2025年, 第54卷, 第14期　
刊出日期：2025-07-25

  

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研究综述
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  运载火箭表面防护技术及其研究进展

  熊书强, 王一名, 袁佳熙, 王军, 杨洋, 卢鹉, 张崇印, 鞠鹏飞, 朱新远

  表面技术. 2025, 54(14): 1-11. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.001

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  运载火箭是将人类制造的卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等各种航天器推向太空的重要载具,其中运载火箭表面防护技术是其成功发射的重要保障。概述了运载火箭表面防护技术,主要包括烧蚀性热防护涂层技术、非烧蚀性热防护涂层技术、环境适用性表面涂层技术和低温绝热材料技术等。烧蚀性热防护涂层是通过质量损耗带走热量的一种有机涂层,可分为两类：环氧类烧蚀防热涂层和硅橡胶类烧蚀防热涂层,前者存在附着力好的优点,但是高温易开裂,涂层韧性差,适用于较低热流密度防护;后者耐温性好,但存在烧蚀易粉化的缺点。非烧蚀性热防护涂层是一类高红外辐射率的陶瓷无机涂层,国外已经发展了三代非烧蚀性热防护涂层材料体系,适用于可重复运载火箭关键部位的热防护,但国内研究基础与工程能力相对不足。环境适用性表面涂层主要用于应对运载火箭地面发射时面临高盐雾、高湿热、高辐射等环境工况,发展了防辐射、抗静电等防护涂层。低温绝热材料起到超低温液氧/液氢工况保温隔热的作用,主要有泡沫材料和气凝胶材料,前者较后者施工工艺更为灵活,满足复杂形状的高效隔热。总结了近年来国内外运载火箭表面防护技术的发展现状和趋势,介绍了运载火箭卫星整流罩、推进剂贮箱和舱体尾部等不同部位面临的不同防隔热需求,为相关的研究工作提供了技术参考。
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  玻璃纤维表面碳基导电涂层制备及应用研究进展

  许淼, 邢文忠, 章林, 许明初, 解颜岩

  表面技术. 2025, 54(14): 12-25. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.002

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  玻璃纤维（GF）因具有高强度、高模量、耐高温、低成本等优点受到关注,但其不导电的特性极大地限制了其在高端新兴技术领域的应用。碳纳米材料作为新兴材料,具有优异的电、磁、光和力学性能,因此在绝缘玻璃纤维表面制备高导电碳层,可赋予其功能性,进一步拓宽玻璃纤维增强复合材料的应用领域。本文系统地从涂层制备方法（如浸渍法、喷涂法、热解法、静电吸附法、电沉积法、化学气相沉积法）,涂层形成机理（包括物理吸附、化学键合、机械锚固）,涂层导电性能（包括玻璃纤维及其增强材料的电导率、电阻率和电阻）,应用领域（如结构检测、电磁屏蔽、电热除冰、能源收集）等方面综述了玻璃纤维表面碳基涂层（碳纳米颗粒层、碳纳米管层、石墨烯及其衍生物）和超级蒙烯材料中蒙烯玻璃纤维的最新研究进展。简单阐述了涂层均一性、厚度以及掺杂等因素对导电性能的影响。综合分析了当前制约碳基导电玻璃纤维规模化生产和实际应用的瓶颈问题及解决策略,并对玻璃纤维表面碳基导电涂层未来的应用前景及研究方向进行了展望。
腐蚀与防护
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  Ti-6Al-4V合金及其表面CrN/Cr涂层热腐蚀行为研究

  栗荣枝, 邓尕平, 程从前, 蒲吉斌, 曹铁山, 赵杰

  表面技术. 2025, 54(14): 26-36. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.003

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  目的 改善海洋环境下钛合金的耐腐蚀性能。方法 通过多弧离子镀技术在钛合金表面沉积CrN单层及CrN/Cr多层涂层。分析热腐蚀前后样品的表面形貌、截面形貌及腐蚀前后物相组成,探究NaCl诱导下钛合金及表面涂层的高温腐蚀损伤行为。结果 钛合金样品增重曲线呈先增加后降低（表面腐蚀层严重剥落所致）的趋势,腐蚀优先发生在β相及α/β相界处。相比之下,涂层样品的腐蚀增重较低。CrN/Cr涂层腐蚀期间出现剥落现象,且涂层表面形成了厚度为2~3 μm的氧化层。经分析发现,表面氧化层的形成与涂层内部Cr元素向上扩散有关,并非完全是涂层表面的直接氧化。结论 涂层的应用改善了钛合金的力学性能和耐腐蚀性能。CrN/Cr涂层剥落与Cr元素在高温腐蚀环境下的热稳定性和化学稳定性较差有关。Cr元素的表面扩散现象破坏了涂层内部结构的完整性,成为加速涂层失效的重要原因之一。
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  磁场和微生物对X80钢应力腐蚀开裂行为的影响

  申雨欣, 王丹, 郭大成, 谢飞, 王雨欣

  表面技术. 2025, 54(14): 37-47. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.004

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  目的 探究磁场（Magnetic Field, MF）和硫酸盐还原菌（Sulfate reducing bacteria, SRB）对X80钢应力腐蚀开裂行为的影响。方法 将X80钢拉伸试样浸泡在接种SRB的培养基中分别1、4、7、10、14 d以形成生物膜,随后分别在无磁场和100 mT垂直磁场的环境下进行慢应变速率拉伸试验,并利用扫描电子显微镜进行断口形貌观察。结果 慢应变速率拉伸数据表明,试样在SRB溶液中的断裂应变和结合能大幅减小;磁场单独作用于无菌溶液中表现出更弱的应力腐蚀趋势而施加磁场在接种SRB溶液中变为增强趋势。表征分析也观察到SRB组试件主断口主要由解理性台阶组成,侧表面出现多条裂纹;磁场单独作用于无菌溶液中试件主断口有大量韧窝,侧表面平整、无裂纹;同等天数下SRB+MF组试件的脆性断裂加重,主断口解理性台阶更多更深且侧表面裂纹较SRB组也更深。结论 在无菌环境下,MF阻碍了腐蚀性离子迁移到电极表面,从而抑制腐蚀过程。而在有菌环境下,磁场使SRB在X80钢表面的黏附情况发生改变,使试件表面的生物膜分布更为聚集,导致局部浓度差进而加速了点蚀。X80钢试件在MF、SRB、应力三者协同作用下的腐蚀速率显著增加。
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  球墨铸铁在模拟核电站消防水中的电化学与磨损行为研究

  范翔峰, 杨理践

  表面技术. 2025, 54(14): 48-57. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.005

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  目的 阐明球墨铸铁在核电站消防水环境中的电化学和磨损行为,为其安全服役和寿命评估提供支撑。方法 通过电化学测试和浸泡实验研究了模拟消防水环境下球墨铸铁管道的电化学性质和腐蚀速率,利用摩擦磨损仪获取了腐蚀后样品的摩擦系数,结合SEM、EDS和白光干涉仪等手段分析了腐蚀后样品的表面形貌、腐蚀产物、三维轮廓特征和磨损深度等信息。结果 随着时间的延长,球墨铸铁在模拟消防水环境下的开路电位（OCP）值和电化学阻抗值逐渐减小,腐蚀电流密度则增大近1倍,说明球墨铸铁的电化学活性有所增加,耐蚀性明显减弱。随着浸泡时间延长至30 d,球墨铸铁在模拟消防水环境中的腐蚀速率呈现出逐渐降低的过程,厚度损失由约30.2 mm/a下降至5.56 mm/a。铸铁表面腐蚀产物逐渐聚集,产物主要由Fe的氧化物组成。去除腐蚀产物后,铸铁表面呈现出全面的非均匀腐蚀特征,且腐蚀坑的深度随浸泡时间的增加而不断增大。浸泡后球墨铸铁的摩擦系数随着浸泡时间的延长而逐渐增大,摩擦后的表面沟槽深度由2.25 mm逐渐增加至约21.32 mm。结论 球墨铸铁在模拟核电站消防水环境中的耐蚀性能和耐磨性能随着浸泡时间的延长而逐渐降低,且腐蚀速率呈现幂函数降低的趋势,而摩擦深度呈现幂函数增加的趋势。
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  偶氮二异丁腈与硝酸铈铵含量对电合成含铈硅丙烯酸树脂涂层的影响

  韩昊宇, 刘春阳, 杨雨萌, 朱本峰, 卫国英

  表面技术. 2025, 54(14): 58-69. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.006

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  目的 采用传统方法制备丙烯酸树脂时通常需要使用引发剂引发单体进行聚合反应,偶氮二异丁腈是常用的引发剂之一。然而,偶氮二异丁腈在采用电合成方法制备丙烯酸树脂涂层时能否发挥引发剂的作用仍有待研究。方法 在热场和电场协同作用的条件下,探索了电解液中引发剂（偶氮二异丁腈）与电解质（硝酸铈铵）的含量对电合成制备含铈硅丙烯酸树脂涂层的影响。结果 结果表明,当电解液中偶氮二异丁腈的质量分数从0%提升至1.2%时,所制备涂层的防护效率从86.4%降低至68.4%,涂层的水接触角从98.5°降低至65.0°。当电解液中硝酸铈铵的含量从2 g/L提升至6 g/L时,所制备涂层的防护效率从84.9%提高至96.9%,涂层的水接触角从84.9°提高至109.9°。结论 电解液加入偶氮二异丁腈并没有起到提升涂层疏水性能以及涂层耐蚀性能的作用。如果将电解液中的硝酸铈铵换成硝酸钠等导电盐,则无法成功制备涂层,说明铈盐在电解液中不仅起到导电作用,同时也发挥了引发剂的作用。当电解液中硝酸铈铵的含量为6 g/L时所制备的涂层最为致密均匀,可有效提高涂层的防护性能。
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  湿热环境下LaCrO₃基复合涂层性能演变及机理研究

  胡锴, 柳彦博, 田新春, 马壮, 刘晓宇, 刘鹏, 李晶

  表面技术. 2025, 54(14): 70-78. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.007

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  目的 揭示湿热环境中La_0.7Ca_0.3Cr_0.95Mn_0.05O₃复合涂层的性能演变和机理。方法 使用等离子喷涂技术分别制备La_0.7Ca_0.3Cr_0.95Mn_0.05O₃高发射率层/YSZ热障层/NiCoCrAlY金属黏结层/GH4099基体（LC/Y/M/G）和La_0.7Ca_0.3Cr_0.95Mn_0.05O₃/金属黏结层/TA15基体（LC/M/T）2种材料。在温度85 ℃、湿度85%RH的湿热试验箱内进行加速老化试验,测试2种复合涂层的耐湿热性能。分别在5、10、15、20、25 d时取样,测量样品的涂层结合强度。使用激光共聚焦显微镜、电化学工作站等设备对涂层进行表征。结果 在温度85 ℃、湿度85%RH的湿热加速老化试验中,LC/Y/M/G和LC/M/T 2种材料体系均未发生La_0.7Ca_0.3Cr_0.95Mn_0.05O₃层的相结构和表面粗糙度Ra的变化。使用拉伸试验法测得LC/Y/M/G涂层结合强度为（22.75±3.07）MPa,未随加速老化试验的时长发生明显变化,断裂位置始终发生在YSZ层。与之相比,LC/M/T涂层结合强度初始值为（41.58±3.24）MPa,并呈指数下降,断裂位置在金属黏结层。对TA15基体和NiCoCrAlY金属黏结层开展电化学腐蚀行为分析,发现金属黏结层（6.950 2 μA/cm²）的自腐蚀电流显著高于TA15基体（0.110 8 μA/cm²）,且老化试验后的金属黏结层界面中观察到更多的孔隙缺陷。结论 LC/Y/M/G和LC/M/T 2种材料体系中的La_0.7Ca_0.3Cr_0.95Mn_0.05O₃层均表现出了良好的耐湿热性。但LC/M/T中的金属黏结层在试验过程中容易发生腐蚀,导致复合涂层的结合强度随湿热试验的延长呈指数衰减,成为涂层失效的薄弱位置。但当涂层中添加YSZ层后,金属黏结层的腐蚀得到了有效抑制,这可以归因于YSZ中间层对氧气、水蒸气等的阻隔作用。
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  316L不锈钢表面耐蚀硫化物原位制备与在不同含氯介质中腐蚀防护作用研究

  先科龙, 肖莹, 张海龙, 林冰, 王文想, 刘建辉, 唐鋆磊

  表面技术. 2025, 54(14): 79-91. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.008

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  目的 提升不锈钢在含氯环境中耐局部腐蚀能力,探究硫转化膜制备工艺以及在含氯溶液中的腐蚀防护机理。方法 用水热法在316L不锈钢表面制备硫转化膜,通过电化学测试硫转化膜在人工海水中的耐蚀性能,确定具有最佳耐蚀性能的硫转化膜制备工艺,在人工海水和油田采出水溶液中通过腐蚀浸泡实验评价硫转化膜在含氯溶液中的耐蚀性能。利用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线光电子能谱分析不锈钢含硫转化膜的微观形貌、元素分布和化学组成,以及浸泡实验后含硫转化膜的不锈钢微观腐蚀形貌、腐蚀产物分布和组成。结果 316L不锈钢在70 ℃硫离子含量为1 000 mg/L的溶液中浸泡48 h制备的含硫转化膜的耐蚀性能最优。经过硫化处理的不锈钢相较于未处理样品自腐蚀电位从-0.18 V提升到0.08 V,点蚀电位从0.41 V提升到1.10 V,塔菲尔斜率降低,临界点蚀温度显著上升,腐蚀倾向降低。通过SEM观察硫转化膜呈四面体颗粒状附着在不锈钢表面,颗粒分布不具有连续性。通过EDS和XPS分析硫转化膜的主要成分为硫铁化合物（FeS₂、FeS、Fe₂S₃）。结论 通过水热法在316L不锈钢表面制备具有高耐点蚀性能的硫转化膜,硫转化膜为不连续颗粒附着在不锈钢活性点位,降低了不锈钢的点蚀敏感性,并且硫转化膜会与O₂反应逐渐生成铁氧化物,使不锈钢表面的耐均匀腐蚀能力也有所增加。
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  N₂/Ar流量比对TiZrN/TiN纳米多层薄膜微观结构和性能的影响

  魏永强, 张华森, 张晓晓, 顾艳阳, 刘畅, 吕怿东, 韦春贝, 钟素娟

  表面技术. 2025, 54(14): 92-104. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.009

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  目的 通过改变N₂/Ar流量比,研究TiZrN/TiN纳米多层薄膜微观结构和性能的变化规律。方法 采用电弧离子镀（Arc Ion Plating,AIP）和高功率脉冲磁控溅射（High Power Pulsed Magnetron Sputtering,HiPIMS）复合方法,通过调节N₂/Ar流量比,分别在M2高速钢和单晶硅片(100)上制备TiZrN/TiN纳米多层薄膜。研究N₂/Ar流量比对TiZrN/TiN纳米多层薄膜形貌结构、元素成分、相结构、纳米硬度、膜基结合力、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能的影响。结果 在N₂/Ar流量比为35/65时,薄膜表面粗糙度最低达到0.298 μm;在N₂/Ar流量比为40/60时,薄膜总厚度最高达574 nm;TiZrN/TiN纳米多层薄膜均以(111)晶面为择优取向,硬度在22.95~27.15 GPa。在N₂/Ar流量比为25/75时,TiZrN/TiN纳米多层薄膜离子轰击作用最强,Zr/(Ti+Zr)的值较大（0.088）,硬度和弹性模量最高分别达到27.15 GPa和271.14 GPa。在N₂/Ar流量比为25/75和30/70时,TiZrN/TiN纳米多层薄膜的膜基结合力最好,达到HF1等级。TiZrN/TiN纳米多层薄膜稳定摩擦系数均在0.8左右,磨损率先增大后减小。N₂/Ar流量比为25/75时,TiZrN/TiN纳米多层薄膜的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-0.546 V和1.167 μA/cm²,薄膜对M2高速钢基体的保护率最高达到87.9%。结论 采用电弧离子镀和高功率脉冲磁控溅射复合方法,大幅改善了薄膜表面质量;N₂/Ar流量比可改变离子轰击强度的强弱,随着N₂/Ar流量比的增加,沉积离子轰击强度逐渐减弱,薄膜硬度和耐腐蚀性能逐渐下降;在N₂/Ar流量比为25/75时,薄膜综合性能最优。
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  热镀铝锌硅镀层的显微组织及弯曲对镀层裂纹形成的影响

  黄全新, 王银军, 张杰

  表面技术. 2025, 54(14): 105-115. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.010

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  目的 研究热镀铝锌硅镀层显微组织、弯曲对镀层裂纹形成的影响,探讨镀层裂纹的形成机制,为拓展热镀铝锌硅镀层钢板在冲压成形领域的应用提供依据。方法 采用高温热台装置,制备600 ℃保温时间为0.5、1、1.5 min的热镀铝锌硅镀层合金化试样,研究了镀层、镀层/钢基体界面合金层的显微组织,测试了τ₅相的显微硬度,采用钢板弯曲试验,研究了热镀铝锌硅镀层裂纹的形成规律。结果 热镀铝锌硅镀层的凝固层显微组织为α(Al)富铝相、α(Al)+β(Zn)富锌相、少量针状Si析出相、微量Al-V-Ti相,基体界面主要是τ₅相(Al₈Fe₂Si)、Fe₃Al金属间化合物合金层;随着保温时间增加,金属间化合物合金层厚度增加,形成多层梯度分布结构,自内向外依次为Fe₃Al、FeAl₃、τ₅相;Al-Zn-Si合金、Al-V-Ti相、τ₅相的显微硬度分别为85、390、733HV0.2;厚度为1、2 mm的DC51D+AZ热镀铝锌硅镀层钢板界面合金层厚度为1~2 μm,1.5a180°、0a180°弯曲时,钢板外表面镀层裂纹最大宽度分别约为55、77 μm。结论 热镀铝锌硅镀层界面合金层中的高硬度τ₅相是镀层形成裂纹的关键因素;600 ℃时τ₅相的生长动力学表达式为y=8.06x^0.2-8.92,符合抛物线关系;随着弯曲角度增加,折弯钢板间隙逐渐减小,弯曲的应变量增加,金属间化合物合金层、镀层弯曲外表面的裂纹宽度增加;镀层弯曲变形时,界面合金层的τ₅相柱状晶首先开裂,形成有高密度纹理特征的微裂纹,有利于吸附胶状腐蚀产物,仍具有较好的耐蚀性,通过镀层的显微组织调控,能够兼顾实现热镀铝锌硅镀层钢板的成形性与耐蚀性。
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  有机硅/聚脲树脂自分层涂层体系设计及其抑制藻类黏附性能

  王宇祥, 王晶晶, 陈文华, 张心悦, 黄从树, 梁宇, 曹艳辉, 张琳林

  表面技术. 2025, 54(14): 116-127. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.011

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  目的 实现涂层在单次涂覆后自发分层,有机硅树脂迁移至表层,聚脲树脂迁移至底层,实现表层疏水抑藻与底层高强黏结的协同效应。方法 采用“一锅法”将KH330改性的有机硅树脂和聚脲树脂溶解在混合溶剂中,加入固化剂和催化剂后常温固化形成涂层。综合运用树脂溶解度参数分析、动态机械分析（DMA）以及扫描电子显微镜与能谱仪（SEM-EDS）技术表征涂层的分层行为。通过接触角测试与表面能计算、海水浸泡测试、抑制海藻黏附和附着力测试对涂层性能进行分析。结果 在乙酸丁酯∶二甲苯质量比为（1∶1）的混合溶剂体系下涂层能够实现最佳的分层效果。在接触角测试中,涂层的接触角均能大于100°,表面自由能保持在20~30 mJ/m²。在人工海水中浸泡后,接触角和表面粗糙度保持稳定。在抑制藻类黏附实验中,Silicone-PUa-10在小球藻中浸泡24 h后的抑制黏附率为24.6%,而Silicone-PUa-40高达61.6%。在舟形藻中浸泡24 h后,Silicone-PUa-10和Silicone-PUa-40抑制黏附率分别为9.8%和66.2%。附着力测试结果显示,聚脲树脂的引入提高了涂层的黏结强度（>3.0 MPa）。结论 溶剂的蒸发速率对有机硅/聚脲树脂的微相分离具有显著的调控作用,蒸发速率适中的乙酸丁酯∶二甲苯（1∶1）混合溶剂体系能够实现最佳的分层效果。涂层中有机硅含量提升能够增强疏水性与抑藻性能,聚脲树脂则能显著提高附着力,保障涂层机械稳定性。
精密与超精密加工
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  基于机器人第七轴开发的航空发动机叶片双面对称抛磨路径规划方法

  马晓龙, 张学乾, 刘佳, 李秀红, 程龙

  表面技术. 2025, 54(14): 128-140. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.012

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  目的 为实现叶片抛磨的高效率和高表面质量一致性,提出了一种叶片双面对称抛磨路径规划方法。方法 首先,该方法以叶片中弧线设计参数为基础,建立基于中弧线法线的叶片对称抛磨轨迹,实现双侧抛磨轮接触叶片时一一对应。其次,为实现抛磨过程中百叶轮与叶片表面法向接触,基于中弧线的法向量构建机器人的姿态约束方程,优化机器人末端运动轨迹。最后,以叶片双侧抛磨路径的距离为基础建立机器人第七轴控制模型,在四点TCP标定法的基础上改进适用于内部坐标系的标定,解决叶片装夹偏差问题,最终实现叶片双面对称抛磨。结果 仿真及实验结果表明,所提出的叶片双面对称抛磨轨迹规划方法,使两叶片表面平均粗糙度值分别由0.5、0.8 μm降低到0.29、0.36 μm。在叶片形状轮廓误差方面,两叶片由最大轮廓度误差1.301 mm和0.384 mm降低到平均截面轮廓误差分别为0.449 mm和0.137 mm。并且采用双面同时抛磨的方式,使抛磨时间缩短50%。结论 考虑到叶片的叶盆和叶背曲面存在曲率变化一致的趋势,将中弧线作为叶片抛磨路径规划、机器人末端姿态约束的基础,经理论分析和实验验证,该叶片抛磨路径规划方法具有可行性,且有效提高了叶片表面加工质量一致性和抛磨效率。可为机器人双面抛磨叶片的高表面加工质量、高轮廓度一致性和抛磨效率提供理论依据。
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  Halbach阵列的磁流变化学抛光工艺研究

  徐泽超, 尹韶辉, 王哲, 马双琪

  表面技术. 2025, 54(14): 141-150. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.013

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  目的 提高磁流变化学抛光（MRFC）方法加工碳化硅的抛光效率与效果。方法 通过使用电磁场有限元分析软件Ansys Maxwell对Halbach阵列励磁装置进行仿真分析,磁感应强度B>400 mT的区域大致覆盖整个励磁装置上方,励磁面积达到18 000 mm²,验证其能满足磁流变抛光的要求。采用正交实验方法对工艺参数进行优化,结合响应函数模型与极差分析获取最佳工艺参数;进行单因素实验,研究磨粒种类、磨粒粒径、混合磨粒对碳化硅磁流变化学抛光加工性能的影响,并测量加工面粗糙度以分析抛光效果。结果 最佳的工艺参数组合为工件转速200 r/min,抛光盘转速15 r/min,励磁间隙13 mm,工作间隙1 mm。金刚石磨粒抛光60 min后,表面粗糙度Ra达到1.6 nm,优于其他种类磨粒。金刚石磨粒粒径降低能够提升抛光效果,加工面粗糙度随磨粒粒径降低而降低,但磨粒粒径降低至0.5 um以下时,粗糙度变化不再符合此规律。复合磨粒抛光液在0.4比例下可获得更优异的抛光效果,可获得表面粗糙度Ra为0.45 nm的超光滑表面。结论 应用Halbach阵列励磁的磁流变抛光方法加工碳化硅材料,能够获得亚纳米级表面粗糙度。
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  基于田口法提高碳化硅磨削表面质量的工艺参数优化研究

  孙鸿, 王哲, 李蓉, 尹韶辉

  表面技术. 2025, 54(14): 151-158. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.014

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  目的 探究磨削工艺参数对碳化硅晶锭表面粗糙度的影响规律,提高晶锭磨削加工质量。方法 采用自研减薄机对碳化硅晶锭进行磨削试验研究,设计并开展以砂轮转速、晶锭转速、进给速度、进给位移4个磨削工艺参数为试验因素,表面粗糙度为测量指标的正交试验。采用田口法对试验结果进行均值和信噪比主效应分析,并通过方差分析判断所研究参数对试验结果影响的显著性,最后利用工具显微镜对不同参数组合下磨削后试样表面形貌进行观测分析。结果 4个工艺参数对碳化硅晶锭表面粗糙度的影响程度排序为：砂轮转速>进给速度>晶锭转速>进给位移,砂轮转速与进给速度对表面粗糙度影响显著,砂轮转速越高,进给速度越小,晶锭表面粗糙度越小。通过田口法获得的最佳工艺参数组合为：砂轮转速2 499 r/min、晶锭转速260 r/min、进给速度0.2 μm/s、进给位移30 μm,对应的表面粗糙度Ra可降至6 nm以下。结论 田口分析方法可用来选择合适的碳化硅晶锭磨削工艺参数组合进行表面加工质量优化,通过优化工艺参数可以有效降低表面粗糙度、改善磨削表面质量,对碳化硅超精密磨削具有指导意义。
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  主轴式滚磨光整对齿轮表面完整性的影响及工艺参数优化

  谭靓, 项世乾, 雷其平, 侯圣文, 姚倡锋

  表面技术. 2025, 54(14): 159-171. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.015

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  目的 针对齿轮滚磨光整加工表面完整性基础数据缺乏、工艺控制规律不清的问题,探索主轴式滚磨光整工艺参数对齿轮表面完整性的影响规律,并进行预测建模和工艺参数优化。方法 采用单因素和响应曲面试验方法,对8620RH齿轮钢直齿圆柱齿轮进行主轴式滚磨光整工艺试验,测试加工后齿面表面粗糙度、表面几何形貌、残余应力场、显微硬度场和表层微观组织,讨论工艺参数对表面完整性的影响规律;采用多元线性回归方法,建立表面完整性特征与工艺参数的映射关系模型;基于改进的灰色关联度分析方法,以最大灰色关联度为目标优化滚磨光整工艺参数,并进行试验验证。结果 主轴式滚磨光整加工后齿面三维表面粗糙度S_a由0.280 μm降低至0.089 μm,表面几何形貌和表面纹理均匀一致;随着埋入深度、主轴转速和加工时间的增大,表面粗糙度逐渐减小并趋于稳定;齿高方向残余压应力大于齿宽方向残余压应力,残余压应力影响层深度约为40 μm;表面显微硬度最大硬化程度约为9.9%,硬化层深度约为40 μm,表层微观组织塑性变形层深度约为5 μm。表面完整性预测模型的P值小于0.000 1,决定系数R²大于0.94;最佳主轴式滚磨光整工艺参数组合为埋入深度166 mm、主轴转速130 r/min、加工时间80 min,该工艺参数下模型预测误差在7%以内。结论 主轴式滚磨光整可去除齿轮磨削纹理,降低表面粗糙度,提高表面下20 μm范围内的残余压应力和显微硬度。获得了主轴式滚磨光整工艺参数对表面完整性的影响规律,建立了表面完整性特征预测模型,为齿轮高表面完整性控制提供了基础数据和工艺方法支撑。
表面功能化
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  基于超疏水表面抑霜初期实验研究

  潘仕顺, 盛伟, 李志永, 王云朋, 刘思楷, 麦尔祖克江·巴衣孜

  表面技术. 2025, 54(14): 172-183. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.016

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  目的 探究超疏水表面在结霜初期液滴冷凝与冻结特性。方法 采用操作简便、成本低廉的二次喷涂法制备实验所需的超疏水表面。基于可视化低温实验平台,对裸铝表面、疏水表面及2种超疏水表面（超疏水A和B）的冷凝与冻结过程进行可视化研究,并系统探究了不同冷表面温度对超疏水表面冷凝特性（T_w=3、0、-3 ℃）及冻结特性（T_w=-3、-6、-9 ℃）的影响。结果 研究表明,在相同工况下,接触角越大的表面,其冷凝液滴半径越小,表面覆盖率越低,液滴冻结所需时间越长。与超B表面冻结所需时间相比,裸铝、疏水、超A表面冻结所需时间分别缩短了92.8%、70.3%、45.9%。超疏水表面由于液滴合并跳跃现象显著,部分液滴甚至弹跳并带走周围液滴滑落表面,形成大量干燥区域,进一步降低了表面覆盖率。液滴间距大于冰桥传播的临界距离,从而有效抑制了冰桥的扩展。结论 超疏水表面凭借其低表面能和独特的微纳结构,表现出较高的接触角和较低的铺展系数,显著提高了液滴成核势垒,延缓了液滴生长速率,降低了表面覆盖率。此外,由于超疏水表面低黏附性,导致表面存在液滴合并跳跃行为进一步抑制了冰桥传播,最终实现了显著的抑霜效果。
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  沟槽织构对Q345B高铁制动盘表面疏水性的影响

  沙智华, 谢永, 史立, 蒋泽平, 黄琳, 刘宇, 张生芳

  表面技术. 2025, 54(14): 184-195. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.017

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  目的 攻克高寒动车组制动盘表面因积冰导致制动失效的问题,减少其表面覆冰情况,提升Q345B钢的表面疏水性能。方法 采用激光加工技术在Q345B钢表面制备尺度范围为20~100 μm沟槽型微织构,并采用不同方式（激光+氟化、激光+空气环境氧化）进行处理,通过接触角测量仪、液滴铺展半径测量实验评价不同织构宽度及下表面的润湿性,并通过扫描电子显微镜、XPS光电子能谱仪观察织构化表面微观形貌及表面化学键变化;利用高速摄影观测不同处理方式下液滴撞击壁面的动态过程。结果 微织构的存在使滴落织构表面的液滴能有效承载,与无织构化表面相比,织构化表面静态接触角最大增幅达23%。随着织构宽度增加,表面接触角随之增加。相较于氟化处理织构表面,经空气环境下氧化的表面织构疏水性更好。结论 经空气环境氧化处理后润湿性发生转变,其主要的作用机理为激光处理后表面分布凸起等不同微纳米级的结构与颗粒形成复杂的网状结构,由C—C键层覆盖的微织构表面所引起的“机械盔甲”效应,使其液滴发生滚动现象。
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  SiO₂-TiO₂-Al₂O₃多相复合超亲水涂层制备技术及其耐久性研究

  丁鸿志, 赵光, 赵帅生, 段正周, 余新泉, 张友法

  表面技术. 2025, 54(14): 196-204. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.018

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  目的 为了解决超亲水防雾涂层在防雾和表面自清洁应用中面临的透明度低、易受磨损、遇水亲水性成分流失、高温高湿环境易老化等诸多问题,优化设计高效耐久性坚固超亲水硬质涂层。方法 优化设计SiO₂骨架,引入TiO₂和Al₂O₃硬质颗粒为填料,通过多相混合掺杂得到一种具有超亲水性、良好透光度、自清洁性、增透减反和光催化特性、优异耐久性的无机超亲水透明防雾涂层。结果 制备的多层复合超亲水涂层具有良好的超亲水效果,其接触角<5°。耐摩擦磨损实验表明,涂层可以在经受6 500次钢丝绒布磨损,以及橡胶轮10次磨损后仍保持良好的超亲水防雾效果。另外,涂层在高温300 ℃、户外600 h曝光和48 h水浸泡等恶劣的化学、机械和热环境中依然可以保持10°以下的接触角和高光学透明度。结论 以上结果表明,该SiO₂-TiO₂-Al₂O₃多相复合超亲水涂层显著增强了传统超亲水涂层的耐久防雾性能,有望成为具有增强耐久性的功能材料,可有效应对表面雾化的挑战,并为未来增强防雾自清洁应用领域提供新的思路。
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  Ni基增强PDMS@Si油+SiC纤维复合耐久防冰涂层设计及其作用机理研究

  王捷, 张硕轩, 侯向辉, 齐博, 吴梦涓

  表面技术. 2025, 54(14): 205-214. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.019

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  目的 部分关键基础设施表面的结冰现象可能导致灾难性破坏及严重的经济后果。在工程部件表面预制具有良好防除冰性能的防冰功能表面能够较好地解决这一难题。方法 为缓解这一问题,提出了一种新型防冰涂层设计,以聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为聚合物基质,通过硅（Si）油和碳化硅（SiC）纤维的协同改性,并引入金属镍（Ni）骨架,形成网络互连结构,从而提升机械稳定性并保障长效防/除冰性能。结果 实验结果显示,Si油和SiC纤维显著增强了涂层样品的防结冰与除冰能力。样品表面过冷液滴的延迟结冰时间从Ni/PDMS的62 s增加至NP-SO-SiC的124 s,这与样品表面结冰成核能量势垒的提高密切相关。具体而言,Si油有效降低了表面自由能并减少了异质形核位点数量,从而抑制冰晶形成。同时其静态水接触角（WCA）高达126.4°,进一步抑制了水滴铺展,降低了界面间热交换效率。通过循环结/除冰测试验证了NP-SO-SiC在机械强度和耐磨性方面显著提升。在经过30次测试后,其冰黏附强度维持在约26 kPa,WCA基本不变,样品自身重量基本保持不变。结论 这证明该涂层设计具有增强耐久性的效果,SiC纤维与Ni网骨架结构可有效抵抗冻结过程中对涂层造成的损伤,有助于避免裂纹和缺陷出现,从而保持其形貌与防冰性能,为解决长期恶劣环境下防冰涂层服役问题提供了实用方案。
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  宽带隙卤化铅钙钛矿薄膜表/界面性能优化

  宋烈轩, 邱建航

  表面技术. 2025, 54(14): 215-222. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.020

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  目的 提高宽带隙卤化铅钙钛矿薄膜的光电转换性能和湿稳定性。方法 在前驱体溶液中掺杂15%（物质的量分数）甲基氯化胺（MACl）,在薄膜表面旋涂丁基溴化胺（BABr）、己基溴化胺（HABr）及辛基溴化胺（OABr）。结果 掺杂MACl后,薄膜的晶粒尺寸增大,薄膜晶界处PbI₂缺陷减少,薄膜体相的载流子传输得到改善。薄膜在埋底界面的浸润性提升,薄膜的光致发光强度降低,光生空穴在薄膜埋底界面的传输过程得到优化,薄膜的光电转换性能得以提升。长链烷基溴化物对薄膜进行表面处理后,钙钛矿薄膜及电子传输层薄膜的表面电势均有所降低,OABr处理后的钙钛矿薄膜与电子传输层薄膜之间的表面电势差最小,说明光生电子在界面传输时的能量损失最小。此外,长链烷基溴化物还可以提升钙钛矿薄膜表面的浸润性,OABr处理后的薄膜表面浸润性最好。同时,经OABr处理后,薄膜的光电转换性能和湿稳定性得以提升。结论 经过MACl体相掺杂和OABr表面处理后,宽带隙卤化铅钙钛矿薄膜的光电转换性能和湿稳定性显著提升。在基于ITO/MeO-2PACz/MACl掺杂及OABr表面处理的宽带隙卤化铅钙钛矿薄膜（1.79 eV）/ PCBM/BCP/Ag结构的反型钙钛矿太阳能电池器件中,实现了1.26 V的开路电压和17.47%的能量转换效率。
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  超支化聚酯的合成以及在水性涂料方面的应用研究

  孙金鹏, 刘树敏, 张靠民, 李桂洋, 李鑫, 程建军, 田文彬, 范俊梅, 李冲冲

  表面技术. 2025, 54(14): 223-233. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.14.021

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  目的 在合成超支化聚酯的基础上,制备出综合性能较好的水性超支化聚氨酯和水性超支化环氧乳液。方法 以偏苯三酸酐（TMA）、三羟甲基丙烷（TMP）和叔碳酸缩水甘油酯（E10P）为原料,N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）为溶剂,三苯基膦为催化剂,合成了4种超支化聚酯（HBPE）,产率分别为97.6%、95%、95%和92%,并通过IR、DSC、TG对超支化聚酯进行表征分析。在端羟基超支化聚酯基础上,引入异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚乙二醇600（PEG600）、2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）,合成了水性超支化聚氨酯乳液。在端羟基超支化聚酯基础上,引入环氧E51,合成了水性超支化环氧乳液,2种乳液均具有良好的透明性。结果 粒径分析结果显示,2种乳液的平均粒径均小于40 nm,均具有明显的双峰分布特征。GPC分析结果显示,2种乳液的分子量与理论计算的分子量吻合。涂膜的检测结果显示,水性超支化聚氨酯漆膜的光泽为98.2 GU,附着力为0级（划格法）,铅笔硬度为4H,50 cm落锤冲击后,表面无任何裂纹、起皮和脱落现象。水性超支化环氧乳液固化后的漆膜检测结果显示,光泽度为80.4 GU,铅笔硬度为4H,综合性能良好。结论 本试验使用的是工业原料,涂膜性能的检测也采用工业标准,具有一定的工业发展潜力。