2025年, 第54卷, 第15期　
刊出日期：2025-08-10

  

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研究综述
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  核燃料锆包壳表面微弧氧化及Cr基复合膜高温蒸汽氧化研究进展

  薛文斌, 李鑫, 王利娇, 柴璐琪, 周茜, 王兴平, 徐驰, 金小越, 杜建成

  表面技术. 2025, 54(15): 1-23. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.001

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  在反应堆失水事故发生时,锆包壳在高温水蒸气中会发生剧烈氧化,并释放氢气,从而引发严重的氢爆事故。通过Cr涂层能显著提高锆包壳的抗蒸汽氧化能力,涂层表面的Cr₂O₃膜能够显著抑制氧原子向锆基体扩散。在Cr涂层与Zr基体之间插入微弧氧化（MAO）绝缘中间缓冲层,能够抑制Cr/Zr互扩散,以及避免发生Cr/Zr电偶腐蚀。介绍了锆表面MAO膜及MAO/Cr基复合膜的制备工艺及膜层组织的结构特点,重点总结它们在900~1 200 ℃蒸汽环境中的氧化动力学曲线,以及涂层结构、成分演变规律的研究现状,分析Al、Si合金元素对MAO/Cr基复合膜高温氧化行为的影响,还简要介绍MAO/Cr基复合膜的高能离子辐照效应,最后指出一些问题及后续研究方向。MAO膜及MAO/Cr基复合膜具有良好的抗蒸汽氧化性能,但MAO膜在1 100 ℃以上环境中会失去保护能力,而MAO/Cr基复合膜在1 200 ℃蒸汽环境中仍具有较高的防护性能。MAO绝缘中间层能够抑制Cr、Zr互扩散。将Al、Si合金元素添加到Cr层中,能够进一步提高MAO/Cr复合膜的抗氧化能力,Al₂O₃和Zr₂Si阻挡层的形成分别是MAO/CrAl和MAO/CrAlSi复合膜抗高温氧化能力高的主要原因。
技术及应用
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  微弧氧化HfC-HfO₂粒子沉积烧结复合涂层的构建及其高温抗氧化性能

  叶志云, 郭锦恒, 吾可来·德艾吾勒特, 姜雨桐, 周锦博, 陈远哲, 王小龙, 王树棋, 王亚明

  表面技术. 2025, 54(15): 24-32. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.002

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  目的 提高高超声速飞行器用铌合金构件的高温抗氧化性能,拓展其在复杂服役环境中的应用范围。方法 采用微弧氧化粒子（HfC+HfO₂）沉积烧结技术,在渗硅铌合金表面制备HfC-HfO₂改性硅化物基复合涂层。通过1 200 ℃下的静态空气氧化试验,研究复合涂层的高温氧化行为。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和高分辨透射电镜研究复合涂层的组织结构、相成分,以及复合涂层在不同氧化时间下的微观结构演变规律。结果 渗硅铌合金表面HfC-HfO₂粒子沉积层的厚度约为45 μm。复合涂层在整个等温氧化过程中表现出最佳的抗氧化性,其质量增益仅为6.41 mg/cm²,抛物线速率常数为0.367 mg²/(cm⁴·h),而单一NbSi₂涂层则呈加速氧化的趋势,其质量增益达到13.6 mg/cm²。结论 将HfC作为耗氧相引入复合涂层,最终在高温下形成了HfSiO₄骨架结构,从而提高了氧化皮的稳定性,且富Hf氧化物锚定了SiO₂氧化皮,形成了致密的氧扩散阻挡层,显著减缓了铌氧化物的生长和裂纹的萌生,这是复合涂层具有优异高温抗氧化性能的主要原因。
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  镁合金微弧氧化/MgLiAl-LDHs三元水滑石复合自修复涂层

  焦佐军, 吴量, 郁富兵, 田珍珍, 周岩, 姚文辉, 袁媛, 谢治辉, 吴国志

  表面技术. 2025, 54(15): 33-46. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.003

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  目的 通过一步水热法在镁锂合金微弧氧化（MAO）涂层上搭建水滑石（LDHs）复合涂层,并通过低温水浴引入有机缓蚀剂分子,构建具有出色耐蚀性的智能自修复涂层。方法 以Mg-8Li合金为基体,在偏铝酸盐体系电解质中制备MAO涂层。在水热溶液中引入NO₃^-,原位生长获得MgLiAl-LDHs三元水滑石涂层。在低温（50 ℃）水浴下,分别引入水杨酸（SA）和2-羟基-1,4-萘醌（HNQ）,制备自修复涂层（MgLiAl-LDHs-SA、MgLiAl-LDHs-HNQ）。采用SEM、EDS、XPS、FT-IR、XRD表征涂层的组成和结构,利用电化学实验、划伤实验和SVET测试涂层的耐腐蚀性能和自修复性能,并结合测试结果分析其耐蚀和自修复机理。结果 复合涂层制备成功,它表现出LDHs结构(003)和(006)X射线特征衍射峰,在引入缓蚀剂后LDHs特征峰向小角度偏移。缓蚀剂分子成功结合到LDHs涂层表面。MAO呈现典型的火山口形貌,LDHs纳米片对MAO涂层具有良好的封孔效果,MgLiAl-LDHs三元水滑石结构更致密,缓蚀剂的加入进一步增大了复合涂层的致密度和厚度。电化学实验结果表明,复合涂层样品MgLiAl-LDHs-HNQ的腐蚀电流密度（J_corr）降至4.74×10^-7 A/cm²,电荷转移电阻达到5.7×10⁵ Ω·cm³,且析氢速率大幅下降。涂层划伤实验结果表明,LDHs涂层抑制了MAO划伤位置的扩展,缓蚀剂通过与游离金属离子形成了稳定沉淀物,并在裸露合金表面吸附成膜,实现了涂层的动态自修复。SVET实验结果表明,复合涂层划伤位置的自腐蚀电位经过浸泡后明显降低,进一步验证了涂层的自修复性能。结论 所制备的MgLiAl-LDHs-HNQ复合涂层具有较好的耐蚀性和自修复效果,该研究对镁锂合金表面耐蚀自修复功能涂层的应用具有一定参考价值。
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  双极微弧氧化多孔TiO₂电池负极的制备及电化学性能

  董宇彪, 陈欣欣, 杜永欣, 田雪, 郝国栋

  表面技术. 2025, 54(15): 47-55. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.004

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  目的 采用传统的微弧氧化技术和原创的双极微弧氧化技术,分别在钛箔表面原位生长锐钛矿相TiO₂基复合膜层,比较2种技术所生成的膜层对锂离子电池负极电化学性能的影响。方法 通过XRD、Raman及SEM分析膜层的物相组成、化学结构及表面形貌。利用图像分析软件计算孔隙率、分析循环伏安、恒电流充放电、循环稳定性及倍率性能。通过电化学阻抗谱计算锂离子扩散系数,系统评估其电化学性能。结果 双极微弧氧化制备的TiO₂膜层以锐钛矿相为主,呈多孔结构,孔隙率为11.4%,显著优于传统微弧氧化膜层（7.9%）。电化学测试表明,在100 mA/g电流密度下,经200次循环后仍能保持192.78 mAh/g（容量保持率>95%）,较传统材料（176.48 mAh/g）提升9.2%;锂离子扩散系数提高至1.26×10^-14 cm²/s（传统工艺为9.41×10^-15 cm²/s）;倍率电流密度测试中,容量恢复率达99%。此外,首圈库仑效率为64.5%,后续循环均趋近100%,表明高度可逆的锂离子嵌入/脱出行为。结论 双极微弧氧化技术通过优化电极微观结构与动力学性能,显著提升了TiO₂负极的综合性能。该工艺无需高温后处理,具有高效和低成本的优势,为开发高能量密度、长寿命锂离子电池提供了新思路。
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  AZ91-Ti复合材料表面微弧氧化/有机复合涂层防护性能研究

  谷永瑞, 焦进超, 张津, 连勇, 郑开宏

  表面技术. 2025, 54(15): 56-68. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.005

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  目的 研究AZ91-Ti表面MAO/有机复合涂层的长效防护性,以及其膜下腐蚀行为。方法 在AZ91-Ti表面制备EP/PU和MAO/EP/PU等2种膜层,通过中性盐雾试验、电化学阻抗谱、划伤试验等系统对比研究涂层的性能,并分析涂层的失效机制。结果 电化学测试结果显示,2种涂层的阻抗值均随着盐雾时间的延长而降低。然而,单一EP/PU涂层在720 h盐雾试验后出现明显鼓泡现象,而MAO/EP/PU复合涂层在960 h盐雾试验后无明显变化。单一EP/PU涂层的膜下腐蚀呈现横向扩展的局部腐蚀和丝状腐蚀特征,MAO涂层能够有效抑制腐蚀介质的横向扩散,从而显著提升复合涂层的耐久性。划伤试验结果表明,复合涂层体系下AZ91-Ti的腐蚀扩展面积与AZ91相当。结论 MAO中间层通过机械互锁和化学稳定双重作用,显著提升了有机涂层的界面结合强度和腐蚀介质阻挡能力,有效提高了AZ91-Ti复合材料的长周期耐腐蚀性能,使其达到了同等防护下商用AZ91镁合金的水平,为AZ91-Ti的应用提供了有力支撑。
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  施镀温度对CuO@rGO/TiO₂复合光催化涂层微观组织和性能的影响

  刘爱莲, 吴奕楠, 杨翟平, 仇兆忠, 巴什科夫·奥·维, 徐家文

  表面技术. 2025, 54(15): 69-77. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.006

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  目的 克服粉体TiO₂光催化剂回收困难、易团聚、催化活性受限等问题,提高对可见光的利用率。方法 利用微弧氧化技术在TC4合金表面制备还原氧化石墨烯（rGO）/TiO₂复合微弧氧化层,然后继续进行化学镀与水热处理,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子谱等对复合涂层的微观形貌、物相组成、表面元素价态等进行表征;将亚甲基蓝溶液作为降解目标,评价了试验材料的光催化性能。结果 TC4合金表面微弧氧化膜层呈典型火山口形貌,加入rGO使微弧氧化膜层孔隙率增加,微孔尺寸缩小,rGO/TiO₂复合膜层经化学镀-水热处理在表面原位生长出垂直于膜层分布的纳米CuO。rGO的加入提高了微弧氧化TiO₂ 膜层对亚甲基蓝溶液的降解率,而CuO@rGO/TiO₂复合光催化涂层降解率随施镀温度升高先增大后减小,施镀温度为40 ℃时复合光催化涂层具有最高的降解率,达83.45%。结论 膜层多孔结构和纳米片修饰为光催化反应增加了表面活性位点增强了光吸收能力,促进了电荷分离与传输,CuO、rGO和TiO₂多相共存产生协同催化效应。此外,利用微弧氧化、化学镀制备的光催化材料以金属基体为载体,回收简单易行,降低了TiO₂光催化剂的成本,使其在污水的降解处理领域表现出潜在的应用前景。
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  钛表面微弧氧化复合碳纳米管负极材料的制备及电化学性能

  郝国栋, 陈欣欣, 董宇彪, 田雪, 张涵, 郭昊炎, 秦树森, 杜永欣

  表面技术. 2025, 54(15): 78-85. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.007

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  目的 通过微弧氧化技术与碳纳米管复合改性制备锂离子电池负极材料,并系统研究它对电池电化学性能的调控机制。方法 采用微弧氧化技术原位制备锐钛矿相二氧化钛多孔膜层,将碳纳米管复合于二氧化钛表面,形成复合电极。通过扫描电镜、X射线衍射和拉曼光谱对材料的微观形貌和晶体结构进行表征,进一步结合恒流充放电循环、循环伏安及电化学阻抗谱测试,系统分析电极材料的储能性能、氧化还原反应特性及界面电荷传输动力学。结果 扫描电镜结果显示,通过微弧氧化制备的TiO₂膜层呈多孔结构,孔径为2~50 μm,在复合碳纳米管后,其表面形成了纳米纤维交织的导电网络。电化学测试结果表明,复合电极在电流密度100 mA/g下,第2圈的比容量达到339.26 mA·h/g,在150次循环后其容量保持率为74.3%,显著优于未复合的负极（其容量保持率为45.2%）。倍率性能测试结果显示,在10 C倍率下复合负极仍保持着251.92 mA·h/g的比容量,是0.5 C时初始容量的74.3%。结论 碳纳米管与二氧化钛多孔骨架的协同作用有利于提升电极的电子导电性,抑制体积的膨胀,并通过多级孔道优化了Li⁺传输动力学。该研究为负极-集流体一体化电极的设计提供了新思路,未来需进一步优化碳纳米管分布均匀性,以提升长期循环稳定性。
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  锆合金表面复合陶瓷涂层的制备与性能表征

  朱燕辉, 刘祥, 张吉阜, 陈嘉杰, 陈东初

  表面技术. 2025, 54(15): 86-95. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.008

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  目的 解决核反应堆锆合金包壳在高温水蒸气环境下的氧化腐蚀问题,采用原位陶瓷化技术构建复合陶瓷涂层,以提高锆合金的抗高温氧化性、耐水汽腐蚀性能及事故容错能力（ATF）。方法 采用微弧氧化（MAO）与大气等离子喷涂（APS）相结合的工艺制备复合陶瓷涂层,并优化MAO底层膜结构。通过筛选不同微弧氧化电源模式,包括单向脉冲（UP）、双向脉冲（BP）、两步脉冲（TS）,调整氧化膜的微观结构和成分。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等表征手段,分析MAO膜的微观形貌、物相组成及化学成分。同时,通过划痕试验、高温水汽腐蚀试验等测试复合陶瓷涂层的结合强度和抗高温氧化性能,以评估其服役性能。结果 采用两步脉冲（TS）模式制备的MAO底层膜由ZrO₂和Al_0.52Zr_0.48O_1.74混合相组成,形成了梯度致密结构,显著降低了裂纹密度。基于TS模式制备的涂层的结合强度达到16 MPa,相较于UP（7 MPa）和BP（4 MPa）模式,分别提高了128%、300%。高温水汽腐蚀测试（1 200 ℃、4 000 s）结果表明,厚度为30 μm的涂层的氧化增量速率最低,且结构完整,而80 μm的涂层因热应力的累积,出现了剥落现象。结论 通过调控微弧氧化过程中的电源模式,可优化MAO底层膜的结构和性能,实现喷涂沉积层与氧化膜的有效结合,从而在锆合金表面获得结合牢固、结构致密且厚度可控的复合陶瓷涂层,提高了它在核反应堆环境中的服役稳定性。
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  AZ31B镁合金微弧氧化/微胶囊环氧复合自修复涂层的制备及耐腐蚀性能

  纪锋艳, 田梦真, 李涛, 郭泉忠, 汪川, 王勇, 吴磊, 曹公望, 刘雨薇, 贾志刚

  表面技术. 2025, 54(15): 96-107. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.009

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  目的 针对镁合金涂层破损后快速腐蚀问题,将微胶囊自修复涂层与微弧氧化膜相结合,制备微弧氧化复合自修复涂层,研究其耐腐蚀性能。方法 采用原位聚合法,以尿素-三聚氰胺-甲醛为预聚体,制备包覆桐油的微胶囊,将微胶囊按照质量分数（以环氧树脂的质量为基准）为0%、5%、10%、15%分散在环氧树脂中,分别喷涂在镁合金基体和微弧氧化膜表面,制备微胶囊自修复涂层和微弧氧化复合自修复涂层。通过红外光谱仪和热重分析仪分析微胶囊的化学结构和热稳定性,采用SEM对膜层的表面形貌及修复后的形貌进行分析,通过拉开法测试涂层与基体之间的附着力,通过电化学测试和盐雾试验探讨微胶囊添加量对单一自修复涂层和复合自修复涂层的修复效果,以及对其耐腐蚀性能的影响。结果 涂层划痕区域的修复效果随着微胶囊含量的提升而明显提高,当微胶囊的质量分数超过 10%时涂层的结合力明显下降,最佳的微胶囊质量分数为10%。电化学阻抗解析微弧氧化复合自修复涂层电阻（R_c）为1.12×10⁵ W·cm²,与单一自修复涂层相比提高了3个数量级,与未添加微胶囊的微弧氧化环氧涂层相比,提高了2个数量级,盐雾测试1 000 h后划痕处无明显腐蚀剥落。结论 微弧氧化复合自修复涂层的耐腐蚀性能明显优于单一自修复涂层,冶金结合的微弧氧化膜作为镁合金基体与自修复层之间的中间层,遏制了由镁基体丝状腐蚀扩散所致的有机涂层快速剥离,保障了自修复涂层的结构稳定性,从而减缓了腐蚀扩展速率,有效提升了涂层的自修复效果和耐蚀性。
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  镁表面微弧氧化/CuO纳米粒子/聚氨酯复合涂层的构建及耐腐蚀性能研究

  王何瀛, 孟欣雨, 马佳莉, 赵弘源, 王仕鹏, 马鸣远, 许林倩, 王云思

  表面技术. 2025, 54(15): 108-119. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.010

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  目的 针对AZ31B镁合金耐蚀性差的问题,通过构建“微弧氧化（MAO）-纳米粒子封孔-热可逆自修复聚氨酯（PU-DA）”复合涂层体系,探究多层协同防护机制,突破单一涂层的性能局限,为镁合金表面长效防腐提供新策略。方法 首先对AZ31B镁合金进行微弧氧化处理,生成陶瓷基底;随后通过调控电泳电压（15~50 V）和时间（30~120 s）制备CuO纳米粒子封孔样品,采用SEM/EDS分析涂层的形貌和元素分布,利用电化学测试和电化学阻抗图谱筛选出最优防腐性能的电泳参数,通过XRD/XPS解析相组成、化学态。在此基础上,针对优选样品涂覆可修复聚氨酯涂层,通过划格法（ASTMD3359）测试聚氨酯涂层的结合力,并通过盐雾实验验证其抗腐蚀能力。结果 微弧氧化层主要由MgO构成,电泳优化参数为30 V/60 s,所得涂层均匀致密,表面元素分散均匀,厚度增至41.6 μm,电化学测试结果表明,其腐蚀电流密度（J_corr）最低约为7×10^-9 A/cm²,且容抗弧半径达到最大值。在复合聚氨酯涂层后,表面聚氨酯具有较强的结合力,达到5B级。经过480 h盐雾试验后,复合涂层表面无明显腐蚀迹象,通过光学显微镜观察到聚氨酯成功完成自修复。结论 通过MAO/纳米粒子/PU-DA三级涂层设计,成功实现了镁合金表面腐蚀防护与功能化集成。通过优化电泳参数（30 V/60 s）,显著提升了封闭性和CuO纳米粒子封孔均匀性,聚氨酯层为其提供了有效的物理屏障,且具有一定的自修复能力,延长了涂层的寿命。
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  电流脉冲频率对AZ31B镁合金MAO/Ni-P复合膜层的微观组织及耐蚀性能的影响

  卫嘉莉, 刘飞, 袁德勇, 刘晓鹤, 董帅

  表面技术. 2025, 54(15): 120-133. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.011

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  目的 探究不同电流脉冲频率对AZ31B镁合金MAO/Ni-P复合膜层的微观组织及其耐蚀性能的影响。方法 使用0.5、10、20 kHz不同电流脉冲频率制备MAO膜层,随后在MAO膜层上直接进行化学镀镍处理,采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、能谱分析（EDS）及X射线衍射（XRD）等技术,表征了MAO及MAO/Ni-P膜层的表面/截面微观形貌和对应的元素组成分布,通过形貌特征分析镀镍层的形核机制,并采用动电位极化曲线（PD）和电化学阻抗谱（EIS）评估了膜层的耐蚀性能。结果 随着频率的增加,MAO膜层上的微孔尺寸逐渐减小,致密度增加,当电流脉冲频率为20 kHz时MAO膜层耐蚀性最好,其腐蚀电流密度为3.51×10^-7 A/cm²。在不同电流脉冲频率的MAO膜层上进行化学镀镍后,0.5 kHz的MAO/Ni-P膜层的形态最好,其Ni-P膜层厚度为18.5 μm。随着MAO电流脉冲频率的升高,后续镀镍层的厚度逐渐降低,20 kHz的镀层厚度仅为8.2 μm。电化学测试结果表明,0.5 kHz复合膜层的耐蚀性最好,腐蚀电流密度最低,比单一MAO膜层低1个数量级,为6.53×10^-8 A/cm²。结论 MAO/Ni-P复合膜层的耐蚀性整体高于MAO膜层。提高电流脉冲频率增强了MAO膜层的耐腐蚀性能,但不利于化学镀镍层的形成。0.5 kHz的MAO膜层耐蚀性较差,但其MAO/Ni-P复合膜层的耐蚀性最好。
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  CuPd-TiO₂/Ti金属丝网催化剂CO-SCR性能及其反应机理

  刘婷婷, 杨柳, 刘付浩, 李馨宇, 何函泽, 李晶, 刘宝丹

  表面技术. 2025, 54(15): 134-144. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.012

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  目的 构建具有优异低温活性的CO-SCR催化体系,探索Cu引入对Pd基催化剂电子结构与催化性能的影响机制。通过调控Cu与Pd之间的协同作用,优化催化剂对CO和NO的吸附行为,从而提升NO_x转化效率及N₂选择性等,为高效低温脱硝催化剂的设计提供理论依据与实践指导。方法 通过微弧氧化、碱热处理、水热反应、离子交换和共沉淀等方法,成功制备了一种基于钛网支撑的CuPd-TiO₂/Ti整体式催化剂,并用于低温CO选择性催化还原NO_x。结果 测试结果表明,该催化剂展示出了卓越的低温催化性能,主要得益于其较高的比表面积、优良的分散性以及Cu-Pd合金的催化活性。与单一Pd催化剂相比,CuPd-TiO₂/Ti催化剂表现出更强的NO吸附能力和更高的N₂选择性。在120 ℃时,该催化剂实现了100%的NO_x转化率,并在200 ℃时达到100%的N₂选择性。此外,该催化剂在长期反应中表现出优异的稳定性和抗硫能力。结论 基于XPS、H₂-TPR和原位DRIFTS等表征技术,探讨了Cu-Pd合金的形成机制及其在反应过程中的催化机理。研究发现,Cu的引入通过电子转移促进Pd⁰物种的形成,提高其在TiO₂表面的分散性,并优化CO与NO的吸附行为,从而协同提升了催化剂的氧化还原能力和整体催化性能。
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  氧化时间对Zr-1Nb合金MAO/Cr复合涂层1 100 ℃蒸汽氧化行为的影响

  王兴平, 董小丽, 蔺殊嘉, 王栋堂, 路文娟, 薛文斌, 廖燚钊

  表面技术. 2025, 54(15): 145-155. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.013

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  目的 研究氧化时间对MAO/Cr复合涂层1 100 ℃蒸汽氧化行为的影响,揭示该涂层在高温环境中的组织结构变化和氧化机制。方法 采用微弧氧化（MAO）技术在Zr-1Nb合金表面制备MAO膜,并借助磁过滤阴极真空弧离子镀（FCVAD）技术沉积Cr层,组成均匀致密的MAO/Cr复合涂层。采用热重分析仪（TGA）评估二者在1 100 ℃蒸汽环境中的抗氧化性,考察复合涂层在氧化前后的截面结构、金相组织、物相组成、成分深度分布。结果 在1 100 ℃蒸汽环境中,当氧化时间从600 s延长至5 400 s时,MAO/Cr复合涂层外表面Cr层完全氧化后,Cr/Zr界面附近的Cr₂O₃通过Zr的还原作用,形成了还原金属Cr层。在还原Cr层中,微量的ZrO₂加速了氧原子向锆合金基体内的扩散速度。MAO膜中间层在高温蒸汽环境中出现了溶解现象,ZrO₂转变为Zr₃O相,但依然减缓了氧原子向锆合金基体内的扩散。同样,在1 100 ℃氩气中高温退火处理后,MAO膜也出现了溶解现象,随着退火时间的延长,更多的氧原子溶解,并进入锆合金基体和金属Cr层。相对于1 100 ℃氩气环境,高温蒸汽环境加速了MAO膜中间层的溶解。结论 在1 100 ℃蒸汽环境中,MAO/Cr复合涂层提高了Zr-1Nb合金基体的抗氧化能力。
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  纯镁表面UMAO/ZrO₂/BCP-CA复合涂层的制备及性能

  王晶彦, 张德秋, 李慕勤

  表面技术. 2025, 54(15): 156-164. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.014

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  目的 为了使纯镁基体的耐蚀性以及生物活性得到进一步提升,通过使用超声微弧氧化技术、光化学溶胶凝胶技术以及硅烷偶联负载法,在纯镁表面制备超声微弧氧化/氧化锆/双相磷酸钙-绿原酸涂层（UMAO/ZrO₂/BCP-CA）。方法 采用光化学溶胶凝胶技术在UMAO表面制备ZrO₂中间层,继而采用硅烷偶联法在表层负载BCP-CA。使用X射线衍射仪、傅里叶变换红外吸收光谱仪、扫描电子显微镜、销-盘式摩擦磨损试验机、附着力自动划痕仪以及接触角测量仪,对不同材料的形貌和组织结构进行研究,以此来评价不同涂层的耐蚀性和生物活性。结果 UMAO/ZrO₂/BCP-CA涂层由MgO、Mg₂SiO₄、ZrO₂、Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂和Ca₃(PO₄)₂相组成,经模拟体液（SBF）浸泡后表面含有O、C、Mg、Si、Ca和P元素。UMAO/ZrO₂/BCP-CA涂层接触角为91.52°,高于UMAO涂层的接触角32.26°,为疏水性涂层。UMAO/ ZrO₂/BCP-CA涂层的临界载荷14.0 N大于UMAO涂层的临界载荷8.5 N。电化学腐蚀实验结果表明,UMAO/ ZrO₂/BCP-CA涂层的腐蚀电流密度（0.274×10^-6 A/cm²）比Mg的腐蚀电流密度（17.569×10^-6 A/cm²）小很多,由此可说明UMAO/ZrO₂/BCP-CA涂层的耐蚀性相对较强。在SBF浸泡过程中,UMAO/ZrO₂/ BCP-CA涂层材料的降解和物质沉积相互平衡。结论 UMAO/ZrO₂/BCP-CA涂层表面相对UMAO涂层不易被模拟体液润湿,能够减少腐蚀溶液与涂层表面接触,同时其具有优良的耐蚀性及生物活性。
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  微弧氧化涂层表面原位生长ZIF-8耐蚀与抗菌的性能研究

  邵子婕, 陈飞

  表面技术. 2025, 54(15): 165-175. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.015

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  目的 普通微弧氧化涂层存在微孔裂纹等缺陷,难以有效保护镁合金,研究封孔处理对其耐蚀性的影响。方法 ZIF-8 是一种典型的金属有机框架（MOF）材料,具有优异的化学稳定性和孔隙结构,可以通过增加MAO涂层的厚度来阻碍腐蚀进程,从而提高涂层的耐腐蚀性。通过磁控溅射在MAO涂层上沉积一层ZnO,形成含Zn²⁺的复合涂层,并通过原位生长法制备ZIF-8膜封闭MAO涂层,得到MAO/ZIF-8复合涂层,研究ZIF-8原位生长过程中配体二甲基咪唑浓度和水浴反应时间对MAO/ZIF-8涂层耐蚀性的影响。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）及X射线光电子能谱（XPS）分别表征涂层的微观形貌和物相组成,通过电化学交流阻抗（EIS）检测涂层的耐蚀性,通过抗菌测试检测复合涂层的抗菌性能。结果 在MAO涂层基础上,通过磁控溅射提供Zn源,并引入不同配比的有机配体（2-甲基咪唑）,通过调节水浴反应时间,能够改善涂层的孔隙填充程度,形成更加均匀致密的涂层结构,促进ZIF-8层在MAO层上的生长,从而提升复合涂层的耐腐蚀性（阻抗模量提升至10 kΩ·cm²）和疏水性（提升至112°）,并增强其抗菌性能（抗菌率达到98.52%）。结论 复合涂层的耐腐蚀性主要来源于ZIF-8层的物理阻隔作用,同时ZIF-8纳米粒子在腐蚀性介质中的水解反应可填充MAO涂层的微孔,防止腐蚀性电解质的渗入,显著减缓腐蚀进程。此外,抗菌性能源于Zn²⁺的释放及其引发的氧化应激反应,同时ZIF-8的纳米结构也可以直接破坏细胞,因此MAO与MOF的结合能够有效提升涂层的耐腐蚀性和抗菌性能。
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  激光同步复合微弧氧化制备TiO₂/ZrO₂涂层的特性及性能研究

  吴国龙, 陈祥辉, 王晔, 殷延益, 姚建华

  表面技术. 2025, 54(15): 176-188. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.016

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  目的 减少微弧氧化的涂层缺陷,增大涂层中增韧相的含量,提升试样的耐蚀和拉伸性能。方法 采用激光同步复合微弧氧化（Laser-assisted micro-arc oxidation, LAMAO）方法,将激光同步辐照于微弧氧化加工区域,在Ti6Al4V合金表面原位制备ZrO₂/TiO₂复合涂层。由高速相机原位采集基体表面等离子体放电光学信息,研究激光复合对微弧氧化过程放电状态的影响。通过SEM、EDS、XRD等技术对涂层的形貌特征、元素分布、物相组成进行表征。同时,通过Mott-Schottky曲线、动电位极化曲线、电化学阻抗谱测试,以及采用室温拉伸试验评价试样的耐腐蚀性能和拉伸性能。结果 采用激光同步复合方法提高了微弧氧化加工区域的整体放电强度及放电均匀性,显著减小了造成涂层缺陷的大弧斑放电面积占比,大弧斑放电面积占比从32.78%降至11.93%。相较于MAO涂层,LAMAO涂层的致密度明显提升,其缺陷密度显著降低,且增韧相ZrO₂的含量大幅增加。LAMAO试样与其他试样相比,其极化电阻、内部致密层电阻和阻抗模量均明显提高,表现出较佳的耐蚀性能。在抗拉强度、断后伸长率、屈服强度及韧窝特征等方面,LAMAO试样均表现出优于MAO试样的拉伸性能。结论 采用激光同步复合方法提高了微弧氧化过程中的放电均匀性,减少了涂层缺陷,促进了增韧相的形成,提升了试样的耐蚀和拉伸性能。
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  TC4钛合金表面超疏水微弧氧化-水热-硅烷复合涂层构筑及耐蚀性研究

  金杰, 熊李芳, 尹天晨, 侯广飞, 宋若源, 陈双双

  表面技术. 2025, 54(15): 189-199. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.15.017

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  目的 在TC4钛合金表面构筑超疏水微弧氧化-水热-硅烷复合涂层,以延长它在海洋环境中的使用寿命。方法 先在硅酸盐电解液体系中对合金进行微弧氧化表面处理,接着选用Al(NO₃)₃·9H₂O溶液对微弧氧化样品进行水热处理,最后将其放入1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷（PFOTS）-乙醇溶液中进行硅烷化处理。借助XRD、SEM、EDS表征复合涂层的物相组成、表面形貌、截面形貌及化学成分,并利用电化学工作站和接触角测量仪测试涂层的耐蚀性和润湿性。结果 微弧氧化-水热-硅烷复合涂层主要由锐钛矿和金红石型TiO₂、Al(OH)₃相构成。当水热温度达到160 ℃时,复合涂层的水接触角为158.3°,达到超疏水状态,它在模拟海水环境中的腐蚀电流密度（9.89×10^-9 A/cm²）最小。复合涂层在离子溶液和碱性环境中分别保持超疏水性4 h和 6 h。经过240 h的紫外线辐照后,复合涂层保持了超疏水特性。结论 微弧氧化-水热-硅烷复合表面处理可以显著改善TC4合金在模拟海洋环境中的耐蚀性。经水热反应生成的Al(OH)₃能够封闭大部分微弧氧化涂层表面的孔洞,减少Cl^-等强腐蚀性离子从涂层/基体界面进入合金内部。此外,复合涂层表面疏水特性使得涂层与腐蚀液之间形成了“空气膜”,阻隔了腐蚀介质与涂层的直接接触。