2024年, 第53卷, 第16期　
刊出日期：2024-08-25

  

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研究综述
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  水下湍流减阻技术研究进展

  秦立果, 刘建波, 李航, 卢山, 马泽宇, 王征, 董光能

  表面技术. 2024, 53(16): 1-18. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.001

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  水下湍流减阻技术作为提升航行器航速、实现节能减排的有效手段，受到了学者的广泛关注。迄今，根据减阻机理的不同形成了多样化的减阻技术，依据能否对减阻行为进行调控可分为主动和被动减阻技术。从概述水下湍流减阻技术的研究现状出发，梳理了各项减阻技术从兴起到当前研究热点的发展脉络。系统阐述了各减阻技术对壁面湍流流场的影响机制，并分类别深入分析了其内在减阻机理，如结构减阻的涡干扰、超疏水减阻的滑移，聚合物高分子链的黏弹性、超空泡的界面转换、柔顺壁面的缓冲吸振、微气泡改变流场理化特性和壁面振动破坏拟序结构等减阻机制。论述了各项减阻技术的研究进展，比较了各项技术的发展趋势和不足，如仿生减阻结构无需提供额外的能量就能维持长久的减阻效果，但对复杂多变的流场环境难以维持较高的减阻率;微气泡减阻能大幅降低表面阻力，但存在能耗较高等问题。在此基础上，总结概括了各项减阻技术的应用场景，并从技术集成的角度，展望了水下湍流减阻技术的发展之路。
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  冷喷涂增材制造技术应用研究进展

  吴应东, 卢静, 孙澄川, 陈子斌, 谢晖

  表面技术. 2024, 53(16): 19-34, 67. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.002

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  冷喷涂增材制造(CSAM)技术作为一种新兴的快速增材制造技术，凭借其独特的“气动加速-固态沉积”的工艺特性，以及增材效率高、成形尺寸规模不受限等应用优势，已逐渐成为金属增材制造领域的新热点。通过将CSAM技术与包括选区激光熔化(SLM)、选区电子束熔化(SEBM)、电弧熔丝沉积(WAAM)、激光金属直接成形(LMDF)以及搅拌摩擦增材制造(FSAM)在内的几种典型金属增材制造技术，进行了制造效率及成本、成形尺寸规模、成形精度、产品机械性能及工艺适用材料等方面的分析对比，并总结了CSAM在当下增材制造应用中的优势和不足。基于改善CSAM目前存在成形质量欠佳、复杂结构成形能力不足等问题，重点综述了近年来关于CSAM工艺研究、喷涂部件改良以及喷涂策略创新三方面的相关研究进展。此外，针对CSAM技术现阶段在旋转增材成形、自由增材成形、损伤修复及再制造等方面的具体应用情况进行总结与讨论。最后，提出了CSAM目前面临的挑战和潜在的发展方向并强调了其在快速增材制造方面的应用价值及意义。
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  热障涂层抗CMAS腐蚀的表面改性研究进展

  韩志勇, 赖浩瀚, 张权, 严慧羽

  表面技术. 2024, 53(16): 35-50. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.003

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  近年来，CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)的高温腐蚀成为热障涂层(TBCs)失效的重要原因，严重影响航空发动机热端部件的服役安全。表面改性作为提升热障涂层耐CMAS腐蚀性能的重要途径，不仅能够抑制熔融CMAS黏附在涂层表面，还能通过物理屏障或化学牺牲层的形式来阻挡熔融CMAS的渗入与反应。重点围绕国内外表面改性技术提高热障涂层抗CMAS腐蚀性能方面取得的研究与突破，根据作用机理划分为机械法、物理表面改性、化学表面改性和电化学表面改性四大类，阐述了这4类改性技术的原理与应用，同时归纳了不同表面改性工艺的优缺点。探讨了第一性原理计算与有限元模拟在稀土氧化物掺杂的氧化钇稳定的氧化锆、稀土锆酸盐、稀土钽酸盐和钙钛矿等新型热障涂层陶瓷材料方面的研究进展，以充分了解涂层微观组织结构和界面结构演变，为新型热障涂层的设计研究提供指导。最后，展望了TBCs在高温环境应用以及腐蚀防护的发展方向。
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  医用导管抗菌涂层的研究进展

  王瑞麟, 赖长洪, 何孟泽, 何金枚, 刘岚兰, 王松, 刘伟强

  表面技术. 2024, 53(16): 51-67. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.004

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  导管相关性感染(CRI)作为目前常见的医院获得性感染之一，导致死亡率和发病率增加，极大影响了医疗质量与患者健康，避免导管在植介入人体时产生感染已成为临床共性问题。细菌定植形成的生物膜是造成导管相关感染的主要原因，通过在医用导管表面设计功能性涂层来限制细菌定植及生物膜形成能有效避免感染。本文从防污改性、杀菌改性及防污-杀菌改性3个方面综述了近年来医用导管表面改性策略。防污改性一般通过将亲水的非离子型聚合物(如聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮)以及两性离子聚合物制备在材料表面防止细菌及蛋白质黏附。杀菌改性根据机制可分为接触灭杀、释放灭杀和多机制联合灭杀，主要通过将杀菌剂接枝或负载在材料表面来赋予表面杀菌能力。防污-杀菌改性主要通过制备复合材料及聚合物刷、构建自适应表面及亲水聚合物负载杀菌剂等方式使表面同时具备防污及杀菌的能力。最后，在上述综述基础上对医用抗菌导管存在的问题进行了分析和展望，以期为制备应用于临床的高性能医用抗菌导管提供参考。
腐蚀与防护
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  深海静水压力对环氧涂层/907A低合金钢体系失效行为的影响

  景超杰, 方博, 赵方超, 赵阳, 杨小奎, 陈雪晴, 周堃, 刘杰

  表面技术. 2024, 53(16): 68-77, 102. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.005

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  目的 探究深海静水压力作为单一因素影响涂层/金属体系的失效过程。方法 在深海环境模拟实验装置中开展环氧涂层/907A低合金钢体系的浸泡实验，从电化学阻抗谱、涂层湿附着力、涂层微观形貌及其化学结构等方面分析涂层的失效机理。结果 当静水压力为0.1 MPa和15 MPa时，涂层阻抗值分别下降至3.83×10⁶ Ω?cm²和6.28×10⁴ Ω?cm²，涂层湿附着力分别下降至2.76 MPa和2.31 MPa。在不同静水压力下，水在涂层中的前期扩散形式均符合Fick扩散定律，而涂层下水的扩散系数从1.05×10^?9 cm²/s增加至2.39× 10^?9 cm²/s。随着静水压力的升高，环氧涂层表面的孔隙以及裂纹不断发展并出现了鼓泡。在静水压力为0.1 MPa条件下腐蚀产物以γ-FeOOH为主，静水压力升高后腐蚀产物Fe3O4含量明显增加，除锈后的腐蚀坑直径由15 μm增加至 25 μm。结论 高静水压力可以加速腐蚀性介质向涂层内部以及涂层/金属界面的渗透，涂层湿附着力迅速下降，涂层失效更加严重。高静水压力能够促进腐蚀产物中高电化学活性Fe3O4的生成。此外，静水压力下涂层失效的主要原因是物理结构受到破坏。
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  CO2和H2S对镍基合金028点蚀敏感性及点蚀生长动力学的影响

  席文强, 孙冲, 樊学华, 林学强, 孙建波

  表面技术. 2024, 53(16): 78-88, 102. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.006

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  目的 探明CO2和H2S对镍基合金028钝化膜性能和点蚀敏感性的影响。方法 采用循环动电位极化(CPP)、电化学阻抗谱(EIS)、莫特-肖特基(M-S)等测试方法，研究Cl^?环境、CO2-Cl^?环境和H2S-Cl^?环境中镍基合金028的钝化膜性能。通过制备一维人工凹坑电极模拟点蚀坑的稳态生长，采用向负向电位扫描法，研究镍基合金028在局部点蚀环境中的金属溶解动力学，明确CO2和H2S对点蚀生长动力学的影响。结果 CO2和H2S都会使镍基合金028钝化膜性能变差，而H2S的影响更为显著，具体表现为:在H2S-Cl^?环境中具有更高的钝化电流密度jp、更低的点蚀电位Eb和再钝化电位Erp。H2S-Cl^?环境中的钝化膜电阻Rf、电荷转移电阻Rt和钝化膜厚度均低于CO2-Cl^?环境中的，此外，钝化膜在H2S-Cl^?环境中具有更高的点缺陷密度。在最大点蚀坑溶解电流密度jdiss,max相同的条件下，H2S-Cl^?环境中点蚀稳态生长所需的驱动力Emax明显低于CO2-Cl^?环境中的;在相同Emax下，H2S-Cl^?环境中的jdiss,max高于CO2-Cl^?环境中的。结论 CO2和H2S通过增加钝化膜溶解速率、降低钝化膜电阻和增加点缺陷密度，不同程度地增加了镍基合金028的点蚀敏感性，而H2S更容易造成钝化膜损伤。在点蚀稳态生长阶段，镍基合金028点蚀的稳态生长遵循塔菲尔规律，相比于CO2，H2S更容易促进点蚀从亚稳态向稳态发展，并且在H2S环境中具有更高的点蚀生长稳定性。
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  TWIP钢表面Ni-P化学镀层组织结构及性能研究

  岳丽杰, 薛广成, 谢鲲, 韩金生, 孙一品

  表面技术. 2024, 53(16): 89-102. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.007

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  目的 在孪生诱发塑性钢(TWIP)表面制备Ni-P镀层，提高TWIP钢的耐腐蚀性能。方法 通过化学镀工艺在TWIP钢表面制备了高磷Ni-P镀层，并进行不同温度的热处理，利用扫描电镜及能谱仪、X射线衍射仪及原子力显微镜等探究了热处理温度和时间对Ni-P镀层形貌和组织结构的影响。通过电化学方法研究了TWIP钢表面镀层的耐蚀性能。结果 随着热处理温度的升高，镍磷原子发生迁移，胞状组织边界模糊，粗糙度降低，其中600 ℃热处理镀层表面最为致密平整。随着热处理温度的升高，镀层组织结构演变过程如下:非晶态(普通镀层)→非晶态部分晶化，Ni12P5、Ni5P2等亚稳态镍磷化合物析出(300 ℃)→非晶态完全晶化、稳态Ni3P相长大(400 ℃)→晶粒长大(500 ℃、600 ℃)。Ni-P镀层能够明显提升TWIP钢的耐腐蚀性能。随着热处理温度的升高，镀层的耐蚀性能先降低后升高。600 ℃热处理1 h镀层的腐蚀电流密度为0.25 μA/cm²，与普通Ni-P镀层相比降低了80.9%，与TWIP钢基体相比降低了99.6%。600 ℃热处理镀层光滑致密无缺陷的表面促进了保护性氧化膜的产生，使镀层的耐蚀性能提高。结论 合适的热处理工艺提高了Ni-P镀层的致密性和保护能力，光滑致密无缺陷的镀层能够为TWIP钢提供良好的防护。
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  不同复盐电解液中NaVO3对铝合金微弧氧化热控膜层结构和性能影响的对比研究

  安晓丽, 马颖, 欧凯奇, 李正强, 赵琴琴, 王乐乐, 衡志丹, 王晟

  表面技术. 2024, 53(16): 103-115. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.008

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  目的 在以Na2SiO3为主导的Na2SiO3-Na3PO4复盐电解液和以Na3PO4为主导的Na3PO4-Na2SiO3复盐电解液中加入相同浓度梯度的NaVO3，研究着色盐NaVO3对微弧氧化膜层结构的影响，分析膜层的黑度、热控性能、耐蚀性和结合力的变化。方法 在A356铝合金表面制备微弧氧化膜层，采用比例分割分批法设计试验。利用Color Reader、涡流测厚仪、SEM、EPMA、EDS、LSCM、XRD、辐射计、太阳光谱反射计，分别表征膜层的颜色、厚度、微观形貌、元素分布、表面粗糙度、物相组成、发射率和吸收率。采用电化学、点滴及盐雾等实验检测膜层耐蚀性，采用热震实验检测结合力。结果 在2种复盐电解液中，当NaVO3的质量浓度均为12.06 g/L时，所得膜层颜色最深，且Na3PO4主盐系的颜色更深，其黑度值可低至20.31;热控性能最佳，吸收率和发射率分别高达0.934、0.888;加入着色盐NaVO3后，微弧氧化膜表面出现了自封孔现象，对提高膜层耐蚀性很有利，Na3PO4主盐系膜层的耐蚀性优于Na2SiO3主盐系的，而且也是当NaVO3的质量浓度为12.06 g/L时，膜层的耐蚀性最好;此时，Na3PO4主盐系膜层抗热冲击的次数可高达65。结论 在2种复盐电解液中加入着色盐NaVO3后，沉积出了使膜层显深色的钒氧化物。当NaVO3的质量浓度为12.06 g/L时，在各自体系中均可获得同时具有优良耐蚀性、良好结合力、高吸收率、高发射率的热控膜层，且Na3PO4主盐系膜层的性能略高一筹。
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  镁合金超疏水磷酸盐化学转化涂层的制备与耐蚀性能

  夏先朝, 聂敬敬, 李逸, 蔡微波, 孙京丽, 袁勇, 张利嵩, 王晓雪, 董泽华

  表面技术. 2024, 53(16): 116-128. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.009

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  目的 研究超疏水改性处理对磷酸盐化学转化涂层耐蚀性的影响，利用PA和Ce³⁺的螯合作用及低表面能物质的修饰提升涂层的防护性能。方法 将仿生超疏水技术和化学转化技术相结合，对传统的磷酸盐化学转化膜进行后处理改性，在镁合金基体上制备了具有超疏水效应的磷酸盐化学转化膜。通过扫描电子显微镜、红外光谱、接触角测试、电化学测试等方法研究改性后涂层的微观形貌、润湿性和耐蚀性。结果 SEM结果显示，经过后处理改性后，磷酸盐化学转化膜(PCC)表面的缺陷被有效封堵，膜层致密性显著提高。接触角测试结果表明，改性后膜层的静态水接触角高达156.5°，滚动角低至5°，呈现出优异的超疏水性能。电化学测试结果显示，后处理改性后的超疏水膜层的防护性能显著提高;相较于PCC膜层，超疏水膜层的腐蚀电流密度降低了1个数量级，低频阻抗模值则提高了1个数量级，并且经过12 d浸泡后其低频阻抗模值仍然高于10⁴ Ω.cm²。中性盐雾测试结果表明，改性后涂层的耐盐雾性能大幅提升，耐盐雾超过100 h。结论 该涂层展现出了优异的憎水性能和良好的自清洁性能，能够为基体提供高效且持久的腐蚀防护。
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  空心玻璃微珠改性对喷涂型环氧涂层性能影响

  邓龙, 贺辉, 张立国, 关振威, 王智勇

  表面技术. 2024, 53(16): 129-138. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.010

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  目的 通过表面改性提升空心玻璃微珠(HGM)在喷涂型环氧涂层中的分散性并提升涂层性能。方法 应用KH560作为桥联单元，链接NaOH刻蚀后HGM表面的羟基与CTPB的端羧基，制备HGM-CTPB。应用SEM、FTIR、TGA和UV对过程中各表面改性HGM的表面形貌、接枝基团及在环氧涂层中的分散性进行分析，并将HGM-CTPB作为低密度填料加入环氧涂层中，研究其添加量对涂层的附着力、柔韧性、耐冲击性、表面粗糙度以及耐腐蚀性能的影响。结果 CTPB可通过KH560成功桥接在NaOH刻蚀过的HGM表面，所制备的HGM-CTPB相较于HGM本身、NaOH刻蚀HGM以及KH560接枝改性的HGM可在环氧涂层中实现更为均匀的分散，同时CTPB基团可与树脂分子反应将HGM牢固锚定。将HGM-CTPB作为填料，其添加量与环氧树脂质量比为0.08和0.16时，所制备的环氧涂层性能较优。面密度较纯环氧涂层分别降低5.6%和11.3%;涂层附着力分别提高0.97、2.14 MPa，达到15.57、16.74 MPa，依据国标方法，涂层可耐50 cm.kg的正、反向冲击，柔韧性达到1 mm;在60 ℃，浓度为5%(质量分数)的热盐水中浸泡144 h后，低频阻抗可以保持在10⁸ Ω以上，较纯环氧涂层提升2个数量级。结论 CTPB的成功接枝可以使HGM在环氧涂层中实现最优的分散性，并与树脂基体实现良好结合;适量添加HGM-CTPB，可显著降低环氧涂层面密度，提升附着力和耐腐蚀性。
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  聚丙烯酸对不同Cr含量材料流动加速腐蚀性能的影响研究

  吕刘帅, 高路杨, 但体纯, 胡苧尹, 肖调兵, 陈银强

  表面技术. 2024, 53(16): 139-150. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.011

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  目的 探究PAA使用中对国内核电机组二回路管道流动加速腐蚀性能的影响。方法 依托电加热试验台架，设计流动加速腐蚀试验环路，采用失重法获得有PAA与无PAA挂件试样的腐蚀速率，使用SEM与EDS观察挂件试样腐蚀形貌，研究PAA对不同Cr含量的合金钢材料A106B、A335P22、304的影响。结果 在温度为220 ℃、压力为6.7 MPa、流速为4.68 m/s下，A106B、A335P22以及304不锈钢3种管材无PAA添加时，流动加速腐蚀速率分别为0.112 0、0.068 6、0 mm/a，添加PAA时FAC腐蚀速率分别为0.095 6、0.066 9、0 mm/a;5 μg/kg~10 mg/kg质量浓度的PAA添加对A106B、A335P22以及304不锈钢3种管材FAC腐蚀速率、表面形貌无明显影响。结论 220 ℃时，5 μg/kg~10 mg/kg质量浓度的PAA添加对A106B、A335P22以及304不锈钢3种材料流动加速腐蚀环境相容性无明显影响，不会加快其FAC腐蚀;由于PAA的分散作用，添加PAA会对碳钢材料A106B的FAC腐蚀速率具有一定的抑制作用，但对于Cr含量较高的A335P22，304不锈钢无明显影响。
精密与超精密加工
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  基于纳米划痕的熔石英玻璃去除机制与亚表面裂纹研究

  郭佳乐, 伊浩, 朱力敏, 孙玉利, 左敦稳

  表面技术. 2024, 53(16): 151-158. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.012

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  目的 研究熔石英玻璃在不同动态载荷作用下的材料去除机制和亚表面裂纹形成与扩展机理。方法 对熔石英玻璃试样进行纳米划痕试验，分别从划痕轮廓、划痕力2个方面分析不同载荷下熔石英玻璃的力学行为，通过扫描电镜和光学显微镜观察划痕形貌，分析材料去除机制;采用逐层截面显微法对划痕截面的亚表面裂纹形貌进行观测，研究动态载荷下工件亚表面裂纹的形成与扩展机理。结果 当动态载荷小于118 mN时，材料发生塑性变形，亚表面未产生裂纹;当动态载荷大于118 mN且小于245 mN时，材料处于塑脆转变阶段，亚表面裂纹以动态载荷加载点为起点，向试样内部扩展形成赫兹锥形裂纹并伴有横向裂纹的存在;当动态载荷超过245 mN时，材料进入完全脆性断裂阶段，亚表面裂纹不断扩展至表面导致材料破碎。结论 随着动态载荷的不断增大，熔石英玻璃的材料去除经历了弹塑性变形、塑脆转变、脆性断裂3个阶段;亚表面裂纹受到动态载荷的影响，裂纹从载荷加载点形成，并沿着应力最大方向不断扩展，导致材料表面发生脆性断裂;熔石英玻璃的临界切深与其动态弹性模量成正比，与其流动应力成反比，动态冲击载荷使熔石英玻璃的临界切削深度下降，亚表面裂纹更易扩展，材料去除更快进入塑脆转变阶段。
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  永磁交变磁场平面磁粒研磨试验研究

  王荟江, 闫宇航, 丁云龙, 韩冰, 马小刚, 陈燕

  表面技术. 2024, 53(16): 159-168. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.013

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  目的 探究永磁交变磁场下平面磁粒研磨质量的影响因素，增强加工区域的磁场变化，使磁性磨粒的加工轨迹多样化，提高研磨效率和研磨效果。方法 设计永磁交变磁场取代传统平面磁粒研磨中的恒定磁场源，并采用磁场模拟软件对永磁交变磁场进行仿真，对不同状态下磁场的分布进行分析，参考仿真结果选取实验参数;使用产生径向磁场的环形磁铁作为磁场发生源，导磁性良好的纯铁作为导磁骨架，通过磁路的开放和闭合实现磁场的交变;使用步进电机及脉冲发生器调节研磨磁场，进而调节磁极交变频率;通过试验对比不同参数下对SUS304不锈钢的研磨效果，在研磨间隙为1.5 mm的条件下，对比不同研磨时间、不同磨粒目数、不同主轴转速对工件表面质量的影响，使用触针式表面粗糙度测量仪和超景深3D电子显微镜检测对比试验前后试件的表面质量并对仿真结果进行验证。结果 对比永磁交变磁场不同磁场分布状态仿真图，发现永磁交变磁场研磨区域场强变化显著，场强峰值时磁感应强度较高;磁性磨粒随离心力与永磁交变磁极状态的变化做周期性运动，使研磨轨迹复杂化。在研磨时间为40 min、主轴转速为245 r/min、磨粒粒径为60目条件下，SUS304不锈钢板经研磨后，表面粗糙度由原始的0.312 μm降至0.060 μm。结论 永磁交变磁场在提高加工区域磁感应强度的同时，使磁场发生周期性变化进而使磁性磨粒在加工区域做周期性运动，复杂化研磨轨迹促进了磨粒的更新，相比于恒定磁场磁粒研磨工艺，永磁交变磁场提高了研磨效率与研磨效果。
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  基于综合满意度函数的D2钢激光抛光工艺参数优化方法

  梁强, 徐永航, 杜彦斌, 王敬, 徐彬源

  表面技术. 2024, 53(16): 169-181. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.014

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  目的 同步提升D2模具钢激光抛光效果及抛光质量的稳定性。方法 提出了一种基于综合满意度函数的D2钢激光抛光工艺参数优化方法。首先，以表面粗糙度、显微硬度和抛光深度为优化目标，基于Box-Behnken方法，以激光功率、扫描速度和搭接率为试验因素进行3因素3水平试验。其次，基于试验数据构建各优化目标均值与标准差的双响应面模型，采用熵权理论获得了各优化目标均值与标准差的客观熵权，并与主观熵权结合构建综合熵权。最后，将双响应面模型与综合熵权引入满意度函数构建了改进综合满意度模型，通过随机梯度下降法获得最佳工艺参数组合。结果 在激光功率为551 W、扫描速度为9 mm/s、搭接率为0.55的条件下，表面粗糙度均值由Ra=5.188 μm下降至Ra=1.056 μm，降幅为79.65%，粗糙度标准差为0.012 8 μm;显微硬度由541.3HV0.5下降至509.3HV0.5，降幅为5.91%，显微硬度标准差为12.981 1HV0.5;抛光深度为0.331 mm，抛光深度标准差为0.002 4 mm。结论 该方法可以有效提升D2模具钢激光抛光效果，同时避免抛光后表面质量波动，可为其他模具钢激光抛光工艺参数寻优提供方法借鉴。
表面功能化
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  飞秒激光选区微织构AlN超浸润平板热管

  娄德元, 李珩, 邱媛, 江宏亮, 杨东超, 陈晨阳, 董超帅, 李腾, 刘顿

  表面技术. 2024, 53(16): 182-189. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.015

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  目的 为了提升AlN基板的散热性能，研究嵌入式一体化AlN平板热管的激光加工方法。方法 通过飞秒激光微织构技术结合热处理工艺制备出AlN亲疏水组合表面，并组装嵌入式一体化平板热管，测试其传热性能。通过三维表面轮廓仪、SEM、EDS和XPS分别分析表面的三维轮廓、形貌、元素含量和化学成分，研究表面亲、疏水的形成机理。结果 楔形亲疏组合AlN平板热管的启动时间、启动温度均最低，相较于全超亲水样品，启动时间降低了14.9%，启动温度降低了6.0%。楔形亲疏组合热管的热阻最低，热流密度最高。相较于全亲水热管，热阻降低了33%，热流密度提升了2%。结论 AlN陶瓷表面经过激光织构会产生AlOx(多价铝氧化物)，具有较高的表面能，呈超亲水状态。热处理能使表面充分氧化，降低表面能，呈超疏水状态。嵌入一体化AlN平板热管的设计和无化学激光选区微织构方法，为电子陶瓷基板的散热提供了一种新思路。
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  一步法制备超疏水表面及其防覆冰性能研究

  刘宏伟, 邹秦锐, 杨益, 宋岳干, 徐远冲, 李国强

  表面技术. 2024, 53(16): 190-197. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.016

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  目的 提高铜网表面的防除冰性能。方法 以铜网为基底材料，用纳米胶带将铜网和聚四氟乙烯(PTFE)固定在一起，采用飞秒激光直写技术将PTFE纳米颗粒部分嵌入铜网，采用一步法制备了PTFE附着铜网的超疏水表面，并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对其微结构进行形貌分析。结果 在PTFE低表面能和粗糙度共同作用下，所制备的表面表现出优异的超疏水性能，水的接触角为152°，滚动角为4°。在此基础上探究了其微观结构对表面润湿性和防覆冰性能的影响。结果表明，PTFE附着铜网的超疏水表面能有效延长冷凝液滴结冰时间，与未垫PTFE的铜网相比，结冰时间延长1.2倍。在冷却过程中，液滴从Cassie状态向Wenzel状态转变，PTFE附着铜网的超疏水表面能维持将长时间的Cassie状态。并且结冰后依然能保持较低的黏附力，最小冰黏附力为2.55 kPa，相比普通的超疏水表面缩小了近2.5%。同时能够实现冷凝液滴的高效快速自去除，还显示出优异的自清洁性能。结论 PTFE附着铜网的超疏水表面可有效延长结冰时间，降低冰黏附力，具有优异的冷凝自去除和自清洁性能，且在5.01 V的电压下，铜网表面能够有效防止冰的形成。
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  超亲水-水下超疏油ZnCo2O4-不锈钢的制备及油水分离性能研究

  张跃忠, 沈静, 张少华, 武鹏鹏, 刘宝胜

  表面技术. 2024, 53(16): 198-207. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.017

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  目的 通过简易的方法制备耐久性的油水分离材料。方法 采用水热-退火方法在不锈钢网(SSM)基底上制备了ZnCo2O4纳米针状阵列(ZnCo2O4-SSM)。利用扫描电镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱和接触角测量仪对油水分离材料的表面形貌、组分和表面润湿性进行了表征和研究。结果 ZnCo2O4-SSM空气中水的接触角为0°，水下油的接触角≥155°，显示了超亲水-水下超疏油的特殊润湿性。ZnCo2O4-SSM呈现出优异的抗油污性能和重力驱动油水分离性能。对油-水混合物的分离效率大于99.8%，通量为3 861~6 114 L/(m².h)，对水包油乳液的分离效率大于99.5%，通量为231~322 L/(m².h)。ZnCo2O4-SSM具有循环使用稳定性，在连续分离煤油-水混合物30次后，分离效率仍然能够达到99.8%以上。更重要的是，ZnCo2O4-SSM显示了优秀的长期稳定性、机械耐久性和强腐蚀环境耐久性(强酸，pH=1;强碱，pH=14;高盐，3.5%(质量分数)NaCl溶液)。结论 ZnCo2O4-SSM以不锈钢网为载体，弥补了机械强度差的缺点。ZnCo2O4-SSM以高化学稳定的ZnCo2O4作为微纳米结构，提高了分离材料的耐久性。因此，ZnCo2O4-SSM制备方法简单，在工业含油污水的分离中具有很好的潜在应用前景。
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  基于无颗粒银导电墨水在不锈钢表面镀银工艺研究

  杨堃, 姚孟智, 杜佳玮, 韩冬宁, 孙小岚, 李晓东

  表面技术. 2024, 53(16): 208-218. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.018

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  目的 采用无颗粒银导电墨水对不锈钢表面进行镀银研究，以绿色环保工艺替代传统电镀银技术。方法 主要研究适用于不锈钢基材的前驱体银源、络合剂种类、不锈钢前处理方法、烧结固化温度对不锈钢表面银层微观结构及性能的影响，获得不锈钢基材上微观结构致密、性能良好的银层。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、数字兆欧表对在不锈钢表面银膜层进行表征。结果 不锈钢通过1,2丙二胺溶液处理后，采用银源草酸银为前驱体，此时银层微观结构最致密，具有最佳的附着力等级(5B)和最低的粗糙度(1.237 μm)，与1,2-丙二胺络合，乙醇为溶剂时，制备出的银层有机物挥发完全，微观结构致密，并且具有最低的接触电阻0.7 Ω和粗糙度0.80 μm。烧结固化温度为200 ℃时银层导电性最好。结论 采用无颗粒银导电墨水对不锈钢表面进行镀银的新型工艺银层性能良好，可以简化传统电镀技术复杂的操作流程，减少传统电镀工艺所使用氰化物对人体造成的危害，并弥补应用受限的缺点。
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  反向处理铜箔微纳组织形成机理及其对力学性能的作用机制

  高颢洋, 郑月红, 牛嘉楠, 朱敏, 喇培清, 祝思佳

  表面技术. 2024, 53(16): 219-228. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.019

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  目的 第五代移动通信技术(5G)时代，高频高速信号传输过程中由于“趋肤效应”引起的信号损耗甚至“失真”越来越严重，为了解决这一问题，提出了一种反向处理铜箔的新技术，然而国内当前应用的高性能反向处理铜箔(RTF)主要依赖进口，要想在短时间内缩小国内外铜箔性能和生产效率的差距，最终实现这类高端铜箔的国产化，必须在明确该类铜箔微纳结构形成机理及其对性能影响的前提下，加快制备工艺的开发和优化。方法 采用电镀法在阴极钛辊上沉积了电解生箔，在其光面进行粗化和镀Zn层等后续处理获得反向处理铜箔，同时以国外反向处理铜箔为参照，采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜详细分析其微纳组织与结构，采用激光共聚焦显微镜和万能试验机测量其粗糙度和拉伸性能。结果 本工作中的RTF具有与国外商业产品相似的微观结构，由小的等轴晶和较大的柱状晶组成，且包含较多的纳米孪晶，孪晶界占比为30.8%，平均宽度为7.9 nm。S面是均匀的米粒状铜颗粒，而M面是较大的圆锥形铜颗粒。S面上的Zn层均匀致密，厚度约为6.5 nm，只有小部分Zn扩散到基底上形成CuZn3相。但从S面到M面，优选取向从(111)Cu逐渐变为(220)Cu，这与参比RTF略有不同。性能方面，参比RTF的Ra和Rz分别为1.22、1.42 μm，抗拉强度为335.10 MPa，伸长率为15.5%，本工作中的RTF具有较低的粗糙度，Ra和Rz分别为0.68、1.03 μm，其强度也具有明显优势(393.68 MPa)，但延展性低于参比样品。通过对比分析，总结了铜箔在初始外延、过渡生长和电沉积条件控制的生长阶段3个阶段的生长特性，给出了影响每个阶段晶粒生长的主要因素，并且详细讨论了晶粒尺寸和纳米孪晶宽度对铜箔拉伸性能的影响。结论 对RTF微观结构和性能的深入研究，有助于找到高性能铜箔国产化“瓶颈”的根源，为高性能铜箔在5G通信领域的进一步发展和应用奠定基础。
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  溶胶凝胶法制备橡胶模具表面涂层及其防粘性能

  张秀丽, 冯如康, 吴永玲, 刘志兰, 吴棣本, 郑宏宇

  表面技术. 2024, 53(16): 229-239. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.020

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  目的 针对目前45钢橡胶模具易粘污、寿命低，而氟树脂涂层模具成本高等问题，基于溶胶凝胶法制备防粘涂层，研究涂层的防粘性能和耐久性。方法 以硅溶胶、甲基三乙氧基硅烷(MTES)、氟硅烷为主要原料，采用空气喷涂法在45钢模具试样表面制备溶胶凝胶涂层、氟硅烷改性溶胶凝胶涂层和氟硅烷表面处理涂层，通过硫化脱模试验，并利用扫描电子显微镜和能谱仪观察分析试样表面微观形貌和元素组成随硫化试验次数的变化，研究涂层对橡胶的防粘性和耐久性，探究橡胶在涂层表面的黏附过程。结果 溶胶凝胶涂层由O、Si、C、Ti 4种元素组成，成膜性好，硫化脱模力约为20 N，与PTFE涂层相近，并具有较好的防橡胶粘污性能，相较45钢模具可多硫化约300次，模具连续使用寿命提高2~3倍。氟硅烷改性溶胶凝胶涂层增加了F元素，但其与基底结合力降低;而氟硅烷表面处理虽能降低表面能，减小脱模力，但在橡胶硫化过程中容易被粘掉，污染制品。橡胶污染物在模具表面的黏附积累与橡胶的流动有关。在橡胶流动较小的区域，橡胶污染物微观形貌呈现纹理状;而在流动区域，橡胶污染物初期为片状，随硫化次数增加逐渐增厚，随后沿流动方向产生裂纹，发展为块状。结论 溶胶凝胶涂层具有较好的防粘性和耐久性，同时环境友好，成膜温度低、成本低、易清洗，在橡胶模具上具有广阔的应用前景。