2025年, 第54卷, 第12期　
刊出日期：2025-06-25

  

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研究综述
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  阻氢渗透涂层研究进展与展望

  张凯鹏, 李冲冲, 方敏, 方莉, 王倩, 常跃

  表面技术. 2025, 54(12): 1-16. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.001

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  氢能作为一种清洁可再生能源因其热值高、来源广泛等特点,被誉为21世纪最具发展潜力的终极能源,是未来实现脱碳的重要途经。在碳达峰、碳中和大背景以及相关政策的扶持下,国际氢能已进入产业化快速发展阶段。然而,氢在材料中渗透和扩散导致的氢脆问题一直是制约其应用安全性的关键因素。阻氢渗透涂层作为一种有效控制氢脆的手段而受到广泛关注。综述了阻氢渗透涂层的最新研究进展,涵盖氢扩散模型及其阻氢机理、阻氢渗透性评价方法、阻氢涂层制备工艺及新型阻氢涂层材料等多个方面。详细阐述了阻氢渗透模型及其阻氢机理,如物理阻隔、氢陷阱、势垒阻氢等;对涂层阻氢渗透性能评价与测试方法进行了系统归纳与总结,包括电化学监测电解氢渗透法、电化学监测气相氢渗透法、气相氢渗透法、原位充氢-拉伸载荷法、慢应变拉伸法等;深入探讨了当前研究中阻氢涂层的常用制备工艺,如物理气相沉积、化学气相沉积、热浸镀、化学镀等;同时对新型阻氢渗透涂层材料进行了总结分析,包括非晶阻氢、二维材料阻氢以及金属氧化物和氮化物阻氢等。最后,对阻氢渗透涂层研究存在的不足及未来发展方向进行了展望,以期为阻氢渗透涂层研究人员提供借鉴和指导,助力氢能产业更加安全、高效地发展。
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  钢铁表面锌基合金化技术的研究现状及展望

  彭冬, 吴护林, 周中锋, 李忠盛, 黄俊, 宋凯强, 代野, 吴永鹏, 黄安畏, 丛大龙

  表面技术. 2025, 54(12): 17-36. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.002

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  腐蚀被视为“钢铁材料的癌症”,其引发的危害和经济损失遍及整个制造领域。粉末渗锌是基于固态热扩散原理,将锌等耐蚀元素扩散至金属构件表面形成冶金结合多功能合金防护渗层的一种表面强化技术。该技术能够赋予钢铁材料优异的耐磨、耐蚀和抗高温氧化等性能,是钢铁材料腐蚀的有效“疗法”,已广泛应用于汽车、船舶、建筑、铁路等领域。从前处理改性、渗剂配方优化、工艺参数影响和后处理强化等方面综述了钢铁表面粉末渗锌合金化技术的最新研究进展。首先介绍了粉末渗锌合金化制备技术的演变过程,分析了包埋渗、机械能助渗和真空粉末渗的基本原理、主要特点以及技术优势。随后,重点阐述了基体与主渗剂纳米化、多元共渗和稀土活化对渗层活性原子扩散、组织和性能的影响,梳理了渗锌工艺参数对渗层厚度的作用规律,概括了复合后处理技术对渗层耐蚀性的强化效果,分析了典型多元渗层的形成机制。最后,提出了钢铁表面粉末渗锌合金化技术面临的挑战以及未来的发展方向,以期为制备高性能渗层、推动粉末渗锌合金化技术创新及应用提供参考。
腐蚀与防护
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  钼酸钠在含氯模拟混凝土孔隙液中对低合金钢的缓蚀行为研究

  陈晓华, 赵方超, 周堃, 史先飞, 崔中雨, 满成, 吴德权

  表面技术. 2025, 54(12): 37-48. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.003

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  目的 钼酸钠作为无机缓蚀剂的一种,因其价格低廉、无毒且环保而被广泛关注,重点研究了钼酸钠在含氯模拟混凝土孔隙液（SCPS）中对HRB400低合金钢（HRB400）的缓蚀行为。方法 采用浸泡试验、电化学阻抗谱和动电位极化曲线测试等方法评估钼酸钠的缓蚀性能和HRB400钢在不同浓度钼酸钠溶液中的临界Cl^-浓度;采用扫描振动电极技术（SVET）原位研究钼酸钠对HRB400钢腐蚀活性的影响;利用X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）等方法分析HRB400钢表面的钝化膜成分和微观形貌。结果 浸泡试验和电化学测试结果表明,钼酸钠对HRB400在含氯SCPS溶液中的腐蚀过程具有明显的抑制作用,随着钼酸钠浓度从0 mmol/L增加到6.4 mmol/L,缓蚀效果逐渐提升,当钼酸钠的浓度达到1.6 mmol/L时,缓蚀效率接近90%;SVET测试结果表明,钼酸钠能够促进HRB400钢表面钝化膜的生长,抵御Cl^-的侵蚀。XPS测试结果表明,钼酸钠能够吸附在HRB400钢表面,并且促使钝化膜中的Fe³⁺/Fe²⁺原子比从4.53变为7.11;AFM分析结果表明,HRB400钢在含氯SCPS溶液中钝化膜主要由纳米氧化物颗粒组成,加入钼酸钠后钝化膜上氧化物颗粒密度及尺寸增加,钝化膜的致密性增加。结论 钼酸钠在含氯SCPS溶液中能够延缓HRB400钢的腐蚀过程,钼酸钠的浓度为1.6 mmol/L时,缓蚀效率达到90%;钼酸钠属于阳极型缓蚀剂,其缓蚀作用主要是通过吸附在HRB400钢表面,促进钝化膜的形成及致密化。
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  氨基酸型缓蚀剂对碳钢CO₂腐蚀的缓蚀性能分析

  闫坤凤, 杨江, 赵晓龙, 马舒樊, 王业飞, 杨振

  表面技术. 2025, 54(12): 49-60. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.004

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  目的 研究生物基甘氨基酸衍生物系列缓蚀剂,N-辛基甘氨酸钠（OCT）和N-十二烷基甘氨酸钠（DOD）在CO₂饱和盐水中对N80碳钢的缓蚀效果。方法 合成了2种不同碳链长OCT（C8）和DOD（C12）的甘氨基酸型缓蚀剂。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振（NMR）对缓蚀剂的结构进行了表征。利用电化学测试（交流阻抗和极化曲线）、失重法、表面分析技术以及量子化学计算,比较了2种缓蚀剂对N80碳钢的缓蚀性能。结果 通过光谱确定了OCT和DOD缓蚀剂结构。腐蚀失重和电化学测试结果显示,OCT和DOD缓蚀剂能够提高N80碳钢在CO₂饱和盐水中的抗腐蚀性,随着缓蚀剂浓度的增加,其缓蚀效率逐渐提高。在加入100 mg/L DOD时,缓蚀效率超过94%。扫描电镜（SEM）结果显示,添加DOD缓蚀剂后,N80碳钢表面腐蚀程度显著降低。X射线光电子能谱（XPS）分析表明,OCT和DOD缓蚀剂通过化学吸附作用,在N80碳钢表面形成了保护膜,从而有效延缓了腐蚀过程。量子化学计算结果显示,DOD的最高占据分子轨道（HOMO）与最低未占据分子轨道（LUMO）之间的能量差较小,表明其具有较高的电子转移能力,更易在钢表面吸附形成保护膜,显著降低了腐蚀速率。结论 DOD缓蚀剂具有优异的腐蚀防护效果,且随着碳链长度的增加,甘氨基酸缓蚀剂的缓蚀性能增强,使其在N80碳钢表面易吸附并形成有效的保护膜。因此,碳链长的DOD甘氨基酸型缓蚀剂,其缓蚀效果更好。
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  高温环境下等离子喷涂56YSZ涂层CMAS腐蚀机制分析

  胡延浩, 范习之, 黄文质, 赵凯睿, 毛卫国

  表面技术. 2025, 54(12): 61-71. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.005

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  目的 阐明56%（质量分数）氧化钇稳定氧化锆（56YSZ）涂层1 350 ℃条件下CMAS（钙镁铝硅酸盐）腐蚀行为,分析腐蚀产物及其演变规律,揭示等离子喷涂56YSZ涂层高温CMAS腐蚀机理。方法 利用大气等离子喷涂方法制备56YSZ涂层,在1 350 ℃条件下对表面涂敷CMAS（33CaO-9MgO-13AlO_1.5-45SiO₂）的56YSZ涂层进行CMAS腐蚀试验。结合X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）,表征经1 350 ℃腐蚀不同时间后涂层物相结构与微观形貌,以分析1 350 ℃条件下56YSZ涂层CMAS腐蚀行为。结果 在1 350 ℃高温环境下,涂层CMAS腐蚀速率随时间延长呈明显的下降趋势,8 h后涂层CMAS腐蚀速率最低（0.50 μm/h）,且经过50 h腐蚀后CMAS腐蚀深度由(150.9±11.0) μm增至(172.5±18.3) μm。在腐蚀初期,CMAS熔体快速渗透,与涂层反应生成了磷灰石相;然而,随着CMAS熔体中Si⁴⁺/Al³⁺比值逐渐降低,熔体与涂层反应生成了石榴石相,且c-ZrO₂包裹磷灰石相与石榴石相形成了致密的保护层;最终涂层腐蚀区反应产物主要为c-ZrO₂、磷灰石相及石榴石相。结论 56YSZ涂层在1 350 ℃条件下展现出优异的抗CMAS腐蚀性能,腐蚀反应生成的磷灰石相、石榴石相以及c-ZrO₂共同组成了致密保护层,有效阻滞了CMAS熔体的腐蚀渗透,并快速消耗CMAS熔体活性元素,在56YSZ涂层抗腐蚀过程中起到了积极作用。
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  Ni-Cu-P复合镀层在硫酸盐还原菌环境下的腐蚀特性

  张雅妮, 张成鑫, 宋伟, 段博文, 刘波, 樊冰, 王思敏

  表面技术. 2025, 54(12): 72-84. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.006

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  目的 通过实验模拟硫酸盐还原菌（SRB）对镍磷基镀层的腐蚀行为,探究SRB对N80钢、Ni-P及Ni-P/Ni-Cu-P复合镀层的腐蚀过程及差异。方法 采用连续化学镀工艺在N80钢基体上制备了Ni-P/Ni-Cu-P复合镀层。通过生物培养技术、静态挂片实验及电化学测试探究了镀层及N80钢在SRB环境下的腐蚀行为,结合NaS₂O₃滴定技术、SEM、XRD、XPS等分析手段,对不同膜层的腐蚀行为和差异进行表征分析。结果 在浸泡腐蚀14 d后,N80钢腐蚀速率为0.049 1 mm/a,Ni-P镀层约为0.026 9 mm/a,Ni-P/Ni-Cu-P复合镀层为0.005 1 mm/a。含铜复合镀层环境中的SRB生长数量及S^2-含量始终低于其他试样组,并缩短了SRB的生长周期。对比样N80钢和Ni-P单镀层表面均出现明显的点蚀坑,而复合镀层试样表面较光滑、平整,未发现明显孔洞。随着腐蚀的进行,N80钢和Ni-P镀层的阻抗先增加后减少,与SRB生长规律一致,而复合镀层的阻抗依次降低,并未受SRB数量生长的影响。结论 Ni-P/Ni-Cu-P复合镀层较低的孔隙率、较高的接触角,降低了SRB细菌的吸附;此外,Cu离子从合金表面释放进入溶液或SRB体内,破坏了SRB的细胞膜、细胞壁使其结构受损,降低了体系SRB活性;同时复合镀层的高磷非晶结构和致密的表层钝化膜极大地阻碍了离子和电子的进出,增加了膜层阻力,导致Ni-P/Ni-Cu-P复合镀层在SRB和地层水的混合溶液中具有极低的腐蚀速率和较低的点蚀概率。
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  激光功率对CoCrNiMo_0.5Nb_0.2熔覆层的组织演变及应力腐蚀性能的影响

  宋涛, 姜芙林, 魏长生, 张耀辉, 杨发展, 梁鹏

  表面技术. 2025, 54(12): 85-96. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.007

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  目的 针对海工装备承载件长期在海洋服役环境中的应力腐蚀失效问题,提高海工装备在海洋服役环境下的抗应力腐蚀性能,研究了激光功率对高熵合金熔覆层组织演变及抗应力腐蚀的影响。方法 利用激光熔覆技术在42CrMo钢表面制备CoCrNiMo_0.5Nb_0.2熔覆层,采用扫面电子显微镜对其组织形貌进行观察,采用恒载浸泡实验和慢应变速率拉伸实验对其抗应力腐蚀性能进行表征。结果 不同激光功率制备的CoCrNiMo_0.5Nb_0.2高熵合金熔覆层呈现共晶组织形态,其中1 100 W功率下熔覆层共晶组织较为致密;在恒载作用下,不同激光功率制备的涂层均表现出较为优异的抗应力腐蚀性能,且经过恒载浸泡实验后,涂层与基体的结和仍然较好;随着激光功率的增加,涂层的应力腐蚀敏感性呈先减小后增大的趋势,激光功率1 100 W时制备的涂层具有最低的应力腐蚀敏感性,为3.92%;激光功率1 000 W制备的涂层其敏感性指数为8.66%,激光功率1 200 W制备的涂层其敏感性指数为15.38%。结论 激光功率对高熵合金熔覆层的组织演变及抗应力腐蚀性能有较大的影响,激光功率通过涂层影响共晶组织的形成,从而影响其抗应力腐蚀性能,适当的激光功率可以促进共晶组织的形成,具有良好致密共晶组织的涂层其抗应力腐蚀性能相对较好,不同激光功率制备的涂层均具有较好的抗应力腐蚀性能,均未出现明显的应力腐蚀倾向。
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  室温K₂TiF₆-BMIC-AlCl₃离子液体电沉积铝钛合金

  范佳宝, 钟庆东, 杨健, 王雪妹, 章书剑, 钟海霞, 于玉城, 马兰

  表面技术. 2025, 54(12): 97-104. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.008

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  目的 实现室温、大气环境下,以K₂TiF₆-AlCl₃-BMIC离子液体为电解质,电沉积制备致密、较厚的Al-Ti合金镀层,研究电流密度及电解质组分对Al-Ti合金镀层形貌、元素组成及电化学性能的影响。方法 将氟钛酸钾作为AlCl₃-BMIC离子液体的钛源,在铜基体上制备Al-Ti合金镀层。采用扫描电子显微镜对不同电沉积条件下制备的Al-Ti合金镀层的形貌和元素组成进行观察。并利用电化学工作站测试Al-Ti合金镀层的电化学性能。结果 当施加的电流密度为20 mA/cm²时,镀层呈树枝晶状;电流密度从15 mA/cm²减小至5 mA/cm²,镀层均呈菱形颗粒,颗粒尺寸逐渐减小。当AlCl₃-BMIC离子液体中K₂TiF₆浓度达0.45 mol/L时,施加10 mA/cm²电流得到的Al-Ti合金镀层Ti含量最高,为19.0%（质量分数）。17.6%（质量分数）Ti的Al-Ti合金镀层在室温25 ℃下,3.5%（质量分数）NaCl溶液体系的自腐蚀电位为-0.565 V（vs.SCE）,自腐蚀电流密度为1.84 μA/cm²,极化电阻值为59 570 Ω·cm²。结论 通过以癸烷为隔绝层的K₂TiF₆-AlCl₃-BMIC离子液体可以在室温、大气环境下电沉积制备Al-Ti合金镀层。降低电流密度可以减小镀层颗粒尺寸,使镀层更为致密。提高氟钛酸钾浓度可以提高Al-Ti合金镀层的Ti含量。对于表面形貌为排列紧密圆胞状的Al-Ti合金镀层,Ti含量会影响镀层的耐蚀性,提高Ti含量,镀层展现出较好的耐蚀性能。
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  利用阵列差分涡流检测对铝合金涂层下腐蚀无损成像检测研究

  唐孝良, 周俊, 简光建, 邓庆祝, 莫少览, 邓江, 佘祖新, 钟勇, 黄伦, 舒畅, 潘茂林, 王忠维

  表面技术. 2025, 54(12): 105-113. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.009

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  目的 在恶劣环境中使用的铝合金部件通常需要涂层防护,但涂层失效导致铝合金发生腐蚀的初期阶段无法通过外观进行检测确认,因此利用阵列差分涡流检测对铝合金涂层下的腐蚀进行无损成像检测。方法 以涂覆有丙烯酸涂层的2A12-T4铝合金作为研究对象,通过在盐酸溶液中进行不同时间的加速腐蚀实验,获得不同腐蚀程度的损伤样品,随后进行阵列涡流检测。检测后使用脱漆剂除漆,对腐蚀缺陷微观形貌、化学成分和三维尺寸进行表征。获得了腐蚀缺陷尺寸与差分涡流信号间的关联规律。使用有限元分析手段,研究了腐蚀缺陷尺寸对差分涡流信号的影响机制。结果 研究结果发现,涂层下的铝合金腐蚀损伤呈现浅碟型几何特征,在腐蚀初期主要在深度方向生长,而在腐蚀后期向径向和深度2个方向生长。涂层下腐蚀缺陷尺寸越大,检测信号越强。发生腐蚀损伤区域的阵列涡流差分信号会呈现出“凹-凸”的信号特征,并且缺陷实际位置处于检测信号的“峰”和“谷”之间。结论 差分阵列涡流检测可以直观地确定涂层下腐蚀缺陷的存在及腐蚀缺陷的尺寸,实现腐蚀缺陷的涡流成像检测。
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  基于实验和CFD仿真模拟的化工风机叶轮失效机制研究

  孙建芳, 陈勇, 李吉, 杨鹏飞, 周胜军, 蔡嘉吉, 苏峰华

  表面技术. 2025, 54(12): 114-123. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.010

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  目的 分析烷基化废酸处理系统中风机叶轮的失效特征和失效位置分布并研究其失效机理。方法 采用理化检验分别对失效叶轮和腐蚀物进行微观形貌检测、元素分析、化学结构和物相分析,最后选用VOF模型且以过程气为主相、硫酸为次相,利用Fluent软件进行计算,流体动力学（CFD）仿真分析风机叶轮内部流场对叶轮失效的影响。结果 风机叶轮化学成分符合相关标准,金相组织无异常,叶轮的后轮盘及叶片的腐蚀比前轮盘腐蚀严重并有显著减薄现象,叶轮基体在硫酸的化学腐蚀作用下,主要腐蚀物为多种Fe、Cr和Ni的硫酸盐,包括FeSO₄∙H₂O、NiSO₄∙H₂O和Cr₂(SO₄)₃等,CFD仿真结果表明,流体在叶轮中速度和压力的不均匀分布导致流体的不稳定流动和腐蚀介质积聚,从而加剧叶轮腐蚀;腐蚀介质硫酸主要集中在后轮盘、叶片压力面外缘及吸力面靠近后轮盘的区域,硫酸体积分数最大值为3.22%。由于流体速度变化和腐蚀介质的不稳定流动,靠近叶轮中心的叶片吸力面和后轮盘中心位置的剪切应力较大。结论 过程气在化工风机叶轮高速旋转时形成了产品酸,且破坏了叶轮基体表面钝化膜,在流体腐蚀与冲刷的交互作用下,叶轮减薄直至穿孔失效。研究为分析风机叶轮的失效行为和提高其服役寿命提供了依据。
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  13Cr马氏体不锈钢在氯化钠和甲酸钾环境中的腐蚀差异性研究

  陈浩东, 魏安超, 肖平, 李祝军, 娄益伟, 于延钊, 张鑫鑫, 刘佳乐

  表面技术. 2025, 54(12): 124-133. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.011

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  目的 针对油井管材质13Cr马氏体不锈钢在ρ=1.15 g/cm³氯化钠和ρ=1.25 g/cm³甲酸钾环境中的腐蚀行为差异性进行研究,以期为13Cr油井管在含甲酸钾油气田中的应用提供科学依据。方法 将13Cr材质挂片分别放置于氯化钠和甲酸钾溶液中进行高温高压失重试验,试验后采用SEM、EDS、激光共聚焦显微镜、XPS等表征方法对试样表面的宏观、微观腐蚀形貌、腐蚀产物成分、点蚀进行观察,结合极化曲线、交流阻抗谱（EIS）等电化学测试技术,研究了13Cr马氏体不锈钢在2种完井液环境下的腐蚀差异,探索其在甲酸钾环境中腐蚀严重的原因。结果 相同温度下,13Cr马氏体不锈钢在甲酸钾环境中的平均腐蚀速率为氯化钠环境中的11~15倍,90 ℃甲酸钾环境中的腐蚀速率达到5.117 9 mm/a,并且甲酸钾环境中的点蚀速率为氯化钠环境中的2倍以上,由微观形貌可以看出,13Cr甲酸钾环境中的腐蚀产物膜被完全破坏。从电化学测试结果可以看出,13Cr在2种环境中的腐蚀均由阳极反应控制,甲酸钾环境中的自腐蚀电位比氯化钠环境中低,自腐蚀电流密度增大,交流阻抗值减小,腐蚀热力学趋势增大。结论 甲酸钾是一种强碱弱酸盐,其水溶液呈弱碱性,在高温高压环境中,甲酸根离子与CO₂共存时,Cr元素溶解与甲酸根反应,阻碍了具有保护作用的腐蚀产物膜Cr(OH)₃和Cr₂O₃产生,同时CO₂溶于水形成H₂CO₃,促进了腐蚀过程的阴极反应,因此13Cr在CO₂与甲酸钾共存环境中的腐蚀严重。
精密与超精密加工
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  Ti-6Al-4V合金电火花线切割工艺优化及加工表面硬度研究

  徐鹏华, 李沅沅, 苗斌, 孙梓洋, 杨佳硕, 郑士建

  表面技术. 2025, 54(12): 134-144. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.012

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  目的 Ti-6Al-4V双相钛合金因综合性能优异而广受关注,但其变形和加工困难,电火花线切割可以突破局限进行精细加工制备。旨在探究电火花线切割工艺参数对Ti-6Al-4V合金切割表面质量及效率的影响规律,并揭示对应参数下样品加工的表面硬度规律。方法 考虑脉冲宽度、脉冲间隙、功放管数和运丝速度4个切割参数,以钛合金的切口平整度、重铸层厚度和切割时间为评价指标,设计正交实验,优化正交实验获得的最佳参数组合,使用纳米压痕仪对优化参数的样品进行表面硬度测试,得到加工表面硬度的分布规律。结果 正交实验和极差分析结果显示,相较于脉冲间隙和运丝速度,脉冲宽度和功放管数对各指标的影响更大,而加工表面质量和加工效率呈对立关系。依据正交实验结果优化参数得到了3组可兼顾表面质量和加工效率的优化组合方案,分别有切口平整、切割时间短和重铸层厚度小等优点。纳米压痕测试结果显示,重铸层的硬度均高于热影响区与基体,为基体的1.2~3.9倍,而热影响区的硬度随功放管数的增大呈先升高再降低的趋势,其面积随功放管数增大而增大。结论 对于电火花切割Ti-6Al-4V合金,脉冲宽度和功率放大管数为主要影响因素,可以通过正交实验获得最优工艺参数组合,并根据不同需要选择最适合的组合。电火花切割后样品表面重铸层的硬度最高,在表面处理时需去除,热影响区硬度存在明显起伏也需要去除。
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  VO₂对刀具CVD金刚石涂层热应力的调节作用研究

  徐洛, 杜星祝, 吴超逸, 金坚, 卢文壮

  表面技术. 2025, 54(12): 145-151. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.013

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  目的 通过降低热应力的方式,解决刀具CVD金刚石涂层在切削过程中易脱落的问题。方法 使用热致相变材料VO₂作为硬质合金刀具与CVD金刚石涂层的中间层。建立M相VO₂ (333)晶胞模型和VO₂/金刚石涂层体系模型,采用分子动力学模拟的方法,模拟VO₂的相变过程并计算升温过程中涂层体系的热应力变化情况。制备了VO₂/CVD金刚石涂层,使用X射线应力分析仪对升温过程中的涂层应力变化进行实时测量。结果 建立的VO₂模型在330 K附近发生相变,体系能量突变,内部原子位置发生变化。仿真结果显示,VO₂/金刚石界面模型热应力在323.15~373.15 K发生突变,涂层应力降低约400 MPa;试验结果显示,涂层VO₂在323.15~328.15 K发生突变,热应力降低约300 MPa,VO₂的相变温度和应力调控的试验结果与仿真结果趋势一致。结论 加入VO₂中间层可降低CVD金刚石涂层的热应力,对提高刀具CVD金刚石涂层抗剥落能力具有重要意义。
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  交变电磁场辅助磁粒研磨黄铜管参数优化研究

  刘冰洋, 闫宇航, 丁云龙, 韩冰, 陈燕

  表面技术. 2025, 54(12): 152-163. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.014

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  目的 解决传统磁粒研磨中管件内部磁性磨粒聚拢和更新不充分等问题。方法 设计了交变电磁场辅助磁粒研磨试验装置,在保障管件内部磁感应强度的同时,施加交变电磁场促进磁性磨粒的时刻更新,提升研磨效果。确定最佳电流波形,使用变压器与功率放大器提高电磁铁功率。在研磨时间为15 min、进给速度为5 mm/s、加工间隙为1.5 mm的条件下,使用响应曲面法对试验参数进行优化,并在此参数条件下对h65黄铜管加工后,使用超景深3D电子显微镜和表面粗糙度测量仪（JB-8E）对管件内表面进行检测。响应面中3种因素对表面粗糙度的影响程度为占空比>电压幅度>频率,最佳试验工艺参数组合为电压幅度6.854 V、频率3.515 Hz、占空比20.195%。原始表面的横向拉伸纹理、微裂纹以及凹点等均被去除,试件内表面粗糙度值Ra从0.525 μm下降到0.056 μm,与预测值0.064 μm的误差仅为12.5%。结论 交变电磁场辅助磁粒研磨可以充分使磁性磨粒进行翻滚,从而提高磨料的使用寿命和研磨效果。响应曲面法对研磨工艺参数优化是有效的。
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  基于磁粒研磨法的电磁铁温升研究

  孙岩, 潘明诗, 刘冰洋, 李厚乐, 韩冰, 陈燕

  表面技术. 2025, 54(12): 164-174. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.015

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  目的 探究电磁铁工作时的温度变化,并为其设计合理的散热装置。方法 以有效加工时间和管件内表面粗糙度为评价标准,通过优化电磁铁电流参数和散热条件,延长电磁铁有效加工时间,提高研磨效率。对电磁铁进行多物理场耦合仿真,采用Maxwell软件进行电磁损耗分析,将电磁损耗耦合到Fluent中进行温度场仿真,参考仿真结果设计出合理的散热装置并对电流进行优化,最后通过钛合金管内表面研磨试验确定最佳电流参数。结果 从不同角度对3 A、3 Hz正弦电流下的电磁铁进行风冷散热对比,1工位风冷散热后电磁铁最高仿真温度为59.5 ℃;2工位风冷散热后电磁铁最高仿真温度为51.3 ℃。2工位下,将峰值电流分别增大至3.5、4 A,风冷散热后仿真温度分别为66.9、88.9 ℃。对不同工况下的电磁铁温升及电流损失进行监测,在3 A、3 Hz电流下,无散热措施时,电磁铁工作15 min后到达极限工作温度,电流损失0.49 A;在散热条件下,采用3 A、3 Hz电流研磨钛合金管,电磁铁温度最终稳定在58.6 ℃,电流损失0.34 A。研磨40 min后,管件内表面粗糙度由原始Ra 0.601 μm下降到Ra 0.172 μm;采用3.5 A、3 Hz电流研磨钛合金管,电磁铁温度最终稳定在75.7 ℃,电流损失0.23 A。研磨20 min后,管件内表面粗糙度由原始Ra 0.618 μm下降到Ra 0.223 μm。结论 侧面布置散热风扇（2工位）,电磁铁散热效果更好,装置运行时更加安全可靠;通过仿真模拟和研磨试验确定3 A、3 Hz为理想加工电流;采用3 A、3 Hz电流研磨时,在风冷散热作用下电磁铁无需停机散热,提高了研磨效率。
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  精密谐振器件表面导电层原子层沉积制备技术研究

  龚婷, 冯昊

  表面技术. 2025, 54(12): 175-185. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.016

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  目的 利用原子层沉积（ALD）技术在半球陀螺谐振子表面制备Pt导电层。方法 以ALD制备的氧化物/金属薄膜为谐振子过渡层,再沉积Pt为导电层。椭圆偏振光谱仪（SE）用于测试薄膜厚度。利用X-射线光电子能谱（XPS）、掠入射X-射线衍射（GIXRD）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）分析薄膜组成、晶型、形貌及粗糙度。采用聚焦离子束-透射电子显微镜（FIB-TEM）结合能量色散X射线元素面分布（EDX-mapping）、线扫描分布谱揭示膜层微观结构。采用电子万能试验机测试薄膜和石英片的界面结合强度。结果 SE测试结果表明,Pt/氧化物薄膜体系的Pt平均厚度为123 Å,不均匀度仅为1.6%,Pt/金属薄膜体系的Pt平均厚度为155 Å,不均匀度为4%。XPS显示Pt薄膜主要成分由零价Pt构成,XRD检测到在2θ=39.8°处存在明显的Pt（111）衍射峰。SEM观测到薄膜表面Pt纳米颗粒分布均匀。AFM进一步揭示金属及Pt/金属薄膜粗糙度分别为1.47 nm和0.99 nm。FIB-TEM、EDX-mapping及线扫描分布谱结果表明Pt/氧化物和Pt/金属厚度均匀、致密,膜层界面的元素相互扩散。力学测试显示,氧化物过渡层使界面结合强度提升至7.1 MPa,较无过渡层体系（3.0 MPa）提高1.37倍;金属过渡层体系结合强度最高可达8.4 MPa。结论 ALD技术可以实现半球陀螺谐振子表面高均匀性、高结合强度的Pt薄膜制备。
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  整平剂JGB对局部电化学沉积铜微柱的影响

  吴国强, 徐登国, 卿启新, 黄炎光, 朱挺

  表面技术. 2025, 54(12): 186-194. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.017

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  目的 研究不同健那绿B（JGB）浓度对局部电化学沉积（LECD）铜微柱形貌、直径尺寸、沉积速率的影响。方法 采用扫描电镜表征不同JGB浓度下沉积的铜微柱微观形貌;通过软件采集沉积时间参数来计算沉积速率,Measure软件测量铜微柱直径。结果 JGB质量浓度低于平衡浓度12 mg/L,随着JGB浓度的增大,加速了铜微柱沉积;JGB质量浓度高于平衡浓度12 mg/L,随着JGB浓度的增大,JGB抑制铜微柱沉积,起到整平抑制的作用;同时JGB整平抑制作用还依赖于沉积电压,在低电压下,对铜微柱的形貌直径影响最大的JGB质量浓度在240 mg/L,但沉积速率最低,而中高电压下JGB的整平抑制作用最佳质量浓度为60 mg/L,沉积速率分别为2.22 μm/s和6.67 μm/s,提高沉积电压,降低了JGB浓度,增强了JGB的整平抑制效果,提高了沉积速率,节省了沉积时间;通过JGB浓度与沉积电压的关系,建立JGB电迁移与分解消耗机理来揭示JGB浓度对LECD制造铜微柱的作用机制。结论 JGB浓度对LECD沉积铜微柱的形貌、直径、沉积速率有显著的影响,在大于平衡浓度情况下,JGB对铜微柱的整平抑制效果最佳沉积电压为3.6 V,质量浓度为60 mg/L。
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  多孔PDMS基-凝胶介质材料的疏冰特性研究

  顾兴士, 易贤, 李科

  表面技术. 2025, 54(12): 195-206. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.018

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  目的 探究孔径对多孔PDMS基-有机凝胶介质材料（GIP-PDMS）疏冰特性的影响,揭示GIP-PDMS的疏冰机制。方法 采用“模板析出-浸渍-固化”三步法制备了~200、~400和~1 000 μm 3种不同孔径的GIP-PDMS材料;实验研究了不同孔径GIP-PDMS在静态/动态结冰、表面磨损、酸碱腐蚀及油污污染等多因素下的疏冰特性;基于内聚力单元仿真模型分析了GIP-PDMS材料的疏冰机制。结果 实验表明：GIP-PDMS材料的冰黏附强度显著低于多孔PDMS,且其冰黏附强度与孔隙尺寸呈正相关关系;在-25~-5 ℃温度范围内、静态/动态结冰条件下~200 μm孔径GIP-PDMS材料的冰黏附强度稳定性最好（变化量仅为3.8 kPa）;在经历100次重复磨损后,~400 μm和~1 000 μm孔径材料分别表现出最小和最大的冰黏附强度增幅;在动态结冰温度持续降低（-5~-25 ℃）、表面磨损程度加剧的情况下,孔径为~200 μm材料的冰黏附强度呈减小趋势,疏冰性能增强;在强酸（pH=1）强碱（pH=13）腐蚀和油污污染条件下,不同孔径GIP-PDMS冰黏附强度均基本保持不变。仿真表明：在切向除冰过程中GIP-PDMS的骨架与凝胶之间因不同的弹性模量导致材料-冰界面在多位置处出现裂纹萌生与扩展,从而获得优异的疏冰性能。结论 GIP-PDMS材料在不同结冰气候条件、表面磨损、酸碱腐蚀及油污污染下仍具有优异的疏冰特性,可为高性能防除冰材料的选择提供参考。
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  有机氟/硅改性丙烯酸-聚氨酯飞机蒙皮涂层的制备及其防/除冰性能研究

  樊超, 孙成刚, 刘钰博, 薛瑞丽, 吴杨, 周峰

  表面技术. 2025, 54(12): 207-216. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.019

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  目的 研制满足飞机蒙皮防护技术要求的防/除冰涂料。方法 通过自由基聚合反应合成一种有机氟/硅改性丙烯酸树脂,使用该树脂制备了一种飞机蒙皮基漆,该基漆与多异氰酸酯固化剂经室温固化后制备成防/除冰涂料。利用扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等仪器对涂层表面形貌、润湿、润滑性能进行评价;按照国标方法及大飞机蒙皮涂层测试要求,对其力学性能、耐盐雾、耐液体性能进行系统测试;利用低温模拟冰风洞试验机、冰附着力测试仪对涂层防冰、除冰性能进行评价。结果 成功合成了有机氟/硅改性丙烯酸树脂,并制备了一种适用于飞机防护的蒙皮涂料。该涂层表面摩擦系数约0.075,柔韧性1 mm,耐冲击50 cm,铅笔硬度4H,附着力：0级（划格法）,1级（划圈法）,7.5 MPa（拉开法）,耐磨性28.1 mg,光泽度90.3,耐沾污性0级,水接触角105°,耐高温、耐水、耐油、耐盐雾腐蚀和耐低温性均无明显异常,耐雨蚀性剥离宽度0.5~2.0 mm,冰附着强度（150 kPa）明显小于商用蒙皮涂料（250 kPa）,防/除冰效果明显。结论 制备的防除/冰蒙皮防护涂层综合性能良好,指标满足民用飞机蒙皮涂层性能要求,经小型冰风洞实验证实有明显的防冰效果,适用于飞机机翼前缘后流水区域的防冰。
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  基于飞秒激光技术的碳纤维增强复合材料（CFRP）表面微结构的制备及其对润湿性能的调控

  李金龙, 关会英, 马晓旺, 李玲玉

  表面技术. 2025, 54(12): 217-228. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.020

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  目的 分析不同激光参数对飞秒激光在碳纤维增强复合材料（CFRP）表面制备微结构的影响和不同微结构参数对CFRP表面疏水性的影响,为CFRP自清洁表面以及表面防腐蚀保护提供参考。方法 使用飞秒激光微加工系统在CFRP表面制备出网格状微结构,依次调节不同的激光功率、标刻速度、标刻次数、激光频率,通过超景深显微镜对微结构形貌进行分析和表征,分析单个激光参数变化对微结构尺寸及形状的影响。通过四因素五水平的正交试验分析出激光参数对微结构影响的主次,确定了最优组合加工方案。最后对不同尺寸的微结构表面使用接触角测量仪进行材料表面润湿性分析。结果 当激光功率为1.6 W、标刻速度为250 mm/s、标刻次数为6次、激光频率为100 kHz、扫描间距为30 μm时,可加工出高度为36.17 μm、深宽比为3.56、周期间距为1.81的网格状微结构,此时CFRP表面接触角为161.21°达到超疏水状态。结论 激光参数对微结构形貌及尺寸影响的主次顺序为：标刻速度影响最大,激光功率和扫描次数影响次之,激光频率影响最小。网格状微结构的周期间距临界值为1.95、微结构深宽比大于1.76,可使液滴在材料表面处于稳定的Cassie-Baxter状态。
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  316L不锈钢表面结构对负载Pd膜的氢渗透行为的影响

  冯应睿, 吴有智, 乔丽, 张学希, 张弘, 王鹏

  表面技术. 2025, 54(12): 229-238. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.021

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  目的 目前针对金属支撑材料表面氧化结构对负载氢渗透Pd膜的微观结构与氢渗透行为影响的系统性研究较为匮乏,旨在系统探讨不同表面结构的316L不锈钢（SS316L）对负载Pd膜的氢渗透行为的影响。方法 采用氩（Ar）离子刻蚀、机械抛光和热氧化等方法处理SS316L表面,并利用非平衡磁控溅射技术在处理后的基底上沉积厚度相近的Pd膜。通过气相驱动渗透平台评估氢渗透性能,并结合扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、能谱分析（EDS）等方法,分析基底表面状态对Pd膜微观结构和氢渗透行为的影响。结果 在400~550 ℃及100 kPa条件下,Ar离子刻蚀和机械抛光有效去除了基底表面的氧化膜,使其氢渗透通量显著提高。而热氧化处理基底样品的氢渗透通量最低。长期稳定性测试表明,未处理和热氧化基底负载Pd膜易出现气泡和剥离,而经Ar离子刻蚀和机械抛光处理的基底表现出更高的稳定性。对原始基底渗氢后失效区域的分析表明,氧化膜的存在是导致Pd膜失效的主要原因。结论 基底表面氧化膜的存在会对氢原子的扩散形成阻抗,同时促使界面缺陷密度增加,降低了样品的氢渗透性能并诱发了Pd膜失效。优化表面处理（如Ar离子刻蚀和机械抛光）可有效提升样品的渗氢性能及Pd膜的服役稳定性,为Pd膜支撑材料的优化设计提供了理论依据和数据支持。
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  微弧氧化涂层催化臭氧氧化降解P-CNB和TA的研究

  邓静, 崔学军, 齐玉明, 房爱存

  表面技术. 2025, 54(12): 239-247. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.12.022

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  目的 为了提高负载型金属氧化物催化剂的附着力和催化臭氧氧化降解效率,利用微弧氧化（MAO）可控制备涂层技术在6061铝合金表面构筑了具有催化活性的陶瓷涂层。方法 采用SEM、XRD、测厚仪、色差仪、表面粗糙度仪研究了涂层的表面微观形貌和成分组成、厚度、黑度、粗糙度,并以对氯硝基苯（P-CNB）和对苯二甲酸（TA）作为模型污染物进行了催化臭氧氧化降解研究。结果 污染物的降解率与臭氧流速、降解时间均成正比。当臭氧流速为9 L/min、降解时间为60 min时,MAO涂层催化臭氧氧化P-CNB和TA的降解效果最佳,降解率分别为65.32%、90.23%,降解率比单独臭氧氧化分别提高16.56%和4.45%;对P-CNB化学需氧量（COD）去除率和总有机碳含量（TOC）去除率分别为38.75%、22.03%,分别为单独臭氧氧化降解的1.9、3.4倍;对TA的COD去除率和TOC去除率分别为24.24%、48.83%,分别为单独臭氧氧化降解的1.5、3倍。结论 MAO技术能够在铝合金基体表面制备高结合强度多孔的含钛金属氧化物催化涂层,有效催化臭氧分解产生大量活性羟基自由基加速臭氧间接氧化,从而提升了臭氧对P-CNB和TA有机污染物的降解效率。