2025年, 第54卷, 第20期　
刊出日期：2025-10-25

  

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研究综述
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  基于牛血清白蛋白的防污涂层研究进展

  张载言, 李鹏飞, 张宇浩, 高海滨, 张世新, 李长江, 陈昊冉, 张嘉文, 项力

  表面技术. 2025, 54(20): 1-14. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.001

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  生物污损主要源于蛋白质、细胞及微生物在材料表面非特异性吸附并逐步形成生物膜,对医疗器械及生物传感器的长期性能构成严重威胁。牛血清白蛋白（Bovine Serum Albumin, BSA）凭借其优异的生物相容性、多功能配体结合能力及动态界面调控特性,已成为构建高效防污涂层的关键材料。系统综述了基于BSA防污涂层的研究进展,首先解析了生物污损的五阶段形成机制及防污涂层构建的三大核心策略,然后重点阐述了BSA涂层的原位相变（还原与热变性）技术,以及与小分子、高分子、纳米材料的复合改性方法,全面梳理了各类策略在优化界面亲水性、增强涂层稳定性与阻断生物膜形成方面的协同机理,评述了BSA基涂层在植入式与介入式医疗器械中的实际应用效果,指出其在抑制细菌黏附、改善抗血栓性能等方面的显著优势。最后,结合涂层耐久性、复杂生物流体适应性及产业化制备等挑战,提出未来研究应聚焦分子机理解析、长期稳定性提升及应用范围拓展（如海洋防污）的发展方向,为高效、安全、可持续的抗污技术创新提供理论依据和实践指导。
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  机械处理自纳米化对金属腐蚀行为的影响研究进展

  黄文俊, 万文杰, 武曼航, 项立银, 孔继周, 韦红余

  表面技术. 2025, 54(20): 15-27. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.002

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  金属材料失效通常始于表面损伤,而腐蚀破坏是导致表面损伤的主要形式之一。表面自纳米化技术通过机械处理或非平衡加热处理,在保持材料整体成分/物相不变的情况下使材料的表面转变为纳米晶态,可有效改善材料力学性能并显著影响其腐蚀行为。目前,表面自纳米化对金属腐蚀行为的相关研究主要集中在机械处理自纳米化。本文旨在阐明机械处理自纳米化对金属腐蚀行为的作用机制。首先,介绍了表面自纳米化的概念及种类。其次,列举了几种典型的机械处理自纳米化技术,并系统讨论了其关键工艺参数对金属腐蚀行为的影响。此外,基于机械自纳米化技术的基本原理,进一步对其影响金属腐蚀的共性机制进行了探讨,重点讨论了机械处理自纳米化在钝化膜、表面活性及微观组织方面的作用及其对腐蚀行为的影响。研究表明,机械处理自纳米化对金属腐蚀影响具有双重性,起到了促进与抑制的作用。通过工艺参数优化及与其他处理工艺结合,抑制不利因素并强化有利因素,可实现金属材料腐蚀行为的定向调控。然而,由于影响腐蚀的因素众多且难以解耦,该领域仍需进一步深入研究,以明确其内在机制并推动相关技术的发展。
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  大型水轮机组推力轴承材料与结构及其润滑性能研究进展

  杨子毅, 汤正阳, 薛炳, 李湧博, 李虎, 向艾军, 王优强

  表面技术. 2025, 54(20): 28-43. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.003

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  随着中国的能源结构向绿色低碳转型,水电作为清洁能源的重要组成部分,其核心设备水轮机的可靠性和效率备受关注。推力轴承作为水轮机组中承受轴向载荷的关键部件,其润滑性能直接影响机组的运行稳定性。系统综述了大型水轮机组推力轴承及其润滑性能的研究进展,介绍了推力轴承及其静压顶升装置的结构特点,分析了刚性支柱螺栓支撑、弹簧簇支撑、弹性油箱支撑、弹性橡胶垫支撑、弹性圆盘支撑和弹性柱销簇支撑等类型推力轴承的优缺点及其适用工况;对比了巴氏合金、聚四氟乙烯（PTFE）和聚醚醚酮（PEEK）等推力轴瓦材料的性能,并探讨了其在力学性能、热学特性及润滑性能方面的优劣。此外,详细阐述了基于Reynolds方程的热流体动力润滑（THD）和热弹性流体动力润滑（TEHD）分析方法,以及基于计算流体力学（CFD）的润滑特性研究进展,并总结了这些方法在推力轴承润滑特性研究中的应用现状及局限性。最后,从支撑结构优化设计、新型复合材料研发、多尺度润滑机理研究和润滑系统智能运维等角度,对未来大型水轮机组推力轴承的发展方向进行了展望。
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  CVD多晶金刚石膜的生长技术与热导率优化研究进展

  王子昂, 张晓宇, 王英楠, 韩赛斌, 彭燕, 徐明升, 徐现刚, 胡秀飞, 葛磊

  表面技术. 2025, 54(20): 44-69. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.004

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  系统综述了化学气相沉积（CVD）技术在多晶金刚石膜生长与热导率优化领域的研究进展,聚焦大尺寸制备技术突破及热性能调控机制。通过对比热丝化学气相沉积（HFCVD）、微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）、直流热阴极化学气相沉积（DC-HC CVD）及直流电弧等离子体喷射化学气相沉积（DC arc jet CVD）等主流方法的工艺特点,揭示了各类技术在大尺寸金刚石膜制备中的优势与局限性。研究指出,大尺寸金刚石膜的制备需结合反应器设计创新、等离子体激发模式优化及多参数协同调控,以实现高效、均匀的规模化生产。在热导率优化方面,研究系统分析了晶粒尺寸、膜厚、晶面取向及残余应力等多因素的协同作用。通过优化晶粒尺寸与膜厚的匹配关系,显著降低了晶界密度对声子传输的散射效应,从而提升整体热输运效率。工艺参数中,碳源浓度、温度与功率的精准调控对晶粒形貌与结晶质量具有决定性影响,晶面取向的择优生长可进一步强化热导率优势。动态磁场辅助、基团比例调控等创新方法为晶面定向生长提供了新路径。残余应力问题则需通过衬底选择、界面预处理及结构设计等策略综合缓解,以降低晶格畸变对热性能的负面影响。为高性能金刚石热管理材料的开发及高功率电子器件的散热应用提供了理论框架与技术参考。
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  镁基合金微弧氧化热控涂层的研究进展

  祁宁薇, 张敏

  表面技术. 2025, 54(20): 70-85. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.005

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  镁基合金因质轻、高比强度、优良的阻尼和加工性能等特点,在航空航天等多个领域应用广泛。热控涂层是航天器热设计常用的一种被动热控制技术。选用合适的热控涂层,能使航天器某些部位处于期望的温度范围内,这对于航天器正常在轨运行具有重要的作用。而微弧氧化（MAO）技术可在镁合金表面原位生长结合力强的陶瓷膜,对镁基合金进行有效防护的同时,还可通过改变实验参数对涂层的热控性能进行调控,使其温度处在一个适宜的范围。目前,镁基合金热控涂层存在热控效率低、耐太空辐照性能差、耐蚀性和热震性能差等问题,围绕提升镁基合金热控涂层性能,简单介绍其热控机理,并从实验参数和色度性质两方面对热控性能的影响进行了综述。反应时间作为关键实验参数,通过改变氧化涂层的厚度、粗糙度及孔洞数量等表面结构影响其热控性能。氧化过程中,占空比、电源频率和电流密度等电参数,通过改变能量供给状况,显著改变涂层的表面形貌与微观结构,进而调控其吸收率、发射率及抗紫外辐照等性能。此外,在电解液中添加不同的着色盐可以改变氧化涂层的色度值,进而影响其吸收率、发射率、耐腐蚀及抗热震等性能。这些实验参数对热控涂层各方面性能影响的研究,对研制综合性能更好、应用更广的微弧氧化热控涂层具有重要的指导意义。
腐蚀与防护
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  多元素耦合作用下深海铝合金阳极表面活化机理

  李祯, 丁枫林, 张一晗, 张海兵, 刘聘, 范林, 孙明先, 马力

  表面技术. 2025, 54(20): 86-99. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.006

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  目的 解决深海环境中铝合金牺牲阳极钝化问题,提高其表面活性。方法 在商用Al-Zn-In阳极基础上,结合文献优选出Ga、Mg、Ca、Mn、Ti 5种合金化元素,采用正交试验法设计出梯度成分的八元铝合金。结果 通过金相和扫描电镜（SEM）证实多种合金化元素的添加细化了铝阳极显微组织,但过高的Mg添加会导致缺陷增加;电子衍射仪（EDS）表明Mg、Zn、Ga、Mn等元素固溶于铝合金基体中,Ca、Ti、In则以直径小于2 μm的析出相在晶内均匀析出;扫描Kelvin探针（SKP）证明高含量的合金化元素导致表面电位分布不均,电位差增加,电偶腐蚀倾向增加;极化曲线结果证明低温、低氧环境导致阳极钝化电位区间增加,高压导致阳极自腐蚀电流密度增加,适当合金化元素的添加会减小阳极钝化电位区间,降低钝化电流和自腐蚀电流密度;电化学性能试验得出Mg、Ti、Ca、Mn最佳元素成分（质量分数）区间分别为0.9%~1%、0.018%~0.02%、0.05%~0.06%、0.09%~0.1%,八元铝阳极最大电流效率超过92%。X射线光电子能谱仪（XPS）证实八元铝阳极表面腐蚀层由Al₂O₃、Al(OH)₃、ZnO、Mg(OH)₂、Ga、In构成,表明腐蚀层中以Al₂O₃主导的钝化作用被破坏。结论 适量添加Ga、Mg、Ca、Mn、Ti合金化元素可显著提高铝阳极在高压、低温以及低氧海水环境中的电化学活性,为未来深海环境铝阳极开发提供了数据支撑。
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  AZ31B镁合金/316不锈钢涂层腐蚀行为研究

  张哲云, 李旭强, 李文生, 张婷, 李亚明, 翟海民

  表面技术. 2025, 54(20): 100-110. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.007

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  目的 探究镁合金表面316不锈钢涂层微观结构、耐腐蚀性及电偶腐蚀行为关联特性。方法 采用超音速火焰喷涂技术（HVOF）在AZ31B镁合金表面制备316不锈钢涂层,采用电化学工作站、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪等检测设备,通过镁合金基体和316不锈钢块体的腐蚀行为对比,研究AZ31B镁合金基体/316不锈钢涂层在3.5%（质量分数）NaCl溶液中的腐蚀及防护失效后的电偶腐蚀行为。结果 316不锈钢涂层可将AZ31B镁合金表面腐蚀电流密度降低2个数量级;涂层在沉积过程中造成的界面氧化和析出的少量σ相会消耗其周围Cr元素,所致的贫Cr区是形成点蚀的薄弱区域;涂层表面孔隙和片层界面等缺陷耦合作用所致的腐蚀聚集区易形成穿透性孔隙,腐蚀介质可经过穿透性孔隙与基体形成回路,零电阻安培计（ZRA）所测得电偶电流密度最高可达1.142×10^-4 A/cm²,E_corr负移至-1.218 V,接近AZ31B基体腐蚀电位（-1.521 V）。结论 316不锈钢涂层的表面孔隙和片层界面等缺陷相互作用,易形成贯穿性孔隙,引发电偶腐蚀,涂层-基体界面的电偶腐蚀产物会进一步迫使涂层开裂,进而加速镁合金基体的腐蚀损伤以及涂层的剥落失效。
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  α-ZrP基异质结纳米材料复合环氧树脂涂层的制备及其防腐性能的研究

  宁亮, 吕怡倩, 赵景茂

  表面技术. 2025, 54(20): 111-123. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.008

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  目的 为开发一种兼具物理屏蔽与自修复功能的环氧复合防腐涂层。方法 采用共沉淀法合成负载2-巯基苯并噻唑（MBT）的CaAl-MBT LDH@ZrP异质结复合纳米材料,并将其引入环氧树脂（EP）中制备复合涂层。通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征不同纳米填料（α-ZrP、CaAl LDH-ZrP、CaAl-MBT LDH@ZrP）的微观形貌和化学结构。结合紫外-可见吸收光谱分析MBT的释放行为。最后,利用电化学阻抗谱（EIS）和盐雾试验系统评价涂层的防腐性能。结果 CaAl-MBT LDH@ZrP复合纳米材料对MBT具有良好的负载能力。MBT的释放呈现两阶段特征：最初7 h内快速释放,之后速率减缓并趋于稳定,表明其能够实现长效的缓蚀效果。CaAl LDH的高表面能改善了α-ZrP与环氧树脂的界面相容性,使填料在基体中均匀分散,构建致密屏障结构。在3.5%（质量分数）NaCl溶液中浸泡60 d后,CaAl-MBT LDH@ZrP/EP涂层的低频阻抗值（|Z|_{0.01 Hz}）较纯EP涂层提升4个数量级。盐雾实验显示该涂层能有效抑制腐蚀反应的进行,验证了MBT在碳钢表面的自修复效应。结论 通过构建CaAl-MBT LDH@ZrP异质结填料,实现了物理屏蔽与自修复的协同增效。该复合涂层在长期服役条件下表现出优异的阻隔性能和自修复能力,为开发智能长效防腐涂层提供了创新性策略。
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  Ta含量对CrTaN涂层微观结构与耐腐蚀性能的影响

  丁明理, 张凤玲, 张武, 高峰, 于鑫枫, 卢旭东, 郭策安

  表面技术. 2025, 54(20): 124-134. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.009

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  目的 研究Ta含量对CrTaN涂层微观结构和耐腐蚀性能的影响。方法 通过磁控溅射技术,采用不同组分的CrTa靶材在炮钢表面制备了不同Ta含量的CrTaN涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及电化学工作站对涂层的微观结构和耐腐蚀性能进行分析。结果 当Ta含量为1.12%（原子数分数）时,CrTaN涂层呈现出菜花状表面形貌;随着Ta含量增加,涂层表面形貌逐渐转变为三棱锥形貌。CrTaN涂层始终保持CrN（111）晶面择优取向,且随着Ta含量的增加,（111）、（200）、（220）和（311）晶面的衍射峰逐渐向低角度偏移,Cr₈₈Ta₁₂N涂层中出现Ta（111）和Ta（222）晶面。加入少量Ta后,CrTaN涂层的腐蚀电流密度呈单调递减趋势。其中,Cr₉₆Ta₄N涂层的腐蚀电流密度最低（5.8×10^-6 A/cm²）,耐腐蚀性能最佳。随着Ta含量进一步增加,CrTaN涂层表面缝隙变多,腐蚀电流密度增加,耐腐蚀性能下降。恒电位极化测试表明,Cr₉₆Ta₄N涂层未出现明显的钝化膜破裂或局部腐蚀,而纯CrN涂层则发生多次钝化膜破裂并伴随局部腐蚀现象。结论 CrTaN涂层表面致密连续无明显缺陷,截面呈现明显的柱状晶结构;随着Ta含量的增加,涂层的表面及截面形貌发生显著变化;CrTaN涂层与CrN涂层相比,耐腐蚀性均得到提升。
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  2-氨基苯并咪唑在微蚀超粗化中的应用及作用机理分析

  袁永祺, 沈勇

  表面技术. 2025, 54(20): 135-145. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.010

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  目的 研究印制电路板生产超粗化工艺中2-氨基苯并咪唑（2-AB）作为缓蚀剂对铜基材与环氧树脂界面结合力的提升效果及其机理分析。方法 采用失重法、喷淋法、真空热压法制备了铜-树脂压合物。通过剥离测试检验结合强度提升效果。通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和背散射电子衍射（EBSD）等方法,从表面特征形貌、粗糙度、选择性腐蚀等角度解析界面结合力增强的微观机制。通过动电位极化测试和阻抗谱测试（EIS）验证缓蚀剂在酸性铜离子溶液中的有效性,研究了其缓蚀机理。结果 缓蚀剂的加入能够降低蚀刻液的腐蚀速率。2-AB的存在有助于在铜表面形成可提升结合力的表面结构,增大铜与树脂的接触面积,显著提升铜-树脂的结合强度。在2-AB的影响下,铜-树脂的结合强度相较于2-AB类似物1-氨基苯并三唑影响下的铜-树脂结合强度提升了2倍以上。铜表面有助于提升结合力的结构,是在2-AB影响下通过选择性保护来实现的。2-AB通过不完整的吸附层实现了表面粗化的目的。结论 2-AB作为超粗化过程中的缓蚀剂,可以显著提升铜-树脂之间的结合强度。
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  锌浴中Al、Mg元素含量对镀层组织与耐蚀性能的影响

  王志斌, 刘柯, 王胜民, 侯德宝, 彭斯, 牛犇, 章平

  表面技术. 2025, 54(20): 146-154. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.011

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  目的 热镀锌批量镀工艺在生产中存在镀层结合力差、缺陷多、铝镁含量无法把控等问题。因此,采用批量镀工艺方法,借助于自主研发的无铵助镀剂和助镀处理工艺,旨在研究锌浴中Al、Mg元素含量对批量热浸镀锌铝镁镀层组织及性能的影响。方法 采用批量镀方法制备了不同Al、Mg含量的锌铝镁合金镀层,通过扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDS）对镀层的微观组织结构和化学成分进行了系统表征;通过电化学极化曲线测试、中性盐雾腐蚀试验（NSS）以及全浸腐蚀实验等方法,全面评估了镀层的耐腐蚀性能;采用XRD分析了镀层的腐蚀产物。结果 结果表明：在锌浴中添加Al和Mg元素后,镀层微观结构主要由富Zn相、Zn/Al/MgZn₂三元共晶相、Zn/MgZn₂二元共晶相以及Fe₂Al₅Zn_0.8金属间化合物相组成;随着Mg含量的增加,镀层中的Zn/Al/MgZn₂三元共晶相和Zn/MgZn₂二元共晶相增多;随着Al含量的增加,镀层厚度逐渐增加,镀层和基体界面处Fe₂Al₅Zn_0.8合金相层逐渐减薄并演变为分散块状分布于镀层中。随着Mg、Al含量的增加,镀层的自腐蚀电位逐渐正移,腐蚀电流密度呈下降趋势,极化阻抗逐渐增大,镀层的全浸腐蚀速率逐渐降低。通过中性盐雾腐蚀对比,锌铝镁镀层的耐蚀性优于纯锌镀层;与纯锌镀层相比,Zn-2Al-2Mg镀层的白色腐蚀产物没有发现ZnO,出现了含Mg₂CO₃的化合物,Zn₅(OH)₈Cl₂H₂O衍射峰增多。结论 因此,锌浴中添加Al（0.5 %~2%,质量分数）、Mg（0.5 %~2%,质量分数）时,批量镀可以获得Zn/MgZn₂二元共晶相、Zn/Al/MgZn₂三元共晶相特征明显的锌铝镁镀层,且镀层的耐蚀性随着Al、Mg的添加量增多而逐渐提高。
精密与超精密加工
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  面向航空航天合金复杂结构的等离子电解抛光技术研究现状及展望

  周传强, 钱宁, 丁文锋, 傅玉灿, 苏宏华

  表面技术. 2025, 54(20): 155-181. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.012

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  随着航空航天领域对零件表面质量和结构复杂度要求的不断提高,复杂结构合金表面高效精密抛光技术的发展受到广泛关注。系统综述了当前复杂结构表面抛光技术的研究进展,涵盖了传统机械抛光、磨粒流抛光、磁流变抛光、激光束与电子束等能量束抛光,以及电化学抛光等典型方法,分析了各类技术在加工效率、适应性及表面质量方面的优势与局限性。随后,重点分析了等离子电解抛光的材料去除及表面平滑机制。结合近年来的研究进展,归纳了等离子电解抛光的新方法;总结了关键工艺参数及其对表面质量的影响规律;介绍了等离子电解抛光技术在不同合金材料及复杂结构件表面抛光中的应用效果。最后,对合金复杂结构表面抛光技术进行了总结。特别地,指出当前等离子电解抛光为代表的高效精密抛光技术在复杂结构加工中的发展瓶颈,提出未来研究应聚焦于多物理场耦合机制解析、智能化装备开发及绿色可控工艺构建,以推动该技术在航空航天乃至生物医疗和精密模具等领域的工程化应用。
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  SiC陶瓷纵扭超声磨削表面亚表面损伤及其试验研究

  闫艳燕, 袁登科, 张奇朋

  表面技术. 2025, 54(20): 182-195. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.013

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  目的 探究纵扭超声磨削碳化硅陶瓷表面及亚表面损伤机理。方法 首先建立了纵扭超声磨削单颗磨粒的运动学轨迹方程及单颗磨粒的切削弧长模型,分析了其材料去除机理,并建立了单颗磨粒最大未变形切削厚度模型,分别给出了纵扭超声磨削碳化硅陶瓷材料的应变率模型及动态断裂韧性模型,在此基础上,建立了纵扭超声磨削单颗磨粒的脆塑性转变临界切削深度模型及最大亚表面损伤深度模型。其次基于金刚石砂轮磨粒的随机分布特性,建立了多颗金刚石三维几何模型,并进行了碳化硅陶瓷纵扭超声磨削多颗金刚石磨粒三维去除过程仿真分析。最后进行了碳化硅陶瓷纵扭超声磨削试验。结果 纵扭超声振动的引入增加了单颗磨粒的实际切削弧长,减小了单颗磨粒的最大未变形切削厚度,提高了材料的应变率及动态断裂韧性,进而增加了碳化硅陶瓷材料脆塑转变临界切削深度,扩展了其塑性去除区域,表面及亚表面损伤程度随之降低。此外,与传统磨削相比,最大亚表面损伤深度最大降低约21.2%。纵扭超声磨削碳化硅陶瓷最大亚表面损伤深度模型试验结果与理论结果吻合较好,最大误差率为13.8%,平均误差率为8.4%。结论 纵扭超声磨削可以显著降低碳化硅陶瓷表面及表面损伤,这为实现碳化硅陶瓷低损伤加工提供了关键的理论支撑。
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  基于组合磁极的细长管内表面磁粒研磨试验研究

  金宇航, 杨海吉, 唐嘉斌, 韩冰, 沈秋实, 许晓彤

  表面技术. 2025, 54(20): 196-206. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.014

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  目的 解决磁粒研磨技术加工细长管内表面时,磁感应强度低与磁场分布不均等局限性所导致的研磨效率低与均匀性差的问题。方法 提出以单个扇形磁极为基础单元进行磁极排布来优化外部磁场,通过Maxwell有限元仿真软件对比不同排布方式的磁场分布特性并通过EDEM离散元仿真软件对管件内表面受力情况和磁性粒子运动状态进行分析,然后采用不同排布方式对SUS 304细长管内表面进行研磨试验。结果 Halbach同性排布的励磁面积与磁场分布均匀性最优,且在Halbach同性排布下粒子吸附效果与翻新程度均匀。当采用Halbach同性排布时,不同位置表面粗糙度值分别由Ra 3.045 μm和Ra 3.083 μm下降至Ra 0.165 μm和Ra 0.175 μm,降低率均达到94%以上,研磨效果强于Halbach异性排布和同体积组合磁极。结论 以单个扇形磁极为基础单元组成的Halbach同性排布,可以有效提高细长管内表面研磨效率,表面轮廓平整,且研磨效果均匀。
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  考虑材料流动特性的渗碳20CrMnTi磨削去除机理

  曹长虹, 冯俊超, 陶彦辉, 孙聪, 宋成杰

  表面技术. 2025, 54(20): 207-216. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.015

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  目的 为适应极端环境交变载荷冲击的复杂服役环境,需充分发掘20CrMnTi改性制造潜力,有必要开发新型抗疲劳性形协同制造方法,以实现多周期服役下长耐久性的工程价值。方法 提出一种基于加工动态热力耦合效应的磨削渗碳强化表面抗疲劳制造方法,建立考虑材料流动特性的磨削渗碳强化表面材料创成模型。混合碳粉和淀粉水溶液结合模具制备工件表面预置碳层,对20CrMnTi工件预磨削以保持较高的平面度,将脱水后的碳层置于工件表面,对工件表面材料进行大切深磨削以充分利用加工中的热力耦合效应以及砂轮高频次冲击微锻效应,实现加工表面的性形协同抗疲劳制造。同时,基于加工砂轮表面磨粒运动学规律与被加工材料冷作硬化性质,探明加工表面材料渗碳强化改性创成机制。结果 磨削渗碳强化加工表面磨削力可一定程度降低,这是由于材料流动特性降低,加工区域表面材料更容易过早发生断裂,强热力耦合作用下的渗碳强化加工表面粗糙度为0.97 μm,而较小加工参数下加工颤振所致的表面粗糙度为5.7 μm,且硬化后的硬度可达基体硬度的3.5倍,所获得的最大残余压应力为260 MPa。结论 该研究阐明了所提工艺方法的性形协同创成机制,可实现低碳合金钢表面的高性能制造,为极端环境关键表面性形协同制造提供理论与工艺价值。
表面功能化
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  高能大气等离子喷涂功率对固体氧化物燃料电池电解质组织与性能的影响

  赵澳婷, 宋琛, 匡同春, 张梦婷, 杜心海, 刘太楷, 文魁, 毛杰, 张小锋, 刘敏

  表面技术. 2025, 54(20): 217-227. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.016

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  目的 提高GDC电解质的致密度和GDC电池的电化学性能。方法 通过配备Metco Triplex Pro-210喷枪的大气等离子喷涂系统(APS)分别在70、75和80 kW的喷涂功率下制备了GDC电解质。利用spray watch 2i、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪和电化学工作站等检测设备对粒子的飞行状态以及涂层微观形貌、力学性能、电化学性能进行表征。系统探究喷涂功率对GDC电解质致密性和电池输出性能的影响。结果 80 kW喷涂功率下GDC粒子的沉积效果最好,沉积的涂层中的孔洞和裂纹数目最少,涂层孔隙率为5.26%。此时的GDC涂层具有较好的力学性能,其硬度和弹性模量值分别为(6.93±0.12)、(173.23±17.04) GPa。在600 ℃下,80 kW电池的开路电压为0.91 V,峰值功率密度为219.86 mW/cm²,欧姆阻抗为0.64 Ω∙cm²,电导率为0.009 4 S/cm。结论 80 kW喷涂功率下GDC粒子的沉积效果最好,涂层的力学性能、组织性能以及电化学性能等综合性能最佳。
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  偶联剂表面改性二维片状SrTiO₃粉体/聚偏氟乙烯复合材料介电储能特性研究

  陈铃, 王娇, 刘少辉, 高畅, 刘辉, 查道颖

  表面技术. 2025, 54(20): 228-237. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.017

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  目的 开发高储能密度、高放电效率复合电介质材料对提升功率型器件设备小型化、微型化和轻量化具有重要意义。方法 利用熔盐工艺结合混合碱法合成出大长径比二维片状SrTiO₃粉体作为无机填料,并利用3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂对其进行表面改性,随后将改性后的二维片状SrTiO₃粉体与聚偏氟乙烯（PVDF）进行复合,系统地研究了不同表面改性二维片状SrTiO₃粉体填料含量对PVDF复合材料介电储能特性的影响。结果 实验测试表明：合成出的SrTiO₃粉体无机填料具有良好的二维片状形貌,其尺寸长为2~5 mm,宽为2~5 mm,厚度为0.3~0.7 mm,表面改性后的二维片状SrTiO₃粉体填料均匀分布在PVDF复合材料中,随着二维片状SrTiO₃填料含量的增加,PVDF电介质复合材料的介电性能显著提升,二维片状SrTiO₃粉体填充量为7.5%（体积分数）时,复合材料的介电常数高达23.2,是纯PVDF介电常数的2.9倍。在较低的二维片状SrTiO₃粉体填充量下,PVDF复合材料均展现出较高的耐击穿场强。表面改性后二维片状SrTiO₃粉体填料填充量为2.5%（体积分数）时,PVDF复合材料的储能密度达6.9 J/cm³,是纯PVDF储能密度的2.46倍。结论 采用表面偶联剂改性可以显著改善二维片状SrTiO₃填料表面性能,在较小的含量下显著提升复合材料的介电常数、耐击穿场强,从而显著提升复合材料的储能特性,为制备高性能电介质储能电容器提供了重要的实验参考。
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  络合剂的种类及其浓度对镁合金钒铈转化膜性能的影响

  汤业禧, 钱善华, 刘森, 李元祥, 张嘉, 陈娟, 高赫, 卞达

  表面技术. 2025, 54(20): 238-251. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.018

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  目的 为简化镁合金表面防护工艺,拓展其在电子器件的工程应用,亟需开展镁合金表面耐腐蚀性能和导电性能的影响研究。方法 选用硬脂酸（SA）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和四硼酸钠（Borax）等络合剂分别与乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）组合成复合络合体系加入转化液,以制备不同组分的转化膜,探究络合剂种类及浓度对其表面形貌、耐腐蚀性能、导电性能的影响,评价转化液的皮肤细胞毒性,进而提出一种镁合金零件表面处理的简便策略。结果 添加SA和SDBS后,转化膜保护效率较低,而添加Borax后转化膜的耐腐蚀性能最佳;当Borax浓度为6 g/L时,腐蚀电流密度小于基础转化膜1个数量级,对镁合金的保护效率达86.1%,其平均电导率提升了20.8%;所制得的转化膜膜层致密,膜层厚度约为1.25 μm,与基体的结合力强。6 g/L Borax转化液在（0.05 μg/mL~50 g/L）浓度范围内可使人永生化角质细胞HaCaT（HaCaT）的细胞活力达80%以上,表明其具有较低的皮肤细胞毒性。结论 添加了6 g/L Borax转化液制得的转化膜综合性能较好,能够为镁合金表面防护策略及其在电子器件的工程应用提供较好的技术参考。
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  TiO₂纳米管填充Cu₂O纳米棒的芯鞘结构的制备及其影响因素

  蓝剑锋, 张贤慧, 常江凡, 吴波, 陈柏屹, 吴建华

  表面技术. 2025, 54(20): 252-266. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.019

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  目的 制备TiO₂纳米管填充Cu₂O纳米棒的芯鞘结构,并讨论其影响因素。方法 通过精准的阴极极化和优化的脉冲沉积工艺在TiO₂纳米管内部填充Cu₂O,实现Cu₂O在TiO₂纳米管内部的填充率为100%。通过控制变量法分析电化学沉积方法、脉冲电位沉积工艺参数和电镀液配比对TiO₂纳米管填充Cu₂O的影响规律。结果 对TiO₂纳米管进行精准的阴极极化,选择性地提高内部阻挡层的导电性,促使电沉积过程中Cu₂O在TiO₂纳米管底部形核析出并沿着底部至顶部的方向定向沉积,形成TiO₂纳米管包裹Cu₂O纳米棒的芯鞘结构。电化学沉积方法、脉冲电位沉积工艺参数和电镀液配比对Cu₂O在TiO₂纳米管内的填充率有重要影响。脉冲电位沉积法产生更大的沉积电流密度,提高Cu₂O形核速率,减小Cu₂O晶核临界半径,是最佳的电化学填充方法。随着阴极脉冲电位负移、脉冲循环数增加和阴阳极脉冲宽度比增大,Cu₂O的形核速率和沉积时间增大,TiO₂纳米管填充Cu₂O的微观形貌从完全不填充转变为部分填充,再转变为完全填充,最后转变为过度填充。随着电镀液的主盐浓度增大、pH值减小、温度升高,Cu₂O的形核速率增大,TiO₂纳米管填充Cu₂O的微观形貌从部分填充转变为完全填充再转变为过度填充。结论 TiO₂纳米管填充Cu₂O受TiO₂纳米管一维导电特性和沉积工艺参数的共同影响,前者为主要因素,后者为次要因素。对于不同长径比的TiO₂纳米管填充Cu₂O,应注意电化学阴极极化、电化学沉积方法、电化学沉积工艺参数和电镀液配比对Cu₂O在TiO₂纳米管内部填充率的综合影响。
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  铜@镍纳米线修饰柔性石墨烯薄膜及电磁屏蔽性能研究

  杨致远, 高大明, 宋彦平, 李钊, 康俊, 韩帅, 李年

  表面技术. 2025, 54(20): 267-277. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.020

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  目的 针对高频通信对高电磁屏蔽性能的需求,结合激光诱导石墨烯（LIG）的高导电性、结构可控及轻质柔性等特点,旨在开发一种铜镍纳米线（Cu@Ni NWs）增强的三维多孔石墨烯电磁屏蔽薄膜。方法 通过简单的旋涂工艺,将Cu@Ni NWs均匀覆盖在LIG的表面多孔结构上,成功制备出Cu@Ni NWs/LIG电磁屏蔽复合材料。在优化激光参数（如功率、扫描速率等）调控LIG基底结构的基础上,研究了Cu@Ni NWs负载量对复合材料导电性和电磁屏蔽性能的影响。利用XRD、XPS、SEM等表征技术分析了Cu@Ni NWs/LIG的形貌、成分和结构。采用四探针技术对材料进行电导率测定,并利用矢量网络分析仪评估其电磁屏蔽性能。结果 采用梯度旋涂策略对Cu@Ni NWs进行2次旋涂处理时,复合材料表面的纳米线分散效果最佳,电导率达到2 012 S/m。该复合材料的电磁屏蔽性能显著提升,从LIG的18~20 dB提高至43~48 dB,特别是在26 GHz频段,屏蔽效能达到46 dB。此外,经过300次弯曲循环测试后,材料的性能保持率仍超过90%。结论 将Cu@Ni NWs均匀覆盖在LIG基体表面,可显著提升复合材料的导电性和介电损耗能力,从而进一步增强其电磁屏蔽效能。
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  基于微纳结构与表面能调控的镁合金表面超疏水形成机理研究

  林芳, 师文庆, 范村莹, 杨传超

  表面技术. 2025, 54(20): 278-290. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.021

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  目的 由于镁合金的高比强度以及良好的电磁屏蔽等特性,广泛应用于汽车制造及航空航天等领域,但也存在易腐蚀的问题。通过固-液-气三相界面中粗糙度与表面能之间的协同作用,实现在镁合金表面构建超疏水层,从而提高材料的抗腐蚀性能。方法 从润湿模型入手,分析了粗糙度在三相复合界面中对接触角的影响。实验中通过引入皮秒激光在金属表面构建多级微纳结构,分析了激光刻蚀间距对AZ31B镁合金表面微纳结构构建的影响。表征采用SEM、三维轮廓来分析表面的物理结构变化,再通过EDS、XPS分析表面化学成分的改变,最后比较不同间距下的接触角大小。结果 适中的激光刻蚀间距有助于形成理想的微纳米结构,再结合硬脂酸作用可快速降低表面能,实现超疏水特性。其中,40 μm间距展现出最大的接触角,达到150.27°。较小间距（20 μm）会导致表面过于粗糙,而较大的间距（150 μm）则使表面显得过于光滑,这2种情况都会降低表面疏水性。电化学腐蚀实验证明,经过皮秒激光刻蚀并经过硬脂酸浸泡后的镁合金样品,其表面电荷转移过程最难发生,耐腐蚀性最强。结论 通过激光刻蚀和硬脂酸浸泡,采用适中的激光间距,可以形成多级微纳结构。这种结构使镁合金表面获得超疏水特性,从而提高镁合金材料的防腐性。
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  MgZnSc镁合金二次复合微弧氧化低吸收热控涂层性能研究

  王景润, 白晶莹, 李思振, 赵阔, 郝亚楠, 陈先华, 文陈, 程德, 宋宝伟, 关宏伟, 杨铁山, 赫艳龙, 姚雪征, 王旭光, 郑姣潭

  表面技术. 2025, 54(20): 291-301. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.20.022

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  目的 航天器框架结构零件采用MgZnSc镁合金,但存在镁合金耐蚀性和热控性能不足的问题,需通过功能化处理解决。方法 采用硅盐和锆盐体系进行二次复合微弧氧化,在MgZnSc镁合金表面制备了具有低太阳吸收比和高半球发射率的白色微弧氧化热控涂层,并对涂层的热控性能、微观形貌等进行了分析。采用PE lambda 950太阳吸收比测试仪和AE-1辐射计测试试样的太阳吸收比和半球发射率。采用ZEISS SUPER 55VP扫描电子显微镜（SEM）和X射线能量色散谱（EDS）观察表面微观形貌和化学成分。采用Bruker-AXS X射线衍射仪进行X射线衍射（XRD）物相分析。结果 涂层微观结构呈微纳雪花状结构,在紫外、可见光、近红外波段具有较低的吸收比,太阳吸收比最低为0.26,半球发射率最高为0.90。锆盐微弧氧化的涂层厚度增长较慢,氧化15 min时氧化厚度不足20 μm,而二次复合氧化的涂层厚度增长较快,氧化15 min后厚度可达35.4 μm,可以快速加厚涂层厚度,避免由于锆盐反应初期涂层增长较慢造成的氧化涂层不稳定现象。氧、硅和锆含量的变化结果表明,当二次复合氧化时间超过30 min时,表面化学成分趋于稳定。结论 经过硅盐和锆盐体系二次复合氧化,MgZnSc镁合金表面形成了具备低太阳吸收比、高半球发射率热控性能的微弧氧化涂层。主要成分为具有反光效应的白色微弧氧化物,有利于反射太阳辐射等热量,降低镁合金表面对太阳光谱能量的吸收比。镁合金表面从金属变成了金属氧化物,通过高发射率氧化物的掺杂以及厚度的提高,其发射率进一步提升。