2025年, 第54卷, 第2期　
刊出日期：2025-01-25

  

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研究综述
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  生物膜中典型腐蚀微生物种间相互作用及其影响下的腐蚀机制研究进展

  杨金峰, 王亚楠, 张一梦, 郭定, 张进凯, 段继周

  表面技术. 2025, 54(2): 1-16. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.001

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  当微生物附着于金属表面，其细胞活动及代谢产物对金属造成的腐蚀影响称为微生物腐蚀(Microbiological Influenced Corrosion, MIC)，而硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing Bacteria, SRB)被认为是较具代表性的腐蚀性细菌之一。自然界中微生物并不孤立存在，而是多种微生物通过分泌胞外聚合物、群体感应等机制形成生物膜(Biofilm)共同定植在基体表面，这也是微生物腐蚀区别于其他腐蚀形式的重要结构。在混合微生物共存环境中，复杂的种间关系对金属材料可能造成比单一微生物更为严重的腐蚀破坏。针对生物膜及锈层中典型腐蚀微生物种间相互作用致金属腐蚀现象，分别论述了生物膜形成过程、影响微生物成膜的生物与非生物因素、生物膜结构特征及与微生物腐蚀的相关性，系统地对实海金属锈层测序分析发现的典型微生物种间相互作用关系及其影响下的腐蚀机制进行讨论，包括藻菌体系、铁氧化菌(IOB)与SRB、产甲烷古菌(MA)与SRB等。最后总结了腐蚀微生物种间相互作用的研究方法，并对后续研究的发展方向进行了展望。
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  表面改性技术对海洋环境中金属构件腐蚀损伤与腐蚀疲劳性能影响的研究进展

  马文彬, 陈秀玉, 蒋文君, 许志龙, 刘菊东, 郭必成, 黄国钦, 黄舒

  表面技术. 2025, 54(2): 17-37. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.002

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  海洋环境中金属构件在服役过程中面临的最大问题就是腐蚀疲劳。概述了金属腐蚀损伤和金属腐蚀疲劳的影响因素(包括环境影响因素和构件表面质量)，以及这些影响因素给海洋环境中金属构件的腐蚀损伤和腐蚀疲劳性能所带来的影响，如高盐度环境会加剧构件腐蚀损伤和腐蚀疲劳，良好的表面粗糙度、表面晶粒细化和高表层残余压应力可以减缓构件腐蚀损伤和腐蚀疲劳等。在此基础上，阐述了表面改性技术(包括表面涂层、机械喷丸、激光冲击强化、超声表层改性等)有效提升金属构件耐腐蚀性和腐蚀疲劳性能的研究现状，从隔离腐蚀环境和改变表面性能两方面归纳了不同表面改性技术的特点，重点综述了通过改变表面性能提升构件耐腐蚀性和腐蚀疲劳性能的技术手段，提出了目前表面改性技术所面临的难点以及未来可能的发展方向。
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  MOFs增强有机涂层防腐性能研究进展

  蒋伟, 杨灵医, 郑清倩, 董季玲, 钟晨晨

  表面技术. 2025, 54(2): 38-51. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.003

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  有机涂层固有缺陷以及在外界破坏下会导致涂层防护失效，传统填料和单一的缓蚀剂在改善涂层防腐性能上仍面临着挑战。近年来，金属有机框架材料(MOFs)凭借其稳定、与涂层相容性较好、智能释放等特性，成为了增强有机涂层防腐性能的新型材料。概述了MOFs增强有机涂层防腐性能的优势，着重从MOFs提升涂层被动防腐性、提供自愈合的主动防腐性两方面阐述其作用机制以及研究现状，简单归纳了MOFs经过分子修饰和复合其他材料在增强涂层防腐性能上所起到的作用和实现的协同防腐机制，同时在主动防腐中归纳了MOFs构建智能涂层的缓蚀剂负载策略和各自存在的问题。在增强涂层被动防腐性上MOFs可提升涂层的交联密度并填充涂层固有缺陷，以降低涂层孔隙率，其中MOFs经修饰后可进一步强化涂层的防腐性能;在主动防腐方面，MOFs通过负载缓蚀剂可在涂层中实现缓蚀剂的智能释放，赋予涂层自愈合性能，同时MOFs与其他材料复合后可实现主被动一体的协同防腐。最后，对未来利用MOFs增强有机涂层防腐性能的发展方向进行了展望，以此希望为MOFs在提升有机涂层防腐性能中的运用提供一定的参考。
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  基于表面微织构的钛合金摩擦学性能研究进展

  刘龙翔, 倪陈兵, 王优强, 赵涛, 竺俊杰

  表面技术. 2025, 54(2): 52-69. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.004

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  凭借优异的力学性能、较高的材料强度以及出色的耐腐蚀性和良好的生物相容性，钛合金材料广泛应用于航空航天、生物医疗等关键领域。然而，由于钛合金材料的摩擦因数高、摩擦因数不稳定、耐磨性差、化学活性高等缺点，严重影响了其使用性能、服役寿命和应用范围。近年来，凭借在减少实际接触面积、储存磨损碎屑等方面的优势，表面织构技术被证实是改善摩擦副之间摩擦学性能的有效方法，也是机械工程和摩擦学领域的研究热点之一。总结了表面微织构的制备方法和常用的微织构类型，概述了微织构对表面摩擦学的减摩机理。论述了表面织构的类型、织构密度、结构参数、排列角度等因素对钛合金表面摩擦学性能的影响。综述了表面织构技术与固液润滑剂、涂层技术、热扩渗技术等协同作用下钛合金的摩擦学性能研究现状。相对于未处理和单一织构处理的钛合金表面，复合处理技术能够显著提高钛合金的表面耐磨性能，延长钛合金表面织构的使用寿命。最后，对基于表面微织构及其复合处理技术的钛合金摩擦学性能的研究进行总结和展望，提出应该开展在极端工况下复合处理后钛合金表面摩擦学性能的研究。为基于表面微织构的钛合金摩擦学性能的研究提供了参考。
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  掺杂改性氮化物基薄膜摩擦、腐蚀与抗菌性能的研究进展

  张懋达, 鞠长滨, 王珏, 韩培培, 赵梁, 周飞

  表面技术. 2025, 54(2): 70-86. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.005

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  由于PVD硬质薄膜与金属之间有着较高的黏附强度，且薄膜具有致密结构以及良好的力学、耐磨和耐腐蚀性，同时能够隔绝腐蚀环境中的盐分与材料表面直接接触，因此在其表面沉积具有优异磨损腐蚀和抗菌特性的防护薄膜可以保障金属材料在磨损/腐蚀环境中的长期使用。从传统的二元氮化物薄膜入手，针对薄膜耐磨、防腐与抗菌性能日益增长的需求，综述了Si、C、Mo与Ag元素掺杂对PVD氮化物薄膜在空气与水环境中的摩擦学特性、在盐溶液与海水中的电化学腐蚀与磨损腐蚀特性，以及静态抗菌与摩擦诱导抗菌性能的影响。传统二元的氮化物薄膜已经逐渐发展为多元的CrMoSiCN基薄膜，在这个过程中，重点分析了不同三甲基硅烷反应气体流速与Si、Mo、Ag靶材溅射电流下，薄膜的力学性能与摩擦学特性之间的紧密关联;阐述了薄膜在腐蚀性溶液中磨粒磨损、氧化磨损与电化学腐蚀之间的协同耦合关系;阐明了不同Mo、Ag元素含量下，薄膜的抗微生物黏附与抗菌特性的演变机理。指出多元氮化物基薄膜在盐溶液中的摩擦因数与磨损腐蚀材料损失受到薄膜中Si、Mo与Ag元素掺杂量变化的强烈影响，摩擦过程中的氧化与腐蚀产物有效增强了薄膜的自润滑与减磨特性;而含Mo、Ag氮化物基薄膜的杀菌能力主要与磨痕表面氧化物MoOx的形成和Ag⁺在菌液中的释放、扩散相关。
腐蚀与防护
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  海洋工业大气环境下输电线路塔材腐蚀行为及力学性能研究

  李航, 李新梅, 杨现臣, 张泽疆, 杨定力

  表面技术. 2025, 54(2): 87-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.006

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  目的 研究Q345钢和SQ420NH钢在模拟海洋工业大气环境下的腐蚀动力学规律、锈层演化规律和力学性能退化规律，着重对比探讨两种低合金钢在腐蚀规律方面表现出的差异性。方法 采用干/湿交替循环盐雾腐蚀试验模拟海洋工业大气环境，通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学测试和电子万能试验机等手段，分析总结低合金钢加速腐蚀行为规律和腐蚀机理。结果 两种低合金钢腐蚀动力学均符合幂函数规律，腐蚀后期SQ420NH钢腐蚀深度显著低于Q345钢。Q345钢表面锈层疏松多孔，腐蚀中期有裂纹、孔洞产生，而SQ420NH钢中后期表面锈层则整体较为致密均匀。两种低合金钢腐蚀产物都以α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH、Fe3O4/γ-Fe2O3为主，各腐蚀产物相对含量随腐蚀周期变化而有所差异。随着腐蚀周期的延长，Q345钢和SQ420NH钢表面锈层不断增厚，引起低合金钢塔材强度和塑性下降，低合金钢强度退化大小与锈层累积厚度呈负相关关系。腐蚀加快裂纹扩展，使腐蚀位置出现随机性。结论 干/湿交替循环盐雾腐蚀试验加速效果明显，通过腐蚀动力学、表面锈层形貌及成分、力学性能等分析，能够对低合金钢腐蚀规律和腐蚀机理进行比较全面的表征，从而为海洋工业大气环境下输电杆塔防腐蚀设计和维护提供一定的参考。
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  超音频脉冲能量对镁合金微弧氧化膜层结构及性能的影响

  薛林, 吴朝峰, 祝海涛, 杨琳, 梁永梅, 彭珍珍, 刘英, 汪殿龙

  表面技术. 2025, 54(2): 96-105, 160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.007

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  目的 研究超音频脉冲能量对AZ31B镁合金微弧氧化膜层成膜过程、微观结构与形貌和耐腐蚀性能的影响，并分析其成膜机理。方法 通过改变超音频脉冲频率(50、100、150 kHz)调节脉冲能量，在硅酸盐体系中对AZ31B镁合金基体表面进行微弧氧化，采用激光共聚焦、SEM/EDS、XRD等对膜层表面形貌、元素组成及物相进行分析，通过电化学测试表征膜层耐腐蚀性能。结果 在硅酸盐体系中制备的微弧氧化膜层物相组成主要是MgO和Mg2SiO4。随着超音频脉冲频率提高，脉冲能量降低，微弧氧化起弧时间延长，膜层微孔尺寸减小，膜层表面均匀性提高。与基体相比，在超音频脉冲条件下制备的微弧氧化膜层，自腐蚀电位提高了1.5 V，膜层自腐蚀电流密度降低了3~4个数量级。结论 超音频电压脉冲会显著影响镁合金微弧氧化膜层微观结构，提高膜层均匀性。脉冲频率增加即脉冲能量降低，将降低微弧氧化过程中电弧的尺寸，增加电弧数量，进而降低膜层表面微孔尺寸，同时，降低表面疏松层厚度，提高致密层厚度，有利于提高膜层的耐腐蚀性能。
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  微弧氧化改性对Ti6Al4V合金电子束接头耐蚀性能的影响

  王晓波, 俞臻, 胡永辉, 吴鹏, 梅锦辉, 蔡智会, 许建平, 马英鹤, 郑文健, 杨建国

  表面技术. 2025, 54(2): 106-118. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.008

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  目的 提高Ti6Al4V合金电子束焊接接头耐蚀性能。方法 采用电子束焊接方法水平对接获得接头。利用微弧氧化技术对接头进行陶瓷化处理。通过光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学腐蚀测试和浸泡腐蚀测试，分别评价未覆膜接头及覆膜接头涂层的组织、结构和耐蚀性能。结果 与母材相比，焊接接头微观组织发生较大变化，由初生α相与晶间β相混合相转变为针状α‘马氏体集束，在晶界周围呈羽毛状分布。对接头与母材进行微弧氧化处理后，接头与母材区域表面特征相似，熔融状凸起较多且分布大小不均匀的微孔。然而，接头涂层孔径与孔隙率较小。与母材涂层相比，接头涂层厚度、完整性和连续性较低。接头涂层与母材涂层的主要组成均为金红石(Rutile)TiO2相和锐钛矿(Anatase)TiO2相。虽然与含涂层母材相比，含涂层接头耐蚀性较低，但其与不含涂层接头相比，自腐蚀电位(Ecorr)提升290 mV，自腐蚀电流密度(Jcorr)降低1个数量级，且在2 mol/L HCl溶液中浸泡腐蚀速率大幅降低。结论 微弧氧化处理可以有效提升接头在中性和酸性溶液中的耐腐蚀性能。
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  K465高温合金表面AlSiY涂层组织演变及化学去除过程研究

  蒋玉平, 黎红英, 汪洋, 帅朋江, 张俊, 赵阳, 余静, 王治武

  表面技术. 2025, 54(2): 119-126. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.009

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  目的 研究4种化学去除剂配方对K465合金表面AlSiY涂层去除均匀性的影响，以及涂层的组织结构演变规律，确定AlSiY涂层均匀去除的最佳配方。方法 制备4种配方的化学去除剂，分别对涂层进行去除，采用SEM、EDS，XRD等测试方法对比研究AlSiY涂层去除前后的组织结构演变，并通过第一性原理计算4种化学去除剂组分对涂层去除的影响。结果 K465高温合金表面AlSiY涂层结构分为内外两层，主要为β-NiAl相和少量碳化物，其中内层碳化物为M23C6，外层碳化物为M6C;Ni5Al3相为Ti元素扩散的壁垒，导致Ti元素无法扩散至表面;涂层表面不同取向晶面电子功函数的差异是涂层外层化学去除不均匀的根本原因，采用单组分硝酸时，涂层表面(110)晶面与(100)及(211)晶面电子功函数差值分别为0.77 eV和0.7 eV;在硝酸中加入氢氟酸，差值分别为0.6 eV和0.58 eV;在硝酸中加入铬酐后，差值分别为0.3 eV和0.36 eV，腐蚀均匀性明显提高;但在硝酸中同时加入氢氟酸和铬酐时，电子功函数差值达到最小，差值分别为0.17 eV和0.21 eV。结论 硝酸+氢氟酸+铬酐化学去除剂能够降低AlSiY涂层各晶面的电子功函数差异，有望实现AlSiY涂层外层化学去除的均匀性。
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  AlWCrNiMo高熵涂层的阻扩散性能研究

  张浩, 李小亚, 王禄越, 苏一凡, 唐鹏, 任耀, 黄宏军, 石倩

  表面技术. 2025, 54(2): 127-136. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.010

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  目的 解决NiAlHf涂层和镍基高温合金元素互扩散造成的抗氧化性能衰减问题。方法 采用磁控溅射技术在NiAlHf涂层与镍基高温合金N5之间沉积一层AlWCrNiMo高熵涂层作为扩散阻挡层，通过静态高温氧化测试和表征分析来评估涂层性能。结果 AlWCrNiMo具有单一的面心立方晶体结构，结构致密且与N5基体、NiAlHf面层结合良好。在1 100 ℃恒温氧化25 h后，无扩散障试样(NN)出现了连续的γ?-Ni3Al贫铝区，而有扩散障试样(NAN)的扩散阻挡层较好地抑制了这种扩散现象。NAN试样的互扩散区+二次反应区(IDZ+SRZ)宽度为19.2 μm，远小于NN试样的30 μm。然而随着氧化时间的延长，NAN试样的阻挡性能发生衰减。50 h之后NAN试样的二次反应区(SRZ)宽度大于NN试样;100 h后扩散障被逐渐消耗变薄，200 h时彻底分解。结论 1 100 ℃恒温氧化25 h后，AlWCrNiMo高熵扩散障明显减缓了元素扩散，氧化50 h后，高熵合金中分解的W和Mo元素在一定程度上促进了TCP相的析出。在氧化初期，NAN试样优先实现了暂态氧化铝到稳态氧化铝的转变，为基体提供了良好的保护，其增重明显小于单一NN试样。
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  表面活性剂对电镀锌-铟合金性能的影响

  邹忠利, 李洋, 单玺畅, 米志娟, 张旭

  表面技术. 2025, 54(2): 137-147. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.011

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  目的 研究表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与聚乙二醇2000(PEG)对Zn-In合金镀层性能的影响。方法 采用单因素试验确定了CTAB与PEG的含量，使用响应曲面法建立耐蚀性能测试参数与表面活性剂含量之间的数学模型。实验采用线性电位扫描，并采用维氏显微硬度仪，接触角测试仪、SEM、EDS和XRD对电镀锌-铟合金镀层的析氢行为、硬度、表面湿润性、表面形貌、元素种类以及物相组成进行表征。结果 通过响应曲面法建立了耐腐蚀性能参数与CTAB和PEG含量之间的数学模型，获得复合表面活性剂组成，镀层的耐蚀性良好;接触角测试结果显示，未加添加剂的膜层表面湿润角为56°，优化后镀层表面湿润角仅为25°，具有较好的亲水性，且由于晶粒细化使试样硬度提升;镀层主要由Zn、In、C、O等元素组成，加入表面活性剂对镀层的影响不大，金属铟的生长晶面主要为(101)和(102)晶面。结论 最佳添加复合表面活性剂的比例为CTAB 0.33 g/L，PEG 0.87 g/L，电镀液中添加表面活性剂后能够有效提升镀层耐腐蚀性能，有效抑制了析氢反应。
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  热处理对Fe-Al渗层组织结构及其熔融氯化盐腐蚀性能的影响

  陈维铅, 喇培清, 许世鹏, 马超, 李亚明

  表面技术. 2025, 54(2): 148-160. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.012

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  目的 探索热扩散处理温度对Fe-Al渗层组织结构的影响，研究其在熔融氯化盐中的腐蚀性，为310S不锈钢在光热发电氯化盐储热领域的应用提供技术方案。方法 使用77%Al2O3+20%Al+3%AlCl3(质量分数)渗铝剂在310S钢表面制备Fe-Al涂层，并通过750~950 ℃热扩散处理30 h，改善渗层的结构及物相组成;在800 ℃三元共晶熔融氯化盐浸泡30 h，评价不同热扩散处理温度对渗铝层耐腐蚀性的影响。采用XRD、SEM、EDS等分析腐蚀前后渗层微观结构、物相组成，以及截面形貌和元素分布。结果 800 ℃保温15 h在310S钢表面制备了140 μm厚的渗铝层，通过热扩散处理发现，温度对渗层结构及物相组成具有较大的影响。800 ℃以下热扩散处理渗层结构及组成基本没有变化，外层主要以Fe2Al5相为主，过渡层为FeAl相，腐蚀后表面未形成连续的氧化层。850 ℃处理渗层截面中间层出现了大量不规则孔洞，腐蚀后表面形成厚度约为15 μm的Al2O3层，对渗层起到了一定的保护作用，但氧化层与渗层界面结合不紧密，容易脱落。900 ℃热处理渗层物相均转化为FeAl相，与基体结合界面形成厚度约为30.4 μm的互扩散区;腐蚀后渗层表面形成厚度约为32 μm的Al2O3层，且无裂纹、孔洞，与渗层结合良好，耐腐蚀性能最佳。950 ℃处理渗层腐蚀后表面未形成氧化层，出现了54 μm的沿晶腐蚀深度。结论 310S钢表面渗铝层经900 ℃热扩散处理后，在熔融氯化盐腐蚀环境中形成了连续、致密的Al2O3层，展现出了良好的耐腐蚀性能。
精密与超精密加工
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  面向超薄硅晶圆精密磨削工艺的内部残余应力分析

  熊正权, 窦筠雯, 陈颖, 高能, 黄银, 朱旻昊, 冯雪

  表面技术. 2025, 54(2): 161-172. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.013

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  目的 硅基集成电路的超薄化(通常厚度≤50 μm)是高性能集成器件实现柔性化的关键，同时也满足了器件先进封装的需求。背面精密磨削是低成本、大规模制造超薄硅基集成电路的重要技术路径。然而，随着厚度的降低，本征硬脆的硅基器件的机械强度急剧下降，磨削的难度也极大增加。此外，当器件的厚度接近甚至低于有源层厚度(约为15 μm)时，磨削过程中产生的缺陷和内部残余应力将严重影响超薄器件的性能和良品率。因此，控制磨削过程的缺陷和内部残余应力是突破超薄柔性硅基集成电路制备技术的关键，非常有必要深入分析超薄硅晶圆精密磨削产生的内部残余应力，建立起工艺参数与内部残余应力之间的定量关系。方法 针对精密磨削工艺，基于磨轮与硅晶圆的几何运动学关系，将磨轮进给率对磨削过程的影响转变为对等效磨削深度的影响，建立了硅晶圆在单颗磨粒单次和多颗磨粒多次磨削下的有限元局部模型，探讨了工艺参数(磨轮转速、磨轮进给率、磨粒尺寸)、磨粒数量和磨削次数对磨削后的表面质量和内部残余应力的影响，开展了12英寸硅晶圆的自旋转精密磨削实验验证仿真。结果 硅晶圆精密磨削后的内部残余应力主要集中于距离硅片表面约50 nm处，并沿深度方向快速减小。降低磨轮进给率和减小磨粒尺寸可以有效降低内部残余应力，提高表面质量。使硅片磨削后的表面及内部区域近似处于等双轴压缩应力状态，当磨轮进给率为0.5、0.35和0.2 mm/s时，通过激光共聚焦显微拉曼光谱仪测得残余应力分别为(?185±33)、(?216±25)和(283±41) MPa，多颗磨粒多次磨削有限元仿真获得的残余应力分别为(?127±32)、(?171±43)和(?221±55) MPa，二者吻合较好。结论 将磨轮进给率转变为等效磨削深度后，建立的多颗磨粒多次精密磨削有限元模型可以有效预测硅晶圆自旋转精密磨削的内部残余应力，为硅基集成电路薄化工艺的开发和优化提供了指导。
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  pH条件对铝合金化学机械抛光过程中纳米摩擦化学行为的影响

  朱玉广, 王子睿, 马服辉, 梅璐, 王正义, 王永光

  表面技术. 2025, 54(2): 173-181, 221. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.014

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  目的 探讨pH条件对铝合金化学机械抛光微观过程中纳米摩擦化学行为的影响，表征抛光液在铝合金表面所形成的表面薄膜厚度及力学性能，并分析铝合金化学机械抛光过程中单磨粒接触状态与摩擦学特性。方法 使用0.6%(体积分数)过氧化氢(H2O2)和0.5%(质量分数)壳寡糖(COS)构成抛光液对铝合金表面进行处理，在铝合金表面反应生成的表面薄膜借助扫描电子显微镜进行细化表征。分析不同pH条件的抛光液对单磨粒/表面薄膜接触状态的影响规律，利用原子力显微镜测量了单磨粒/表面薄膜吸引力与黏附力数值。在纳米摩擦化学行为试验中，结合微观摩擦学理论模型阐明铝合金化学机械抛光过程中的摩擦化学去除机制。结果 在抛光液化学反应后，铝合金表面将会形成100 μm左右致密的氧化薄膜与40 μm左右稀疏的氧化络合薄膜。当抛光液pH值升高至11~12时，探针针尖与铝合金表面薄膜的吸引力和黏附力将会分别降低至24.49、32.01 nN。结论 原子力显微镜试验和微观摩擦学理论模型的分析表明，铝合金的摩擦化学去除过程不是黏附力引起的磨粒法向接触载荷增大所产生的，而可能是抛光液的化学腐蚀作用所引起的。当化学机械抛光液pH值大于9时，铝合金表面将会形成氧化络合层，成为材料磨损加剧的主要影响因素。在界面摩擦力作用下，沉积在铝合金表面薄膜的铝原子会吸附在探针针尖OH^*基团上，从而产生黏合作用，探针针尖在纳米摩擦划动过程中将其除去。最后，铝合金表面薄膜呈现出更低的摩擦因数。
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  基于麻雀算法优化神经网络的螺杆砂带磨削去除深度预测

  杨赫然, 张培杰, 孙兴伟, 潘飞, 董祉序, 刘寅

  表面技术. 2025, 54(2): 182-190. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.015

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  目的 准确获得螺杆转子砂带磨削材料去除深度，探究工艺参数对材料去除深度的影响。方法 通过分析螺杆转子砂带磨削去除机理，确定材料去除深度影响因素。提出一种基于麻雀算法优化长短时记忆网络-卷积神经网络模型(SSA-CNN-LSTM)，对螺杆转子砂带磨削加工中的材料去除深度进行预测。以磨削中影响材料去除深度的因素为输入，磨削深度为输出，构建利用SSA对CNN-LSTM超参数进行寻优的预测模型，并且与CNN-LSTM、LSTM、PSO-BP、RBF以及随机森林预测方法进行对比。结果 所提预测方法平均绝对百分比误差MAPE可达0.046 1，均方根差RMSE为9.261，平均绝对误差MAE达7.836，确定系数R²为0.997 4，相比于未优化CNN-LSTM网络和其他经典网络模型，预测精度更高，能够有效预测螺杆转子磨削材料去除深度。利用提出的模型探究了磨削工艺参数对材料去除深度MRD和材料去除一致性的影响。由预测结果可知，螺杆转子砂带磨削材料去除深度随法向压力、砂带线速度增加而增大，随进给速度、砂带目数增加而减小，且受法向压力影响最明显。通过对磨削前后工件廓形进行分析可知，材料去除深度随磨削区域受到的法向压力呈现中间磨削深度大、两侧逐渐减小的趋势。结论 提出的预测模型预测效果显著，分析了工艺参数对磨削材料去除深度和去除一致性的影响规律，可为其他类型的加工轮廓预测提供参考。
表面功能化
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  耐用光热超疏水涂层的防/除冰性能及其稳定性研究

  刘亚华, 宋文卓, 李文宗, 詹海洋, 王世许, 肖炳忠, 魏全茂, 张珂柯, 卢晨光

  表面技术. 2025, 54(2): 191-201. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.016

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  目的 开发具有优异防/除冰性能和耐用性的光热超疏水涂层。方法 将聚硅氮烷(PSZ)和环氧树脂(EP)混合后作为成膜树脂，掺入疏水纳米SiO2颗粒以及多壁碳纳米管(MWCNT)，通过喷涂法制备光热超疏水涂层。综合考虑涂层的润湿性、光热能力以及基底黏附性优化其配方。采用接触角测量仪对涂层表面的润湿性进行表征;通过光热除冰/霜实验来测定涂层的除冰/霜性能，通过静态结冰/霜实验、低温表面液滴碰撞实验等测试涂层的防冰与防霜性能;通过线性摩擦实验、胶带剥离实验和热失重实验等测定涂层的机械稳定性。结果 涂层表面的接触角为(156±2)°，滚动角为(7±1)°，表现出优异的超疏水性;在光热除冰实验中，对于表面上冻结的水滴仅需43 s的模拟太阳光照射即可脱落;对于覆盖在表面的冰层，经历12 min的光照后完全从表面脱落;在光热除霜实验中，全覆盖的表面积霜在2 min的光照后完全融化;在静态结冰实验中，涂层表面液滴的冻结时间延迟了6倍;在?10 ℃的低温碰撞实验中，液滴撞击过冷表面后能完全弹起脱离表面;在防霜实验中，涂层表面能够大幅延迟结霜并减少其覆盖。此外，线性摩擦实验和胶带剥离实验表明，涂层具有良好的耐磨损性以及较高的基底附着力;热重曲线和高温加热实验表明，聚硅氮烷赋予了涂层良好的热稳定性，使涂层在300 ℃环境下烘烤1 h后仍可保持超疏水性。结论 制备的耐用光热超疏水涂层具有极佳的光热防/除冰性能以及机械稳定性，涂层在经历摩擦磨损后仍具有出色的抗结冰和光热转换能力，为实现节能环保的防/除冰应用提供了富有前景的解决方案。
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  铝合金表面氟硅烷改性纳米二氧化硅超疏水耐蚀涂层的制备和表征

  刘恒阳, 张蕾, 史洪微, 宋影伟, 韩恩厚

  表面技术. 2025, 54(2): 202-212. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.017

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  目的 制备得到具有超疏水特性的聚氨酯涂层。方法 以羟基丙烯酸树脂1198、固化剂N75-脂肪族聚异氰酸酯(六亚甲基二异氰酸酯缩二脲)、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)和二氧化硅(SiO2)纳米颗粒为材料，采用简单的喷涂技术制备了一种耐用的铝合金表面超疏水涂层。首先制备了用于构筑超疏水涂层微纳结构的低表面能二氧化硅纳米颗粒(SiO2-PFOTES)。通过扫描电镜、透射电子显微镜、红外光谱仪、热重分析仪和表面分析手段对其微观结构和化学成分进行表征。将SiO2-PFOTES分散后加入1198树脂中，再加入N75固化剂获得铝合金表面超疏水涂层。采用接触角测量仪对材料表面润湿性进行测试。同时，对SiO2-PFOTES/聚氨酯(PU)涂层进行紫外线老化、盐雾试验测试。结果 当SiO2-PFOTES与PU质量比为1∶4时，所制备的超疏水涂层的水接触角为154°，滑动角小于5°。SiO2-PFOTES微纳结构层可在复合涂层表面形成明显的乳突状微纳结构，从而使涂层实现超疏水特性。此外，该涂层可有效排斥复杂混合物或有机液体，如牛奶、菜籽油和染料等。经过紫外线老化、盐雾试验，20 d后涂层仍具有优异的稳定性和超疏水性。结论 以PFOTES为改性剂，以SiO2纳米颗粒为填料构筑粗糙表面，在铝合金表面成功制备了具有稳定性的耐蚀超疏水复合涂层。
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  BN管片结构改性不锈钢网的疏水和耐高温性能

  张延乐, 王红波, 曾德军, 孙政玉

  表面技术. 2025, 54(2): 213-221. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.018

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  目的 利用表面生长纳米片的BN纳米管对不锈钢网基体进行表面改性，显著提高网表面的密度，增加空气垫效应，实现疏水性和耐高温性能的结合。方法 以质量比为8∶2∶1的氧化硼粉、纳米硼粉和纳米铁粉为原料，采用化学气相沉积法在不锈钢网表面沉积BN纳米管片复合结构。利用扫描电镜、接触角测量仪和热重-差热分析仪分别对BN纳米管片结构的形貌、疏水性以及耐高温性进行表征，探讨了沉积温度对复合结构形貌的影响规律，以及形貌与材料的疏水性和耐高温性之间的定量关系。结果 随着沉积温度从 1 220 ℃升高到1 250 ℃，BN纳米管的直径从50 nm增加到710 nm，且纳米管的数量显著增加，其表面纳米片分布越来越浓密。润湿角随着沉积温度的升高呈现出先增加后减小的趋势。在沉积温度为1 230 ℃时，改性后的不锈钢网表现出最大润湿角151.5°，达到超疏水效果。此时的BN纳米管直径约为151 nm，且表面的BN纳米片分布浓密。当温度高于1 230 ℃时，纳米管直径进一步粗化，润湿角也随之减小。经过700 ℃高温耐氧化测试发现，改性后的不锈钢网仍然保持着良好的疏水效果。结论 BN纳米管片复合结构可显著提高不锈钢网的表面空气垫效应，其形貌主要受沉积温度的影响。改性后的不锈钢网在700 ℃以下的疏水效果远高于高分子化学改性后的不锈钢网。本工艺实现了疏水性和耐高温性的结合，为新型耐高温疏水材料的应用打下良好的基础。
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  尿路导管表面含胍基聚合物生物涂层的制备及性能研究

  曹慧烨, 陈着, 张赫, 柏广行, 朱叶, 李小杰

  表面技术. 2025, 54(2): 222-233. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.019

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  目的 制备一种含胍基的聚合物抗菌涂层，实现其在尿路导管上的应用。方法 以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酰胺盐酸盐(APMA)和4-甲基丙烯酰氧基二苯甲酮(BP)作为共聚单体，通过自由基聚合制备了一种侧基带伯胺基的三元共聚物ploy(HEMA-co-APMA-co-BP), PHAB。随后通过胍基化改性将伯胺基团转变为胍基。利用浸涂法在聚氨酯表面制备含胍基聚合物抗菌涂层，随后进行紫外光固化使涂层进行交联固化，得到含胍基聚合物抗菌涂层(TPU-PHGB)。对涂层的基本性能进行了表征。通过涂板法定量评估涂层对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和尿路中促进结石产生的奇异变形杆菌的初始和长久抗菌性能。并测试了3种含胍基抗菌聚合物的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度。后续在体外模拟膀胱模型中培养7 d，观察涂层表面结石的生长情况，评估其抗结垢性能。通过活死细胞染色实验，并利用CCK-8试剂盒测试涂层及聚合物的细胞毒性，评估涂层的生物相容性。结果 涂层表面均一光滑，具有长久的广谱抗菌性和良好的生物相容性，并且可以减少表面结石的产生。在与大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和奇异变形杆菌共培养10 h后，涂层的抗菌效率可达99%;在共培养24 h和48 h后，涂层对大肠杆菌的抗菌效率在80%以上，对金黄色葡萄球菌和奇异变形杆菌的抗菌效率都保持在95%以上;在长达168 h共培养后，涂层对大肠杆菌的抗菌效率仍有65%以上，对金黄色葡萄球菌的抗菌效率为85%;对奇异变形杆菌的抗菌效率高达90%以上。在体外模拟膀胱模型中，涂层有效减少了结石的形成。结论 涂层不仅具有初始和长久广谱抗菌性，而且在体外抗结垢模型中减少了表面结石的产生，并且具有良好的生物相容性。
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  基于大气压等离子体的电镀零件表面石墨清洗及机理

  曹修全, 赵应鑫, 张鹏, 余德平, 王东伟, 吴开皓

  表面技术. 2025, 54(2): 234-242. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.020

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  目的 去除因高温烧结而引起的绝缘子表面石墨污染，保障电镀产品的表面质量，探究大气压等离子体清洗代替传统化学/物理去除石墨污染的机理与方法。方法 参照绝缘子污染情况试制石墨污染的4J29金属块样品，分别开展加热Ar+O2、不加热Ar/Ar+O2等离子体清洗对比实验。采用光谱仪分析Ar/Ar+O2等离子体的化学特性。利用电子分析天平、扫描电子显微镜、能谱仪分别检测了样品表面石墨的质量变化、形貌以及元素成分变化。结果 在样品加热的情况下，经Ar+O2等离子体清洗后，4J29金属块表面的碳含量(质量分数)从97%降低至6%;Ar/Ar+O2等离子体均可以在接近常温下有效去除石墨，且Ar+O2等离子体的石墨去除效率较纯Ar等离子体提高0.7倍;在样品加热到300 ℃情况下，Ar+O2等离子体的石墨去除效率较不加热时提高了27.3倍。结论 大气压Ar+O2等离子体清洗可以有效去除电镀零件表面的石墨污染;石墨去除效率与活性氧原子密度呈正相关;提高零件表面温度可以在活性氧原子供应充足的情况下显著提高石墨去除效率。
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  乙内酰脲碱性无氰镀铜工艺的研究

  陈耀, 任骊, 余云丹, 张中泉, 常菲帆, 卫国英

  表面技术. 2025, 54(2): 243-249. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.02.021

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  目的 目前比较成熟的电镀铜工艺大多涉及氰化物，但相关工艺存在环保等问题，因此开发新型的无氰镀铜工艺，替代传统的氰化镀铜工艺，长期以来一直是研究的热点。方法 以氯化亚铜为铜源，选用乙内酰脲作为镀液配位剂，结合其他成分，并优化乙内酰脲浓度、镀液温度以及pH值等工艺参数，在Q235低碳钢片上实现铜的电沉积。通过极化曲线和循环伏安曲线讨论镀液的极化度和成膜机理，利用扫描电子显微镜和金相显微镜观察镀层的微观形貌，并通过X射线晶体衍射仪研究乙内酰脲添加剂对镀层中铜的成核及生长所起到的作用。计算了乙内酰脲体系电沉积铜的电流效率，通过在完整镀液中加入Q235钢片静置24 h，验证是否发生置换反应。结果 研究表明，铜的电沉积符合连续成核生长模式，循环伏安曲线表明加入乙内酰脲后在?0.73 V附近出现了铜的阴极还原峰;加入乙内酰脲和三乙烯四胺的复合添加剂使沉积电位负移，增大了极化;乙内酰脲体系所得铜镀层更为平整，结晶粒更为细小，XRD测试表明乙内酰脲体系镀铜层沿(200)晶面择优生长，相关体系的电流效率可高达91%，验证了镀液体系没有发生置换反应。该配方及工艺条件为:氯化亚铜10.0 g/L，乙内酰脲34.7 g/L，无水Na2SO4 20 g/L，三乙烯四胺0.1 g/L，NaCl 10.0 g/L，pH值9~10，温度45 ℃，电流密度2.0 A/dm²。结论 相关镀液用于无氰镀铜工艺，镀层平整致密。