2025年, 第54卷, 第4期　
刊出日期：2025-02-25

  

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研究综述
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  光热超疏水表面防覆冰/除冰原理、策略和应用研究进展

  张海洋, 王优强, 郭浩冉, 徐莹, 黄兴保, 安恺

  表面技术. 2025, 54(4): 1-16. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.001

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  低温环境下的结冰问题会对出行和输电线路安全造成一定影响。传统超疏水表面虽能防覆冰，但效果随时间减弱。新型光热超疏水表面，结合被动防冰和主动除冰，利用光热转换效应，有效抑制冰核形成，提高融冰效率，在防覆冰/除冰领域展现出广阔的应用前景。详细分析了超疏水表面的润湿理论和光热超疏水表面的光热转换机制，这一机制是其实现高效防覆冰和除冰功能的核心。首先全面总结了光热超疏水表面在防覆冰和光热除冰方面的原理，揭示了其如何通过特殊的表面结构和材料特性来延迟冰的成核和生长。综述了当前光热超疏水表面在防覆冰/除冰领域的最新研究进展，特别是针对碳基、聚合物基、半导体基、金属基和陶瓷基这5种不同基材的光热超疏水表面，分析了它们各自的制备方法、性能特点以及在实际应用中的潜在优势。还深入探讨了这些光热超疏水表面在实际应用中展现出的疏水性能、防覆冰性能以及光热除冰性能等。最后，指出了在光热超疏水表面的制备和应用过程中存在的挑战，如材料的耐久性、成本效益和环境适应性等问题，并对未来的研究方向进行了展望，为后续的研究提供了有价值的参考。
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  基于涂层/织构/固体润滑剂协同的金属表面减摩耐磨结构与性能研究进展

  刘锡尧, 王叶, 秦乐佳, 刘许亮, 郭增飞, 卢志伟, 杨慷

  表面技术. 2025, 54(4): 17-37. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.002

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  在航空航天、高端机床及轨道交通等机械装备领域，金属零部件表面摩擦学性能研究主要集中在涂层、织构和固体润滑剂等方面。单一的摩擦结构已难以满足复杂工况下对摩擦磨损的需求，因此由涂层/织构/固体润滑剂组合构建的摩擦结构成为研究重点。根据减摩耐磨结构形式不同，归纳总结了五类结构形式:基体混合润滑剂型、织构复合润滑剂型、涂层掺杂润滑剂型、织构复合涂层型和涂层织构润滑剂复合型，梳理了五类结构的设计及制备方法，同时探讨了各类结构在摩擦过程中的减摩耐磨机制，并对多种涂层在摩擦结构内发挥的保护作用、织构形状参数对摩擦结构减摩效果的影响规律、不同种类固体润滑剂间掺杂产生的相互影响进行了深入分析。此外，还阐述了各类摩擦结构润滑膜成形机制，归纳了各类摩擦结构在实际应用中的优缺点，总结了涂层/织构/固体润滑剂在摩擦界面中的相互作用机制，以及摩擦结构在多工况下的适应性等关键问题。最后，对开发新型环保可持续摩擦材料、智能润滑涂层及多功能一体界面结构的研究前景进行了展望。
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  表面工程技术在大型水轮发电机组中的应用:进展与挑战

  陈雷雷, 何强锋, 成传诗, 王少龙, 吴涛, 万刚, 马明, 娄明, 常可可

  表面技术. 2025, 54(4): 38-54. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.003

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  大型水轮发电机组是水电站的强劲心脏，是水电能源转换、保障电力系统稳定、提升电能质量的核心装备，其长效稳定运行极大依赖转轮、定/转子、推力轴承等核心部件的性能发挥。然而，水轮发电机组的复杂苛刻服役环境极易对上述部件造成严重的表面损伤，这对整个机组的安全提出了巨大挑战。表面工程技术能显著提升材料的表面综合性能、赋予特定的表面功能特性，是对水轮发电机组关键部件进行表面强化和延寿的重要途径。以水轮发电机组的关键部件表面损伤为导向，从实际需求出发系统性论述了典型表面工程技术在水电行业的应用进展和前景。重点分析了过流部件的表面防腐、定/转子部件的绝缘防晕、转子上方管路的凝露、转轮空蚀、导叶磨蚀、大型部件的缺陷修复、镜板表面研磨、轴瓦乌金修复等水轮发电机组的典型表面失效难题，并从以往的工程实践和先进科研成果2个方向，总结了通过环氧涂料、石墨烯复合涂料、氧化铝绝缘涂料、超疏水涂料、磁控溅射涂层、物理气相沉积涂层、表面喷涂修复和表面高能改性等表面工程技术解决上述问题的进展和挑战。
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  医用硅橡胶表面改性技术的研究与应用

  张国发, 王利涛, 丁伟, 吴波, 吕美

  表面技术. 2025, 54(4): 55-69. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.004

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  硅橡胶高分子材料由于其耐高温、耐老化、透明度高，以及无毒无味、力学性能优越和生物兼容性好等优点，在生命科学和医学领域得到广泛应用。然而，随着医学技术的不断进步，对医用制品的要求也变得日益严格。硅橡胶植入生物体内容易引起微生物污染，并且其表层与细胞之间的摩擦可能导致细胞组织结构损坏，从而降低硅橡胶植入物的适用性并影响其临床应用。简要介绍了医用硅橡胶的特性及其发展历史，并通过综述国内外研究成果，概述了表面改性硅橡胶在抗菌性能和表面润滑性能方面的研究。常用的抗菌涂层包括纳米金属、抗生素和一氧化氮，常用的润滑涂层包括聚乙二醇、聚丙烯酰胺和透明质酸，以及其他类型的润滑涂层，对各种类型的涂层从制备类型、研究方法、功能效果等方面进行总结归纳，并简要介绍其存在的不足之处，如生物相容性、细菌耐药性和操作工艺等问题，以及可能的改进方法。此外，简要总结了常用的涂层制备方法，并重点介绍了气相沉积技术、紫外光接枝技术以及可逆-失活自由基聚合技术。最后，通过对当前硅橡胶表面改性方法的总结与思考，展望了未来硅橡胶表面改性的研究方向，以期获得性能更加优异的医用硅橡胶。
腐蚀与防护
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  极地低温微生物对船用EH 40钢的腐蚀行为研究

  毛晓敏, 郭娜, 孙振美, 郭章伟, 黄诗雨, 刘涛

  表面技术. 2025, 54(4): 70-81. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.005

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  目的 近年来，极地资源及航线的价值逐渐凸显，随之而来的是极地环境下船舶航行的安全问题。作为影响船舶材料腐蚀的重要因素，海冰水中的极地微生物对船用钢材腐蚀的影响研究较少。研究了两株低温菌在4 ℃条件下对EH40船用钢腐蚀行为的影响，分析了极地微生物的腐蚀机制，为未来我国北极航线上船舶用钢的开发和应用评价提供基础数据和科学参考。方法 选择了两株典型极地海冰水中的微生物(养料嗜冷杆菌Psychrobacter cibarius和南方盐单胞菌Halomonas meridiana)，采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)和电化学阻抗谱(EIS)等表征方法研究了EH 40船用钢在两株低温菌中的腐蚀行为。结果 从激光共聚焦和SEM电镜照片结果来看，H. meridiana在样品表面形成致密度较高的腐蚀产物膜，细菌分布均匀连续。电化学阻抗及极化结果显示，H. meridiana在实验过程中表现出更大的阻抗值及更小的腐蚀电流。空白海水培养基的失重速率最大，H. meridiana的失重速率小于P. cibarius。在4 ℃下，空白培养基中的样品出现了巨大的点蚀坑，P. cibarius组的点蚀程度较轻，出现了小点蚀坑，H. meridiana组样品表面未发现明显点蚀坑。检测两株细菌的可溶性多糖分泌量，其中H. meridiana分泌的可溶性多糖含量高于P. cibarius。结论 在4 ℃下，EH 40表现出更高的点蚀敏感度，在空白海水培养基中出现了严重的点蚀。两株低温菌附着于EH 40钢表面与腐蚀产物共同形成了具有一定防护效果的生物膜，其中H. meridiana分泌的可溶性多糖量更大，细菌附着更加均匀连续，其在样品表面形成的生物膜的致密性更高，防护效果也好于P. cibarius。
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  吐温-80对钢在Cl3CCOOH中的缓蚀作用机理

  高芸, 李向红, 朱平, 邓书端, 徐娟

  表面技术. 2025, 54(4): 82-95. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.006

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  目的 探究非离子型表面活性剂吐温-80对钢在三氯乙酸(Cl3CCOOH，TCA)介质中的缓蚀作用规律，揭示缓蚀机理。方法 通过失重法、动电位极化曲线法、电化学法分析吐温-80在0.10 mol/L三氯乙酸溶液中对钢的缓蚀性能，测试缓蚀溶液的电导率及表面张力;并采用原子力显微镜(AFM)、接触角、X-射线光电子能谱(XPS)等方法分析钢的表面形貌、表面亲/疏水性、化学组成等。结果 吐温-80在三氯乙酸介质中对钢具有较好的缓蚀性能。当吐温-80质量浓度仅为5 mg/L，20 ℃时，其缓蚀率高达94.35%;缓蚀率受温度的影响较大，不同温度下缓蚀率由大到小为20、30、40、50 ℃，当温度升至50 ℃时其缓蚀率显著下降，最高仅为37.29%。吐温-80在钢表面的吸附符合Langmuir单分子吸附模型，其标准吸附Gibbs自由能(ΔG⁰)为?39~?31 kJ/mol，是物理吸附与化学吸附并存的混合型吸附;动电位极化曲线分析表明，吐温-80是一种以抑制阳极反应为主的混合型缓蚀剂;阻抗则说明加入吐温-80后，电荷转移电阻增大，双层电容值减小，在反应过程中存在弥散效应;吐温-80的存在使溶液的电导率变大，表面张力减小，钢表面粗糙度降低、疏水性增加。XPS进一步验证了吐温-80在钢表面发生吸附，并形成了一层缓蚀保护层。结论 吐温-80对钢在TCA介质中是一种高效的混合抑制型缓蚀剂。
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  盐雾环境中不同表面处理印制电路板(PCB)的腐蚀行为

  李玉珠, 曾晓彤, 刘洪亮, 赵方超, 方博, 刘杰

  表面技术. 2025, 54(4): 96-109. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.007

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  目的 探究覆铜板(PCB-Cu)、浸银印制电路板(PCB-ImAg)和浸锡印制电路板(PCB-ImSn)在盐雾环境下的腐蚀失效行为和机理。方法 开展PCB-Cu、PCB-ImAg、PCB-ImSn的中性盐雾试验，从电化学阻抗谱、极化曲线、表面腐蚀形貌及腐蚀产物成分等方面研究PCB在盐雾环境下的腐蚀失效机理。结果 盐雾试验进行至168 h时，PCB-Cu阻抗值由试验前5.20×10³ Ω?cm²增大至2.07×10⁴ Ω?cm²，自腐蚀电流密度由1.454 μA/cm²降至0.036 μA/cm²，腐蚀产物(Cu2O、Cu2Cl(OH)3)在一定程度上阻碍了腐蚀性粒子的传输;PCB-ImAg阻抗值由试验前5.13×10³ Ω?cm²增大至1.13×10⁴ Ω?cm²，自腐蚀电流密度由0.759 μA/cm²增大至2.179 μA/cm²，浸Ag层发生破损，暴露出Cu基体，导致Cu基体腐蚀速率增大;PCB-ImSn阻抗值由试验前1.72×10⁵ Ω?cm²降至1.35×10⁵ Ω?cm²，自腐蚀电流密度由0.016 μA/cm²增大至0.069 μA/cm²，此过程中腐蚀产物逐渐积累，延缓了腐蚀进程。施加电压后，PCB阳极腐蚀严重，PCB-ImSn和PCB-Cu阴极边缘出现腐蚀产物向阳极生长的现象。结论 随着盐雾试验时间的延长，PCB-Cu表面腐蚀产物不断积累，PCB-ImSn表面形成致密的腐蚀产物层，PCB-ImAg表面形成大阴极小阳极的电偶体系，Cu基体腐蚀加剧。此外，3种PCB样品阳极区域均出现Cu元素的富集现象。PCB-ImSn的电化学迁移敏感性较高，PCB-ImAg的电化学迁移敏感性相对较低。
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  仿生多巴胺原位聚合改性氟化石墨烯对水性环氧树脂涂层耐腐蚀性能的影响

  朱建康, 李茂东, 王良旺, 张双红, 翟伟, 李爽, 熊磊, 王维科

  表面技术. 2025, 54(4): 110-121. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.008

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  目的 改善氟化石墨烯在水性环氧树脂涂层中的分散性，增强涂层的耐腐蚀性能。方法 受贻贝黏附蛋白的启发，以多巴胺为修饰单体，通过原位聚合生长在氟化石墨烯(FG)表面形成聚多巴胺(PDA)层，从而对FG进行功能化修饰。随后，将FG@PDA作为填料添加到水性环氧树脂(WEP)涂层中，制备了FG@PDA/WEP复合涂层。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨扫描电子显微镜(SEM)对FG@PDA的化学组成和微观结构等进行了表征分析，并通过电化学阻抗谱(EIS)测试等评估了涂层的耐腐蚀性能。结果 多巴胺通过自聚合均匀生长在FG片层表面形成聚多巴胺纳米颗粒，明显提高了FG在乙醇溶剂中的分散稳定性。添加0.5%~ 1%(质量分数)FG@PDA复合材料的FG@PDA/WEP复合涂层在浸泡10 d后，其低频阻抗模量(|Z|f=0.01 Hz)显著高于纯WEP涂层，保持在10⁸ Ω.cm²以上。结论 聚多巴胺的引入提供了丰富的反应活性位点，增强了FG与树脂基质的界面相互作用，从而显著提高了涂层的防护性能。
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  镍磷表面无置换接触镀金复合镀层的耐蚀耐磨性能研究

  廖万达, 李如鹏, 李卓颐, 白常宁, 张兴凯

  表面技术. 2025, 54(4): 122-129. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.009

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  目的 镍磷/金复合镀层具有优异的耐蚀性和润滑性，但是在镍磷基底表面沉积金镀层时，通常会由于置换反应的发生而产生结合力差和孔隙率高等缺陷，从而影响复合镀层的耐蚀性等。通过抑制金离子与镍磷镀层之间的置换反应，避免镍磷镀层表面沉积的金镀层产生孔隙等缺陷，提高镍磷镀层的耐蚀耐磨性能。方法 采用纯铝作为牺牲阳极，避免镍磷镀层基底受到碱性镀金液的腐蚀;同时，碱性镀金液中亚硫酸钠的强络合能力也抑制了金离子与镍磷镀层之间的置换反应;纯铝作为牺牲阳极能够与镍磷镀层形成原电池，为金离子在镍磷镀层表面的还原沉积提供电子;使用接触镀方法在镍磷镀层表面制备了厚度约为250 nm的致密金镀层。运用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪和X射线衍射仪等分析了镍磷镀层及其表面金镀层的形貌、组成和结构等。使用电化学工作站和往复球盘式摩擦试验机对比研究了镍磷镀层和镍磷/金镀层的耐腐蚀性能和摩擦学性能。结果 无置换接触镀方法能够在镍磷基底表面获得完整致密的金镀层，金镀层主要由形状不规则、尺寸大小不等(100~200 nm)的颗粒密集堆积组成，金镀层下面的镍磷镀层未受明显腐蚀。镍磷镀层呈非晶结构，金镀层具有fcc-Au晶体结构。镍磷/金镀层表现出优异的耐腐蚀性能和摩擦学性能，归因于金镀层的致密结构和化学稳定性以及易剪切性。结论 提出了一种在镍磷镀层表面沉积金镀层的无置换接触镀方法，电化学和摩擦学测试表明所制备的金镀层能够显著提高镍磷镀层的耐腐蚀性和耐磨性。
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  碱性锌镍镀液组成对镀层性能的影响

  丁运虎, 李雨昕, 胡遐林, 贺颖, 刘宏芳, 段海涛

  表面技术. 2025, 54(4): 130-142. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.010

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  目的 获得绿色化、高稳定的碱性锌镍合金工艺，探索碱性代镉电镀锌镍工艺中单一组分参数对锌镍合金镀层性能的影响。方法 在镍离子主络合剂C的碱性镀液中电沉积制备锌镍合金镀层。通过Hull Cell实验分析、电化学分析、扫描电镜分析等方法，研究碱性锌镍合金体系中，其他条件一定时，镀液中锌离子、镍离子、络合剂C以及氢氧化钠含量分别对镀层厚度、镍含量、耐蚀性和微观结构的影响。结果 实验结果表明，其他条件一定时，镀层镍含量与镀液中镍离子和络合剂C含量成正比，与锌离子和氢氧化钠含量成反比，镀层中镍含量远低于锌含量，在该碱性锌镍工艺体系中表现为异常共沉积;扫描电镜结果和电化学测试结果表明，其他条件一定时，当镍离子和络合剂C含量增加时，镀层的腐蚀电流密度减小，且腐蚀电流密度的最大值和最小值相差1个数量级，镀层越致密，表面形貌越好，锌离子含量和氢氧化钠含量增加时，镀层表面粗糙，结构疏松，其腐蚀电流密度增大，耐蚀性降低。结论 在络合剂C的碱性锌镍工艺中，电沉积锌镍合金是一个异常共沉积的过程，在电流密度为1~5 A/dm²时镀层镍含量较稳定，镀液金属离子(锌、镍离子)变化对镀层镍含量的影响较大，控制镀液中锌镍离子含量，镀层镍含量可稳定在12%~15%(质量分数)。镀液中各组分单一浓度变化，使镀层镍含量、形貌发生变化，对镀层耐蚀性产生影响。当其他条件一定时，镀液镍离子﹑锌离子﹑络合剂C和氢氧化钠含量分别为1.6 g/L、7 g/L、140 mL/L、80 g/L，镀层表面较平整，孔洞和裂纹较少，镀层的耐蚀性最好。
精密与超精密加工
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  电脉冲的热效应对淬硬轴承钢硬车性能的影响

  孙富建, 范永庆, 梁志强, 鲁艳军, 陈金龙, 肖玉斌, 黄浩, 袁剑平

  表面技术. 2025, 54(4): 143-150, 164. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.011

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  目的 探究电脉冲辅助硬车下热效应对ZGCr61淬硬轴承钢加工过程的影响。方法 通过研究不同工件表面初始温度(25、70、90、110、130 ℃)对ZGCr61淬硬轴承钢切削温度、切屑形成、工件表面粗糙度、工件表面加工硬化、工件表面强化层微观结构的影响，揭示热效应对淬硬轴承钢加工过程的作用机制。结果 随着工件表面初始温度的升高，ZGCr61淬硬轴承钢材料塑性提高，切削温度小幅降低，切屑的锯齿状特征减弱，切屑剪切带的剪切应变降低了30.7%，工件表面切削棱高度逐渐下降，切屑黏结缺陷减少，工件表面粗糙度最小可以达到0.288 μm，相比于普通车削降低了7.9%;当工件表面初始温度为110 ℃时，表面强化层的深度达到了8.78 μm，相较于普通硬车加工增加了59.9%。结论 工件表面初始温度在一定范围内能够有效降低切削温度，减弱切屑的锯齿状特征，在合适的工件表面初始温度下，热效应促进了工件表面塑性变形层的动态再结晶行为，工件表面加工硬化率略有下降;工件初始温度较高时，加工表面发生氧化反应，硬度提高，工件与前刀面产生更多的摩擦热，切削温度急剧增加，同时切屑的锯齿状特征更为显著，工件表面质量降低。
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  高强中模碳纤维复合材料表面高速进给铣削材料去除机理研究

  陈亮子, 唐珊珊, 王天立, 程志强, 宋万越, 王一奇, 高航

  表面技术. 2025, 54(4): 151-164. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.012

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  目的 开展高强中模碳纤维复合材料表面高速进给铣削材料去除机理分析，提高高强中模碳纤维复合材料表面铣削质量。方法 采用仿真模拟与实验相结合的方法，选用聚晶金刚石(PCD)双刃铣刀、硬质合金双刃/四刃/微刃铣刀开展高强中模碳纤维复合材料表面铣削仿真与实验，结合铣削过程切削刃加工轨迹分析结果，综合评价四种刀具铣削过程产生的切削力、切削热与材料表面铣削质量的关系。结果 仿真发现铣削过程中纤维承受主要载荷，刀具切入处表面更容易出现损伤。进给速度提高，表面铣削质量会有所降低，刀具刃数增加，进给力与最高铣削温度显著提高，加工质量下降。采用PCD铣刀加工能获得更高的铣削表面质量。结论 仿真分析与实验结果共同验证了不同刀具在高速进给条件下铣削高强中模碳纤维复合材料时材料的受力情况和表面质量。基于切削刃参与铣削过程开展材料去除机理分析，刀具刃数增加导致参与切削的切削刃数量增加，摩擦阻力增加，进给力增大。刀具刃数增加会压缩导屑槽空间，热量很难由切屑排出，导致铣削温度大幅上升，铣削质量下降。相较于硬质合金刀具，PCD刀具能以更小的进给力切入工件，并在加工过程中保持较低的进给力和铣削温度，获得更高的加工质量。
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  航空发动机积碳/油污超低温冰粒气射流清洗工艺研究

  王友涛, 陈阳, 仇学露, 郑珺予, 宋金龙

  表面技术. 2025, 54(4): 165-179. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.013

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  目的 利用超低温冰粒气射流清洗技术对某型号航空发动机典型零部件表面积碳/油污进行清洗，探究不同清洗工艺参数对积碳/油污清洗效果的影响。方法 采用质量评价、宏微观形貌和化学元素检测、表面粗糙度测量等方法对积碳/油污件表面清洗效果进行表征，利用单因素试验探究喷射压力、喷射角度、喷射距离、喷射时间和冰粒流量等工艺参数对表面清洗效果的影响。在最佳清洗工艺参数下，探究了超低温冰粒气射流清洗技术对金属基体材料性能的影响。结果 喷射压力、喷射角度、喷射距离、喷射时间和冰粒流量等参数都会影响表面清洗效果，最优清洗工艺参数下仅需5 s即可实现对表面积碳/油污的完全去除，清洗效率较高。通过对射流喷嘴运动的控制实现积碳/油污件表面的连续清洗，进而实现大面积积碳/油污的清洗。此外，超低温冰粒气射流清洗前后K424高温合金材料性能无明显变化，实现了无损伤清洗。结论 超低温冰粒气射流清洗技术具有较高的清洗效率且对基体无损伤，在航空发动机表面积碳/油污清洗方面具有广阔的应用前景。
表面功能化
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  LiFePO4电极表面织构化设计与表面润湿性研究

  于凯, 王守仁, 王英姿

  表面技术. 2025, 54(4): 180-190. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.014

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  目的 提高锂离子电池电极表面的润湿性，改善锂离子扩散动力学，进一步探究织构对电极表面润湿性的影响规律。方法 通过超快脉冲激光技术在LiFePO4电极表面制备沟槽织构，借助扫描电子显微镜、非接触式三维光学轮廓仪、接触角测量仪、X射线光电子能谱等测试手段，系统研究了织构对电极表面形貌和润湿性的影响。此外，使用电池测试系统和恒电位仪评估了锂离子电池放电性能和锂离子扩散动力学。结果 织构电极表面的润湿性得到了显著改善，接触角降低至7.1°，润湿时间缩短至6 s，扩散面积增加至26.52 mm²，润湿过程表现出各向异性。仿真结果证明电解液在织构电极表面处于Wenzel润湿状态，并且拟合得到的接触角方程能较好地解释接触角的变化趋势。织构化电池在0.5 C下的容量保持率从58.4%提高到99.4%，显示出最大的锂离子扩散系数(2.67×10^?13 cm²/s)。结论 织构对电极表面润湿性的改善具有显著效果，并且接触角与织构深径比呈负相关;激光烧蚀增加了电极的表面能，而C==O是提高电极表面亲液性的关键因素;电极材料的进一步润湿改善了锂离子扩散动力学，提高了锂离子电池放电性能，为制备高性能的锂离子电池提供了一定的指导。
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  基于矩形面积法的激光表面织构润湿性研究

  周耀, 郑凯雯, 徐松松, 冯绪琛, 李岩

  表面技术. 2025, 54(4): 191-200. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.015

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  目的 获取减摩性能优异的织构化表面，研究织构参数对润湿性的影响。方法 基于Wenzel模型提出了矩形面积法，设计了菱形、圆形和方形3种微坑织构。以菱形的对角线、圆形的直径和方形的边长为微坑尺寸，利用光纤激光器在316L不锈钢表面加工出微坑尺寸为0.1、0.2、0.4 mm，间距为0.1、0.2、0.4 mm的菱形、圆形、方形微坑织构，即3(尺寸)×3(间距)×3(形状)，共27组。采用悬滴法，使用接触角测量仪测量了光滑平面以及微坑织构表面的接触角。通过Wenzel模型计算得到其表面粗糙度因子。通过矩形面积法对不同微坑织构表面粗糙因子建立了不同的数学模型。基于该模型分析了织构形貌、尺寸和间距对表面粗糙因子的影响。对水滴接触角测试结果与矩形面积法模型预测值进行了定量分析，在矩形面积法理论中引入了修正因子K，建立了相关的回归方程(R²=0.997 5)，从而完善了粗糙度因子预测模型。结果 接触角测试所得织构化表面润湿性的变化趋势与矩形面积法分析的规律一致。当尺寸和形貌不变时，随着间距增大，润湿性随之减弱;在粗糙度系数相等的情况下，矩形包含的织构面积越大，润湿性越强;当尺寸与间距相同时，润湿性最强。在实验范围内，尺寸为0.1 mm、间距为0.4 mm的方形微坑织构的润湿性最强，其水滴接触角为30.6°。结论 矩形面积法对于预测织构化表面润湿性具有可行性，该方法可以减少测试量，用理论来优化织构化表面润湿性，为加工具备优异润湿性的织构化表面提供了参考依据和优化方法。
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  微弧氧化制备医用Mg-6Zn合金Cu2+涂层的抗肿瘤和成血管性能研究

  柴应红, 罗霞, 林科建, 张红, 赵辉, 蔡华伟, 郝丽静

  表面技术. 2025, 54(4): 201-210. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.016

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  目的 镁合金作为骨植入材料在临床上的应用受到广泛关注，然而骨植入术后的恢复问题长期以来未得到解决。方法 以Mg-6Zn合金为基体，基于简便的微弧氧化工艺，通过添加纳米铜粉，制备了含Cu²⁺的镁合金涂层，研究了不同纳米铜添加量下涂层的耐腐蚀、抗肿瘤和成血管性能。结果 Cu²⁺的加入，使涂层表面形貌得到改善，涂层更加平整致密，0.35 g/L添加量下，其拥有(385.46±38.99)HV的显微硬度、(3.90±0.28)%的孔隙率和最小(1.40±0.86) μm的孔径。在耐腐蚀性能测试中，表现出了最低的腐蚀速率(3.14′10^?5 mm/a)，较不含Cu²⁺涂层降低了1个数量级。体外实验表明:Cu²⁺涂层具有良好的生物相容性，骨髓间充质干细胞的增值率大于80%，溶血率低于4%，细胞黏附效果良好。此外，Cu²⁺涂层还具备较好的抗肿瘤和成血管能力，培养大鼠骨肉瘤细胞时，其增值率低至(24.53±2.75)%。在合适的浓度下，Cu²⁺能够实现抗肿瘤和成骨的协同作用;同时，Cu²⁺又会促进血管内皮细胞生长因子的分泌，刺激细胞增殖分化，进而促进血管生成;而在肿瘤条件下，Cu²⁺又会延迟血管内皮细胞成血管。结论 Cu²⁺具有良好的氧化活性，会使肿瘤细胞铜过载而产生氧化应激反应，进而死亡，并且Cu²⁺还能上调血管内皮细胞的生长因子，促进细胞增殖进而血管化。因此，这种具备较好耐腐蚀性、抗肿瘤和成血管能力的含Cu²⁺医用镁合金涂层，有望在骨植入及其术后问题上得到实际应用。
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  添加剂极性对电镀铜结构及力学性能的影响

  刘伟, 刘怡, 吴忠

  表面技术. 2025, 54(4): 211-220, 232. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.017

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  目的 旨在探讨有机添加剂分子极性对电镀铜微观结构及其力学性能的影响规律。方法 选择了一系列有机添加剂，分别为四甲基溴化铵、丁基四甲基溴化铵、正辛基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵，并根据其烷基链中的碳原子数分别命名为C1、C4、C8、C12和C16，通过改变其烷基链长度来调控添加剂分子极性，评价添加剂分子极性对电沉积铜形貌、结构及力学性能的调控机制，并通过扫描电子显微镜(SEM)表征电镀铜层的形貌，利用X射线衍射(XRD)分析电镀铜层的结构，结合电化学测试方法(计时电位法和阴极循环伏安法)研究其沉积行为。结果 SEM表征结果表明，有机添加剂的引入明显减小了铜层的晶粒尺寸，其中C8添加剂表现出卓越的整平能力，使铜镀层表面光滑。XRD分析表明添加剂的引入并没有改变铜层的择优取向，仍主要沿(111)晶面优先生长。电化学测试表明，有机添加剂在电极表面的静电吸附能够形成铜离子还原的屏蔽层，从而阻碍铜在阴极表面的沉积过程。这种阻碍作用随着添加剂中烷基链长的增加而增强，表明添加剂极性的增加与电极极化的增加之间存在正相关。引入C8添加剂获得的电沉积铜箔表面平整，力学性能最佳，拉伸强度和表面粗糙度分别为149.3 MPa和1.0 μm。结论 通过改变烷基链长度可以调控有机添加剂分子极性，随着烷基链增长，添加剂分子极性增强，可以细化电镀铜层晶粒，提高铜层力学性能，但分子极性过强则会导致阴极极化过大使铜箔不均匀，因此C8添加剂是最优选择。为电解铜箔技术的发展提供了有力的技术支撑和实践指导。
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  多孔石墨烯薄膜结构优化及其电容性能研究

  钟厉, 廖声朝, 康俊, 韩西

  表面技术. 2025, 54(4): 221-232. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.018

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  目的 解决多孔石墨烯薄膜作为电极时离子传输受阻碍的问题。方法 提出一种先将石墨烯前驱体预碳化处理，随后利用多步激光刻蚀方法来优化所制备的多孔石墨烯薄膜结构的方法，对石墨烯薄膜的表面形貌、晶体质量、湿润性和电化学性能进行表征，并探索其在电化学储能器件中的应用。结果 将石墨烯前驱体在300 ℃的温度下预碳化处理2 h后，可以使其在后续的激光刻蚀处理中形成具有稳定结构的石墨烯薄膜材料，这与预碳化导致前驱体中的有机小分子分解，使内部交联程度更高有关，从而在CO2激光的重复作用下保持良好的基底稳定性。拉曼光谱的分析结果表明，预碳化处理后的样品在激光重复刻蚀的过程中可以对石墨烯结构优化过程进行直接观测，且在温度300 ℃下处理后具有更宽的演化范围。SEM扫描电子显微镜的表征结果显示，300 ℃预碳化后前驱体衍生的石墨烯薄膜具有典型的三维网络多孔结构，形成天然的离子传输通道。此外，电阻行为分析结果表明石墨烯薄膜具有一定程度的晶体缺陷能获得更优异的离子传输能力，促进电化学反应的发生，在1 mol/L的H2SO4电解质中面积比电容为124.6 mF/cm²，将其组装成微型电化学储能器件后也保持了优异的储电能力和循环稳定性。结论 通过优化多孔石墨烯薄膜的结构来解决离子传输问题，进而获得显著提高的电化学性能，为制备兼具高储电能力和优异稳定性的电极材料提供了设计思路。
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  ITO沉积温度对ITO/Au透明导电薄膜光电性能的影响

  侯焕然, 金扬利, 石晓飞, 张运生, 王衍行, 祖成奎

  表面技术. 2025, 54(4): 233-241, 261. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.019

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  目的 研究衬底层ITO的沉积温度对ITO/Au透明导电薄膜光电性能的影响规律和机理。方法 采用直流磁控溅射技术，在不同沉积温度下制备的ITO薄膜表面沉积超薄Au膜，利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、分光光度计、四探针电阻测试仪对ITO/Au薄膜的表面形貌、表面粗糙度、透光率及表面方阻进行表征和测试，分析ITO沉积温度对ITO/Au光电性能的影响机理。为了进一步理解超薄Au膜生长连续性改善的原因，通过几何平均法和算术平均法分别计算了ITO薄膜的表面自由能，分析了ITO薄膜表面自由能的改变对生长形貌的影响规律。结果 在超薄Au膜镀制工艺相同的前提下，随着衬底层ITO薄膜沉积温度升高，ITO/Au薄膜的可见光平均透过率提升，表面方阻值降低。这是因为当沉积温度高于200 ℃时，ITO薄膜发生多晶化转变，多晶态的ITO相较于非结晶态具有更高的表面自由能，更有利于超薄Au膜的铺展，进而提升ITO/Au薄膜的光电性能。当ITO沉积温度提升至300 ℃时，ITO薄膜的表面自由能几何平均法计算结果为45.2 mJ/m²，算术平均法计算结果为48.1 mJ/m²，在其表面沉积超薄Au膜后，制备了可见光平均透过率为47.5%、表面方阻为5.65 Ω/sq，高光电性能兼容的ITO/Au薄膜。结论 提高衬底层ITO薄膜的沉积温度，ITO薄膜发生多晶化转变，表面自由能提升，可有效促进超薄Au膜在其表面铺展，进而提升ITO/Au薄膜的光电性能。
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  类液滑移涂层对螺旋桨减阻及水动力性能影响研究

  汪涵, 凌志远, 曾志翔, 胡弘毅, 耿佳东

  表面技术. 2025, 54(4): 242-250. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.020

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  目的 研究类液滑移涂层对螺旋桨转动时所受阻力及水动力性能的影响，从而有效提高螺旋桨效率，实现海洋航体节能减排。方法 采用喷涂法将十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)和四甲氧基硅烷(TMOS)两种单体的混合溶液敷设到螺旋桨表面得到类液滑移涂层。通过滑动角表征涂层的滑移性能并确定单体配比，采用平板水洞测试、旋转阻力测试、快艇测试以及空泡水筒实验等方式，通过扭矩、转速、推力、功率和螺旋桨效率等参数研究螺旋桨转动时的阻力及水动力性能。结果 涂层光滑平整，粗糙度仅有0.184 nm。DTMS分子刷负责传递水滴实现表面滑移，TMOS分子刷起着间隔物的作用，间隔距离增加可以提高水滴传递的可能性，但间隔过大反而会超出最大距离，降低传递能力。在最佳物质的量比(TMOS∶DTMS=3∶1)下，涂层的滑动角为6.17°，具备优异的水滴滑移特性和自清洁性能。涂层涂覆后可以实现桨叶1%~2%的扭矩降低、1%~2%的转速提高、4%~7%的功率下降、3%~5%的推力提升和5%~6%的螺旋桨效率(推力扭矩比)提升。结论 类液滑移涂层利用边界滑移特性可以在不同进速系数下显著提高螺旋桨的水动力性能，通过提高螺旋桨效率实现减阻，最大提升率可达6.88%。
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  液相法制备Al5052/PMMA接头界面结构与结合性能研究

  殷官超, 丁纪俊, 张睿智, 张建, 罗国强, 李家劲

  表面技术. 2025, 54(4): 251-261. DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2025.04.021

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  目的 提高Al5052/PMMA接头结合性能，研究界面结构与结合强度之间的构效关系。方法 采用激光打孔结合盐酸腐蚀对5052铝合金(Al5052)表面进行处理，制备了具有多级轮廓特征的表面形貌。随后，采用液相法实现聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与Al5052的直接连接。最后通过剪切与拉伸实验，并结合离散界面单元模型的仿真结果，系统地讨论了Al5052/PMMA接头界面结构与结合强度之间的构效关系。结果 对于先由激光打孔，后经盐酸腐蚀的Al5052基板，与PMMA连接后最大剪切强度为13.94 MPa，最大抗拉强度为9.35 MPa;与未激光打孔、仅盐酸腐蚀的样品相比，最大强度提高了约30%。Al5052/PMMA接头脱粘面根据其形态和失效机制可分为韧性断裂与脆性断裂区域。结论Al5052表面粗糙程度随着盐酸腐蚀处理时间增加，原激光打孔的截面形状逐渐由方变圆，纵深也随之减小。使用液相法制备黏接样品时，Al5052/PMMA接头界面轮廓在物理层面上充分咬合。接头的剪切与拉伸强度均随盐酸腐蚀时间的增加呈现出先增后减的趋势。所得构效关系的结果及其分析过程，将为涉及多级尺度轮廓特征的材料界面结合问题提供重要参考。