2025年, 第54卷, 第21期　
刊出日期：2025-11-10

  

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专题——超浸润多级表面结构的设计与应用
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  3D打印技术在液体定向运输方面的应用与挑战

  刘颜铭, 陈阳, 马雅丽, 刘伟嵬, 陈强, 雷柏茂

  表面技术. 2025, 54(21): 1-22. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.001

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  液体定向运输因其在精确药物递送、高效雾气收集及热转换等领域的广阔应用前景,近年来已成为科学研究的重点和热点。在此背景下,3D打印（增材制造）技术凭借其材料与性能的可定制性及轻量化优势,为仿生液体定向运输功能结构/表面的制备提供了强有力的技术支撑。然而,目前对该方向的研究进展仍缺乏系统综述与深入讨论。本文在介绍液体定向运输所涉及相关模型/理论的基础上,从当前广泛应用的3D打印技术（材料喷射打印、挤出式打印、粉末熔融打印及光聚合打印）出发,聚焦其在液体定向运输功能结构/表面制造中的应用,并依据制造原理对相关研究进行分类与探讨。最后,对不同3D打印技术在现阶段应用中存在的问题（如打印精度及分辨率、打印材料、打印效率）进行总结,并对其未来在该领域的制造中所面临的挑战与发展方向进行展望。本文充分体现了3D打印技术“材料-结构-功能”一体化的制造理念,对推动液体定向运输结构/表面的智能化及高性能制造具有重要的指导意义。
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  微纳结构热管及其仿生流体界面强化技术

  陈秀鹏, 李荣跃, 杨晓龙

  表面技术. 2025, 54(21): 23-46. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.002

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  随着电子与新能源器件向极端小型化、集成化方向发展,高热流密度散热需求日益迫切,热管作为基于相变传热的高效被动传热装置成为重要解决方案。本文围绕热管高效传热核心目标,从微纳结构吸液芯设计和界面润湿性调控两大维度,系统综述了热管性能优化的技术路径与研究进展。在核心部件微纳结构吸液芯设计上,综述了传统吸液芯结构存在毛细力与渗透率的固有矛盾,复合吸液芯通过不同结构的优势整合,在一定程度上缓解了这一矛盾,而具有仿生结构的复合吸液芯则可突破局限,进一步有效释放该瓶颈。润湿性是连接吸液芯微纳结构与工质的关键特性;基于杨氏方程、Wenzel和Cassie-Baxter经典润湿理论,通过仿生拓扑和图案润湿界面设计,可调谐吸液芯微纳结构与工质的相互作用动态特性,强化热管两相相变传热。通过构建仿生超亲液、超疏液及图案化润湿表面来促进相变成核,及气泡或液滴的高频脱离,同时提升毛细供液水平,是强化热管冷凝、蒸发/沸腾两相相变传热效率的有效途径。最后,展望了热管技术向仿生界面调控动态响应、功能强化、长效稳定、多学科交叉集成应用的发展趋势,旨在为未来高性能热管的设计、开发与工程应用提供参考。
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  超疏水表面液滴撞击行为的研究进展

  夏磊, 陈发泽, 陈小康, 周建平

  表面技术. 2025, 54(21): 47-63. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.003

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  液滴撞击固体表面是自然界与工业过程中的常见现象,也是流体机械、表界面力学等学科的基础问题。近年来,超疏水表面因其在冷凝传热、防结冰、抗腐蚀、流体减阻与自清洁等方面展现出巨大应用潜力,成为液滴撞击行为研究的热点方向。本文围绕液滴在超疏水表面上的动力学行为,综述了液滴撞击行为的研究进展。首先,回顾了液滴撞击过程中的铺展、回缩、溅射与反弹等基本动力学阶段,归纳了液滴尺寸、黏度、撞击速度、表面粗糙度与静态接触角等关键参数对撞击行为的影响规律。随后,分析了固液之间气膜的形成、稳定性及其失效机制,分析了液滴撞击表面的接触模式与动力学特征,基于润湿性转变机理,从撞击压力与能量耗散等角度探讨了液滴润湿状态转变的物理条件与内在机制,梳理了表面结构参数对液滴反弹行为与接触时间的调控规律。最后,阐述了液滴撞击过程中的一系列复杂现象,包括接触时间、气腔塌陷、高速射流、气泡捕获等,并指出当前研究中存在的问题与未来的发展方向,为相关基础研究与工程实践提供理论支撑与研究参考。
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  激光刻蚀制备图案化润湿性表面及其脱湿性能研究

  周诗远, 龙子琦, 杨皓翔, 黄帅

  表面技术. 2025, 54(21): 64-73. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.004

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  目的 提出一种激光刻蚀制备图案化超疏水表面,实现可控不连续脱湿的方法。方法 利用激光刻蚀配合氟硅烷修饰,制备超疏水表面。探讨激光功率P、扫描速度v、扫描间距x、频率f和加工次数t等参数对表面微结构和疏水性能的影响。再次刻蚀,实现表面的图案化,利用带缺口的圆环超亲水图案,实现可控的不连续脱湿。结果 通过激光刻蚀方法成功制备出超疏水表面,在P=9 W、v=1 000 mm/s、x=10 μm、t=2、f=30 Hz时,铝片表面的润湿性能最佳,接触角为161°±1°,滚动角为1.7°±0.5°。通过再次刻蚀可以实现表面图案化,所制备的铝基超疏水表面可以承受10次耐磨循环、20次粘揭循环、10次冷热循环,在HCl和NaOH溶液中分别可以保持6 h和3 h的超疏水性,并且具有良好的自清洁性能。从带缺口圆环图案的不连续脱湿过程中发现,通过调控图案化表面的倾斜角度θ、圆环直径Φ、圆环缺口角度α、脱湿方向,不仅可以控制带缺口的圆环图案所捕获液滴的体积,还可以控制所捕获液滴的状态。结论 采用激光刻蚀法能够简单、高效地获得图案化超疏水表面,具有较好的力学性能和化学稳定性,能够通过可控的不连续脱湿捕获液滴阵列,具有广阔的应用前景。
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  基于激光-化学表面功能化方法的疏液黄铜表面制备工艺及性能研究

  付佳俊, 罗恬宇, 赵润涵, 王青华

  表面技术. 2025, 54(21): 74-86. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.005

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  目的 金属材料在众多工程和工业领域中发挥着关键作用,而赋予其疏液性能可进一步拓展其应用范围,并解决因其自身性质带来的部分应用的限制问题。方法 采用纳秒激光加工技术在H62黄铜表面织构出微纳米级结构沟槽,并结合热处理和化学处理进行低表面能修饰,制备了具有丰富微纳结构的超疏液黄铜表面。结果 该表面对去离子水、甘油和乙二醇接触角分别高达(155.6±0.7)°、(152.0±0.6)°和(139.5±0.9)°,展现出优异的疏液性。利用扫描电子显微镜和超景深显微镜,观察了不同激光加工参数对表面微结构形貌以及表面润湿性的影响,确定了制备超疏液黄铜表面的最佳加工参数范围。利用XPS能谱分析了不同后处理方式对表面化学组成成分的调控,激光加工后的黄铜表面呈超亲水性,经热处理或化学处理后,表面能显著降低,润湿性由亲液转变为疏液,表明了表面化学对于表面润湿性的影响机理。同时,抗结冰测试结果表明,2种后处理工艺均显著提升了黄铜表面的抗结冰能力。激光热处理表面的结冰时间延迟至未处理表面的9倍,而激光化学处理表面则达到21倍。结论 有效制备出具有优异疏液和抗结冰性能的黄铜表面,为疏液金属表面的制备提供了理论依据和工艺指导。
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  柔性毛细晶体管可牺牲3D打印与液体定向传输研究

  史文婉, 吴鑫锟, 孙晓露, 周煜宁, 郜晓翔, 孙婧, 刘小将, 顾忠泽

  表面技术. 2025, 54(21): 87-100. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.006

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  目的 针对毛细晶体管难以同时实现高效液体定向传输和柔性的难题,提出采用牺牲模板辅助3D打印技术（可牺牲3D打印）在聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面加工具有互联通道的非对称悬空微结构,从而实现液体毛细爬升方向、高度、宽度、面积的控制,并赋予其三维空间可变形能力。方法 采用光固化3D打印技术制备可牺牲毛细晶体管的负模板,经过PDMS浇注、热固化和碱溶液水解模板过程,最终得到PDMS柔性毛细晶体管。通过超景深显微镜表征毛细晶体管的形貌。通过接触角测量仪表征液体对结构的浸润性,通过端部浸入和输注测试评估液体的毛细行为。结果 确定了光固化打印可牺牲负模板的最优曝光时间为18 s。确定了可牺牲树脂在碱性水溶液中完全水解的时间为140 min。确定2次后处理（异丙醇清洗、紫外固化、加热记为1次后处理循环）有助于去除负模板对PDMS固化的毒性,从而制备出高精度柔性毛细晶体管结构。实验结果表明,无水乙醇在柔性毛细晶体管上的爬升高度可达到25.3 mm,经过等离子体处理后此数值提高至37.0 mm。通过柔性毛细晶体管可以调节液体流动的方向和宽度,并充当毛细流动的开/关阀、放大器、分流器等。通过弯曲PDMS柔性毛细晶体管,可实现复杂曲面上液体定向传输。此外,基于PDMS的疏水和亲油特性,柔性毛细晶体管还实现了自驱动油水分离功能。结论 将可牺牲3D打印技术应用于微流控芯片加工,提高了PDMS三维微结构的加工精度,并成功构建了柔性毛细晶体管,同时实现了高效液体定向传输和三维空间可变形能力。
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  多级分层结构仿生超滑表面的制备与耐久性影响研究

  张曦光, 陶霖, 王晓容, 岳蒿旸, 包迪, 刘战剑

  表面技术. 2025, 54(21): 101-112. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.007

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  目的 受猪笼草启发制备的人工超滑表面存在工艺复杂、使用寿命短等问题,亟须探索简单、高效的制备方法,以提高其表面耐久性。方法 通过阳极氧化工艺,在铝板表面制备表层纤维-底层阵列多孔的复合多级结构（AAO）,结合SiO₂溶胶凝胶（Solgel）和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷改性,使得表面具有稳定的超疏水亲油特性。通过真空浸渍法将羟基氟硅油注入复合多级结构中,制备具有长效耐久性的AAO-SiO₂超滑表面。结果 根据表面形貌分析结果,确定最佳制备电压为30 V,TEOS用量（用质量分数表示）为16.6%,经氟化改性和注入羟基氟硅油,AAO-SiO₂-SLIPS超滑表面的水滑动角低至2.7°。与常规注入二甲基硅油的超滑表面相比,AAO-SiO₂-SLIPS表面在匀胶机剪切力作用下仍能保持良好的滑动性,其滑动角低于至21.2°。这主要是由于羟基氟硅油与AAO-SiO₂表面间的氢键及静电作用力,使得油层稳定性显著提升。在摩擦实验中,样品负载100 g砝码在1000目砂纸摩擦下往复测试180个循环,超滑表面的滑动角仅轻微上升,仍保持了良好的超滑特性。此外,阻垢测试结果表明,制备的超滑表面具有良好的抗垢黏附性能,表面沉积钙元素的含量最低,其原子数分数仅为2.3%。结论 通过阳极氧化法构筑表层纤维-底层阵列多孔复合多级结构,结合溶胶凝胶、氟化改性及活性润滑油注入,能够显著提升超滑表面的油膜稳定性、机械耐久性和抗污垢黏附性能,在工业领域具有广阔的应用前景。
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  用于电磁屏蔽和渗透能量捕获的仿生MXene基薄膜

  李泽群, 滕超, 曹墨源, 马晓燕

  表面技术. 2025, 54(21): 113-123. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.008

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  目的 二维导电MXene纳米片在与高强度芳纶纳米纤维（ANF）进行层级复合后,实现了力学性能的提高,同时展现出优异的电磁屏蔽性能和多功能性。方法 利用氟化锂LiF与盐酸HCl对MAX相进行化学刻蚀,成功制备出多层MXene。随后,通过离心和超声处理获得MXene水分散液,并进一步利用二甲基亚砜DMSO进行溶剂置换,得到稳定的MXene/DMSO分散体系。同时,借助氢氧化钾（KOH）在DMSO中对芳纶纤维进行去质子化处理,实现纤维剥离,制得ANF/DMSO分散液。最后,采用真空辅助交替抽滤,并结合热压工艺,制备具有三明治结构的MXene/ANF/MXene纳米复合薄膜。结果 MXene与ANF复合后,形成了具有三明治结构的MXene/ANF/MXene纳米复合薄膜。得益于ANF自身优异的力学性能,该复合薄膜展现出显著增强的力学强度,其拉伸强度达到69.2 MPa,相较于纯MXene薄膜提升了163%。同时,高导电MXene的层状结构赋予了复合薄膜良好的电磁屏蔽性能,在X波段（8.2~ 12.4 GHz）的电磁干扰屏蔽效能达到23.77 dB。该薄膜在50倍NaCl浓度梯度条件下表现出优异的渗透能转换能力,功率密度达到4.66 W/m²。结论 MXene/ANF/MXene纳米复合薄膜的制备工艺简单,同时具备电磁屏蔽性能和盐差转换性能,在电磁防护和蓝色能源捕获等领域展现出广阔的应用前景。
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  无氟珍珠岩基超疏水液体弹珠的制备及其在含油污水检测中的应用

  潘维浩, 马景浩, 赵春栋, 李婕, 钟梓豪, 陈光浩, 刘子艾, 于秩毅, 欧佳玉

  表面技术. 2025, 54(21): 124-132. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.009

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  目的 开发一种具备超疏水/超亲油特性的改性珍珠岩材料,并实现含油污水的快速检测,以满足海洋溢油、工业含油污水等污染场景高效检测与污染防控的迫切需求。方法 采用化学改性工艺对天然珍珠岩进行低表面能处理,经研磨、硬脂酸改性、烘干、再次研磨等工艺后,得到具有超疏水性和超亲油性的珍珠岩粉末。系统评估了改性后超疏水珍珠岩粉末的润湿性。进一步采用改性后珍珠岩粉末制备了超疏水液体弹珠,评估了超疏水液体弹珠的稳定性,测试了其对含油污水的灵敏度。最终设计并开发出一种含油污水检测器。结果 超疏水珍珠岩粉末表面不含氟元素,并具有良好的超疏水性能和超亲油性。采用各种水基液体（水、可乐、咖啡、牛奶等）均可制备出液体弹珠。液体弹珠经注水、吸水、切割、跌落、挤压、远距离运输后仍保持良好的稳定性。此外,液体弹珠接触到含油污水后在几十毫米内即可破裂,展现出良好的灵敏度。结论 制备的珍珠岩具有良好的超疏水性、超亲油性,制备的液体弹珠对含油污水展现出良好的灵敏度,该方法所能测试的油膜厚度的极限值为0.17 μm,开发的含油污水检测盒可实现含油污水的快速检测。上述含油污水检测方法无需使用大量的化学试剂,减少了对环境的影响。同时,它对海洋溢油、工业废水等不同来源、类型的废水均适用,在污染防治、废水处理等方面具有广阔的应用前景。
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  无氟超疏水珍珠岩的制备及其油水分离性能研究

  欧佳玉, 于秩毅, 李婕, 钟梓豪, 赵春栋, 孙孝塬, 陈光浩, 刘子艾, 潘维浩

  表面技术. 2025, 54(21): 133-142. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.010

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  目的 制备一种无氟超疏水/超亲油珍珠岩粉末材料,以实现油水混合物的高效分离,并可实现水包油乳化液的油水分离,为海洋溢油处理、工业含油废水净化等场景提供绿色高效的油水分离方案。方法 通过化学改性法对天然珍珠岩颗粒进行表面能改性,经研磨、硬脂酸-乙醇溶液修饰、高温烘干、二次研磨等工艺,制备出具有超疏水/超亲油性的珍珠岩粉末。系统表征了改性后材料的润湿性、微观结构和元素组成。进一步将超疏水/超亲油珍珠岩粉末置于无纺布过滤包中,通过吸附法油水分离和过滤法油水分离进行油水混合物的分离;采用强力搅拌破乳的方式实现水包油乳化液的油水分离。结果 改性珍珠岩粉末表现出优异的超疏水性与超亲油性,水在表面的接触角大于150°,且不含氟元素。该材料可高效分离多种油水混合物,对多种油水混合物的吸附/过滤分离效率均超过92%,并可在较为恶劣的条件（如强力搅拌、紫外照射、高温、酸碱盐溶液等环境）下实现油水分离,展现出较好的稳定性、耐用性和重复利用性。此外,对表面活性剂稳定的水包油乳化液仍可实现油水分离。结论 成功制备出超疏水/超亲油珍珠岩粉末,可实现复杂油水混合物及乳化液的高效分离,分离效率高且具有较高的分离纯度。该油水分离方法无需外加试剂或复杂设备,环境友好、成本低廉,在海上溢油应急处理、工业含油废水净化等领域具有广阔的应用前景。
研究综述
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  海洋环境中金属材料的微生物腐蚀研究进展：从机制到防治

  杨景智, 金宇婷, 娄云天, 张达威

  表面技术. 2025, 54(21): 143-158. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.011

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  海洋环境中的微生物腐蚀是威胁船舶与平台等重大海洋工程设施安全的关键因素,造成了巨大的经济损失和安全风险。为应对这一严峻挑战,本文系统性综述了该领域重要的研究进展。首先聚焦于以硫酸盐还原菌、金属氧化/还原菌等典型腐蚀性微生物,重点阐明其通过细胞外电子转移机制引发的电化学腐蚀过程。其次,探讨了多物种生物膜通过协同效应加速金属腐蚀的复杂生态过程。在此基础上,全面归纳并对比了从表面技术、杀菌剂到新兴微生物腐蚀抑制技术的各类防治策略。指出微生物腐蚀的本质是电化学过程与微生物代谢活动的动态耦合。在防治层面,传统方法虽有良好的抑菌或抑制腐蚀的效果,但普遍面临资源消耗大、环境耐受性差或长效性能不足的问题。利用活体微生物形成保护性生物膜、诱导生物矿化及智能材料等绿色技术,展现出巨大的应用潜力。最后,对未来的研究方向进行了展望,强调借助多组学技术、原位表征分析手段与人工智能模型等前沿跨学科方法,以期更精准地揭示真实海洋环境下的腐蚀机理,并最终推动高效、智能且环境友好的新一代防腐技术的开发与应用,保障重大海洋基础设施的长期服役安全。
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  植物油基切削液的改性方法与切削性能研究进展

  陈成, 陈富宽, 代芳, 马衡宇, 文志远, 杜飞龙

  表面技术. 2025, 54(21): 159-184. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.012

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  植物油基切削液作为一种环境友好型润滑剂,凭借其较强的生物降解性和低毒性,在金属加工领域展现出显著的应用潜力。与传统矿物油基切削液相比,植物油基切削液在绿色制造和可持续加工中的应用具有重要意义。然而,单一植物油基切削液对加工性能的改善程度有限,尤其是在复杂的加工条件下,其性能可能不满足实际需求,且其作用机理研究相对欠缺,难以为清洁切削提供更为精准的理论支持。为了解决上述问题,首先梳理了植物油基切削液（包括分类、分子结构及其物理化学性质）的基础特性,揭示了这些因素如何影响其润滑性、抗氧化性及冷却能力。然后,对多油混合、化学改性、功能添加剂及纳米增强等改性方法进行系统综述。重点针对金属切削中植物油基切削液对切削力、切削温度、表面质量及刀具磨损等方面的影响进行阐述,揭示了热力载荷优化、刀具磨损降低的内在机理。最后,展望了植物油基切削液未来的研究方向,并为其在绿色制造、可持续加工中的广泛应用提供理论支持和技术指导。
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  金属血管支架表面功能处理研究进展

  潘晨, 李璐涵, 范志芳, 曹晶晶, 李河宗

  表面技术. 2025, 54(21): 185-198. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.013

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  对金属血管支架表面功能处理方法进行综述分析。金属血管支架主要用于治疗堵塞的心脑血管疾病,使血液正常流通。首先介绍血管支架所用金属材料及其优缺点,包括不锈钢、钴铬合金、镍钛合金,以及可降解的镁、铁、锌合金等。经临床反馈可知,金属血管支架被植入人体后,普遍存在支架内再狭窄,易诱发血栓等并发症、力学性能不足等严重的应用痛点。表面功能处理是改善金属血管支架生物相容性、降低血栓发生率和提高力学性能的关键技术,有利于加强临床治疗效果。随着材料科学和表面工程的发展,针对金属支架的表面改性研究取得了显著进展。重点介绍涂层技术、表层改性、表面织构等3种技术,从细胞内皮化、促进血管再生、降低支架内再狭窄和血栓等生物性能方面,以及耐用性、疲劳强度等力学性能方面,分析这些先进方法对金属支架性能的影响。最后,结合新材料、新技术与个性化医疗,对金属血管支架的未来研究方向进行展望,旨在为相关领域的研究提供参考,推动金属血管支架的进一步发展与应用。
摩擦磨损与润滑
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  CrNbTi基多主元合金涂层高通量制备与耐磨蚀性能研究

  干晨曦, 蒲吉斌

  表面技术. 2025, 54(21): 199-214. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.014

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  目的 针对CrNbTi 基多主元合金涂层在摩擦腐蚀耦合（磨蚀）作用下出现耐磨蚀性能退化加剧,且高成本的试错法难以高效地优化涂层成分和结构的问题,通过在 CrNbTi 基中引入新主元,制备成分梯度变化的多主元合金涂层,以提高涂层的制备效率和耐磨蚀性能,并探究摩擦腐蚀机理。方法 通过固定基底,采用高通量磁控溅射制备AlCrMoNbTi 成分梯度涂层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和摩擦-腐蚀原位测试系统等手段,探究涂层的物相组成、微观组织、力学性能、耐腐蚀性能和磨蚀性能。结果 制备态AlCrMoNbTi成分梯度涂层呈现BCC、非晶、BCC+非晶等3种物相结构,确定δ=6.80%、Ω=1.09为单相固溶体形成的界限。涂层的最高纳米硬度为7.48 GPa,维氏硬度为1 734.28HV,在质量分数3.5%的NaCl溶液中的自腐蚀电流密度低至10^-6 A/cm²左右。引入机械摩擦后,经高通量筛选得到的7个位点CrNbTi基多主元合金涂层,在开路电位条件下的材料体积损失约为10^-5 mm³/(N·m),其磨蚀机制可分为腐蚀-磨损恶化型、硬度-耐蚀协同型和耐蚀性主导型三类。结论 经性能评估,AlCrMoNbTi 成分梯度多主元合金涂层中可筛选出兼具耐蚀与耐磨蚀性能的样品,且其磨蚀行为由硬度、耐蚀性及磨损机制共同调控,该研究为高效制备高硬度高耐蚀的多主元合金涂层提供了理论依据。
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  微纳米Cr₂O₃填充NiCrAlY-Cr₂O₃-Mo-Ag@Ni复合涂层的宽温域摩擦磨损行为

  徐艺飞, 贾均红, 卫润泽, 杨杰, 何乃如, 赵海潮

  表面技术. 2025, 54(21): 215-225. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.015

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  目的 提升航空发动机用常规高温润滑涂层的宽温域摩擦性能,设计微纳米Cr₂O₃填充NiCrAlY-Cr₂O₃-Mo-Ag@Ni复合涂层。方法 运用化学镀法制备Ag@Ni粉体,通过等离子喷涂技术制备微纳米Cr₂O₃填充NiCrAlY-Cr₂O₃-Mo-Ag@Ni复合涂层。综合分析涂层的微观形貌、物相,以及在室温至800 ℃范围内的摩擦学性能。结果 Ag@Ni粉体球形度良好、Ni包覆均匀。微纳米填充复合涂层在性能方面展现出显著优势,尤其是在孔隙率、显微硬度和耐磨性等方面,复合涂层的孔隙率明显降低,物相以(NiCr)、Ag、Mo、氧化物为主,微纳米填充复合涂层的显微硬度（304.17HV0.3~413.93HV0.3）均高于微米涂层（298.17HV0.3）,耐磨性显著提高。微纳米填充复合涂层在摩擦学性能方面表现出显著的优越性,在室温下其摩擦因数均低于0.38,摩擦因数随着温度的升高而降低,这归因于涂层内部微观结构的优化及纳米颗粒的润滑作用。在不同温度下,磨损率随着银含量的增加而降低。在800 ℃时,微纳米填充涂层的磨损率为1.19×10^-5~1.33×10^-5 mm³/(N·m)。结论 Ag的质量分数为20%的Ag@Ni复合涂层的润滑性能最佳,摩擦化学反应生成的高温润滑相NiMoO₄、Ag₂MoO₄的协同润滑作用使得摩擦因数低至0.14,且微纳米Cr₂O₃填充的复合涂层在室温至800 ℃的宽温域内具有良好的润滑性。
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  TC4合金表面Si-B共渗涂层的微观组织结构及摩擦磨损性能

  孙泽刚, 孙诗寒, 李轩, 杨远鹏, 蒋杰, 李济, 田进

  表面技术. 2025, 54(21): 226-236. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.016

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  目的 提高TC4合金的摩擦磨损性能。方法 采用扩散共渗方法在TC4合金表面制备Si-B共渗涂层。通过球-盘式摩擦磨损试验机测试涂层分别与调质GCr15球和Al₂O₃陶瓷球对磨时的摩擦学性能,采用显微硬度仪、3D激光共聚焦显微镜分别测试Si-B共渗涂层沿截面的硬度分布、表面粗糙度和磨损形貌轮廓,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）结合电子探针（EPMA）分析涂层的形貌、成分、相组成及磨损面形貌。结果 TC4合金表面Si-B共渗涂层具有三层梯度结构,且与基体结合紧密,外层由TiSi₂和表层区域的细小TiB₂混合组成,中间层为TiSi相,内层为Ti₅Si₃相。与GCr15对磨60 min后,Si-B共渗涂层的平均摩擦因数约为0.423,明显低于TC4合金（0.643）,且其摩擦因数波动幅度更小;涂层的磨损率约为2.8×10^-5 mm³/(N·m),相较于TC4合金低约71.4%。在与Al₂O₃球对磨60 min后,涂层的平均摩擦因数约为0.771,略高于TC4合金（0.685）,且摩擦因数的波动也更大;涂层的磨损率约为3.6×10^-5 mm³/(N·m),较TC4合金低约1个数量级。结论 Si-B共渗涂层可大幅提高TC4合金的摩擦磨损性能。GCr15为摩擦配副时涂层的磨损机制主要为轻微的组织拔出,Al₂O₃球为摩擦配副时涂层的磨损机制主要为疲劳磨损、犁削磨损和轻微的氧化磨损。
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  微粒子喷丸强化对GCr15轴承钢微动摩擦磨损性能的影响

  张新涛, 李淑琪, 夏佃秀, 张明远, 王守仁, 张晗, 张健, 陈通, 崔林

  表面技术. 2025, 54(21): 237-250. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.017

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  目的 提高GCr15轴承钢的耐磨性,探究位移幅值和法向载荷对微动摩擦磨损的影响。方法 研究经过微粒子喷丸（FPB）处理后,GCr15轴承钢在不同位移幅值（20、50、80 μm）及不同法向载荷（40、60、80 N）条件下的微动摩擦磨损行为。采用显微硬度计、白光干涉仪、背散射电子衍射（EBSD）和扫描电子显微镜（SEM）对试样的表面硬度、晶粒结构、宏观形貌和磨痕形貌进行测量分析。结果 通过微粒子喷丸,使得试样表面发生了严重的塑性变形,产生了数十微米的变形层,小角度晶界密度从5.8%提高至12.6%,显著提高了表面硬度,其表面硬度达到1 005HV0.2,提高了56.5%,在次表层出现了最大残余压应力,大角度晶界密度提高至20.1%,其平均摩擦因数在20 N、80 μm时达到最小值（0.12）,在40 N、80 μm时达到最大值（0.52）。结论 通过微粒子喷丸强化产生的强烈轰击,使得材料发生了剧烈的塑性变形,出现了微凹坑。通过细晶强化,可以有效提高材料的硬度和耐磨性,经微粒子喷丸后试样在相同载荷下的平均摩擦因数和磨损体积随着位移幅值的增加而增加,在相同位移幅值下,其平均摩擦因数随着法向载荷的增加逐渐降低。
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  摩擦热驱动石蜡相变润滑及其织构表面摩擦特性研究

  尹豪锋, 王谦之, 汪昌顺, 吴雪

  表面技术. 2025, 54(21): 251-262. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.018

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  目的 为了将摩擦热的不利影响转变为有利条件,提出一种基于相变材料石蜡与表面织构协同作用的减摩润滑表面设计方法。方法 采用微细电火花成形法在TC4钛合金表面制备不同尺寸的菱形微观织构,通过超声脱气仪形成织构内嵌石蜡的复合表面。通过摩擦磨损试验研究织构表面与复合表面摩擦过程中的温度、摩擦因数、磨损量的动态变化规律,并采用扫描电镜（SEM）对磨损后的表面形貌进行表征。结果 石蜡吸收摩擦热,使得摩擦界面温度从41.8 ℃降至40.6 ℃。吸热熔化的石蜡在复合表面形成了润滑薄膜,与织构表面相比,复合表面均表现出更低的摩擦因数和磨损量。其中,菱形织构宽度为200 μm、深度为250 μm、面密度为10%的复合表面的平均摩擦因数为(0.251±0.06),相较于织构表面降低了约35.5%,其磨损量为(5.1±0.7) mg,相较于织构表面减少了约43.3%。表面形貌分析结果表明,织构表面表现为严重的磨粒磨损和黏着磨损,而复合表面仅表现为中度的磨粒磨损。结论 织构/石蜡复合表面在干摩擦条件下实现了温度、摩擦因数和磨损量的降低,为新型减摩润滑表面的设计提供了重要参考。通过选择织构宽度、深度、面密度,复合表面可实现优化的抗磨损性能。
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  40Cr表面水滴形及其复合织构的润滑性能研究

  杜世元, 林秉敬, 姜智耀, 赵子杰

  表面技术. 2025, 54(21): 263-273. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.019

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  目的 通过几何参数优化与复合结构设计,开发一种具有稳定减摩性能的新型仿生表面织构。方法 基于多尺度关联分析方法,结合流体力学仿真和销盘摩擦实验,系统研究水滴形织构的深度、长宽比、周向密度对摩擦学行为的影响规律。进一步设计正V型、正弧型等复合织构,通过动压效应、流场和磨损形貌定量分析,揭示水滴形主体与辅助单元的协同作用机制。结果 水滴形织构在深度25 μm、长宽比3∶1、周向密度36 时,摩擦因数达到最小值,相较于无织构表面降低了45.5%;在复合织构中,正V-水滴型因前端导流结构优化了润滑油膜分布,其摩擦因数相较于单一织构进一步降低了12.1%;尽管复合织构仿真垂直压力相较于单一织构降低了31.2%,但其磨屑存储效率和流场优化能力显著提升,实现了动压-摩擦性能解耦优化。结论 通过几何参数的优化,可以改善水滴形织构的动压和减摩性能,且在组合型复合织构流体动压性能较低时,通过优化辅助单元几何结构,可以增强磨屑储存和润滑油导向能力,相较于单一水滴形织构,它展现出更为优异的综合性能。
热喷涂与冷喷涂技术
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  激光同步预热对等离子喷涂Al₂O₃-TiO₂涂层组织与性能的影响

  李俊强, 姚建洮, 谢述峰, 张亚龙, 许康威, 陈令杰, 雒晓涛, 李长久

  表面技术. 2025, 54(21): 274-283. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.020

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  目的 传统等离子陶瓷涂层层间结合较差,涂层结合强度通常不高于30 MPa,这严重制约了它在强腐蚀和高承载工况下的应用,针对此情况提出一种激光同步预热TC4基材等离子喷涂Al₂O₃-质量分数13%的TiO₂（AT13）陶瓷涂层的方法。方法 采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析涂层的微观形貌、组织成分,采用维氏硬度计、电子拉伸试验机研究激光功率对等离子喷涂AT13涂层显微硬度、结合强度的影响规律,通过落球冲击实验评价涂层的抗冲击性能。结果 在扫描速度400 mm/s下,与等离子喷涂粉末束流相切的矩形光斑激光功率高于2 kW时,可将基材表面预热至所需临界温度以上。随着功率的提高,AT13涂层内的层状堆叠结构逐渐消失,呈现出类似烧结块体的特点,涂层的孔隙率从4.6%降至1.2%,显微维氏硬度从933HV0.1提高到1 422HV0.1,平均结合强度从35.7 MPa提升至62.2 MPa。当激光功率过高时,低热膨胀系数Al₂TiO₅相含量的提高使得涂层在冷却过程中的热应力显著提高,导致涂层内出现垂直于涂层厚度方向的周期性裂纹。结论 利用激光同步预热等离子喷涂技术制备的AT13涂层具有致密度高、结合强度高等特点,可满足复杂型面金属结构表面高性能陶瓷涂层的制备需求。
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  Q235表面HVAF沉积高熵合金涂层微观组织与耐磨性能研究

  张冲, 李薇, 殷凤仕, 陈建鸿, 李文睿, 薛冰, 赵凯, 鲁楠, 孙金钊

  表面技术. 2025, 54(21): 284-293. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.21.021

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  目的 提高复杂动载荷环境下低碳钢的耐磨性能。方法 采用高速空气燃料喷涂（HVAF）工艺,在Q235低碳钢表面制备一种 AlCrFe₂Ni₂(MoNb)_0.2高熵合金涂层。利用XRD、SEM、TEM等表征手段对涂层的微观结构进行表征。通过维氏硬度和室温干滑动直线往复式摩擦磨损测试方式对涂层的力学性能进行表征。结果 采用HVAF技术制备的高熵合金涂层的厚度约为320 μm,孔隙率约为0.706%。涂层主要由BCC基体相、纳米尺度的B2有序相和具有HCP结构的网状Laves相组成。基于HVAF工艺产生的剧烈塑性变形和高温的协同作用,在涂层中观察到大量位错和因发生动态再结晶形成的细小晶粒。AlCrFe₂Ni₂(MoNb)_0.2高熵合金涂层和Q235基材的显微硬度分别为764HV0.05和155HV0.05。摩擦磨损测试结果表明,Q235钢和涂层的摩擦因数分别为0.68、0.49。涂层的磨损率为3.12×10^-5 mm³/(N·m),约为基材的41.1%。Q235基材的主要磨损机制为黏着磨损,涂层的主要磨损机制为疲劳磨损。高硬度的高熵合金涂层提高了基材表面抵抗塑性变形的能力,减小了发生黏着磨损的倾向。结论 利用HVAF技术制备的AlCrFe₂Ni₂(MoNb)_0.2高熵合金涂层,显著提升了Q235钢的硬度和耐磨性能。该研究可为金属材料的表面防护领域提供有效的研究思路和调控策略。