2025年, 第54卷, 第18期　
刊出日期：2025-09-25

  

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研究综述
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  激光熔覆碳化物增强钛基硬质合金涂层的性能研究进展

  陈赞聪, 陈文刚, 张继豪, 张翼鹏, 谢瀚翀, 冯金明, 杨志金, 尹玫月, Dongyang LI

  表面技术. 2025, 54(18): 1-15. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.001

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  钛合金因其良好的密度、耐腐蚀性和生物活性被广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。然而,由于硬度不足、耐磨性差、高温易氧化和生物相容性较差等因素,严重制约其在摩擦工况下的使用寿命。针对这一系列问题,国内外学者利用高硬度、高耐磨性、高温抗氧化性的陶瓷材料,以及激光熔覆层（是一种高效、狭窄的热影响区、高结合强度和致密的工艺）,进行了一系列的研究工作。系统深入探讨了在激光熔覆技术中,如何精确选择碳化物增强相以及掌握激光熔覆过程中的关键参数（如激光功率、扫描速度、光斑直径、比能量和送粉量等因素）对所制备涂层的耐磨性能的影响,其次详细探讨了激光熔覆碳化物增强钛基硬质合金涂层在耐磨性、耐腐蚀性、高温抗氧化性及力学性能等方面的使用性能研究,最后,结合原位合成、梯度复合设计等创新方法,重点阐述其涂层在航空航天、生物医学、海洋工程、冶金等工业领域中的应用。并在现有的研究成果上对其未来发展进行了展望和总结。
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  功能涂层在生物医用纤维材料中的研究进展

  邢家益, 赖恩平, 贾伟, 高明, 刘向

  表面技术. 2025, 54(18): 16-26. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.002

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  作为一种先进的表面改性技术,功能涂层为纤维材料在抗菌防护、监测诊断及治疗康复等生物医疗领域的应用提供了有力支撑。系统综述了功能涂层在生物医用纤维材料的最新研究动态,着重从技术原理、功能结构和多场景应用等方面展开剖析。在生物医用领域,功能涂层的研究聚焦于改善纤维材料与生物组织接触的生物相容性,以及提升纤维材料修复生物组织等特定生物医用属性。随着精准医疗和个性化医疗需求的增长,功能涂层技术正朝着智能化、动态响应的方向发展,pH敏感、温度响应、酶触发等智能涂层体系不断涌现,为生物医用纤维材料赋予了环境自适应能力。从抗菌防护、监测诊断、治疗康复及多功能复合集成4个应用维度展开论述。为进一步提升纤维材料在生物医用领域的应用水平,未来的研究方向需聚焦在智能化材料开发和多功能化集成等方面,并不断提升纤维材料的生物与环境适应性,以推动功能涂层与纤维材料的协同发展。
腐蚀与防护
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  DL-苹果酸对7075铝合金硬质阳极氧化膜结构及耐磨蚀性能的影响

  满成, 王孟斐, 颜晴, 吴德权, 崔中雨

  表面技术. 2025, 54(18): 27-36. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.003

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  目的 硬质阳极氧化技术常用来提高铝合金的耐磨损腐蚀性能,环保型电解液是硬质阳极氧化技术现阶段的重要发展趋势,选用环保型DL-苹果酸部分替代硫酸,探究DL-苹果酸对7075铝合金硬质阳极氧化膜结构及耐磨蚀性能的影响。方法 通过正交试验确定基础溶液成分,以此为基础配制DL苹果酸浓度为20、40、60、80 g/L的电解液,将7075铝合金在不同DL-苹果酸浓度的溶液中进行阳极氧化,通过电化学测量、磨损腐蚀试验,结合扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱等表征手段,系统分析膜层的组织结构、组成成分,探索硬质阳极氧化过程的生长机制。结果 研究表明DL-苹果酸浓度为40 g/L时,试样表面形成均匀致密的氧化膜表面,厚度高达47 μm,硬度达351.5 HV0.2,硬度是7075铝合金基材的2倍;7075铝合金阳极氧化膜的成分主要为Al₂O₃、AlOOH,此外还含有一定量的硫酸盐、有机碳。此外,DL-苹果酸浓度为20 g/L溶液中形成的氧化层中检测出结晶态γ-Al₂O₃;阳极氧化后,试样的耐磨蚀性能显著提高,其中膜层具有优异的耐磨性,磨痕深度仅有-3.74 μm,仅为7075铝合金的2%。结论 环保型DL-苹果酸在铝合金硬质阳极氧化中能够部分替代硫酸,并且DL-苹果酸能够提高铝合金阳极氧化的成膜效率并增加膜层厚度,可显著提高铝合金的耐磨损腐蚀性能,最终确定最优电解液配比为硫酸200 g/L、草酸 40 g/L、DL-苹果酸40 g/L。
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  不同材质油套管钢在CO₂/H₂S共存环境下的腐蚀行为及机理研究

  刘婉颖, 张宁好, 张智, 丁思艺, 任传谱, 林泽洋, 苟德成, 李磊

  表面技术. 2025, 54(18): 37-45. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.004

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  目的 管材腐蚀失效是影响储气库安全性的关键因素,针对储气库CO₂/H₂S共存环境下的腐蚀规律,研究不同材质油套管的腐蚀行为及机理。方法 利用自研自制的高温高压釜对5种不同材质油套管在温度80 ℃,0.327 MPa CO₂分压,0.038 MPa H₂S分压,2 m/s流体流速条件下开展周期336 h的动态失重腐蚀实验。采用XRD、SEM、EDS、白光干涉仪等技术手段研究5种不同材质油套管在CO₂/H₂S共存环境下的腐蚀行为特征。结果 80S-5Cr均匀腐蚀速率最小,为0.049 8 mm/a,按照腐蚀等级标准,5种管材均匀腐蚀速率均很小,发生中度腐蚀。就点腐蚀而言,90S-3Cr点蚀速率最小,为0.177 1 mm/a,其蚀坑深度最浅,为6.792 5 μm。90S-3Cr为中度腐蚀,80S-5Cr、80S-3Cr、80S为严重腐蚀,90S为极严重腐蚀。结论 80S-5Cr综合性能最优异,元素Cr有利于提高抗腐蚀性能。本研究为储气库井下CO₂/H₂S共存环境油套管管材选择提供了理论依据。
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  不锈钢表面钝化质量的电位阶跃时域阻抗检测方法研究

  李昊彬, 蒋不凡, 程从前, 王祺博, 张雪娜, 张心怡, 曹铁山, 赵杰

  表面技术. 2025, 54(18): 46-53. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.005

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  目的 奥氏体不锈钢需要钝化处理以保证各种复杂工况下的长期耐蚀性,为了确保钝化效果,表面钝化质量检测成为不锈钢装备质检的关键环节,传统电化学检测方法存在耗时长、易受环境干扰的问题。提出了一种基于电位阶跃时域阻抗法的快速检测方法,用于评估316L不锈钢表面钝化质量。方法 通过电位阶跃法,研究了不同钝化状态316L不锈钢的时域阻抗特性。对比分析了电位阶跃时间、数据平滑方法以及阶跃电位对时域阻抗谱的影响。同时,采用常规频域阻抗法进行对比验证,并通过动电位极化曲线测试分析了不同钝化状态下不锈钢的耐蚀性。结果 滤波变窗平滑降噪法能够有效降低噪声干扰,获得的时域阻抗谱与频域阻抗谱高度一致,界面电荷转移阻抗值的误差在2%以内。当电位阶跃时间超过0.5 s时,阶跃时间对阻抗无明显影响;阶跃电位超过200 mV时,会对不锈钢表面造成损伤。此外,随着钝化温度和时间增加,不锈钢的点蚀电位和阻抗值均显著提高,表明其耐蚀性得到改善。结论 电位阶跃时域阻抗法结合滤波变窗平滑降噪处理,能够快速、准确地评估316L不锈钢表面钝化质量。该方法在0.5至1 s的阶跃时间和100 mV的阶跃电位范围内,能够获得与频域阻抗谱高度一致的时域阻抗谱,适用于不锈钢表面钝化质量的快速检测。
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  碱性土壤环境中高强管线钢钝化及点蚀行为

  许志昱, 胡骞, 胡月, 黄峰, 刘静

  表面技术. 2025, 54(18): 54-64. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.006

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  目的 阐明Mg处理、Ca处理及Mg-Ca复合处理对高强管线钢在模拟碱性土壤溶液中钝化及点蚀行为的影响。方法 利用动电位扫描、恒电位极化、Mott-Schottky曲线等电化学方法,结合XPS、EDS、点蚀形貌观察等微观分析手段研究了高强管线钢表面钝化膜特性及点蚀行为。结果 Mg处理、Ca处理及Mg-Ca复合处理对高强管线钢的平均晶粒尺寸分别为5.59、9.26和3.81 μm,铁素体相占比分别为74.0%、73.5%、62.3%,夹杂物密度分别为0.098、0.014和0.048个/μm²。在0.01 mol/L NaCl+0.2 mol/L NaHCO₃溶液中,3种管线钢表面均生成n型半导体钝化膜,Ca处理试样表面钝化膜具有较正的平带电位（-0.417 V）、较低的施主密度（4.979×10²¹ cm^-3）、最高的钝化膜电阻（27.31 kΩ·cm²）、最高的点蚀电位（-0.082 V）和最低的点蚀密度（734.2 μm^-2）。结论 在钝化膜生长阶段,Ca处理试样因其贝氏体组织中均匀分布的空位,加速了钝化膜的生成速率,使其在较短时间内达到稳态电流密度,并形成致密且缺陷较少的钝化膜,表现出较低的施主密度和优异的稳定性。Ca处理试样钝化膜呈现n型半导体特性,具有较正的平带电位、较低的施主密度和较高的钝化膜电阻与电荷转移电阻,表明其钝化膜在较高电位下能保持电荷平衡,耐蚀性最佳。此外,Ca处理试样钝化膜较厚,且夹杂物密度最低,减少了点蚀萌生的可能性,使其具有最高的点蚀电位和最低的点蚀密度,表现出最强的耐点蚀性能。
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  凝固组织对317L钢模拟湿法磷酸环境下耐点蚀性能的影响

  邹德宁, 李苗苗, 李雨浓, 惠朋博, 何婵, 黄东升, 杜传祥

  表面技术. 2025, 54(18): 65-76. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.007

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  目的 研究317L奥氏体不锈钢在模拟湿法磷酸（WPA）环境中不同冷却速率下的腐蚀机理。方法 利用高温共聚焦显微镜（HT-CLSM）制取317L奥氏体不锈钢糊状区的不同冷却速率（6、100、1 000 ℃/min）下的凝固组织试样,并借助扫描电子显微镜（SEM）以及背散射技术（BSD）对317L的凝固组织进行表征,同时利用电化学以及X射线光电子能谱分析技术（XPS）等方法对不同试样在模拟WPA环境下的耐点蚀性能以及钝化膜成分进行分析。结果 随着冷却速率的增加,317L不锈钢的枝晶间距逐渐减小,自腐蚀电流密度（J_corr）逐渐降低,自腐蚀电位（E_corr）和点蚀电位（E_P）逐渐增加,阻抗谱半径逐渐增大,耐点蚀性能逐渐增强。当冷却速率为1 000 ℃/min时,317L不锈钢的XPS精细谱中各元素特征峰最为明显,其钝化膜由Cr₂O₃、CrO₃、Fe₃O₄、Fe(OH)O、MoO₂以及MoO₃组成。结论 317L不锈钢在模拟WPA环境中的耐点蚀性能主要与凝固组织中各元素的偏析程度有关,提高冷却速率可以有效细化317L不锈钢的凝固组织进而减轻凝固过程中强偏析元素的偏析程度,使得材料中无明显的贫Cr与贫Mo区,表面更易形成致密的钝化膜。
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  电热爆炸沉积Fe基非晶涂层结构对性能的影响

  李广, 王小东, 张晶, 王鹏, 石玗, 朱亮, 顾玉芬

  表面技术. 2025, 54(18): 77-85. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.008

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  目的 探究电热爆炸喷涂技术在不同初始电压下对Fe基非晶涂层微观结构、界面结合强度和耐腐蚀性能的影响。方法 在3种不同初始电压（10、12.5、15 kV）条件下制备Fe基非晶涂层。利用SEM、TEM、XRD和光学轮廓仪等对涂层的微观结构、物相和表面粗糙度进行了分析。Fe基非晶涂层界面结合强度和耐腐蚀性能分别采用三点弯曲和电化学方法进行了测试。结果 不同初始电压下制备的Fe基非晶涂层均未出现明显晶化现象,初始电压过大或过小都会导致涂层中孔隙率的增加。初始电压为12.5 kV涂层具有较低的孔隙率（1.2±0.17）%和表面粗糙度（Ra=0.74 μm）,并且与基体实现了冶金结合,具有较高的断裂强度和界面结合强度。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,初始电压为12.5 kV涂层表现出较高的腐蚀电位（-0.296 V）和较低的腐蚀电流密度（7.512×10^-8 A/cm²）,具有较高的耐腐蚀性,孔隙率较低的涂层在腐蚀过程中能够有效阻止Cl^-进入涂层内部。结论 在合适的初始电压（12.5 kV）下制备的Fe基非晶涂层为完全非晶态结构,具有较高的界面结合强度和耐腐蚀性。同时,研究结果为小型精密零部件的表面非晶涂层制备提供了一种新的方法及应用基础数据支撑。
精密与超精密加工
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  脉冲海尔贝克阵列磁场辅助磁流变抛光的工艺参数对钛合金抛光质量影响规律研究

  倪俊杰, 陶锡越, 夏炜斌, 赵悦子, 冯铭, 张雷

  表面技术. 2025, 54(18): 86-96. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.009

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  目的 优化钛合金磁流变抛光工艺,提升其表面质量及抛光效率。方法 对脉冲海尔贝克阵列磁场辅助磁流变抛光工艺进行抛光工艺参数的影响分析。研究抛光间距、磁铁转速、载液轮转速、羰基铁粉浓度以及磨粒浓度等工艺参数对钛合金表面的剪切力、压力以及粗糙度的影响。结果 随着抛光间距的增大,抛光工具对工件的剪切力与压力逐渐减小,而工件表面粗糙度则持续上升。磁铁转速提升时,剪切力逐渐降低,但压力基本保持稳定,工件表面粗糙度则先上升、下降再上升下降的波动。载液轮转速加快,剪切力随之增强,压力变化不大,工件表面粗糙度整体呈下降趋势,达到最佳表面质量后略有回升。羰基铁粉浓度增加,抛光工具对工件的剪切力与压力均逐渐上升,工件表面粗糙度同样呈现先降后升的趋势。磨粒浓度上升时,剪切力先增后减,而压力持续上升,工件表面粗糙度的变动趋势跟磁铁转速相似。当磁流变液用量为3 mL,抛光间距0.3 mm,载液轮转速250 r/min,磁铁转速150 r/min,羰基铁粉浓度为45%（质量分数）,磨粒浓度为2%（质量分数）时,抛光时长30 min为最佳工艺参数,钛合金工件表面粗糙度S_a从60 nm降至36 nm。结论 脉冲海尔贝克阵列磁场辅助磁流变抛光工艺能有效提高磁流变液抛光效率,提高钛合金工件表面质量。
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  易解理氮化镓晶体超声辅助光电化学机械抛光关键技术研究

  蒋网, 王青如, 林圻泓, 沙卫军, 徐崇寅, 周海

  表面技术. 2025, 54(18): 97-107. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.010

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  目的 探究第三代半导体材料易解理氮化镓晶体高效、低损伤抛光加工工艺。方法 提出使用超声辅助与光电化学机械相结合的抛光技术,对氮化镓晶体N面（即（000 1）面或-C方向）进行抛光加工。通过单因素试验研究抛光压力、抛光盘转速、超声振幅、光照强度以及外加电压等因素对氮化镓N面材料去除率（MRR）和表面粗糙度（Ra）的影响规律,通过正交试验探究最佳抛光加工工艺参数组合,通过XPS试验分析抛光前后氮化镓晶体N面化学元素构成,进一步探究氮化镓晶体超声辅助光电化学机械抛光材料去除机理。结果 试验结果表明,以上5个因素均对氮化镓MRR和Ra有显著影响。各因素对材料去除率的影响主次为抛光压力>外加电压>光照强度>抛光盘转速>超声振幅;各因素对表面粗糙度的影响主次为外加电压>光照强度>抛光压力>抛光盘转速>超声振幅。最佳工艺参数选取抛光压力为150 Pa,抛光盘转速为60 r/min,超声振幅为30 μm,光照强度为60%,外加电压为3 V。经最优参数加工后,氮化镓N面MRR为235.76 nm/h,Ra为1.298 nm。结论 采取超声辅助与光电化学机械相结合的抛光加工方法能够增强化学反应与机械去除的协同作用,实现氮化镓晶体材料的高效去除,获得超光滑无损伤加工晶面,满足后续实际应用的需求。
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  基于纳秒脉冲激光的结构化砂轮制备及其磨削实验研究

  王学智, 王佳伟, 王兴超, 侯宁, 王明海

  表面技术. 2025, 54(18): 108-118. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.011

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  目的 满足高效精密磨削需求,充分发挥结构化砂轮的卓越磨削性能。方法 采用纳秒脉冲激光对小型电镀金刚石砂轮进行烧蚀实验,获得脉冲激光参数对结构制备的影响规律,以此为依据完成叶序仿生结构化砂轮制备。并以钛铝合金试件为磨削对象从磨削力、磨削表面质量、砂轮磨损特性几个方面深入探究叶序仿生结构化砂轮的磨削特性。结果 激光参数的点重叠率为40%,线重叠率为80%,功率为20 W,进给加工扫描次数500次是烧蚀加工电镀金刚石砂轮的最佳方案。相比于普通砂轮,叶序仿生结构化砂轮的磨粒排列更为规则,磨粒利用率高,磨削性能优于普通砂轮。其中,与普通砂轮相比,叶序仿生结构化砂轮的法向磨削力在加工参数改变下,降低了11%~51.25%,切向磨削力降低了9.15%~29.88%,工件的表面粗糙度Ra降低了30.13%~65.28%。叶序仿生结构化砂轮磨削过后工件的变形层厚度比普通砂轮大,且随着叶序系数的增大而增大。叶序仿生结构化砂轮的砂轮磨损程度要小于普通砂轮,但叶序系数过大会导致磨粒密度降低,会使砂轮磨损程度增加。结论 激光参数的合理设计可以提高烧蚀结构的质量、深度,使得制备出的结构化砂轮具有更好的磨削性能和更低的磨损,工件获得更好的表面质量。
表面功能化
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  Al/TiN界面本征润湿行为及其微观机制研究

  孙士阳, 钱远近, 黄胜保, 徐平平, 任元, 谭心, 张文兴

  表面技术. 2025, 54(18): 119-129. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.012

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  目的 揭示非反应Al/TiN体系的界面润湿行为本征特性及其微观机制,阐明温度与界面原子排列对润湿性的协同作用机理。方法 基于第一性原理分子动力学（AIMD）方法,构建Al(100)/TiN(100)界面slab模型（5层TiN基底+7层Al,共902个原子）,采用CP2K软件包中的QUICKSTEP模块进行动力学模拟。通过正则系综（NVT）在700~1 000 K温度范围内进行10 ps弛豫,结合均方位移（M_SD）、径向分布函数（R_DF）和形状图像分析法量化界面原子扩散行为与接触角演变规律。采用OVITO和VMD分析界面分层结构（Al_INT、Al_MID、Al_SURF）的扩散异质性,并构建无序界面模型对比外延生长界面的润湿差异。结果 温度升高显著降低Al液接触角（700 K: 83.44°→1 000 K: 61.63°）,其机制归因于热扰动诱导的原子密度降低（2 375.16→2 088.72 kg/m³）和自扩散系数（D）提升（3.68×10^-5→8.02×10^-5 cm²/s）。界面分层分析显示,Al_INT原子保持TiN晶格外延排列（D=0.09×10^-5 cm²/s）,而Al_SURF原子主导铺展动力学（D=6.56×10^-5 cm²/s）。无序界面（仅7%原子扰动）使接触角骤增至120°,证实界面原子有序性是本征润湿的关键：有序排列降低扩散激活能,促进Al液沿基底迁移。结论 非反应Al/TiN体系的润湿性由界面原子排列方式和表面原子密度共同调控。温度通过热扰动削弱原子间结合力,降低表面张力并增强扩散能力;界面无序化导致迁移势垒提高从而抑制铺展。该研究为金属-陶瓷复合材料的界面设计提供了原子尺度理论依据。
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  长碳链饱和脂肪酸铈涂层的非润湿特性及耐久性研究

  周恩奇, 沈一洲, 江家威, 陶杰

  表面技术. 2025, 54(18): 130-141. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.013

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  目的 通过电化学沉积制备3种脂肪酸铈超疏水涂层,研究其非润湿特性、微观结构、化学成分及耐久性。方法 利用硝酸铈六水合物、长链脂肪酸和无水乙醇为电解液,通过电沉积法制备。通过SEM、AFM、FTIR和XPS等表征分析各脂肪酸铈超疏水涂层的表面形貌和化学组分,借助接触角测量仪和高速相机研究不同超疏水涂层的静/动态非润湿性,并通过胶带剥离、砂纸磨损、化学溶液腐蚀和紫外光老化等测试研究超疏水涂层的自清洁、耐磨性和化学稳定性。结果 3种脂肪酸铈超疏水涂层的表面结构和化学组分存在差异,但均形成稳定均匀的微/纳米表面形貌,具备良好的超疏水、耐磨性和化学稳定性。其中,花生酸铈（C-20）表面的纳米条结构在沉积过程中会进一步交织团聚形成花椰菜状微结构,形成稳定的Cassie-Baxter润湿状态,固-液接触面积最小,捕获的空气最多,水接触角达(167.24±0.62)°,经50次剥离、2 000 mm砂纸磨损、24 h腐蚀测试及48 h紫外老化测试后接触角仍大于150°,保持超疏水特性。结论 通过电沉积法制备的长链脂肪酸铈超疏水涂层均具有良好的超疏水性和耐久性,对更长碳链脂肪酸的研究也为制备超疏水材料提供了新思路,应用前景广阔。
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  大长径比TiO₂纳米管与基体界面结合强度提升机制

  蓝剑锋, 张贤慧, 常江凡, 吴波, 陈柏屹, 吴建华

  表面技术. 2025, 54(18): 142-155. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.014

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  目的 研究大长径比TiO₂纳米管与基体界面结合强度的影响因素和提升机制。方法 对大长径比TiO₂纳米管进行两次阳极氧化后处理和热处理,采用立柱拉拔法和微米划痕法测定不同处理工艺下的TiO₂纳米管与基体的界面结合强度。结果 大长径比TiO₂纳米管与基体的界面结合强度的影响因素是底部可溶性含F层和残余应力层,前者对界面结合强度的影响高于后者。TiO₂纳米管在400 ℃保温1 h的热处理可完全消除可溶性含F层,在含F电解液中进行10 V和5 min的一次阳极氧化后处理可减小残余应力层,在无F电解液中进行60 V和5 min的二次阳极氧化后处理可在底部构建厚度约140 nm的连接层。采用单一的热处理或阳极氧化后处理均可小幅度提高TiO₂纳米管与基体的界面结合强度。结论 大长径比TiO₂纳米管与基体的界面结合强度的提升机制为消除底部可溶性含F层和残余应力层。采用上述的两次阳极氧化后处理和热处理相结合的手段,可大幅度提高TiO₂纳米管与基体的界面结合强度,其拉拔结合强度和临界载荷分别提高5.87倍和7.06倍。
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  自偏压对射频等离子体恢复单晶第一镜反射率的影响

  万俊麟, 鄢容, 穆磊, 江泽桐, 王晨雪, 王兆辉, 李曾杰, 温煜娴

  表面技术. 2025, 54(18): 156-162. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.015

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  目的 研究自偏压对射频等离子体恢复单晶第一镜反射率的影响,为未来聚变堆诊断第一镜反射率原位恢复提供重要参考和依据。方法 在实验室条件下,采用射频氩等离子体,在工作气压为1 Pa,自偏压分别为-100、-200和-300 V条件下,开展单晶钼第一镜表面Al₂O₃清洗实验,并通过扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计和非接触式三维表面轮廓仪等手段对第一镜表面和光学特性进行表征。结果 当自偏压为-300 V时,射频氩等离子体清洗23 h后,第一镜表面Al₂O₃杂质被完全去除,镜表面平整,第一镜全反射率有效恢复,且漫反射率变化小（<1％）;当自偏压为-200 V时,射频氩等离子体清洗33 h后,第一镜表面的Al₂O₃杂质被完全去除,全反射率恢复到清洗前的水平;当自偏压为-100 V时,射频氩等离子体清洗354 h后,第一镜表面仍存在Al₂O₃杂质残留,全反射率仅恢复到清洗前的70％。结论 单晶钼材料具有良好的抗溅射能力,射频等离子体清洗对第一镜表面损伤小,清洗后第一镜漫反射率较低。且采用绝对值较高的自偏压（-300 V）,溅射第一镜杂质粒子能量高和沉积杂质溅射率高,第一镜反射率恢复效率更快;低自偏压绝对值（-100 V）条件下的溅射再沉积和低通量溅射粒子无法完全去除第一镜表面的杂质沉积。因此,单晶第一镜清洗可适当提高自偏压绝对值以提升清洗效率。
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  荔枝皮结构Fe₃Si吸波剂设计及耐盐雾性能研究

  杨文飞, 任骏杰, 樊伟杰, 王安东, 张勇

  表面技术. 2025, 54(18): 163-173. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.016

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  目的 针对Fe₃Si基吸波材料电磁损耗机制单一及海洋服役环境适应性不足的问题,通过材料微观形貌调控,旨在协同优化其电磁波吸收带宽与涂层盐雾耐腐蚀性能。方法 Fe₃Si合金微粉作为原料,真空条件下分别球磨16、24、32 h获得Fe₃Si-16、Fe₃Si-24、Fe₃Si-32 3种异质结构粉体,并将其作为吸波剂制备典型吸波涂层。采用X射线衍射仪、振动样品磁强计和扫描电子显微镜（SEM）研究样品的微观结构和磁性变化,矢量网络分析仪测试样品的电磁参数,并根据传输线理论计算不同厚度反射率损失曲线评价其吸波性能,采用盐雾试验箱对涂层进行盐雾实验,体式显微镜评价不同盐雾周期下微观形貌变化,利用弓形法测试平台对不同盐雾周期后涂层反射率进行测试。结果 Fe₃Si-24样品展现出最优的电磁性能,其有效带宽达到6.94 GHz（9.56~16.5 GHz）,在2.0 mm匹配厚度下,12 GHz时最大反射率损失为-35.5 dB。样品表面形成了荔枝皮多级结构,样品在盐雾实验60 h后仍能保持最初的反射率损失特性。结论 通过调控球磨时间获得一种结构新颖的荔枝皮结构Fe₃Si吸波剂,表面的褶皱结构增加其界面损耗的同时,实现了有效带宽（EAB）的优化拓展以及反射率损失衰减特性的协同强化,为海洋环境用宽频吸波材料设计提供了一种新策略。
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  宽温域多循环状态下陶瓷用封闭涂层性能演变规律研究

  易敏华, 王贤明, 张术伟, 刘文轩, 宁亮, 王志勇, 吴连锋

  表面技术. 2025, 54(18): 174-183. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.017

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  目的 在多孔陶瓷（SiO_2f/SiO₂）表面喷涂改性硅溶胶封闭涂层,分析涂层在200~650 ℃多循环状态下耐热性、疏水性、介电参数等性能的演变规律,从而探究封闭涂层的失效原因及失效路径,为涂层在长航时高温电磁窗表面的推广应用探明可能性。方法 采用空气喷涂法在石英陶瓷表面制备了一种陶瓷基用改性硅溶胶封闭涂层材料,以不同的温度在马弗炉中循环加热处理涂层样板,并采用水接触角测试仪、扫描电镜、矢量网络分析仪等表征涂层性能。结果 涂层在300 ℃以内可循环使用。400 ℃下,漆膜中Si—C键及C—H键开始断裂、分解,形成亲水通道,水接触角从初始的114°下降至96°,但仍然具备疏水性。500 ℃下,涂层经历1次热循环后水接触角下降至92°,并且随着温度和循环次数增加涂层形成裂纹并扩张。200~650 ℃范围内,涂层经历6次热循环后介电常数平均值为3.39,介电损耗角正切值平均值为0.003 6,与基材本体值基本相当（8~12 GHz）。结论 制备的改性硅溶胶封闭涂层具有良好的耐热性、疏水性、介电性能,涂层长时循环耐高温可达400 ℃,短时（1 h）耐高温可达500 ℃,涂层失效过程遵循热分解-鳞片化-裂纹出现-裂纹扩张的规律,鉴于涂层优异的综合性能,该涂层有望在长航时高温陶瓷天线罩表面使用。
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  热环境障涂层用(Nd_0.2Sm_0.2Gd_0.2Yb_0.2Y_0.2)₃NbO₇氧化物热物理与力学性能

  刘畅, 高雅, 张红松, 倪利伟, 张昊明, 陈晓鸽

  表面技术. 2025, 54(18): 184-190. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.018

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  目的 为充分发挥稀土氧化物材料的优异性能,研究适用于热环境障涂层表面层的材料,制备了(Nd_0.2Sm_0.2Gd_0.2Yb_0.2Y_0.2)₃NbO₇氧化物高熵陶瓷。方法 采用溶胶凝胶法和高温烧结技术制备了(Nd_0.2Sm_0.2Gd_0.2Yb_0.2Y_0.2)₃NbO₇高熵陶瓷,研究了其晶体结构、显微组织、元素构成、热物理与常温力学性能。结果 该高熵陶瓷的XRD和Raman图谱表明其具有单一晶体结构;高熵化设计降低了陶瓷材料的室温及高温热导率,其在室温及1 000 ℃时的热导率分别是1.07 W/(m·K)和1.03 W/(m·K),涂层具有良好的隔热性能;高熵陶瓷在室温至1 200 ℃范围内具有良好的相稳定性能,其热膨胀系数为10.14×10^-6 K^-1,满足热障涂层对热膨胀性能的要求;该高熵陶瓷的常温杨氏弹性模量为208 GPa,显微硬度约为9.27 GPa,断裂韧性为1.67 MPa·m^1/2。结论 采用溶胶凝胶法和高温固相烧结法,成功制备了(Nd_0.2Sm_0.2Gd_0.2Yb_0.2Y_0.2)₃NbO₇纳米粉体和致密块体,该高熵陶瓷纳米粉体及致密块体均具有单一的焦绿石晶体结构,相对致密度大于90%,元素分布均匀;由于多种稀土离子共掺杂引起的晶格畸变及质量波动,以及大量氧空位的引入,加剧了声子的散射程度,该高熵陶瓷具有较低的室温及高温热导率;稀土元素掺杂降低了金属离子与氧离子之间的电负性差值,使其具有相对较高的热膨胀系数,其杨氏弹性模量与YSZ相当,但显微硬度和断裂韧性偏低。
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  镁合金微弧氧化热控膜层生长行为及性能

  于金花, 李思振, 覃业深, 刘云彦, 赵潋景, 冯立, 张家强, 关宏伟, 孙浩然, 蔡硕

  表面技术. 2025, 54(18): 191-199. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.019

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  目的 研究镁合金不同微弧氧化时间黑色热控膜层的状态及性能。方法 在镁合金表面制备出不同时间微弧氧化黑色热控膜层,采用粗糙度测试仪、SEM（含EDS）、XRD、分光光度计、电化学工作站分别对膜层粗糙度、微观形貌、相组成、热控性能以及腐蚀性能进行检测。结果 随着氧化时间增加,膜层宏观颜色逐渐变深,且粗糙度和厚度逐渐增大;表面孔隙率逐渐降低,但是孔洞尺寸及裂纹宽度逐渐增加。膜层内存在大量封闭孔洞,且孔洞尺寸自基体向膜层表面呈现增加趋势。不同氧化时间,膜层表面Fe元素含量相近,但是Fe₃O₄的含量存在差异。从氧化初期到末期,太阳吸收率从80%提高至93%,红外半球发射率从0.78提高至0.85。相对于镁合金基体,微弧氧化后腐蚀电流降低了2个数量级,但是随着氧化时间的增加,略有上升。结论 氧化后期氧化电压和溶液温度上升,加速了成膜反应和熔融物冷却速率下降,同时铁氧化物和MgO共结晶,致使熔融物结晶尺寸增大,膜层粗糙度增加。Fe₃O₄含量及膜层表面状态与热控性能密切相关。微弧氧化热控膜层提高了基体的耐蚀性,但是氧化后期膜层微观孔洞和裂纹,导致耐蚀性能有所下降。
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  磷酸八钙/聚多巴胺涂层在钛表面的构筑及生物相容性检测

  刘梦玉, 魏祥, 林丹, 李尧, 徐纯峰, 魏凌飞, 于德栋

  表面技术. 2025, 54(18): 200-208. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.020

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  目的 为提高钛合金的生物活性及其促进骨再生的能力,利用聚多巴胺（PDA）的黏附特性,在3D打印钛片（3D-PT）表面制备了一种磷酸八钙（OCP）陶瓷涂层（OCP/PDA/3D-PT）。方法 通过多巴胺氧化自聚合和仿生矿化工艺在3D-PT表面制备OCP/PDA涂层。采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）、拉曼光谱、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、选区电子衍射（SAED）、接触角测试和黏附强度实验对涂层的理化特性及亲水性进行检测。同时,将材料与大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）直接共培养,通过细胞骨架免疫荧光染色观察附着细胞的形态,以及利用CCK-8实验评估细胞增殖活性进而评估所制备涂层的生物相容性。结果 XRD、TEM和SAED结果证实OCP/PDA涂层在3D-PT表面成功制备且与3D-PT牢固结合。接触角测试表明,与3D-PT组相比,OCP/PDA/3D-PT组的亲水性显著提高。黏附强度实验显示,OCP/PDA涂层的附着力达到GB/T9286标准1级。细胞骨架染色和CCK-8实验进一步证明该复合涂层具有良好的生物相容性。结论 成功构建了OCP陶瓷涂层与3D-PT基体的强结合界面,并且显著提高了3D-PT表面的亲水性和生物相容性,为其在骨修复领域的进一步应用提供了实验依据。
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  Fe-Al/Al₂O₃阻氚涂层氧化膜相变的稀土效应研究

  冯凡, 袁晓明, 张建通

  表面技术. 2025, 54(18): 209-215. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.18.021

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  目的 探究稀土掺杂对Fe-Al/Al₂O₃复合涂层的微观特征、氧化动力学以及相变过程的影响,提升阻氚性能。方法 采用包埋渗铝法在基体上分别沉积稀土改性与未经稀土改性的Fe-Al涂层,随后原位氧化制备了Fe-Al/Al₂O₃复合涂层。开展热重分析实验,通过掠入射X射线衍射（GIXRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析观察氧化铝涂层结构和组织形貌在工艺温度下的演变规律。结果 经稀土改性的Fe-Al/Al₂O₃复合涂层与基体结合良好,未出现孔洞和裂纹,Fe-Al层厚度约为17.0 μm,氧化膜厚度约为200 nm;未经改性的涂层则出现明显裂纹,Fe-Al层厚度约为12.8 μm。氧化动力学曲线表明,稀土改性Fe-Al层存在2个氧化阶段,Ⅰ阶段的氧化速率为3.78×10^-14 g²/(cm⁴∙s),Ⅱ阶段的氧化速率为2.72×10^-15 g²/(cm⁴∙s),二者均高于未经稀土改性Fe-Al层的氧化速率2.18×10^-15 g²/(cm⁴∙s)。改性样品经约180 min氧化后,氧化膜内开始形成α-Al₂O₃相;当氧化时间延长至4 h,γ-Al₂O₃相已完全转化为单一α-Al₂O₃相。未改性样品氧化膜在同等氧化条件下,始终维持单一的γ-Al₂O₃相,未发生γ至α的相转变。结论 稀土元素掺杂能够优化涂层与基体的结合特性,通过动态偏析、缺陷结构优化、电子态调制等机制协同提高Fe-Al层表面Al₂O₃的生长速率,在较低温条件下促进Al₂O₃发生相变,增加α-Al₂O₃相的比例,提高涂层阻氚性能。