2024年, 第53卷, 第22期　
刊出日期：2024-11-25

  

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研究综述
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  计算材料学在自修复涂层领域的研究进展

  陈伟婷, 王金科, 郭鑫, 陈质彬, 马力, 蔺存国, 马菱薇, 张达威

  表面技术. 2024, 53(22): 1-15. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.001

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  自修复防腐涂层是指在遭受环境或外力损伤破坏后，可以自行修复从而仍具备良好防腐性能的一种新型智能材料。自修复涂层的设计方法主要是通过基于实验的树脂链段设计、填料设计和制备工艺调控，获得具有良好修复性能的防腐材料。近年来，计算材料学技术飞速发展，其利用热力学计算和动力学模拟来预测并设计新材料的结构和性能，是连接材料学理论与实验的桥梁。自修复防腐涂层的理论计算研究有利于理解微观层面的自修复行为，指导自修复防腐涂层的制备与性能优化，并大幅度降低成本。综述了计算材料学在自修复防腐涂层领域的研究进展，介绍了目前基于外援型和本征型两种自修复防腐涂层体系研究的多种计算方法，主要包括分子动力学、密度泛函理论计算、蒙特卡罗模拟和有限元分析等。这些计算方法可以从微观和宏观角度对防腐涂层体系进行直观的机理解释和性能预测。动态键所进行的交换反应及自愈过程、微胶囊的破裂及愈合剂的释放过程、缓蚀剂在基底的吸附方式和吸附强度等都能在自修复防腐涂层的理论研究中得以体现。分析了这些计算模拟方法在自修复涂层方面应用的优势与不足，为自修复防腐涂层的开发与应用提供了理论支持。未来将进一步加强计算模拟、实验研究、人工智能、大数据分析和机器学习技术的深度融合，建立涂层自修复性能数据库，更高效地进行材料筛选和设计，从而在自修复涂层的研究和应用中实现突破。
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  仿生集水纤维研究进展及应用

  罗鸿, 梅益, 韦函, 周学湫, 覃冰黎, 汪希奎

  表面技术. 2024, 53(22): 16-34. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.002

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  淡水资源短缺是全球共同面临的严峻挑战。相关研究发现，模仿蜘蛛丝等生物结构从空气中收集水分，是缓解当前水资源危机的有效途径，已成为仿生集水领域的研究焦点。本文从基础润湿理论、液滴定向传输机理、定向集水机制、仿生纤维设计特点及制备方法等方面进行了综述，重点介绍了Young’s方程、Wenzel模型以及Cassie-Baxter模型等基础润湿理论。将纤维集水过程划分为冷凝结露、定向运输和液滴脱附3个阶段，并深入阐述了蜘蛛丝集水过程的内在机制，包括拉普拉斯压力梯度、表面能梯度、滞后效应和液滴悬挂能力。分析了影响集水效率的关键因素，并列举了提升纤维集水效率的常用策略。归纳了仿生纤维结构的主要仿生对象、仿生原理以及所采用的主要制备技术，并对不同技术的优缺点及适用场景进行了详细分析。最后，对不同仿生纤维网状集水器的集水特点和集水效率进行了比较，分析了仿生纤维集水技术在大气水收集、海水淡化、工业蒸气回收以及油水分离等领域的应用潜力，并对该技术的未来发展方向及现有不足提出了改进意见和展望。
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  基于润湿理论的多功能超滑表面研究进展

  徐圣达, 曾超, 姜涛, 李文戈, 赵远涛, 刘柱

  表面技术. 2024, 53(22): 35-49. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.003

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  超滑表面(SLIPS)是一种通过向具有微纳米多孔结构的衬底注入低表面能液体而形成的全憎表面，能够排斥多种液体，具有液滴滑动阻力小、力学性能好、耐高温高压、自清洁、自修复、润滑减摩等特性，在防腐、防污、减阻等领域具有广阔的应用前景。综述了超滑表面的润湿理论，总结了水相和油相在气相下的扩散系数Sow(a)、液滴外部和液滴下方的润湿结构、每种结构单位面积的总界面能、每种结构稳定性的等效判据以及超滑表面存在的12种热力学状态。讨论了超滑表面的制备原则，总结了制备粗糙基底的方法及优缺点。为了制备性能优异稳定的超滑表面，在遵循设计原理的同时，还需充分了解衬底、润滑剂、工作流体和外部气体之间的相互作用。针对多功能超滑表面的特性，综述了其在防腐蚀、防覆冰、防污、减阻、油水分离、水雾收集、生物医学7个领域的应用机理和研究现状。最后，对超滑表面的发展前景进行了展望。未来的超滑表面应朝着制备工艺简单有效、力学性能稳定、多功能化、绿色环保的方向发展。
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  金刚石/GaN异质外延与键合技术研究进展

  吴海平, 安康, 许光宇, 张亚琛, 李利军, 张永康, 李鸿, 张旭芳, 刘峰斌, 李成明

  表面技术. 2024, 53(22): 50-61. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.004

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  氮化镓(GaN)功率器件具有功率高、小型化的优势，但散热问题已经成为限制其高功率输出的新问题。金刚石具有块体材料最高的热导率，是GaN功率器件的理想散热材料，将金刚石与GaN功率器件集成，可以降低器件运行温度，提高功率密度，推进器件小型化发展。但是由于金刚石与GaN存在大的热膨胀失配和晶格失配，以及金刚石的高硬度和稳定的化学性质，其与GaN集成存在很多问题，无法发挥金刚石的超高热导率优势。针对金刚石与GaN的集成已经进行了研究与探索，主要包括GaN功率器件的器件层散热和衬底层散热。器件层散热主要有金刚石钝化散热技术，其在GaN器件层中异质外延金刚石散热层;衬底层散热主要有键合技术、异质外延技术，其中键合技术通常需要在金刚石和GaN表面沉积键合层或形成封端，包括表面活化键合技术、亲水键合技术、原子扩散键合技术和水解辅助固化键合技术等;异质外延技术通常需要在外延表面沉积缓冲层，包括金刚石异质外延GaN技术和GaN底面异质外延金刚石技术。详细介绍了GaN材料的优势、应用领域及面临的挑战，对上述集成技术的研究现状和优缺点进行了归纳，展望了金刚石与GaN功率器件集成技术的未来发展方向。
腐蚀与防护
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  烧结温度对油井管用铝合金组织与性能的影响

  刘婉颖, 李小鹏, 林元华, 张智, 刘文超, 侯鑫鑫, 林泽洋

  表面技术. 2024, 53(22): 62-71. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.005

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  目的 研究不同烧结温度对油井管用铝合金材料组织结构与力学性能和电化学腐蚀性能的影响规律。方法 考虑到不同的油井管用铝合金成分配比，采用粉末冶金方法制备了不同烧结温度(500、550、600 ℃)下的油井管用铝合金。利用多功能电子密度测试仪测定铝合金密度，利用X射线衍射分析仪(XRD)、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、液压伺服驱动控制万能试验机、扫描电化学显微镜(SECM)研究了不同烧结温度对铝合金组织结构、力学性能和电化学腐蚀性能的影响。结果 随着烧结温度的升高，铝合金致密度呈先上升后下降的趋势，当烧结温度为550 ℃时达最大(91.11%)，增强相以Al2Cu相为主，分散均匀，晶粒细小;铝合金硬度呈逐渐上升趋势，抗压强度为先增大后减小，电化学腐蚀性能为先上升后下降。结论 当烧结温度为550 ℃时，铝合金材料综合性能最佳，其硬度、抗压强度、自腐蚀电位、自腐蚀电流密度分别为48.63HV0.3、663.09 MPa、?0.686 V和5.445×10^?6 A/cm²，腐蚀速率为0.185 mm/a。
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  冷喷涂Cu包覆AlN增强铜基复合涂层的制备与性能研究

  周胜, 王金芳, 张孟, 杨淑娟, 唐宁, 邵玲, 陆青松, 戴晟, 张勇

  表面技术. 2024, 53(22): 72-81. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.006

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  目的 通过冷喷涂技术在铜基体上制备了具有高致密高硬度的Cu/AlN涂层，并研究化学镀预处理工艺对冷喷涂Cu/AlN复合涂层微观形貌、力学性能和耐腐蚀性能的影响。方法 采用冷喷涂技术在铜基体表面分别沉积Cu、Cu-AlN(球磨混合)和Cu-Cu@AlN(化学镀包覆)涂层，通过扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层截面的微观形貌，通过能谱仪(EDS)对涂层元素组成进行了检测，并计算了涂层中AlN的沉积量。借助维氏硬度计和电化学工作站分别对涂层进行了显微硬度和电化学腐蚀行为测试。结果 扫描电镜结果显示，Cu-Cu@AlN和Cu-AlN涂层有着比纯Cu涂层更加致密的微观组织，并且与基体的结合更好，孔隙更少。能谱仪结果显示AlN在涂层中分布均匀，并且Cu-Cu@AlN涂层中AlN的含量明显大于Cu-AlN涂层。Cu-Cu@AlN涂层具有最高的显微硬度(151.8HV)，相比基体提升71%。在模拟海洋环境中的电化学测试结果表明，Cu-Cu@AlN涂层的自腐蚀电位最高(?0.166 7 V)，表明其腐蚀倾向最低，自腐蚀电流密度最低(1.18 μA/cm²)，相比Cu-AlN涂层降低了1个数量级，表明其具有最佳的耐腐蚀性能。电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明，Cu-Cu@AlN涂层具有最高的电荷转移电阻(1 625 Ω.cm²)，证实其具有最佳的耐蚀性，这与动电位极化测试的结果一致。结论 通过化学镀预处理的粉体制备出的Cu-Cu@AlN涂层致密，AlN含量高，该涂层的显微硬度和耐腐蚀性能最好，有望应用在铜及铜合金制备的船舶构件，从而延长其在海洋环境中的服役寿命。
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  N、Nb合金化对309S奥氏体不锈钢腐蚀性能的影响

  王聪, 王春妮, 刘后龙, 刘星辰, 李兰云, 宰伟, 余中狄

  表面技术. 2024, 53(22): 82-91, 126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.007

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  目的 以高放废液封装容器材料309S奥氏体不锈钢为研究对象，通过N、Nb联合添加改善不锈钢在Cl^-环境中的耐蚀性能，并探究N、Nb元素对不锈钢耐蚀性能的影响机理。方法 采用扫描电镜、X射线衍射、形状测量激光扫描系统、X射线光电子能谱等手段，对不锈钢的微观组织及钝化膜成分进行分析，从击穿电位、极化电阻及腐蚀形貌等方面揭示了N、Nb元素对不锈钢耐腐蚀性能的影响机理。结果 N的添加可以促进含Nb钢中耐蚀的Nb(C, N)析出以及难溶的Nb2O5腐蚀产物形成。同时，部分N转化为NH3/NH4⁺，提高局部pH，有利于表面再钝化。因此，N、Nb联合添加的309S不锈钢展现出优异的耐蚀性能。相比商用309S不锈钢，添加0.17%(质量分数)N和0.45%(质量分数)Nb的不锈钢在3.5%(质量分数)NaCl溶液中击穿电位由0.20 V提升至0.96 V，自腐蚀电流密度从2.529×10^-7 A/cm²减小到0.793×10^-7 A/cm²。6%FeCl3-0.16%HCl(质量分数)溶液浸泡腐蚀120 h后，N、Nb联合添加的不锈钢点蚀坑数目最少，平均表面粗糙度(Sa)、最大点蚀坑宽度(Wmax)和最大点蚀坑深度(Dmax)均最小，展现出良好的耐蚀性能;仅添加Nb不添加N的不锈钢其击穿电位略低于309S不锈钢，Sa最大，点蚀坑向纵深方向扩展严重。结论 N、Nb联合添加能有效抑制点蚀坑的萌生与扩展，显著提高不锈钢耐腐蚀性能，而单独添加Nb效果较差。
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  基于大数据技术的Sn、Mo元素对低合金钢耐蚀性能的影响研究

  林德源, 徐迪, 夏晓健, 夏晨瀚, 杜楠, 杨小佳, 陈奕扬, 万芯瑗, 严康骅, 韩纪层, 陈云翔, 洪毅成, 陈天鹏

  表面技术. 2024, 53(22): 92-101. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.008

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  目的 研究合金元素含量对材料耐蚀性能的影响。方法 通过动电位极化、电化学阻抗谱、ACM传感器以及化学浸泡研究了合金元素Cr、Mo、Sn对低合金钢在模拟热带海洋大气环境中腐蚀行为的影响，并通过扫描电子显微镜和X-射线衍射对腐蚀形貌、锈层结构进行表征。结果 当Cr元素含量为3%(质量分数)时，材料的耐蚀性能越好，这是由于Cr元素可以促进具有保护性能的腐蚀产物的生成来提高低合金钢的耐蚀性能。然而，含Cr低合金钢表面存在大量口径小深度大的腐蚀孔，表明材料容易发生局部腐蚀。为了增强含Cr低合金钢耐局部腐蚀能力，分别加入0.1%(质量分数)Mo、0.1%(质量分数)Sn，并同时加入0.1%(质量分数)Mo和0.1%(质量分数)Sn制备了3种低合金钢。根据ACM传感器数据曲线及腐蚀形貌图，发现Mo和Sn元素可以有效降低局部腐蚀的发生，同时含有Mo和Sn 2种元素的试样表面都是口径大深度浅的腐蚀坑。此外，Mo元素和Sn元素不仅可以提高材料自身的腐蚀性能，还可以增强腐蚀产物膜的保护性能。与3Cr低合金钢动电位极化曲线相比，Mo元素和Sn元素可以分别使材料的自腐蚀电流密度下降18%和51%，同时加入Mo、Sn 2种元素可以使自腐蚀电流密度降低71%。根据ACM传感器数据，3Cr钢腐蚀产物膜的缓蚀率为53.12%，Mo元素和Sn元素使腐蚀产物膜的缓蚀率分别提升至58.62%和73.91%。结论 在含3%(质量分数)Cr钢的基础上同时加入Mo和Sn元素可以获得耐蚀性能优异的低合金钢。
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  功能化MWCNTs/Ag对环氧涂料耐腐蚀和防污性能的影响

  蔡灿海, 刘灿森, 陈青梅, 揭晓华

  表面技术. 2024, 53(22): 102-113. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.009

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  目的 研究聚多巴胺(PDA)改性的MWCNTs/Ag复合材料(MWCNTs/Ag@PDA)对水性环氧树脂涂层结构、耐腐蚀性和防污性能的影响。方法 首先制备MWCNTs/Ag复合材料，并利用聚多巴胺(PDA)对其进行改性，最后将不同的复合粉末加入水性环氧树脂中制备复合涂层，通过XRD、拉曼、XPS和SEM对不同粉末的形貌结构以及不同复合涂层的氮脆截面形貌进行分析。通过黏附力，EIS、极化以及抗三角褐指藻的防污测试对涂层的机械性、耐腐蚀性以及防污性能进行检测。结果 MWCNTs成功负载纳米Ag颗粒，PDA对MWCNTs/Ag改性后，改善了MWCNTs/Ag在环氧树脂中的分散性。随着复合粉末填料的添加，涂层的黏附力升高，添加MWCNTs/Ag@PDA的复合涂层黏附力最高为4.29 MPa。在3.5%(质量分数)NaCl中浸泡28 d之后，空白涂层和添加MWCNTs/Ag的环氧涂层(MA/WEP)的耐腐蚀性能与浸泡初期相比都大幅下降，而添加MWCNTs/Ag@PDA的环氧涂层(MAP/WEP)没有变化。在三角褐指藻海水溶液中浸泡7 d之后，MAP/WEP表面的海藻最少，且该涂层表面会释放Ag⁺，会破坏附着在涂层表面三角褐指藻结构的完整性，使其失活。结论 PDA能够明显改善MWCNTs/Ag复合材料在环氧树脂中的分散性，且添加MWCNTs/Ag@PDA可以提升涂层的黏附力，增强涂层的耐腐蚀性能和防污性能。
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  表面钝化与MoS2涂覆对17-4PH螺栓盐雾环境下力学与腐蚀性能的影响

  石大鹏, 乔亮, 董吉伟, 卢泰宇, 宋阳, 贾槟源, 夏进启, 万强

  表面技术. 2024, 53(22): 114-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.010

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  目的 研究钝化处理与MoS2涂层对螺栓盐雾环境下耐腐蚀与力学性能的影响。方法 针对2种不同的表面处理(钝化，MoS2涂覆)的17-4PH螺栓，采用SEM、EDS对腐蚀后螺栓表面涂层进行表征，采用往复摩擦试验获得表面处理后的摩擦因数;对螺栓进行长时盐雾腐蚀实验，对腐蚀后的螺栓进行标准拉伸实验，对腐蚀表面进行显微形貌观察，以获得处理后螺栓抗腐蚀能力。结果 钝化层与MoS2涂层厚度分别为10.7 μm和12.5 μm，钝化后往复摩擦试验中的平均摩擦因数为0.85，而MoS2涂层平均摩擦因数仅为0.2，对应螺栓摩擦因数则分别为0.081与0.073;在长时盐雾腐蚀过程中，钝化螺栓在192 h后螺栓头部与螺纹处出现腐蚀现象，1 800 h后出现严重腐蚀，表面腐蚀但螺栓断裂强度下降并不明显;在0~6 500 h的盐雾腐蚀实验中，涂覆MoS2涂层的螺栓头部与螺纹处均出现明显腐蚀现象，但是螺栓表面开始出现MoS2涂层剥落。结论 与表面钝化相比，表面涂覆MoS2涂层具有更小摩擦因数，且对螺栓盐雾腐蚀防护更有效，能在3 750 h内完全不锈蚀，在6 500 h时发生大面积MoS2涂层剥落，此外，盐雾表面腐蚀对螺栓拉伸断裂强度影响较小。
精密与超精密加工
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  超弹性复合磨料气射流抛光方法

  王旭, 章佳威, 吕冰海, 邓乾发, 苑泽伟, 袁巨龙

  表面技术. 2024, 53(22): 127-140. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.011

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  目的 利用复合磨料对TC4钛合金进行气射流抛光，研究磨料入射角度、抛光气压、抛光时间等工艺参数对其表面粗糙度及表面形貌的影响。方法 以橡胶作为超弹性基体，采用冰晶石粉与1 μm的金刚石微粒对橡胶颗粒表面进行分批次涂覆，最终得到形状规则、表面磨粒附着均匀且粒径约为2 mm的复合磨料。利用ABAQUS有限元仿真软件对抛光过程进行模拟，并采用单因素实验法对抛光过程及结果进行研究。结果 当磨料入射角度为20°、抛光气压为0.5 MPa、抛光时间为2 min时，TC4钛合金表面能降至最低(Sa为38.7 nm)且表面形貌较为均匀平坦(Sku为3.9)。当复合磨料循环抛光6~8次后，其表面金刚石磨粒层会出现破损与脱落，为不影响最终抛光效果，需通过重新涂覆金刚石的方式对其表面进行修补。结论 复合磨料在对TC4钛合金抛光的过程中能有效降低其表面粗糙度并降低磨粒对工件表面的损伤。磨料入射角度主要影响复合磨料撞击工件表面时的形变量和切削力，抛光气压则主要影响发生形变时在工件表面的滑移距离。
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  激光-超声辅助磨削氮化铝表面改性机理

  邓延生, 曹长虹, 陶彦辉, 孙聪, Wang Yanyan

  表面技术. 2024, 53(22): 141-148, 160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.012

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  目的 利用激光-超声辅助磨削技术(LUAG)，研究氮化铝表面创成改性机理。方法 通过分子动力学，从磨削力、原子相变和亚表面损伤深度方面，分析氮化铝表面材料去除的微观特性演变过程，对激光-超声双物理源条件下的单粒辅助磨削进行分子动力学(MD)模拟，对氮化铝分别进行传统磨削、激光辅助磨削、超声辅助磨削、激光-超声辅助磨削分子动力学分析，探讨不同工况下AlN的去除行为及损伤演化机制。结合LUAG过程中生成的氧化铝增强相，探明氮化铝表面力学性能提升原因。结果 与传统磨削(TG)相比，LUAG过程的磨削力降低了50%，表面粗糙度Ra降低28.4%。AlN的表面硬度可达1 298.6HV，相较于TG提高了25%。AlN表面摩擦磨损因数和亚表面损伤深度分别降低了50%和33%。结论 LUAG生成的少量氧化铝被用作扩散强化的增强相，氧化铝相的生成实现了材料的弥散强化，填补了氮化铝原子间的空位以实现基体的材料硬化并提高耐磨性。该研究成果加深了人们对激光、超声波和磨粒加工耦合作用下材料去除和损伤的理解，同时促进和实现了氮化铝基底表面的高性能制造。
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  3D打印膝关节曲面磨粒流抛光数值模拟及实验研究

  王坤, 吕伊凡, 李方祺, 王伟丞, 张继峰, 朱伟光

  表面技术. 2024, 53(22): 149-160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.013

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  目的 解决磨粒流加工3D打印制造的TC4钛合金膝关节时存在配合端面抛光效率低以及表面质量不均匀的问题。方法 运用FLUENT软件并结合非牛顿流体的Carreau-Yasuda方程对有、无仿形工装的磨粒流加工3D打印膝关节进行对比分析，研究仿形工装对磨粒流加工的影响规律，并通过单因素实验确定颗粒直径倍数与流道间隙大小的关系，从而完成最佳仿形工装设计。结果 仿真对比分析结果表明，仿形工装有助于减小压力损失，并且膝关节表面的切削量显著提升，最大提升了182.92%。同时，在双向磨粒流工艺下，膝关节表面切削量的不均匀程度平均降低73%，提升了表面质量的均匀性，证实了仿形工装的有效性。加工结果表明，当仿形流道间隙大小为5倍SiC颗粒直径、工作压力为2 MPa、加工时间为45 min、使用双向磨粒流工艺时，3D打印膝关节的整体表面粗糙度显著降低，平均表面粗糙度为0.67 μm。主要配合曲面呈现镜面效果，表面粗糙度达0.38 μm与0.46 μm。结论 当仿形工装的流道间隙为5倍SiC颗粒直径时，磨粒流抛光效果最优。采用双向磨粒流工艺，获得了优于单向磨粒流工艺的均匀表面压力，从而有效提升了表面质量的均匀性，为3D打印钛合金人工骨复杂曲端面的光整加工提供了理论参考和实验依据。
表面功能化
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  耐海洋腐蚀的双层稀土掺杂铁氧体/聚氨酯吸波复合材料

  肖冬梅, 程振宇, 刘一杰, 段吕桐, 周金堂

  表面技术. 2024, 53(22): 161-170. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.014

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  目的 开发一种防腐性和吸波性能均良好的新型复合材料。方法 制备了一种新型的双层吸波复合材料，其中匹配层使用30%(质量分数)稀土铁氧体粉的Ce-铁氧体/TPU复合材料，吸收层则使用70%(质量分数)稀土铁氧体粉的Ce-铁氧体/TPU复合材料。在制备过程中，首先将稀土铁氧体粉和TPU树脂按照一定的比例混合，并通过机械搅拌使其均匀分散。然后，将混合物填充在模具中，并进行高温热压处理，以实现复合材料的固化和成型。结果 通过数值计算，发现双层吸收体的微波吸收性能比其组分有很大的提高。与此同时，在总厚度保持不变的条件下，充分利用30%~70%的层厚度比例进行调节以改善有效吸收带宽的情况，并基于RL(反射损耗)优化了厚度3.5 mm/1.5 mm的30%~70%双分子层。当频率为15.76 GHz时，最大RL峰为?26.4 dB，有效吸收带宽达12.32 GHz(5.68~18 GHz)。通过适当的阻抗匹配和多种损耗形式，可以显著提高30%~70%双层吸收体的微波吸收性能。结论 将30%(质量分数)稀土铁氧体粉的Ce-铁氧体/TPU复合材料和70%(质量分数)稀土铁氧体粉的Ce-铁氧体/TPU复合材料组合形成双层后，其电磁性能明显上升，达到了良好的阻抗匹配。其中30%(质量分数)稀土铁氧体粉的Ce-铁氧体/TPU复合材料的耐腐蚀性能略高于70%(质量分数)稀土铁氧体粉的Ce-铁氧体/TPU复合材料的，将二者组合后，其防腐性能也有所提升，由此制得的双层材料的耐腐蚀性和吸波性能均得到了提升。
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  仿生超疏水多级结构表面设计及机理研究

  李欣茹, 赵张驰, 薛洋, 吴宏荣, 刘禹, 王春雷, 魏宁

  表面技术. 2024, 53(22): 171-179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.015

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  目的 实现液滴在仿生超疏水表面的水黏附力调控。方法 通过调控表面结构实现薄膜由仿玫瑰花瓣高黏附疏水表面转变为仿荷叶低黏附超疏水表面。将PS微球与无水乙醇混合制得涂层结构，将其转移到半固化的PDMS表面蒸发固化，通过调控PS微球的尺寸和混合比例，得到具有水黏附力可控的超疏水表面。利用场发射扫描电子显微镜、白光干涉仪和接触角测量仪，对薄膜表面的微观形貌、粗糙度和润湿性能进行表征。最后利用两种不同功能的表面制备了简易的液滴无损转移装置。结果 通过制备直径为80 nm、8 μm以及80 nm-8 μm混合PS微球表面，发现80 nm和8 μm表面的液滴接触角分别为129.3°和131.4°左右，但两种表面均呈现出液滴高黏附现象，即使表面翻转180°液滴也不会滚落。但80 nm-8 μm混合表面呈现出低黏附超疏水现象，接触角可达158.3°，滚动角为8.9°。此外当两种粒子按体积比为1∶1混合时，超疏水性最好。结论 制备出的具有不同液滴黏附性的仿生超疏水表面，可实现微量液滴的无损转移，在自清洁、减阻、微流体和生化分析等领域具有应用潜力。
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  织构几何参数对超疏水钛合金表面润湿性的影响

  郭永刚, 吴云飞, 朱东坡, 王东

  表面技术. 2024, 53(22): 180-190, 201. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.016

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  目的 研究表面织构几何参数对超疏水钛合金表面润湿性的影响规律。方法 利用纳秒激光在钛合金表面构筑不同织构间距、边长和形状的微织构，通过氟硅烷改善钛合金表面的润湿性;借助电子扫描显微镜(SEM)观察钛合金表面织构，利用接触角测量仪表征织构表面接触角;通过多元线性回归方法研究织构参数对钛合金表面润湿性的影响规律。结果 氟硅烷改性试样表面静态接触角达到150°，满足超疏水要求，各织构表面滚动角基本稳定在4°~11°，满足疏水要求。当钛合金表面织构间距在0~0.6 mm变化时，织构相对试样表面的占比从80%至20%发生不等变化，随织构占比的减小，织构表面静态接触角明显下降，滚动角呈上升趋势。当织构边长在0~0.6 mm变化时，液滴在不同织构图案上的接触角变化并不一致，正方形钛合金表面接触角从164.6°增加到170°，而圆形、三角形钛合金表面接触角减小，分别从166.9°降低到162.1°、从169.6°降低到160.2°，滚动角呈先增后减的趋势。结论 织构几何参数变化对试样表面润湿性有显著影响。织构间距不同会改变织构占比，织构图案几何特征的不同会影响表面润湿性，并且表面润湿性随织构面积的改变而显著变化。通过研究典型织构几何参数对表面润湿性的影响有利于进一步深入理解织构特征对表面润湿性的影响，为未来设计具有多元功能化的表面结构具有重要意义。
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  L-半胱氨酸处理铜基吸液芯亲水工艺与机理研究

  叶志鹏, 邵志松, 黄文涛, 王锟

  表面技术. 2024, 53(22): 191-201. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.017

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  目的 研究L-半胱氨酸浸渍处理工艺对铜基表面亲水性能的影响，并采用获得的最优工艺处理吸液芯来实现表面改性，提高吸液芯毛细能力，从而优化均热板的传热效率。方法 设置温度、时间、浓度进行三因素五水平正交实验;利用接触角测量仪测定测试样品与水之间的接触角;使用相同时间内水在吸液芯层垂直爬升高度来表征毛细攀升能力;用扫描电子显微镜(SEM)观察处理前后吸液芯微观形貌，用能谱仪(EDS)研究吸液芯处理前后表面元素变化情况，用X射线光电子能谱(XPS)研究处理前后吸液芯表面元素价态变化，用测温平台测量处理前后吸液芯制成的均热板热阻。结果 正交实验反映了浓度、时间、温度对处理后的铜板与水的接触角影响力，浓度最高，温度最低;L-半胱氨酸处理后的吸液芯毛细能力提高了约40%;吸液芯处理前后的微观形貌发生显著变化;XPS显示S峰结合能向低结合能方向发生偏移，部分铜由1价转化成2价;处理后的试样在相同功率条件下，与处理前相比，在传热效率方面表现出显著的温差优势，其极限传热功率提升约200 W。结论 L-半胱氨酸浸渍处理铜基能明显提高铜表面亲水性，使用最佳工艺能够提高均热板吸液芯的毛细能力，从而提高均热板的传热性能。
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  脉冲法制备低轮廓微纳表面结构电子铜箔

  王丽娟, 廖娟, 宋宁, 黄剑, 刘伟飞, 罗意昕, 樊小伟, 唐云志, 谭育慧

  表面技术. 2024, 53(22): 202-209. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.018

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  目的 随着5G通信高频高速传输技术的发展，亟需开发出低轮廓、高剥离、微细纳米铜颗粒结构的电子铜箔，以满足5G材料低介电、低损耗的要求。方法 开发了一种复合添加剂的粗化液体系，通过脉冲电沉积制备了低轮廓电子铜箔，表面形成了微纳米铜颗粒。利用扫描电子显微镜、接触角测试、激光共聚焦显微镜和电化学测试等技术手段表征了脉冲占空比和复合添加剂粗化对纳米铜颗粒形貌、铜箔表面粗糙度和剥离强度的影响。结果 调节脉冲占空比能有效控制纳米铜颗粒微观形貌。当占空比为20%、40%和60%时，平均尺寸小于80 nm，纳米铜颗粒微观形貌差异不明显，均呈现出近似圆球状的形貌。占空比为80%的条件下，得到了平均尺寸为59 nm的圆球状纳米级微细瘤点。此时铜箔表面粗糙度Rz为0.817 μm，剥离强度为0.95 N/mm。此外，复合添加剂使纳米铜颗粒平均粒径从274 nm降低至77.4 nm。电化学测试发现，加入复合添加剂后极化曲线由?0.49 V正移至?0.39 V，这说明复合添加剂的加入能够显著提升镀液的去极化能力。结论 当脉冲占空比为80%时，颗粒尺寸最小，铜箔同时具有极低轮廓与高剥离强度的性能。复合添加剂体系能够有效细化纳米铜颗粒，稳定其形貌。对高频高速传输中降低信号传输损耗具有重要意义。
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  二步阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列复合MoS2的光电化学性能研究

  胡继月, 刘琪, 来龙杰, 王立鹏, 汪瑞

  表面技术. 2024, 53(22): 210-219. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.22.019

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  目的 探索二步阳极氧化工艺对TiO2纳米管复合MoS2后样品的光电化学及半导体性能的影响。方法 利用直流脉冲稳压电源对TA1进行阳极氧化工艺处理，电压为40 V，使用的电解液为乙二醇+氯化铵水溶液，再采用220 ℃、6 h水热法在TiO2纳米管上生长MoS2，得到TiO2/MoS2的异质结构。使用扫描电镜(SEM)观察样品的表面微观形貌，利用X射线衍射仪(XRD)分析二步阳极氧化复合MoS2的晶体结构，采用光致发光光谱仪(PL)对样品光生电荷重组进行分析，使用EDS分析复合前后的成分变化，通过电化学工作站对制备的各类样品进行光电流密度、电化学阻抗和莫特肖特基曲线分析。结果 在50 min时一步阳极氧化TiO2纳米管具备良好的电化学及半导体性能，再经过二步阳极氧化工艺制备了2-step TNTs样品，在此基础上复合MoS2，可以显著提高其电流密度，提升了大约60%，达到0.32 mA/cm²，通过等效电路拟合得出此时的Rct为298 Ω，光致发光强度明显减弱。结论 TiO2纳米阵列能为MoS2提供丰富的生长位点，也提供了许多载流子转移通道，通过协同作用来提升光电化学性能。通过二步阳 极氧化法制备TiO2纳米管阵列复合MoS2的样品其电荷转移电阻明显降低，形成更便捷的电子传输通道，载流子的迁移速率变得更快，具有较高的电子-空穴分离效率。这一研究为二步阳极氧化复合膜的制备与性能改善提供了一种新的思路。