2019年, 第32卷, 第4期　刊出日期：2019-04-19

  

• 全选
  |

腐蚀与防护
• Select
  苛刻环境下材料表面防护技术的研究进展

  鞠鹏飞，张达威，吉利，马国政，陈建敏，徐滨士

  中国表面工程. 2019, 32(4): 1-16.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190212001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  近年来，材料表面防护技术已由普通环境下的材料保护技术向苛刻环境下的特种防护技术发展，主要包括高速、高温、高压、重载环境下的长寿命润滑与强化技术，严酷海洋大气、深海环境、辐射环境下的腐蚀与防护技术，以及面向重大装备的维修与再制造技术等。这些技术的发展促进了磁控溅射、多弧离子镀、冷喷涂、热喷涂、智能防腐涂层等多项新技术的发展，并在航空、航天、船舶、兵器、核电等多个重点行业中得到应用。文中对近年来苛刻环境下材料表面防护技术的发展现状和趋势进行了研究，以我国重大工程装备为出发点，重点对材料的腐蚀与防护、减摩与润滑、耐磨与强化以及维修与再制造4个领域技术的新成果、新观点、新方法和新技术进行了综述，为相关的研究工作提供技术参考。
• Select
  工业纯钛TA2在含硫化物深海水环境中的应力腐蚀行为

  杨小佳，刘智勇，张达威，杜翠薇，李晓刚

  中国表面工程. 2019, 32(4): 17-26.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190102003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  深海水环境具有静水压力大、溶氧量低、侵蚀性离子复杂等特点，使得深海水环境具有较强的腐蚀性。目前，钛及钛合金在深海环境下的腐蚀及应力腐蚀行为机理尚不清楚，这对钛合金在深海环境中的应用造成较大的威胁。文中采用电化学方法及U型弯试验研究了工业纯钛TA2在模拟深海环境下的电化学行为及应力腐蚀行为。结果表明，静水压力对TA2均匀腐蚀及阴极析氢反应均有所促进，随着静水压力增大，TA2腐蚀电流密度及析氢电流密度均增加。硫化物的加入一定程度上降低了TA2钝化膜稳定性，并对阴极析氢反应有较为明显的促进。应力腐蚀试验表明深海硫化物作用下TA2具有一定的应力腐蚀敏感性。TA2在深海条件下，虽然SCC以氢致开裂为主，但是由于氧含量与浅海等环境的不同，阳极溶解机制也是TA2在深海条件下SCC开裂的原因。
• Select
  交变压力环境下KH-550改性氧化石墨烯环氧涂层的失效机制

  孟凡帝，刘莉，崔宇，王福会

  中国表面工程. 2019, 32(4): 27-35.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20181120003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  石墨烯因其优异的力学性能及热化学稳定性、较大的比表面积而在防腐涂层应用中备受关注。采用硅烷偶联剂KH550对氧化石墨烯(GO)进行表面改性，研究了改性GO对深海交变压力模拟环境下环氧涂层失效机制的影响。利用TEM和沉降实验观察了GO粉末的分散性及其与环氧树脂的相容性；利用重量法、附着力测试和拉伸测试研究了涂层的防护性能；利用OCP和EIS研究了涂层在交变压力下的失效历程。结果表明：KH550改性GO涂层在抗渗透性、强韧性、附着力等方面均有明显提高。添加改性GO减少了涂层的表面缺陷，更加致密的涂层结构有效阻碍了溶液的扩散。改性GO与环氧树脂结合良好的界面可延缓交变压力的破坏作用，从而延长了涂层在交变压力环境下的使役寿命。
• Select
  TiO₂纳米粒子对铝锂合金微弧氧化膜结构及性能的影响

  于娟，汪杰，贺崇，史浩伯，刘建华，于美

  中国表面工程. 2019, 32(4): 36-44.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190213002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为改善微弧氧化膜层的耐蚀性及力学性能，向电解液中添加TiO₂纳米粒子后对2297铝锂合金进行了微弧氧化。利用SEM、XRD、EDS、辉光放电表征技术及电化学测试技术，分析了TiO₂纳米粒子对微弧氧化膜结构、力学性能及耐蚀性的影响。结果表明：添加TiO₂纳米粒子后，微弧氧化膜层变得平坦致密。随着TiO₂纳米粒子添加量的提高，膜层表面放电通道的孔径逐渐减小，数量逐渐增多。TiO₂纳米粒子会抑制熔融Al₂O₃与电解液中$ {\rm{SiO}}_{\rm{3}}^{{\rm{2 ^- }}}$的接触，所以膜层中Si元素的含量随TiO₂纳米粒子添加量的增加而逐渐下降(原子数分数从初始的10.27%下降到了3.10%)。显微硬度测试结果表明，TiO₂纳米粒子的引入增加了膜层的致密度及平整度，所以膜层的硬度得到了提升(添加1 g/L TiO₂纳米粒子后硬度提高了15%)。电化学测试结果显示，当微弧氧化的其它条件相同时，TiO₂纳米粒子的适量添加会提升膜层的耐蚀性，但过量添加时，由于膜层放电通道数量的增多等原因，其耐蚀性下降。
• Select
  Ti-6Al-4V合金表面NiCrAlY/Al复合涂层的抗高温腐蚀性能

  任雪茹，石磊，毛金明，李金龙

  中国表面工程. 2019, 32(4): 45-52.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190402001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用多弧离子镀技术在Ti-6Al-4V合金基底表面依次沉积Al层和NiCrAlY涂层，对比研究Ti-6Al-4V合金和NiCrAlY/Al复合涂层在高温腐蚀 (500 ℃, 30 h) 过程中微观组织结构变化及其抗高温腐蚀性能。经测定，NiCrAlY/Al复合涂层中Al层的厚度约为270 nm，NiCrAlY涂层的厚度约为3.8 μm。高温腐蚀测试结果显示，Ti-6Al-4V合金表面出现点蚀，腐蚀区域出现大量裂纹，表明合金发生严重的高温腐蚀。表面沉积NiCrAlY/Al复合涂层的Ti-6Al-4V合金经高温腐蚀后表面依然完整，未产生明显裂纹和涂层脱落。经分析，NiCrAlY/Al复合涂层在高温腐蚀过程中表面可自形成厚度约为43 nm的Al₂O₃和Cr₂O₃，连续且致密的薄氧化膜可在高温下阻隔氧气向钛合金内部的侵蚀，从而显著提高基底合金的抗高温腐蚀性能。
• Select
  AZ91D镁合金Ni-W-P多层化学镀层的摩擦磨损及耐腐蚀性能

  刘静，张涛，张曰涛，邵亚薇，孟国哲，王福会

  中国表面工程. 2019, 32(4): 53-62.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190225001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用多层化学镀工艺在AZ91D镁合金表面成功制备了Ni-W-P多层化学镀层。通过XRD、SEM、摩擦磨损实验以及电化学分析测试等方法，对比研究了普通单层化学镀试样与多层化学镀试样的显微结构、摩擦磨损性能以及耐腐蚀性能。结果表明：多层化学镀层的摩擦因数、维氏硬度及磨损速率与单层化学镀层大体相当，分别为0.33、933 HV和1.46 mg/Km，保留了单层化学镀层优异的耐磨损性能。此外，多层化学镀层的孔隙率较单层化学镀层降低了2个数量级，涂层更为致密。与普通单层化学镀层相比，多层化学镀层的耐蚀性能显著提高，其腐蚀电位和击破电位分别提高了168和209 mV，钝化电流密度由4.212 μA·cm⁻²降低至1.306 μA·cm⁻²。因此，多层化学镀层有望成为AZ91D镁合金更有前景的耐磨耐蚀防护涂层。
润滑与耐磨
• Select
  Ni-WC涂层在饱和H₂S溶液中的磨损和腐蚀行为

  王亚楠，刘涛，郭章伟，陈海龑，郭娜，赵倩玉，潘帅

  中国表面工程. 2019, 32(4): 63-73.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190130002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了提高深海石油钻采工具的耐磨耐蚀性能，利用等离子转移弧堆焊(PTA)在不锈钢表面制备了不同球形碳化钨(WC)含量的镍(Ni)基涂层，并研究了该涂层在饱和硫化氢(H₂S)溶液中的耐磨损与腐蚀性能。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪等方法研究了涂层的表界面形貌和组成结构。利用显微硬度测试仪和摩擦磨损测试仪研究了涂层的耐磨损性能。通过极化曲线和3D光学轮廓仪等方法研究了涂层在H₂S溶液中的腐蚀速率和点蚀分布。结果显示，球形WC粉末的Ni基合金颗粒经过离子转移电弧堆焊在合金钢表面形成的涂层，其主要成分为WC，W₂C，Ni和Ni₃Fe。但WC的体积分数对于涂层的耐磨耐蚀性能影响较大，当WC的体积分数为60%时(Ni-60%WC)，涂层在H₂S溶液中的耐磨与耐蚀性能均优于单纯的Ni基涂层和Ni-30%WC涂层。因此，文中研究为深海石油钻采工具的表面防护提供了一种新的思路和选择。
• Select
  POSS改性丙烯酸涂层的耐刮擦及紫外防护性能

  俞传永，鞠鹏飞，陈磊，李红轩，周惠娣，陈建敏

  中国表面工程. 2019, 32(4): 74-83.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190318003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  丙烯酸树脂基涂层具有良好的耐候性，但其力学性能较差，耐刮擦及摩擦磨损性能不足等缺点易导致其使用寿命降低。为改善其耐刮擦及摩擦磨损性能，进一步提高其耐候性和延长使用寿命，采用溶胶凝胶法合成了八乙烯基多面体低聚倍半硅氧烷(OvPOSS)，进一步将其与丙烯酸树脂(PMB)原位复合改性制备了不同OvPOSS添加量的有机无机杂化树脂。利用光镜、接触角测量仪、显微硬度仪等表征了OvPOSS改性树脂制备的涂层在紫外辐照前后的表面形貌、接触角、硬度等；采用纳米划痕仪和摩擦试验机研究了涂层改性前后的耐刮擦和摩擦磨损性能。结果表明：当添加OvPOSS质量分数为10%时，改性涂层的各方面性能最佳。与未改性的丙烯酸涂层相比，OvPOSS的加入显著改善了OvPOSS/PMB复合涂层的硬度，抗紫外线性，耐刮擦和摩擦磨损等性能。
• Select
  探究位移幅值对类金刚石薄膜微动损伤的影响

  庄文华，樊小强，李浩，蔡振兵，朱旻昊

  中国表面工程. 2019, 32(4): 84-96.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20181207002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  类金刚石碳基(Diamond-like carbon, DLC)薄膜以其优异的减磨抗磨性能引起了世界范围内学者们的广泛研究。采用非平衡磁控溅射技术在不锈钢基体上制备了类金刚石薄膜，通过切向微动磨损试验机研究了位移幅值对GCr15/DLC薄膜在大气条件下的微动磨损性能。微动磨损试验后利用光学显微镜、白光干涉表面形貌仪和扫描电镜对DLC薄膜和对偶球进行微观形貌分析，借助能谱仪、电子探针显微分析仪、拉曼光谱仪和X光电子能谱仪研究其微动损伤机理和摩擦作用机制。结果表明：随着位移幅值的增加，对磨副的排屑量增加，对偶球的氧化磨损程度增加，薄膜的石墨化程度增加，转移膜量的多少和石墨化程度直接影响GCr15/DLC薄膜的减磨效果；由于DLC薄膜的保护作用，对偶球和基体的磨损机制存在差异；位移幅值直接影响微动运行区域，当D=30 μm时，微动位于混合区，对磨副损伤最为严重。
• Select
  火焰喷涂制备纳米陶瓷超润滑涂层及其防污性能

  张波涛，所新坤，陈秀勇，周平，李华

  中国表面工程. 2019, 32(4): 97-101.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190319002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  仿猪笼草结构的灌注液体型超润滑涂层(SLIPS)因具有优异的自清洁防污性能备受关注，但目前存在制备工艺复杂、成本较高、不适宜大规模制备等问题，影响了该技术的实际应用。针对这一问题，利用火焰喷涂技术制备SLIPS表面的技术工艺，成功在不锈钢表面制备了基于纳米二氧化钛的SLIPS涂层，并研究了涂层结构及性能。利用SEM分析了涂层的表面形貌和微观结构；利用接触角测量仪研究了涂层的浸润性能；通过藻类贴附试验评价了涂层的防污性能。结果表明：所制备涂层表面接触角达到118.01°，滚动角达到4.54°，呈超润滑性能，对海洋小球藻附着率降低了98.56%。文中研究为制备低成本、大规模SLIPS涂层提供了一种可行的思路。
• Select
  改性硅藻土及PDMS对环氧涂层的阻垢耐蚀性能的影响

  陈茜茜，汪怀远，张文博，李洪伟，张晓莹，朱艳吉

  中国表面工程. 2019, 32(4): 102-108.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190106001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用氨基硅油改性的硅藻土(Si-ASO)，结合聚二甲基硅氧烷(PDMS)设计了一种有机硅环氧树脂基(EP)复合功能涂层(EP/Si-ASO/PDMS)用于金属表面的防垢和防腐。采用扫描电镜、电化学测试、摩擦测试等对涂层性能进行表征。结果表明，EP/Si-ASO/PDMS复合涂层具有独特的防垢性能，涂层表面的CaCO₃沉积量与EP/Si涂层相比减少了45%。耐腐蚀试验证明EP/Si-ASO/PDMS复合涂层具有优异的耐蚀性，制备的EP/Si-ASO/PDMS复合涂层在3.5% NaCl溶液中浸泡34 d后仍然保持着较高的阻抗模量(10¹⁰ Ω/cm²左右)。摩擦实验表明EP/Si-ASO/PDMS复合涂层具有良好的耐摩擦性，经过5000转摩擦后，质量损失仅为EP/Si涂层的26.47%。
• Select
  天然产物基无铜自抛光防污涂料的制备与性能

  潘健森，谢庆宜，马春风，张广照

  中国表面工程. 2019, 32(4): 109-114.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20181130002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  随着人们环保意识的增强和环保法规的日益严格，不含重金属防污剂的环境友好防污涂料成为目前研究的热点。文中通过室内的接触角、水解失重和吸水率跟踪测试，研究了3种主链降解型聚丙烯酸锌树脂的表面润湿性能和自抛光性能；并将其与天然产物防污剂(Butenolide)复配制备了天然产物基无铜自抛光防污涂料，通过防污剂释放率测试和浅海浸泡试验对防污剂的释放行为和实海防污能力进行了研究。结果表明：主链降解型聚丙烯酸锌树脂H100Z具有优异的自抛光性能(质量损失可达8.4 mg·cm⁻²)和较低的溶胀程度(吸水率仅为12.3%)，可作为Butenolide的载体，实现对其可控、稳定和持续的释放，该防污涂料在南海海域(深圳)和东海海域(厦门)浸泡3个月后均展现出优异的防污效果。
高温防护
• Select
  氢化TiO₂纳米棒的制备及其对Q235碳钢的光生阴极保护特性

  冯敏，刘盈，张赛楠，卫宁，吉利，王道爱

  中国表面工程. 2019, 32(4): 115-122.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20181119002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  随着海洋开发的逐步推进，海洋工程中的金属防腐蚀问题显得愈加重要。目前，可利用半导体的光电效应实现对金属的光生阴极保护，为改善常用的TiO₂光电极材料的弱光吸收和低转换效率问题，文中利用水热法在FTO导电玻璃表面构建一维有序TiO₂纳米棒阵列，并通过氢化处理提高TiO₂对太阳光的吸收和光电流密度。考察了氢化TiO₂纳米棒阵列在海水环境下对Q235碳钢的光生阴极保护特性，结果表明氢化TiO₂纳米棒的光电流密度达到了2.12 mA/cm²，且稳定性良好；当Q235碳钢耦连于模拟太阳光照下的氢化TiO₂纳米棒电极时，其界面反应电阻变小，电极电位较原先的腐蚀电位降低约349 mV，说明氢化TiO₂纳米棒阵列能够对碳钢产生良好的光生阴极保护效应，且该效应在无光条件下能保持至少7 h。
• Select
  SiC_f/SiC表面环境障涂层的基体无损去除方法

  马帅，李广荣，刘梅军，李长久，李成新，杨冠军

  中国表面工程. 2019, 32(4): 123-132.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20181228003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  应用于碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC-CMC)表面的抗水氧腐蚀环境障涂层(EBC)，在高速燃气冲刷等极端环境下长期服役后出现烧蚀、局部开裂或剥落等问题。为了循环再利用价格昂贵的CMC材料，亟待发展EBC修复技术，而去除原有EBC涂层是最重要和最基础的第一步。论文在研究EBC涂层的多层复杂结构及其力学行为基础上，基于EBC与基体的力学性能差异，提出了喷砂层剥的涂层去除方法。相比于化学腐蚀、高压水冲击、激光清洗等，该方法在确保基体无损方面具有明显的优势。利用自主研制的EBC去除装置，结合涂层去除前后的表面形貌分析，探究了去除工艺参数对涂层去除效果的影响规律，实现了涂层去除并明确了基体无损伤特征，讨论了涂层去除机理。无损CMC基体的EBC去除方法，为发展整套EBC维修再制造技术提供了基础支撑。
• Select
  Al-Si系铝合金电弧增材再制造成形机理及性能评价

  王晓明，常青，赵阳，韩国峰，邱六，朱胜

  中国表面工程. 2019, 32(4): 133-140.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190227001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对6082铝合金的磨损、腐蚀、掉块等损伤，采用CMT (Cold metal transfer)电弧增材再制造技术和自主研发的Al-Si-Cr-Er丝材在其表面制备了单层多道、多层单道及多层多道成形层。综合运用金相显微镜、扫描电子显微镜、万能力学实验机、电化学工作站等分析成形层微观组织并评价其力学及电化学等综合性能。结果表明：成形层平滑光亮，焊道和焊道之间搭接平整紧密，无气孔、热裂纹、咬边、焊瘤等缺陷，Cr及稀土元素Er的加入，有效抑制了晶粒长大，促进了成形组织细化。相较于通用ER4043丝材，Al-Si-Cr-Er成形层的平均抗拉强度达228.7 MPa，最高延伸率达13.5%，微孔聚集形韧窝断裂是其主要失效机制；自腐蚀电位提高了约0.2 V，自腐蚀电流密度降低了一个数量级，成形组织的细化和杂质元素含量的降低是其耐腐蚀性能提升的主要原因。
• Select
  Fe-Cr-Mo-B-C-P非晶合金涂层的非等温晶化动力学

  谭礼明，杨凯，袁建辉，赵华玉，陶顺衍，丁传贤

  中国表面工程. 2019, 32(4): 141-150.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20181126001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用大气等离子体喷涂技术制备Fe-Cr-Mo-B-C-P非晶合金涂层，利用XRD和SEM检测喷涂态涂层样品的物相和形貌。通过差示扫描量热分析方法(DSC)，在不同升温速率下连续加热测得涂层的特征温度。分别利用Kissinger，Augis-Bennett和Ozawa方程计算相应的活化能(Ec和Ep)，并用Matusita–Sakka方程计算Avrami指数n进而分析晶化机制。结果表明：通过调控等离子体喷涂工艺参数可成功制备出铁基非晶涂层；随着升温速率的增大，Fe-Cr-Mo-B-C-P非晶合金涂层相应的特征温度也逐渐上升，在晶化过程中存在显著的动力学效应。
• Select
  氟化钇薄膜的低温红外光学性能

  徐嶺茂，何延春，郑军，熊玉卿，周晖，王多书

  中国表面工程. 2019, 32(4): 151-155.
  https://doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20190106002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用离子束辅助电子束蒸发方法在硒化锌基底上制备氟化钇(YF₃)单层650 nm薄膜样品，基于其空间低温应用环境，利用液氮杜瓦及傅里叶变换红外光谱仪建立的薄膜材料变温光学测试系统，测试了薄膜样品在80~300 K温度条件下，在1~15 μm波长范围的光谱透射率。基于该测试结果，利用全光谱反演拟合方法对YF₃薄膜在低温下的折射率变化情况进行了研究。结果表明，YF₃薄膜折射率均随波长增大而减小，且在不同温度下变化趋势基本相同。基于Cauchy色散公式得到了YF₃薄膜在低温下的折射率与波长及温度的关系表达式，其折射率温度系数dn/dT约为6.95×10⁻⁴K⁻¹，对在任一低温下YF₃薄膜折射率快速计算提供了一个较好的方法。最后通过比较该公式得到的在300 K与80 K温度下的设计值与实际测量值的结果验证了该折射率计算表达式的准确性。