体系在高温防护上的应用具有研究价值。
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  起落架用30CrMnSiNi2A钢表面Cd-Ti镀层在海水和盐雾环境中的腐蚀行为研究

  赵连红, 王浩伟, 沈明禄, 崔中雨

  表面技术. 2022, 51(5): 214-222. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.022

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  目的 探究水陆两栖飞机用起落架材料表面Cd-Ti镀层的环境适应性及其失效机制。方法 通过采用热轧状态的起落架用钢30CrMnSiNi2A，表面经过喷丸处理后电镀Cd-Ti，然后进行钝化处理。选取平行试样进行浸泡盐雾试验，同时对镀层在长周期浸泡下的状态进行EIS测量，在4种pH条件下进行极化曲线的测量。通过激光共聚焦显微镜测量3D轮廓。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析表面成分和形貌。通过EDS进行能谱分析。结果 在3D轮廓的测量中，Cd-Ti镀层表面粗糙度Ra=1.69 mm，镀层截面厚度约为11 mm。pH=3.0时，Cd-Ti镀层的腐蚀电位最正，腐蚀电流密度最大。Cd-Ti镀层表面主要存在Cd、CdO、Ti以及部分CdCO3和CdO2。长周期浸泡试验的EIS测试发现，随着浸泡时间的延长，Nyquist曲线发生改变，28 d后镀层表面存在一层致密的腐蚀产物膜，可以有效地阻挡腐蚀性介质进入镀层，在Nyquist图中表现为容抗弧增大。2种试验环境下的增重速率表明，在盐雾环境中，增重速率较快，这与表面生成更多的CdCO3有关。结论 Cd-Ti镀层在不同的环境中对材料都有较好的保护作用，能够在一定程度上防止基体腐蚀。
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  模拟海洋大气环境下7B04铝合金板–TC16钛合金铆钉搭接件电偶腐蚀研究

  杨翔宁, 樊伟杰, 张勇, 宋宇航, 管宇, 张泰峰, 杨文飞

  表面技术. 2022, 51(5): 223-233. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.023

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  目的 加强对7B04铝合金和TC16钛合金之间电偶腐蚀规律的认识，为特定海洋大气环境下服役的飞机在腐蚀防护方面提供指导。方法 在模拟海洋大气环境下，对用钛合金铆钉铆接的7B04铝–7B04铝搭接件和极化试件进行10周期加速腐蚀试验，通过PARSTAT 4000电化学工作站测量2种合金加速腐蚀0、10周期后的极化曲线，并以测得的电化学参数为边界条件，利用COMSOL对搭接件进行数值模拟仿真，从而与试验结果进行对比分析;通过疲劳试验得到搭接件加速腐蚀4、6、8、10周期后的疲劳寿命;利用光学显微镜观察腐蚀微观形貌并进行疲劳断口附近的腐蚀坑深度测量;借助X射线衍射仪分析铝合金的腐蚀产物成分。结果 在加速腐蚀0周期和10周期后，铝合金的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为?802 mV和?872 mV，2.357×10^?7 A/cm²和1.477×10^?6 A/cm²，钛合金则分别为?313 mV和?274 mV，1.638×10^?8 A/cm²和4.144×10^?8 A/cm²。疲劳断口位置和腐蚀最严重区域与数值模拟仿真电位差最大位置一致，随着腐蚀周期的延长，腐蚀越来越严重，腐蚀坑深度逐渐增大。结论 2种合金之间发生电偶腐蚀，7B04铝合金作为阳极发生腐蚀，并随着腐蚀周期的延长自腐蚀电位负移，腐蚀速率增大;TC16钛合金作为阴极，随着腐蚀周期的延长自腐蚀电位正移;XRD图谱显示铝合金腐蚀产物的成分主要为Al(OH)3、Al2O3;数值模拟仿真的结果与试验结果一致;飞机新结构设计和旧结构维护要重点关注铆钉周围，避免疲劳失效。
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  盐雾环境中40CrNiMo钢初期腐蚀行为及电化学性能演化规律

  吴省均, 陈跃良, 卞贵学, 张勇, 王安东, 黄海亮, 魏梓林

  表面技术. 2022, 51(5): 234-244. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.024

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  目的 研究40CrNiMo钢在模拟海洋环境中的锈层及电化学性能初期演化规律。方法 采用中性盐雾试验模拟海洋大气环境，通过光学显微镜、EDS、XRD等手段表征40CrNiMo钢内、外锈层微观结构及成分的变化。通过动电位极化、交流阻抗谱及微区电化学技术研究电化学性能的演化规律。结果 40CrNiMo钢在盐雾环境中由点蚀逐渐发展为均匀腐蚀，最大腐蚀坑深度的演化规律为d=87.787t^0.325，腐蚀动力学规律为ΔW=6.091t^0.738。盐雾4 d后锈层出现分层，7 d后内锈层显著增厚。黄色疏松外锈层主要成分为γ-FeOOH;黑色致密内锈层主要成分为α-FeOOH和Fe3O4，并且在与基体接触界面出现Cr元素富集。极化曲线与EIS测量结果具有较好的相关性，表明40CrNiMo钢的腐蚀速率先增大后减小再增大;而SKP测量结果显示，盐雾环境中试样表面迅速形成阴、阳极区，盐雾7 d后试样表面Volta电位由225 mV持续增大至884 mV，盐雾11 d后降低至609 mV。结论 盐雾1 d后锈层疏松多孔，为反应的发生提供了湿润的环境，加快腐蚀速率。锈层随盐雾时间的延长逐渐增厚致密，氧还原反应被抑制，对基体的保护作用愈发凸显;盐雾7 d后，锈层中γ-FeOOH还原反应的活性逐渐增强，阴极同时发生氧还原与腐蚀产物还原2个平行的阴极反应，反应速率增快后趋于稳定。
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  模拟海洋大气环境下PCB-HASL的腐蚀行为与机理

  战贵盼, 韩永恒, 谭晓明, 丛凯, 赵仁杰

  表面技术. 2022, 51(5): 245-253, 303. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.025

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  目的 基于舰载机服役海洋环境，针对热风整平无铅喷锡印制电路板(Hot Air Solder Level Printed Circuit Board，PCB-HASL)开展加速腐蚀试验研究，揭示其腐蚀机理，表征其宏/微观腐蚀电化学行为。方法 根据实测的服役海洋大气环境数据，基于编制的加速腐蚀试验环境谱，针对PCB-HASL开展了加速腐蚀试验。采用电化学工作站测试不同腐蚀周期试样的极化曲线和电化学阻抗谱，表征了腐蚀电化学机理和宏观电化学特性。采用扫描Kelvin探针技术测试了不同腐蚀周期试样表面Kelvin电位分布特征，表征了微区电化学特性。结果 腐蚀第6周期时，PCB-HASL的绝缘电阻大幅度衰减，达到失效临界状态;第0~2周期，自腐蚀电流密度由1.43 μA/cm²陡增至3.97 μA/cm²，腐蚀速率快速增大，局部区域诱发腐蚀;第2~3周期，自腐蚀电流密度降低，腐蚀速率降低;第3~4周期，自腐蚀电流密度稍有增大，腐蚀速率稍微增加，腐蚀产物局部发生脱落;第4~7周期，自腐蚀电流密度减小，在第7周期达到最小，为0.55 μA/cm²，相比第2周期降低了86%，呈明显的均匀腐蚀特征。Kelvin电位分布和电荷转移电阻的倒数(1/Rct)随加速腐蚀试验周期的变化规律与自腐蚀电流密度的变化规律相吻合。结论 PCB-HASL的腐蚀速率随加速试验周期大致呈增大—减小—小幅增大—减小的变化规律，由初期的局部区域腐蚀逐渐转变为后期的均匀腐蚀，在表面形成较为致密的腐蚀产物层，使得腐蚀速率大大降低。
海洋防污技术
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  基于自清洁型海洋智能防污涂层的最新研究进展

  张世龙, 陈宝, 吴波, 蓝剑锋, 王保鑫, 吴建华

  表面技术. 2022, 51(5): 254-264. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.026

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  从自修复防污涂层、可逆切换粘附表面、自更新动态表面3个方面介绍了自清洁型海洋智能防污涂层技术的研究进展，及其在延长涂层服役寿命和主动防污方面起到的关键作用。自修复涂层通过微胶囊或可逆动态键修复破损的超疏水表面，延长其防污寿命。通过可逆切换粘附表面响应pH、应力或温度变化，进行亲/疏水表面的可逆切换，从而使污染物脱附。自更新动态表面可以根据周围微环境变化产生响应，发生聚合物降解、脱落、杀菌剂控制释放等行为，不仅可以减少污损生物的附着，而且可以使附着污损脱附。综述了自清洁型海洋智能防污涂层的研究成果，介绍了智能涂层在提高海洋防污方面的特点。基于现有研究的不足，对智能涂层的响应机制和应用方面的研究进行了展望。
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  抗菌低表面能复合型海洋防污涂料的研究进展

  刘思琪, 刘斌, 宁玉杰, 刘术辉, 解辉, 宋轶涵

  表面技术. 2022, 51(5): 265-273, 324. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.027

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  海洋生物污损给海洋工程与装备带来了巨大的困难与挑战，低表面能型海洋防污涂料由于环境友好，近年来已发展成为防污涂料研究与开发的重点。通过在低表面能防污涂料中引入抗菌剂，制备具有复合功能的防污涂料，可进一步提高涂料的综合防污能力。针对该技术背景，首先对海洋防污涂料的技术原理和低表面能防污涂料的研究现状进行了简要介绍，分析了该类型防污涂料的技术优势，同时提出了其静态防污能力差、对细菌型污损生物抗污性能弱的技术短板;然后，围绕低表面能防污涂料抗菌复合改性这一焦点问题，从添加型和结构型2种抗菌复合改性方式入手，分别阐述了各自涂料的适用抗菌剂种类、主要制备方式和改性后涂料综合防污性能的相关研究成果;在此基础上，梳理了以上2类抗菌复合防污涂料存在的问题，并提出了针对性的解决途径;最后，提出了无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂应用于防污涂料的未来研究方向，并对抗菌低表面能复合型海洋防污涂料的发展与应用前景进行了展望。
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  有机硅自润滑组分对自抛光涂层防污、减阻性能的影响

  张建斌, 张朝阳, 孙立, 于波, 杨武芳, 裴小维, 蔡美荣, 周峰

  表面技术. 2022, 51(5): 274-282. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.028

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  目的 制备一种兼具海洋防污和流体减阻功能的绿色海洋装备防护涂层。方法 将长链线型有机硅自润滑组分化学键合到自抛光黏结树脂中，与一定的无机填料复配，通过喷涂的方法制备了具有自润滑特性的自抛光防污减阻涂层。通过铅笔硬度测试、抗冲击测试、划格法附着力测试、涂层柔韧性测试、三维轮廓测试、表面接触角表征和固–液摩擦测试，分别评价了涂层的硬度、抗冲击性、附着力、黏弹性、表面粗糙度、表面润湿性能和自润滑特性，并通过抗蛋白和海藻黏附、海洋挂片试验和旋转流变仪分别表征了涂层的防污、流体减阻性能。结果 随着涂层黏结树脂中有机硅自润滑组分含量增多，涂层的硬度由2H变为4B，结合力由0级变为2级，涂层的抗冲击性能略有下降，接触角由65°上升至92°，涂层的表面粗糙度均小于500 nm，但涂层的自润滑性质、防污性能和减阻性能却不断增强，摩擦因数(干磨)由0.119下降为0.075。当有机硅质量分数超过20%时，涂层的防海藻黏附效率达到97%，减阻率达到10%以上。海洋挂片进一步证明涂层具有优异的综合防护性能。结论 长链线型有机硅虽然一定程度上降低了涂层的硬度和附着力，但由于其特殊的性质，可在满足实际工况需求的前提下，赋予涂层良好的自润滑、防污和减阻性能。
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  基于超疏水和卤代过氧化物酶活性协同防污的氧化铈纳米涂层研究

  黄谦, 贺小燕, 常江凡, 杨宗澄, 白秀琴

  表面技术. 2022, 51(5): 283-292. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.029

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  目的 将特定防污功能的纳米粒子引入到环氧复合涂料中，制备具有超疏水和卤代过氧化物酶活性协同防污的氧化铈纳米涂层。方法 以环氧树脂和羟基封端的聚二甲基硅氧烷为基质，球形氧化铈(CeO2)纳米颗粒为填料，采用溶液共混的制备方式，通过空气喷涂法构建氧化铈超疏水纳米涂层。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、接触角测试仪等设备对涂层进行表征，并以典型海洋污损生物芽孢杆菌和三角褐指藻为研究对象分析涂层的防污性能。结果 当涂层中纳米氧化铈的质量分数为55%时，氧化铈纳米涂层具有超疏水特性，接触角达到153°，接触角滞后低至3°。在防污性能方面，相比于环氧复合涂层，超疏水氧化铈纳米涂层对三角褐指藻和芽孢杆菌的防污率分别为97.5%和97.3%。在存在过氧化氢和溴化铵的条件下，失去疏水性能的氧化铈涂层通过卤代过氧化物酶的活性减少了96.2%的三角褐指藻和96.8%的芽孢杆菌贴附。结论 该体系所构建的纳米涂层在初期可以利用其超疏水性能防污，后期利用其卤代过氧化物酶的活性防污，实现防污的长效性。
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  污损释放型涂层服役寿命模型与室内加速评价方法研究

  邓亮, 蔺存国, 张金伟, 马力, 苏艳, 程旭东, 邵刚勤, 王利

  表面技术. 2022, 51(5): 293-303. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.030

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  目的 基于典型污损释放型防污涂层浅海挂板试验，考察涂层防污性能得分及关键防污特性参数随浸海时间的变化规律，构建污损释放型防污涂层服役寿命模型，并推算关键防污特性参数的失效临界值，以此为评价依据，建立防污涂层室内加速评价方法。方法 依据GB/T 5370—2007《防污漆样板浅海浸泡试验方法》进行浅海挂板试验，收集青岛、厦门、三亚3个海域涂层的表面能、粗糙度、硬度、Si—CH3/Si—O—Si比值以及防污性能得分等各项性能数据。通过数学分析确立涂层防污性能得分与关键防污特性参数之间的关系，并计算涂层失效时各参数的临界值。设计室内加速老化试验，对比室内加速老化试验与浅海挂板试验中涂层各项性能的变化趋势，分析两者间的相关性。借助X射线光电子能谱和傅里叶红外光谱研究涂层的失效机制。结果及结论 结果表明，室内加速老化试验数据与浅海挂板试验数据具有较好的相关性。基于涂层的表面能、粗糙度、Si—CH3/Si—O—Si比值测试可以得出，室内加速老化1 h相当于实海浸泡0.1 a的水平。涂层失效主要是由于组成涂层主体的有机硅Si—O—Si主链发生降解，侧链的C—H也被氧化断裂，生成了亲水性的—OH等基团，并在表面形成了无机硅氧化物。
海洋装备隐身技术
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  海洋苛刻环境服役的CIPs/EP吸波防腐功能材料

  周金堂, 何燕茹, 陶佳麒, 郝秀清

  表面技术. 2022, 51(5): 304-311. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.031

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  目的 制备兼具吸波与耐腐蚀性能的复合材料。方法 使用KH560对羰基铁粉进行改性，在此基础上分别制备羰基铁粉体积分数为0%、15%、20%、25%的复合材料。通过红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和矢量网络分析仪(VNA)等测试技术对所制备复合材料的微观特征和电磁性能进行分析对比。研究不同羰基铁(CIP)的体积占比与复合材料电磁波吸收性能和防腐蚀性能之间的关系。结果 通过KH560改性后的羰基铁与环氧树脂混合均匀，形成了紧密的网络结构。羰基铁粉为片状，长度为3~10 μm。当羰基铁粉的体积分数为20%时，样品的吸波性能和防腐性能较好，综合性能相对最佳。所制备的样品在较宽范围内均拥有良好的吸波性能, 在厚度2 mm时反射损耗小于?10 dB的有效带宽达到了4.2 GHz，在8.5 GHz左右时达到了最小反射损耗值(?42.5 dB)。样品在酸和盐的环境下进行7 d加速腐蚀实验后吸波性能未明显降低，这显示了其良好的耐腐蚀特性。结论 将吸波性能优良的羰基铁粉与耐腐蚀性能优异的环氧树脂进行复合，通过调控片状羰基铁粉的体积占比提高了材料的磁导率和介电常数，实现了良好的阻抗匹配，所制备复合材料的吸波性能和耐腐蚀性能均较好。
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  羰基铁–环氧树脂基吸波材料疏水结构的制备及性能研究

  夏安南, 郝秀清, 钟国政, 何燕茹, 周金堂

  表面技术. 2022, 51(5): 312-324. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.032

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  目的 改善羰基铁–环氧树脂基电磁波吸收材料在海洋环境中的耐腐蚀性和电磁波吸收性能。方法 将皮秒激光加工与微细铣削技术相结合，在羰基铁–环氧树脂复合材料表面制备复合疏水微结构，采用单因素实验分别考察了栅格间距为30、20 μm时皮秒激光加工功率、扫描速度、扫描次数对所制备表面结构接触角的影响规律，采用扫描电子显微镜对激光加工后的结构形貌进行分析，筛选出疏水性能较好的激光加工参数;选用不同直径的微细铣刀对所筛选的激光参数加工后的表面进行微细铣削，得到复合疏水结构，并采用共聚焦显微镜和光学显微镜观察复合结构的形貌，根据复合结构的疏水性能和加工效率，筛选合适的微细铣刀直径。通过耐腐蚀性能测试对比未处理试样、仅经过皮秒激光加工后试样、仅经过微细铣削加工后试样及复合加工后试样在质量分数为5%的NaCl溶液中的耐腐蚀能力，采用矢量网络分析仪对比各结构的电磁波吸收能力。结果 当激光加工的栅格间距为20 μm，激光功率为3.5 W，激光扫描速度为1 000 mm/s，扫描次数为5时，所得到的表面微结构静态水接触角达到143°;在该表面上使用直径200 μm的微细铣刀得到的复合结构接触角达到137.5°，且加工效率较高。实验结果表明，仅经过皮秒激光加工和复合加工均能改善材料的耐腐蚀性能，使材料在NaCl(5%)溶液中浸泡5 d也无明显腐蚀痕迹，还能减少材料表面羰基铁的流失，延长材料的使用寿命。此外，复合结构对改善材料吸波性能的效果较好，可将吸波材料的最大反射损耗从–36.5 dB提升至–45.2 dB。结论 通过皮秒激光加工和微细铣削组合加工在羰基铁–环氧树脂基吸波材料表面制备的复合疏水结构可以改善其在海洋环境中的耐腐蚀性，并提升其电磁波吸收能力。
海工装备零部件超精密加工
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  304不锈钢绿色化学机械抛光

  张仁杰, 张振宇, 李玉彪, 徐光宏, 崔祥祥, 刘杰

  表面技术. 2022, 51(5): 325-335. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.033

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  目的 采用对环境友好的抛光工艺来改善304不锈钢表面抛光质量。方法 基于化学机械抛光(CMP)工艺，采用主要成分为氧化铝(Al2O3)磨料、L-苹果酸、过氧化氢(H2O2)、乳化剂OP-10、甘氨酸的绿色环保抛光液，设计并试验了pH值，H2O2、乳化剂OP-10、甘氨酸质量分数的4因素4水平CMP正交试验。采用极差法分析了4个因素对表面粗糙度和材料去除率的影响。采用电化学工作站，通过动电位极化曲线法，分析304不锈钢在不同抛光液环境下的静态腐蚀特性。通过X射线光电子能谱(XPS)，分析304不锈钢在不同抛光液环境下的表面元素和化学组分变化。结果 开发了一种不含任何强酸、强碱等危化物品的新型环保化学机械抛光液。通过绿色CMP加工，在70 μm×50 μm范围内将304不锈钢平均表面粗糙度从CMP前的7.972 nm降至0.543 nm。与之前报道的304不锈钢抛光相比，绿色CMP抛光后的表面粗糙度最低。通过正交试验，得到了绿色CMP加工的最优抛光液参数:pH = 3，0.3%H2O2，0.3%乳化剂OP-10，1.5%甘氨酸。结论 L-苹果酸与甘氨酸之间相互促进，使抛光液的腐蚀性增强;而H2O2的作用则相反，可使抛光液的氧化性增强，减缓抛光液对304不锈钢表面的腐蚀。
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  环境友好型缓蚀剂在镁合金化学机械抛光过程中的缓蚀作用

  赵仕程, 张振宇, 刘杰, 徐光宏, 李玉彪, 崔祥祥

  表面技术. 2022, 51(5): 336-344. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.034

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  目的 研究苯甲酸钠、酒石酸钠、柠檬酸钠、甘氨酸等缓蚀剂在镁合金化学机械抛光(CMP)中的缓蚀作用。方法 用苹果酸、氧化铝磨粒、去离子水及不同缓蚀剂配制不同种类的抛光液。在抛光垫的种类、抛光盘转速、抛光液流速、pH调节剂的种类等都相同的条件下，进行化学机械抛光试验。用3D白光干涉轮廓仪对抛光后的镁合金片进行表征，通过电化学腐蚀试验、X射线光电子能谱(XPS)分析缓蚀机理。 结果 通过对比试验发现，酒石酸钠和苯甲酸钠在酸性条件下的缓蚀效果最佳。酒石酸钠和苯甲酸钠均通过促进抛光液中溶解氧对镁合金表面的氧化作用形成钝化膜，从而抑制镁合金的进一步腐蚀。镁合金在含有苯甲酸钠的溶液中生成的钝化膜的腐蚀抑制性高于含有酒石酸钠的溶液中形成的钝化膜。苯甲酸钠和酒石酸钠均参与钝化膜的生成，但经XPS分析，镁合金经含有苯甲酸钠溶液浸泡后形成的表面膜中的镁含量少于经含有酒石酸钠溶浸泡后钝化膜中的镁含量。经电化学腐蚀试验发现，镁合金在含苯甲酸钠的溶液中的腐蚀电位正向移动量大于镁合金在含酒石酸钠的溶液中腐蚀电位的正向移动量，证明在相同浓度的前提下，苯甲酸钠的缓蚀效果优于酒石酸钠。结论 在酸性条件下，苯甲酸钠的缓蚀效果强于酒石酸钠。在抛光压力为22 kPa、抛光转速为60 r/min、磨料为20 nm α-Al2O3的CMP工艺中，加入质量分数为1%的苯甲酸钠后，抛光后的表面质量最好，Ra=(3.594±0.194) nm。苯甲酸钠和酒石酸钠均为阳极缓蚀剂，能在镁合金表面形成钝化膜，腐蚀电位的升高意味着镁离子需要克服更大的势垒才能从镁合金表面转入溶液中。
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  5083铝合金绿色化学机械抛光液对表面粗糙度的影响及机理分析

  宋晓明, 张振宇, 刘杰, 李玉彪, 赵仕程, 徐光宏

  表面技术. 2022, 51(5): 345-353. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.035

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  目的 为提高5083铝合金的表面质量，研制一种环境友好型化学机械抛光液，并分析5083铝合金化学机械抛光液对表面粗糙度的影响及作用机理。方法 使用绿色环保的化学机械抛光液对5083铝合金进行化学机械抛光。采用单因素控制变量法，分析不同的pH调节剂类型、pH值以及过氧化氢(H2O2)浓度对铝合金化学机械抛光后表面粗糙度的影响规律。采用电化学工作站，分析5083铝合金在不同抛光液中的静态腐蚀特性。运用X 射线光电子能谱仪(XPS)分析5083铝合金在不同抛光液下表面元素化学组分的变化。结果 绿色环保抛光液的主要成分为去离子水、4%(质量分数)的二氧化硅磨粒、2.0%(质量分数)的H2O2和柠檬酸，并调节pH至3.0。5083铝合金进行化学机械抛光后，在70 μm×50 μm的扫描范围内铝合金表面粗糙度最低为0.929 nm。结论 电化学试验和XPS测试的分析表明，柠檬酸可加快抛光液对铝合金的腐蚀，H2O2使铝合金表面形成氧化层，减缓抛光液对铝合金的腐蚀。氧化层的主要成分为Al2O3、AlOOH和Al(OH)3。
海水处理技术
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  静电喷印辅助界面聚合法制备纳米纤维复合膜实现海水脱盐

  陈逢军, 贺提喜

  表面技术. 2022, 51(5): 354-362, 373. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.036

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  目的 提出一种静电喷印辅助界面聚合法制备纳米纤维复合膜实现海水过滤的方法。方法 通过在静电喷印聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)纳米纤维基底上进行界面聚合，将哌嗪、三甲酰氯和聚醚胺(Polyether Amine，PEA)聚合在聚丙烯腈纳米纤维基底上。首先将PAN纳米纤维基底在水相溶液中浸泡，均匀吸附基材表面的哌嗪和PEA，用滤纸吸干多余的水溶液，然后将有机相三甲酰氯引入PAN基底表面，与水相进行反应，制备了具有良好过滤性能的纳米纤维复合膜(Thin Film Nanofiltration Composite，TFNC)，研究了PEA浓度对TFNC复合膜过滤性能的影响。通过场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、接触角测量仪和Zeta电位仪，表征了复合膜的微观形貌、界面聚合反应、亲水性和荷电性。选用4种无机盐通过死端过滤装置系统对TFNC膜的过滤性能进行测试。结果 PAN溶液能够在滚筒表面静电喷印形成均匀的膜表面结构。在20 kV静电高压下，纺丝质量分数为8%的PAN透明溶液所制备的薄膜表面光滑。当PEA的质量分数4.5%时，TFNC复合膜的接触角最小，为47.5°。经过4种无机盐的过滤性能测试发现，在25 ℃、0.4 MPa条件下，当PEA的质量分数为3.0%时，该膜的水通量可达41.5 L/(m².h)，对NaCl的截留率较低(18.6%)，但对阴离子染料MYB的截留率最高(达95.4%)。结论 静电喷印辅助界面聚合法能够简单有效地制备纳米纤维复合膜，且获得光滑、均匀的亲水性表面，通过改变PEA的浓度可调节复合纳滤膜的分离性能，有效地去除海水中的盐分，具有极强的开发潜力。
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  超疏水不锈钢网双面复合电刷镀制备法及其油水分离应用

  金亦辉, 潘维浩, 周瑜阳, 黄柳, 宋金龙, 孙玉文

  表面技术. 2022, 51(5): 363-373. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.05.037

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  目的 采用双面复合电刷镀法制备一种超疏水不锈钢网，并实现油水分离。方法 搭建双面复合电刷镀试验装置，将不锈钢网依次进行预处理、刷镀过渡镀层、刷镀工作镀层和低表面能改性处理，得到超疏水性能良好的不锈钢网。研究刷镀电压、刷镀时间、刷镀速度和刷镀温度等参数对不锈钢网微结构和润湿性的影响。借助光学接触角测量仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪等分析测试设备，对制备的不锈钢网的表面润湿性、微观形貌、元素组成和油水分离性能等进行测试分析。结果 双面复合电刷镀工艺能够在不锈钢网表面形成均匀分布的花椰菜状微/纳米级粗糙结构，镀层的主要成分为镍，并含有微量纳米二氧化硅。在刷镀液温度为25 ℃、刷镀速度为8 m/min条件下，以15 V的刷镀电压刷镀3 min，超疏水不锈钢网的接触角达到159°，滚动角为7°。制备的不锈钢网具有优异的油水分离性能，对正己烷、二氯甲烷等多种油水混合物的分离效率达到95%以上，且分离纯度较高。结论 采用双面复合电刷镀工艺可简单快速地获得双面超疏水不锈钢网，制备的超疏水不锈钢网能高效地分离多种油水混合物，在海洋溢油清理等领域有良好的应用前景。