2025年, 第54卷, 第22期　
刊出日期：2025-11-25

  

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研究综述
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  高熵陶瓷耐磨耐蚀一体化涂层发展现状

  胡杰珍, 钟声昊, 邓培昌, 耿保玉, 李友炽, 吴方明

  表面技术. 2025, 54(22): 1-15. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.001

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  工程装备运动部件在腐蚀-摩擦协同作用下易发生加速失效,严重影响设备可靠性和服役寿命。高熵陶瓷凭借其高熵效应赋予的优异化学稳定性、耐蚀性以及高硬度,成为耐磨耐蚀一体化涂层的理想材料体系之一。本文系统综述了高熵陶瓷的内涵、种类、组元设计原则和涂层制备工艺进展。根据非金属元素组成,将高熵陶瓷分为氮化物、氧化物、碳化物和硼化物等体系,详细分析了各类高熵陶瓷的耐磨耐蚀性能特征,展现了高熵陶瓷在耐磨耐蚀一体化涂层的应用方面具有极高的潜力。研究表明,高熵陶瓷的组元配比通过影响混合熵和微观组织结构,进而调控其力学性能与耐蚀行为。当前研究主要采用半经验法和第一性原理计算等方法开展组元设计,通过优化单一金属或非金属元素的组分比例,探索高熵陶瓷涂层的最佳耐蚀耐磨性能。基于现有研究进展,指出高熵陶瓷涂层仍面临耐磨与耐蚀性能难以协同提升,涂层与基体界面结合强度不足等关键科学问题和技术挑战,并且展望了高通量计算与机器学习辅助组元设计,多尺度结构优化等未来发展方向。上述研究成果为高熵陶瓷耐磨耐蚀一体化涂层的开发与应用提供了系统的理论指导和技术参考。
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  二维h-BN的制备及在防腐涂层中的应用研究进展

  冯雪莲, 李桂花, 刘晓燕, 高元明, 白玉, 马文

  表面技术. 2025, 54(22): 16-30. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.002

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  六方氮化硼（h-BN）作为一种典型的二维层状材料,凭借其优异的高温稳定性、化学惰性和电绝缘性,在有机防腐涂层领域展现出巨大的应用潜力。系统综述了二维h-BN的制备及在有机防腐涂层中的应用研究进展,内容涵盖h-BN的晶体结构、材料特性、制备方法及其在有机防腐涂层中的应用等多个方面。首先,简单阐述了h-BN的晶体结构特征及其关键材料特性。其次,详细介绍了制备h-BN纳米片的方法,主要包括两大类,一类是“自上而下”法（如机械法、液相法、插层法等）,另一类是“自下而上”法（如化学气相沉积、物理气相沉积等）。同时,比较了各种制备方法在产率、成本控制、均一性及规模化生产可行性等方面的突出优缺点。随后,重点探讨了h-BN纳米片在有机防腐涂层中的应用研究进展,重点聚焦环氧树脂、聚氨酯及丙烯酸树脂三类典型聚合物涂层体系。通过对比分析h-BN纳米片改性前后涂层体系的耐蚀性演变规律,深入阐释了其增强机制。最后,简要分析了h-BN纳米片当前面临的技术瓶颈,并对其未来发展方向进行了展望,以期为该材料在防腐蚀领域的进一步研究和应用提供参考。
腐蚀与防护
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  调制比对DLC复合薄膜组织和耐腐蚀性能的影响

  杨相栋, 张树玲, 江迪, 马兴华, 刘毅, 曹国帅, 郭峰

  表面技术. 2025, 54(22): 31-43. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.003

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  目的 基于431不锈钢零件在海水环境中的耐腐蚀性有限,探究薄膜组织结构对431不锈钢耐腐蚀性能的改善作用。方法 利用磁控溅射物理气相沉积技术制备了不同调制比结构的DLC复合薄膜;采用SEM、Raman、XRD、XPS及电化学工作站对薄膜的形貌、结构和性能进行测试。结果 调制比为1∶4时,薄膜表面粗糙度最小、致密度最高,薄膜中CrC和CrN的原子百分比含量分别达到峰值。此外,薄膜中出现了CrN(100)和CrN(110)的强衍射峰以及较弱的Cr₂N(110)衍射峰,且能够观察到C(111)衍射峰。电化学实验表明,调制比为1∶4时,薄膜在人工海水溶液中具有最低的致钝电流密度、维钝电流密度、最高的电荷转移电阻和最低的点蚀因子。结论 改变薄膜调制比参数能够改变DLC复合薄膜的组织结构从而改善薄膜的耐腐蚀性能。调制比<1∶4时,中间层在沉积过程中极易生长为粗大柱状晶,表界面缺陷增加,致密度降低,无法有效抵抗腐蚀介质的渗透;调制比为1∶4的过渡层结构能促进Cr与C 2种元素互扩散,形成元素过渡界面,降低界面应力,提升薄膜致密度,在腐蚀过程中易于形成致密的钝化膜,有效抑制点蚀发展进程,提升薄膜的耐腐蚀性能;继续增加调制比,过渡层厚度进一步降低,薄膜均匀性下降,点蚀发展迅速,耐腐蚀性能下降。
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  不同渗氮工艺处理的16CrMo合金钢在氨燃料燃烧产物环境中的腐蚀行为研究

  李群, 潘阳洋, 蔡勇, 宋影伟, 张志恒, 闫昌建, 曹阳, 韩恩厚

  表面技术. 2025, 54(22): 44-52. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.004

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  目的 氨燃料作为零碳燃料,是航运业绿色转型最具应用前景的替代燃料,但是存在加速船用发动机关重部件腐蚀的风险,需要开展耐氨损伤表面处理技术的研究,提高关重部件材料的耐蚀性能。方法 采用高温高压反应釜进行发动机活塞部件在氨燃料燃烧产物服役工况的环境模拟试验,开展活塞用调质态16CrMo合金钢耐氨腐蚀表面渗氮处理技术研究。采用气体渗氮和复合盐浴渗氮QPQ（Quench-Polish- Quench）处理技术,研究渗层结构及其在氨燃料燃烧产物环境中的腐蚀行为。结果 气体渗氮和复合盐浴渗氮QPQ处理技术的化合物层硬度相当,扩散层厚度基本相同。气体渗氮的化合物层只有铁氮化合物,即e-Fe_2-3N和g′-Fe₄N,其渗氮处理的16CrMo合金钢的腐蚀速率为0.022 0 mm/a,耐蚀性能较合金基体提高13.39%。复合盐浴渗氮QPQ处理技术的渗氮层为复合层,由铁氮化合物、碳化物和Fe₃O₄组成,其渗氮处理的16CrMo合金钢的腐蚀速率为0.016 5 mm/a,耐蚀性能较合金基体提高42.32%。结论 复合盐浴渗氮QPQ处理的渗层耐腐蚀性能显著优于气体渗氮处理,这主要归因于其表面形成的由铁氮化合物、碳化物和Fe₃O₄构成的致密复合层。
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  柠檬酸浓度对Sn8In合金表面腐蚀行为的影响

  孙亚雄, 魏梦霞, 曹凤婷, 高志恒, 把明芳, 王铁钢, 范其香, 刘艳梅

  表面技术. 2025, 54(22): 53-65. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.005

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  目的 探究焊锡膏活性剂中柠檬酸（CA）浓度变化对锡铟合金焊料耐蚀性的影响规律,从而优化焊锡膏配方,防止焊锡膏产品在储存过程中因腐蚀“发干”而失效。方法 采用电化学测试（OCP、EIS、PDP和Mott-Schottky）和物理表征方法（SEM、EDS、超景深显微镜、EPMA、XPS）研究了Sn8In合金在不同浓度柠檬酸水溶液中的腐蚀行为。结果 在初期浸泡阶段,随CA浓度的增加,Sn8In合金的耐蚀性先增加后下降,在浓度9%（质量分数）时出现最大的R_ct值（926.07 Ω·cm²）,同时Mott-Schottky测试显示所有体系浓度中的Sn8In合金表面均生成了n型半导体膜;而在长期浸泡中,Sn8In合金虽然随浓度的增加并未出现最大值拐点,但从耐久性和稳定性方面考虑,CA浓度为9%时的Sn8In合金表现最为突出。物理表征结果表明,Sn8In合金表面所生成的保护物质主要为SnO₂和In₂O₃氧化膜,而CA浓度的改变会造成保护膜完整性及成分分布的差异。CA浓度太低表面无法形成产物膜层,而浓度过大时保护膜层裂纹增多,完整性被破坏。结论 Sn8In合金表面耐蚀性随CA浓度的增大存在先增大后降低的趋势,即活性剂中CA的含量存在最优值9%。
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  环境响应型防腐涂层的制备及其对碳钢的主动防护性能

  刘聪, 王芷鑫, 杨晓红, 程馨, 刘佳朋, 宗倩颖, 肖凤娟

  表面技术. 2025, 54(22): 66-76. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.006

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  目的 赋予防腐涂层环境响应性的同时,提高涂层的主动防腐性能和耐久性。方法 将没食子酸（GA）负载于介孔分子筛（MCM-41）上,在其表面包覆聚乙烯亚胺（PEI）和聚对苯乙烯磺酸钠（PSS）形成GA@MCM-41/PEI/PSS防腐增效组份。通过X射线衍射,扫描电子显微镜等分析增效组份的结构、形貌、元素组成和PEI/PSS表面包覆状态。分别用热分析法和紫外光谱法探究缓蚀剂在载体中的负载率和不同pH下缓蚀剂的控制释放特性。将防腐增效组份掺入水性环氧涂料（EP）中并涂敷于碳钢上形成防腐涂层,采用电化学和耐盐雾测试,评价涂层对碳钢的主动防腐性能。结果 缓蚀剂在MCM-41载体中的负载率为26%（质量分数）,防腐增效组份在酸、碱性条件下能够对缓蚀剂控制释放。掺加0.4%（质量分数）的GA@MCM-41/PEI /PSS-EP涂层在3.5%（质量分数）NaCl溶液中浸泡28 d后,低频阻抗值依然维持在6.35×10⁸ Ω·cm²以上;具有最低的双电层电容CPE_dl;并且涂层腐蚀电流密度降至0.32 μA/m²,说明涂层与基体结合紧密具有优异的阻隔性能和极化作用。复合涂层在盐水中浸泡21 d后呈现比14 d更高的低频阻抗值和阻抗半径,并且盐雾试验10 d后涂层表面无腐蚀迹象,划痕处有钝化层出现,表明涂层对碳钢具有主动防护性能。MD模拟分析表明,GA分子与碳钢Fe原子之间产生了化学吸附作用。结论 制备的GA@MCM-41/PEI/PSS涂层具有环境响应性、优异的防腐耐久性和主动防护作用。
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  磷钼酸含量调控对低温固化水性无铬锌铝涂层的影响及其钝化行为的研究

  安晓云, 李庆鹏, 刘佳兴, 栾钧涵, 杨宏强, 刘燕

  表面技术. 2025, 54(22): 77-89. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.007

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  目的 研究磷钼酸含量对低温固化水性无铬锌铝涂层的影响及磷钼酸在体系中的钝化行为,为涂层低温固化和环保型钝化剂设计提供理论支持。方法 以3-（2,3环氧丙氧）丙基三乙氧基硅烷（A-1871）为成膜物制备低温固化水性无铬锌铝涂层,利用贮存稳定性、中性盐雾试验、扫描电镜、能谱分析、电化学测试和X射线光电子能谱对水解液与锌铝涂料的稳定性、涂层的微观形貌及组成成分和耐蚀性进行表征分析。结果 实验结果表明,磷钼酸含量（1.0%~3.0%,质量分数）对水解液与锌铝涂料的贮存稳定性无影响。当磷钼酸含量为2.5%时,涂层致密平整,经168 h盐雾试验后无红锈出现,且极化曲线的腐蚀电位证明其仍具有阴极保护能力;该涂层拥有最大的电荷转移电阻,高达17 929 Ω·cm²,表现出优异的耐蚀性。X射线光电子能谱证实磷和钼元素以Zn₃(PO₄)₂、AlPO₄、MoO₃、ZnMoO₄和Al₂(MoO₄)₃存在于涂层中,形成兼具物理屏障与化学钝化功能的复合保护层。结论 磷钼酸作为一种阳极钝化剂,在锌铝涂层中具有优良的钝化能力。磷钼酸以2.5%的含量加入低温固化无铬锌铝涂层中,可以有效提高锌铝涂层的耐蚀性,且具有一定的持续钝化能力,为环保型钝化剂设计提供了理论支持。
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  热浸镀Zn-5Al-2Mg镀层表面黑点缺陷的产生机理研究

  李超, 王滕, 李伟刚, 张杰, 牟祖茂

  表面技术. 2025, 54(22): 90-98. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.008

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  目的 研究Zn-5Al-2Mg镀层表面黑点缺陷位置与正常位置组织特征差异,分析黑点缺陷的产生原因和机制,进而控制或消除黑点缺陷。方法 以工业生产的Zn-5Al-2Mg锌铝镁镀层钢板表面的黑点缺陷为研究对象,利用扫描电子显微镜及FIB样品制备分析技术,对比了缺陷位置和正常位置镀层显微组织的差异,阐明镀层黑点缺陷产生的根本原因,并结合热力学软件对镀层凝固过程的相转变进行计算,分析镀层表面黑点缺陷的产生机理。结果 镀层黑点缺陷位置组织由富Al枝晶相+η-Zn相+Zn/(α-Al+η-Zn)/Mg₂Zn₁₁三元共晶构成,而镀层正常位置组织由富Al枝晶相+η-Zn相+Zn/(α-Al+η-Zn)/MgZn₂三元共晶构成,2种位置的三元共晶组织中富Al相的形貌、尺寸和分布无明显差别;正常位置三元共晶中富Zn相和MgZn₂相呈片层状分布,富Zn相占比高于MgZn₂相,而缺陷位置三元共晶中富锌相呈颗粒状分布,Mg₂Zn₁₁相呈粗大的棒状或块状不规则分布,富Zn相占比低于Mg₂Zn₁₁相,二者三元共晶组织微观形貌及组成的显著差异是导致黑点缺陷的根本原因。结论 在工业化生产的非平衡凝固条件下,Zn-5Al-2Mg成分的过冷液相在凝固末期发生含有MgZn₂相的三元共晶转变,当镀层的镀后冷却速率不均匀导致局部冷速偏高时,含有Mg₂Zn₁₁相的三元共晶转变则占据主导地位,使镀层局部位置产生异常的共晶组织,由于光线的慢发射作用在镀层表面产生了黑点缺陷。
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  咪唑啉缓蚀剂CO₂缓蚀机理多尺度研究

  杨中华, 王长权, 石立红, 许诗婧, 刘钦华

  表面技术. 2025, 54(22): 99-109. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.009

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  目的 为明确油酸咪唑啉（OIM）与油基羟乙基咪唑啉（HIM）在含CO₂酸性环境中的缓蚀机理差异,揭示官能团修饰对缓蚀性能的调控规律,为高性能缓蚀剂的定向合成提供理论依据。方法 采用多尺度研究方法：通过量子化学计算（DFT）量化分子前线轨道能级（E_HOMO、E_LUMO）和Fukui指数,解析电子结构对吸附活性的影响;利用分子动力学模拟对比两种缓蚀剂在Fe（001）表面的吸附构型、吸附能及水分子扩散抑制能力;结合高温高压（60 ℃、1 MPa CO₂）电化学测试,验证缓蚀效率与机理。结果 OIM的HOMO能级（-4.035 eV）较HIM（-4.459 eV）更高,能隙（1.229 eV vs. 4.313 eV）缩小68.5%,赋予其更强的电子供体能力;OIM的羧酸基团使其亲核指数（C26: 0.168）与亲电指数（N3: 0.122）分别提升68%和48%。OIM在Fe（001）表面的吸附能（-86.465 kcal/mol）较HIM（-56.334 kcal/mol）增加53.6%,且对腐蚀性离子（HCO₃^-、Cl^-）扩散抑制效果强于HIM;OIM在200 mg/L浓度下的缓蚀效率为94.33%,较HIM提升0.61个百分点,极化曲线分析证实其符合混合型缓蚀剂吸附特征。结论 OIM的羧酸基团通过增强电子供体能力与化学键合作用,形成更稳定的平行吸附构型;HIM依赖羟乙基与咪唑环协同吸附,但疏水屏障致密性较弱,为高性能CO₂缓蚀剂设计提供了优化方向。
精密与超精密加工
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  基于神经网络的三维机械加工表面高度参数识别

  王子杰, 雷声, 汪刘群

  表面技术. 2025, 54(22): 110-118. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.010

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  目的 为了快速识别机械加工表面的三维高度参数偏度、峰度,基于谱表示法（Spectral Representation Method,SRM）模型构建了粗糙表面数据集,并利用卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）对粗糙表面的偏度、峰度进行快速识别。方法 首先采用KEYENCE VK-X260K激光共聚焦显微系统测试了立铣、平铣、平磨表面形貌数据,提取真实加工表面合理的峰度、偏度范围以确定神经网络输入的偏度、峰度范围,并在此范围基础上使用谱表示法构建了一个包含不同偏度、峰度的三维粗糙表面数据集。然后通过单因素实验法分析网络参数（网络深度,滤波器大小）对偏度、峰度识别精度的影响,以寻求最优的神经网络参数组合,最后通过与传统统计特征计算法,即基于谱表示法模型生成粗糙表面后计算其表面高度分布的三阶中心矩和四阶中心矩进行对比,验证卷积神经网络法识别三维参数偏度、峰度的有效性。结果 实验结果表明,基于卷积神经网络方法计算的偏度、峰度最优绝对百分比误差达到8.8%和1.5%,其平均百分比误差分别可以控制在12.9%和3.7%以内。结论 所建立的非高斯粗糙表面能准确描述形貌特征,能正确、清晰地反映三维高度参数,且卷积神经网络对粗糙表面参数的识别具有优势性。研究结果为粗糙表面高度特征参数的识别提供了新思路。
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  一种机械化学抛光（100）面金刚石的活性金属防氧化金刚石陶瓷砂轮

  辛永康, 陆静, 黄绍锋, 李泽森, 胡艺坤, 罗求发, 柯聪明

  表面技术. 2025, 54(22): 119-128. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.011

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  目的 为解决传统陶瓷砂轮活性金属氧化失效问题,旨在开发一种兼具防氧化与界面强化功能的金刚石衬底机械化学抛光陶瓷砂轮。方法 研究采用硅包铁粉末,利用外层硅隔绝氧气保护内层Fe活性,在常压烧结条件下同步实现砂轮基体防氧化及磨粒与基体界面强化;通过扫描电镜观察微观结构、抗弯实验测试强度,并借助磨削实验结合表面粗糙度、材料去除率、拉曼表征优化配方,探究不同加工转速和进给下的最佳参数,利用TEM观测亚表面损伤、结合XPS分析材料去除机制。结果 实验结果显示,该方法制备的砂轮可有效防氧化并提升结构强度,优化后单晶金刚石（100）面材料去除率达10.69 μm/h,表面粗糙度S_a=0.82 nm,亚表面非晶碳层仅1.913 nm,拉曼及XPS光谱证实材料去除源于砂轮中铁活性组分催化金刚石表面非晶碳化形成Fe₃C层,结合硬质磨料机械磨削实现。结论 硅包铁梯度氧化结构陶瓷砂轮成功实现常压烧结下的界面强化与氧化防护,其机械-化学协同去除机制显著提升了单晶金刚石加工效率与表面质量,为金刚石衬底高效低损伤加工提供了新方案,在金刚石基电子器件制造领域具有良好的产业化应用前景。
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  离子束加工镍单晶原子级去除行为与表面损伤机制研究

  李晓静, 王泽骜, 秦胜建, 高永亮, 王林

  表面技术. 2025, 54(22): 129-140. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.012

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  目的 模拟氩（Ar）离子束溅射单晶镍（Ni）的行为,分析其原子级结构演变规律,揭示金属Ni的去除机制及表面与亚表面损伤机制。方法 采用分子动力学（MD）方法,模拟不同溅射能量（600 eV、1 000 eV和1 400 eV）、剂量（1.562 5×10¹³ ions/cm²和3.125 0×10¹³ ions/cm²）及入射角度（30°、45°、60°、75°和90°）下,Ar离子束溅射单晶金属Ni（001）表面过程。基于原子级微结构表征,系统分析溅射能量、剂量及角度对Ni（001）表面损伤形貌、应变分布以及溅射产额的影响规律,阐明其表面损伤机制和原子去除机制。结果 Ar离子束溅射在Ni（001）面溅射核心区域形成凹坑与表面原子堆积,并在亚表面诱发非晶原子团簇及{111}面层错等损伤结构;伴随结构缺陷的产生,核心溅射区域产生应变集中。凹坑面积、表面堆积原子数、非晶团簇原子比例、层错原子比例、亚表面损伤深度和应变均随溅射能量和剂量的增加而增大;其中60°入射角下产生的表面及亚表面损伤最为显著。溅射产额亦随溅射能量和剂量的增加而升高;30°入射角下因独特的“铲削效应”,溅射产额达到最高;应变集中和层错在后续温度平衡过程中逐渐消失。结论 离子束加工条件（能量、剂量、角度）对单晶Ni表面及亚表面损伤具有显著影响。损伤程度随溅射能量和离子剂量的增加而加剧;60°入射角时损伤最显著,而30°入射角下原子去除效率最高。本研究为实验优化离子束加工工艺提供了理论依据。
表面功能化
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  交叉纳米图形转移压印制备晶圆级金属超表面

  孙世成, 孙笛芝, 陈昊, 许蕾蕾, 邓联贵

  表面技术. 2025, 54(22): 141-149. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.013

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  目的 开发一种金属超表面高通量制备方法。方法 电子束曝光法制备硅基原始模具并通过热压印复制多个IPS子模具,制备PET-IPS复合工作模具并利用多次交叉式纳米压印高效率制备出晶圆级硅基超表面模具。在此基础上,基于相对黏附力控制,通过复制模具、热蒸发、压印等步骤将高精度金属超表面结构转移至目标基底。通过模具形貌表征与金属超表面结构转移率测试等实验,分析制备技术的模具结构深度均一性以及金属纳米结构转移完整性。结果 经过多次剂量对照,在0.7 μC/cm²剂量下曝光出3 mm×30 mm的硅原始模具,其最小微纳结构尺寸为100 nm,尺寸误差在4%以下,具有良好的一致性。通过交叉纳米图形转移压印技术实现4英寸晶圆级金属超表面制备,与传统步进重复式纳米压印相比,该技术将超表面纳米图案制备效率提升了7.6倍,4英寸硅基超表面模具深度差异在7%以下,金属超表面结构转移率接近100%。结论 交叉纳米图形转移压印技术可有效提高晶圆级金属超表面制备效率并降低制备成本,在光学成像、光通信、传感等领域具有广阔的应用前景。
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  风刀对钙钛矿前驱体溶剂蒸发动力学的影响

  周业贵, 陈国昊, 平慧慧, 杨虎, 庄黎伟

  表面技术. 2025, 54(22): 150-158. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.014

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  目的 提高风刀辅助下的钙钛矿前驱体中溶剂大面积蒸发的均匀性。方法 基于有限体积方法,耦合Hertz-Knudsen-Schrage蒸发方程,建立钙钛矿前驱体中溶剂二甲基甲酰胺（DMF）蒸发的计算流体力学（CFD）模型。首先得出DMF在热辅助蒸发过程中的蒸发冷凝系数,检验其独立性。然后在二维模型中引入风刀,研究风刀的吹扫角度、出口风速、距离液膜高度等因素对DMF蒸发通量均匀性的影响,探究了风刀辅助下的溶剂蒸发动力学。再将二维均匀性较好的风刀工况运用于三维模拟,探究风刀出口风速的振幅对蒸发均匀性的影响。结果 当蒸发冷凝系数值为1.12×10^-4时,不同温度下的DMF蒸发通量的模拟值与实验值具有较好的一致性,表明蒸发冷凝系数具有独立性,不随温度、压力发生变化。风刀辅助液膜蒸发时,平行液膜表面速度大的区域蒸发通量高,在风刀吹扫角度40°、出口速度10 m/s、距离液膜高度10 mm;角度50°,风速10 m/s,距离5 mm;角度60°,风速5 m/s,距离10 mm,风刀正下方区域蒸发通量高且均匀性好,低振幅风刀出口风速能提高大面积衬底上的溶剂蒸发均匀性。结论 合适的风刀使用工况能使得液膜表面流速以均匀的层流形式分布,进而提高溶剂蒸发的均匀性,本研究的数值模拟方法能为实验提供指导价值。
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  铝电容器用Al/TiO₂复合粉末阳极箔的制备与性能研究

  周代明, 曾鲜, 边家通, 梁力勃, 黄洪珠, 陈建辉

  表面技术. 2025, 54(22): 159-169. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.015

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  目的 研究在Al浆料中添加及烧结后在铝阳极箔表面浸渍TiO₂溶胶两道工序对电容器用粉末铝阳极箔比容性能的影响规律。方法 以三乙醇胺、聚乙烯醇缩丁醛、邻苯二甲酸二丁酯作为浆料原料,乙醇和丁酮作为溶剂制备粉末铝阳极箔浆料。通过流延法在铝光箔上涂覆浆料,经脱胶、烧结、化成后得到铝粉末阳极箔。同时,结合在浆料中添加TiO₂溶胶以及烧结后在铝阳极箔表面浸渍TiO₂溶胶两道工序,制备Al/TiO₂复合粉末阳极箔,并对其微观形貌、物相成分、电性能进行了测试表征。结果 浆料中添加TiO₂溶胶后能提高铝阳极箔的比容,达1.076 μF/cm²。经过两道工序处理后的铝阳极箔比容最高,达1.206 μF/cm²,相比未经过处理的粉末阳极箔提高了11.86%。结论 在浆料中加入TiO₂溶胶能够增大粉末箔的孔隙率、孔隙直径,降低烧结颈大小,形成了Al/TiO₂复合氧化膜,从而实现了比容的提高。同时加入溶胶后降低了铝粉颗粒与TiO₂溶胶之间的静电斥力,结合浸渍溶胶这一步骤能进一步形成Al/TiO₂复合氧化膜,从而提高粉末阳极箔的比容。
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  磁控溅射不同厚度MoS₂涂层的析氢反应性能研究

  张珂嘉, 姚明镜, 宦欢, 张虹, 王文倩, 唐国庆, 金凡亚

  表面技术. 2025, 54(22): 170-177. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.016

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  目的 开发高性能、低成本的非贵金属催化剂能够大幅降低电解水制氢技术的氢气制取成本,以满足工业化应用的需求。硫化钼（MoS₂）作为一种用于析氢反应的新兴催化材料,其催化活性与材料厚度密切相关。方法 采用单极性脉冲磁控溅射技术,在泡沫镍基材上制备出具有不同厚度的硫化钼涂层,研究涂层厚度对其结构及催化析氢反应性能的影响规律,并结合微观表征与电化学测试系统分析其变化原因。结果 在泡沫镍基材表面制备得到厚度分别0.5、3.8、5.5、11.4 μm的硫化钼涂层,涂层呈竖直生长取向,具有典型的蠕虫状结构,且随着厚度的逐渐增大,涂层表面发生由半导体相（2H- MoS₂）向金属相（1T- MoS₂）的转变。当涂层厚度为5.5 μm时,表现出最优的电化学析氢催化性能,其在10 mA/cm²和100 mA/cm²电流密度下的过电位分别为138.2 mV和218.2 mV,具有最低的电荷转移阻抗（R_ct）。结论 不同厚度的硫化钼涂层展示出析氢反应性能的规律性,且厚度与催化活性呈非线性关系,存在性能拐点。当涂层厚度适中时,硫化钼涂层既呈竖直生长的优势取向,又具有金属相的优良电荷传输能力,其催化性能最佳;然而随着厚度进一步增大,电荷转移阻抗的升高对电荷传输过程产生抑制,导致电化学性能发生恶化。
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  负载于混凝土表面的BiOI/TiO₂无机光催化涂层的制备与性能研究

  张淼, 李晶晶

  表面技术. 2025, 54(22): 178-186. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.017

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  目的 为了研究负载于混凝土表面的光催化涂层对空气中氮氧化物的去除效果,制备了一系列无机碘氧化铋/二氧化钛（BiOI/TiO₂）复合光催化剂涂层,用于降解空气中的氮氧化物。方法 基于溶胶凝胶法制备了BiOI/TiO₂复合无机光催化混凝土涂层。同时,采用X射线衍射（XRD）、电子扫描显微镜（SEM）、比表面积分析仪（BET）和紫外可见漫反射光谱仪（UV-VIS DRS）对光催化涂层材料的微观结构、微观形貌、比表面积和光响应性能进行了表征。并将其作为涂层材料负载于混凝土表面,以一氧化氮（NO）为目标污染物,探究了不同含量BiOI、光催化剂质量和NO浓度对BiOI/TiO₂光催化去除NO的影响。结果 XRD和SEM结果表明,BiOI/TiO₂复合光催化剂的成功制备。BET和UV-VIS DRS结果表明,引入BiOI后能够有效提升复合光催化剂的比表面积和光利用率。光催化降解NO实验结果表明,当使用含有4 g的0.3-BiOI/TiO₂光催化涂层光催化处理0.4 mg/L的NO时,其最大去除率可达64.47%。并且BiOI/TiO₂光催化涂层具有良好的稳定性和优异的耐久性,经过多次长时间使用,其对NO的去除率保持在60%以上。结论 成功构建了BiOI/TiO₂复合无机光催化混凝土涂层,为制备环保建筑涂层材料提供了一种有效的科学方法。
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  变电站支柱绝缘子表面污秽颗粒黏附及脱附特性研究

  陈通, 李星宇, 张纬怡, 何嘉弘

  表面技术. 2025, 54(22): 187-197. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.018

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  目的 研究变电站支柱绝缘子表面污秽积累规律以及脱附特性,为变电站支柱绝缘子清扫方式与机构设计提供理论指导。方法 以ZS-35/4支柱型绝缘子为样本,通过将流场仿真与物质点结构力学相结合的方法,计算了不同运行条件下的污秽颗粒黏附与脱附特性,并提出基于污秽黏附率和脱附率量化的绝缘子表面积污与清扫效果仿真模型,最终通过实验验证了模型的准确性。结果 随着绝缘子表面水膜面积增加,迎风区污秽黏附率增加显著,平均增长46.6%,背风区和侧风区污秽黏附率增长较为缓慢。当采用毛刷摩擦作为脱附手段时,干燥污秽最易脱附（脱附率99.6%）,湿润污秽其次（脱附率70.4%）,固结污秽最难脱附（脱附率9.6%）。当采用毛刷摩擦和水流冲洗结合的脱附方式时,水流通过毛刷摩擦形成的微孔逐步渗入固结污秽,将固结污秽转变为湿润污秽,同时水流冲洗增加脱附力。因此,固结污秽脱附率达到93.4%,比单独毛刷清扫增加83.8%,具有较好的脱附效果。结论 随着环境湿度增加,迎风区污秽黏附率增加比背风区和侧风区污秽黏附率增长更为快速。采用毛刷摩擦作为脱附手段时,干燥污秽脱附率大于湿润污秽,湿润污秽脱附率大于固结污秽。采用毛刷摩擦和水流冲洗结合的脱附方式清理固结污秽比单独摩擦或冲洗的脱附效果好。
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  基于分形维数的不同加工参数对铅板表面疏水及自清洁性能的影响

  朱鑫, 李立新, 杨岐, 杨圳洋

  表面技术. 2025, 54(22): 198-207. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.019

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  目的 通过复合工艺（轧制、激光加工与热处理）在铅板表面构建粗糙微观结构,探究不同加工参数对疏水性及自清洁性能的影响。方法 以铅板为基底材料,通过轧制、激光加工、热处理相结合的复合工艺对其进行表面处理。利用光学显微镜观察表面微观结构的演变过程,运用表面轮廓测量仪和接触角测量仪对加工后表面的微观结构特征及疏水性进行表征,采用小麦粉颗粒模拟粉尘污染物进行自清洁性能测试。通过正交设计的方法设计试验,基于分形维数探究各加工参数对材料表面疏水性影响的作用机理。结果 复合工艺可使铅板静态接触角从114.5°提升至139.3°,疏水性提升21.6%,自清洁性能得以改善;接触角与分形维数呈负相关关系（R²=0.88,F检验表示有99%以上的置信度）,分形维数越小,疏水性越优;激光加工扫描速度和激光间距为关键影响因素,通过调控表面微观结构来改变疏水性,轧制和热处理工艺相关加工参数的影响相对较弱。结论 为铅基材料表面疏水性的改善提供了一种成本低、效率高、环保性好的工艺方案,通过揭示不同加工参数对铅板表面疏水性的影响规律,为实际生产中的参数优化提供了理论依据。
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  钛表面聚多巴胺钝化掺锶黑磷纳米片复合涂层的构建及性能

  王丙乾, 李美婷, 崔艺严, 曾辉, 黄硕, 郭芳, 刘昌奎

  表面技术. 2025, 54(22): 208-215. https://doi.org/10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.22.020

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  目的 为克服钛合金（Ti-6Al-4V,Ti）样品表面生物惰性的弊端,通过在其表面引入聚多巴胺钝化掺锶（Sr）黑磷纳米片（Black Phosphorus Nanosheets,BPNs）涂层对其改性,以期提高Ti样品生物活性和骨整合能力。方法 采用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、Zeta电位、拉曼光谱对改性前后的Ti表面进行表征。通过体外矿化实验和细胞黏附实验评价涂层对矿化能力和对细胞生长情况的影响。结果 SEM显示,Ti-PDA样品表面可见球形颗粒状聚集体分布,引入BPNs和Sr²⁺后,可观察到大量纳米片被PDA纳米颗粒所包裹;EDS及XPS分析显示,涂层中具有明显的P、Sr、N元素分布;Zeta电位结果显示BPNs、BP+Sr和PDA@(BP+Sr)电势分别为（-20.30±1.64）mV,（-5.76±1.07）mV,（-12.73± 0.42） mV;拉曼光谱图中PDA@(BP+Sr)组显示出二维材料BPNs中的特征拉曼吸收峰（A¹_g、B_2g、A²_g）,且相比纯BPNs组仅有轻微的位移,说明Ti-PDA@(BP+Sr)复合样品成功制备。体外矿化实验表明,Ti-PDA@BP与Ti-PDA@(BP+Sr)组表面有更多的颗粒沉积,富集一定的钙盐,证明涂层的引入提升了样品表面的矿化能力;细胞实验结果显示,PDA@(BP+Sr)涂层处理样品表面细胞增多,单个细胞铺展面积大。结论 在Ti样品表面构建PDA@(BP+Sr)涂层,可有效提高样品表面生物活性,利于细胞铺展,为克服纯Ti样品常见的表面生物惰性提供了一种新策略,可增强其在骨缺损修复重建等领域的应用潜力。