2024  Vol.  37(6):    - [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](179) |     [PDF](111)- 目次
- 2024  Vol.  37(6):    -
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](241) |     [PDF](122)- 海洋环境PVD抗磨蚀防护涂层的研究进展
- 郭鹏,陈仁德,李昊,杨葳,西村一仁,柯培玲,汪爱英
- 先进表面涂层防护技术是海工装备关键金属运动系统磨损与腐蚀防护、保障海工装备高性能长寿命可靠服役的关键途径。其中,物理气相沉积(PVD)抗磨蚀防护涂层材料兼具耐老化、耐磨性、耐腐蚀等优势,特别是可满足深海或远海机械系统相关精密运动部件的高可靠性与稳定性要求,是抗磨蚀防护的有效技术手段之一。围绕海洋环境PVD 抗磨蚀防护涂层材料及应用技术发展现状,重点介绍现有防护涂层材料体系,碳基、氮基涂层因优异耐磨及耐腐蚀性能而获得较多关注,改善膜基界面结合强度及涂层致密性等是提升其抗磨蚀性能的关键因素,而高熵涂层及过渡金属二硫属化物(TMD)涂层磨蚀防护性能也成为基础及应用研究的热点。总结主要的涂层磨蚀评价方法,目前在外加电位下开展涂层磨蚀测试性能评价的应用较多,引入理论计算研究涂层磨蚀性能及相关失效机理已逐渐开展。围绕疲劳 / 重载下磨蚀防护需求,介绍PVD 复合喷涂、微弧氧化、热处理等兼具高承载、长寿命的复合强化抗磨蚀防护涂层材料技术的新进展。列举PVD 抗磨蚀涂层在海水传动液压马达和液压泵、船舶低速柴油机柱塞、水下安全阀、钻井泵阀体阀座以及涉海直升机操纵杆等核心涉海装备部件上的典型应用,并对海洋环境PVD 抗磨蚀防护涂层的未来发展方向进行思考与展望,为进一步发展高性能海洋抗磨蚀涂层材料技术提供参考。
- 2024  Vol.  37(6):    1-20
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](336) |     [PDF](140)- 高熵合金涂层磨损腐蚀性能研究进展及展望
- 范军,姚宏伟,蒲吉斌
- 机械运动系统部件的磨损、腐蚀或磨损-腐蚀耦合损伤(磨蚀)是海洋工程设施与装备失效的最主要因素。涂层表面技术是目前广泛应用于提高部件服役性能与寿命的关键技术之一。其中,高熵合金涂层具有优异的强韧、耐磨、耐蚀等综合性能,对高熵合金涂层的开发和研究将拓展海洋装备零部件磨损、腐蚀防护涂层体系的选择范围和提升零部件表面综合服役性能。综述国内外高熵合金涂层在磨损、腐蚀和磨蚀方面的最新研究成果,从高熵合金涂层的主要制备方法出发,对比不同制备方法的优缺点,总结高熵合金涂层的摩擦磨损、腐蚀和磨蚀行为,探讨成分、结构、制备 / 后处理工艺以及服役温度对高熵合金涂层磨损、腐蚀和磨蚀性能的影响及其作用机理,重点介绍元素调控和第二相强化在优化高熵合金涂层耐腐蚀、耐磨损方面的研究进展。最后,指出当前高熵合金涂层磨损腐蚀研究中仍需解决的问题,并对其未来发展方向作出展望,这有助于推动高熵合金涂层在苛刻环境中的研究与应用。
- 2024  Vol.  37(6):    21-43
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](285) |     [PDF](139)- 苛刻环境用金属基复合材料表面性能研究进展
- 王林静,李可鑫,周若男,肖雪莲,王方明,郝开元,赵晨辰,张国田,常可可
- 随着我国航空航天、海洋、核能、高端制造等工业的快速发展,重大工程机械装备面临日益苛刻的服役环境,多因素强耦合环境使机械系统的安全可靠服役面临严峻挑战。金属基复合材料可设计性强,通过合理设计结合制备工艺,能够实现优异的强韧一体化力学性能,经过表面改性后更是兼具高比强度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优势,实现多性能协同。金属基复合材料作为结构与表面功能一体化材料在重大工程领域发挥着日益重要的作用。综述航空航天、海洋钻探、核用密封、 精密加工和装甲防护五类典型苛刻环境用金属基复合材料的服役环境、材料性能要求、主要金属基复合材料体系及其面临的挑战,介绍典型的金属基复合材料制备工艺及表面改性技术,提出针对不同金属基复合材料体系制定合适的制备工艺以及表面改性技术是开发综合性能优异的金属基复合材料的有效手段,针对典型应用环境面临的突出表面问题,即摩擦、腐蚀、氧化,梳理金属基复合材料表面性能研究现状,指出改善金属基复合材料耐磨性、耐蚀性和抗氧化性的策略,并对金属基复合材料未来的发展方向进行展望,为开发强韧性、耐磨、防腐、耐高温等结构-表面功能一体化金属基复合材料提供思路。
- 2024  Vol.  37(6):    44-63
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](332) |     [PDF](202)- 固体润滑涂层理论研究:从经典模型到量子力学计算
- 郝宇,黄良锋,王立平
- 以层状材料为代表的固体润滑涂层如石墨、二硫化钼(MoS2)等具有极低的摩擦因数和磨损速率,是当前优异的润滑材料。但是,摩擦作为典型的表界面过程,固体润滑涂层的性能在很大程度上会受到所处环境的影响,例如湿度等。由于试验方法在原位实时检测摩擦界面动态演变过程时会遇到极大的技术挑战,理论计算研究在揭示材料润滑行为和机制中起到越来越重要的作用。从经典的理论摩擦分析模型出发,在回顾这些模型构建思路的基础上,总结目前常用的原子级理论研究方法,包括经典分子动力学模拟、第一性原理静态势能面计算以及第一性原理分子动力学(AIMD)模拟。并且强调量子力学方法(第一性原理计算)在探索涉及复杂电子相互作用摩擦问题时不可替代的重要作用,由此基于自由能微分提出一种有效的 AIMD 模拟方法来精确模拟界面滑动过程,从而揭示摩擦性能演变的电子级起源。该方法还可以很好地结合机器学习力场加速,大幅增加模拟尺度并减少模拟时间。研究结果对理论模拟方法的总结和展望将有助于未来更好地探索材料在复杂环境下的微观润滑机制,并指导设计高性能润滑涂层。
- 2024  Vol.  37(6):    64-78
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](288) |     [PDF](128)- 超浸润光热材料在太阳能海水淡化中的应用进展∗
- 韩月,黎姗,张畅,陈涛,肖鹏
- 随着世界人口的快速增长和水污染的加剧,淡水资源短缺的问题日益严重。太阳能海水淡化技术因其环保、高效和可再生等优点被视为解决全球淡水危机的理想方案。光热转换作为一种直接且高效的策略,可以通过引入具有特殊表面设计的吸光材料将入射的太阳光转化为可观的热能,以实现进一步的能源利用。然而,传统的光热转换材料难以抵御海水中高浓度盐的聚集以及污染物的侵蚀,导致低的光热转换效率和水蒸发效率,难以满足材料科学发展的需求。因此,开发可持续发展、 长效抗盐的光热材料迫在眉睫。目前,通过构筑超浸润光热转换材料表面是解决高效持续水蒸发的关键。作为一类具有超亲水或超疏水的极端浸润性表面,超浸润光热表面不仅可以提供高效的供水和离子扩散通道以阻止盐的聚集,实现快速输水; 而且可以防止盐离子渗透到光热材料中,从而减少热量损失,提高蒸发效率,为实现更加高效、长期和稳定的海水淡化工程提供了可能。介绍了光热转换材料的机理以及种类,讨论了超浸润光热表面的设计思路和制备方法,总结了超浸润材料的水蒸发机制,重点综述了超浸润性驱动的太阳能海水淡化的最新研究进展,展望了超浸润光热材料所面临的挑战和研究前景, 可为未来超浸润光热材料的设计提供思路。
- 2024  Vol.  37(6):    79-99
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](246) |     [PDF](116)- 环保型海洋防污涂料研究进展
- 王英杰,曹培占,赵伟伟,卢光明,代金月,刘小青
- 海洋生物污损是指附着在各类设备表面的海洋生物,严重损害了包括航运、海产养殖等产业的经营。涂装海洋防污涂料能够高效地减少海洋生物污损在涉海装备上的附着,但传统型海洋防污涂料是通过释放重金属有毒物质实现对海洋生物污损的抑制,不可避免地危害海洋生态环境。为保护海洋生态环境、减少对重金属有毒物质的依赖,开发环保型防污涂料具有重要意义。概述了近年来环保型防污涂料的研究进展,系统地介绍了防污剂释放涂层、污损阻抗型防污涂层、污损脱附型防污涂层、两亲性聚合物以及生物降解高分子材料的防污涂层的技术进展和应用。重点从防污机理的角度对各种环保型防污涂料进行系统的阐述,总结出各种防污涂料的设计理念和发展现状,并强调环保防污涂层具有协同防污机制的显著优势。对近年来的环保型防污涂料的技术发展进行全面的罗列和总结,为海洋防污涂料的高效化、无毒化以及可降解化的发展指明了方向。
- 2024  Vol.  37(6):    100-118
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](302) |     [PDF](123)- 仿生聚合物刷制备及海洋防污应用研究进展
- 伍大恒,王佳宁,张涛
- 受海葵刷状软毛和天然滑液关节微观结构的启发,将聚合物链的一端高密度地接枝到基底表面,形成“刷型”有序结构的聚合物膜,并通过合理的结构设计和调控化学组成,可以有效阻止蛋白质和微生物的吸附,已成为改善材料表界面性能和解决生物污损的有效策略之一。传统制备仿生聚合物刷的方法是表面引发自由基聚合,其聚合过程高度可控,获得的聚合物分子量分布窄,但存在操作步骤繁琐、需要严格无氧环境、成本高昂且难以实现大面积制备等缺点。近年来, 利用零价金属介导表面引发可控自由基聚合制备仿生聚合物刷逐渐受到广泛关注。这类方法避免了复杂冗长的除氧步骤, 能够在大气环境下直接实现功能性聚合物刷的大面积、高效制备。在介绍仿生聚合物刷特点的基础上,综述国内外表面引发聚合仿生聚合物刷的研究进展,重点对比和分析零价金属介导的表面引发可控自由基聚合的适用性及特点,并阐述仿生聚合物刷在海洋防污领域的研究进展,最后展望仿生聚合物刷在海洋防污领域的未来发展趋势,为海洋仿生防污材料的设计和制备提供参考。
- 2024  Vol.  37(6):    119-134
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](259) |     [PDF](128)- 深海环境下环氧重防腐涂层的防护机理和应用研究进展
- 王朴炎,俞嘉辉,臧显峰,曹求洋,郭小平,刘栓
- 随着陆地矿产资源的日益枯竭,开采深海中的矿产资源显得尤为紧迫和重要,但深海采矿装备都会面临严重的海水腐蚀。涂装环氧重防腐涂料是深海环境中对海工装备最重要也是最普遍的防护手段,阐明环氧重防腐涂层的防护机理和深海环境因素对涂层防护性能的影响具有重要意义。环氧重防腐涂层可通过物理屏蔽作用、缓蚀效应和电化学保护功能对深海装备进行长效防护。物理屏蔽效应是环氧涂层的基本功能,可通过调整配方中的颜基比、颜料体积浓度和搭配不同的固化剂等方式来提高环氧涂层的物理阻隔性能。在环氧树脂中添加涂层缓蚀剂和电负性更负的颜料,可与涂层本身物理屏蔽作用互为补充,协同提升环氧涂层的防护性能。深海高压会加速水分子在环氧涂层中的渗透速率,当水分子渗透涂层与金属基底接触后, 水分子会导致金属基底发生电化学腐蚀反应,并降低环氧涂层在金属基底的附着力,导致涂层剥落和涂层失效。海水温度和海水 pH 值对环氧涂层防护性能的影响较小。海水流速会加速环氧涂层的冲蚀磨损,海生物污损对环氧涂层的影响有限。综述结果旨在阐明环氧重防腐涂层在深海环境下对金属的防护机理,探讨深海环境因素对环氧重防腐涂层防腐性能的影响规律,对深海环境用重防腐涂层内部结构调控和可控制备具有重要指导意义。综述相关研究现状不仅能指出现有研究的不足及未来研究的展开方向,还能为开发更高抗腐蚀性、更好阻隔性和更长寿命的新型环氧重防腐涂层提供理论依据。
- 2024  Vol.  37(6):    135-145
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](247) |     [PDF](128)- 深海航行器耐压舱及其材料表界面的研究进展与发展趋势
- 张宝龙,吴廷洋,唐福康,丁俊杰,茅东升
- 使用深海航行器是人类探索深海的主要手段之一,经过几个世纪的研发和应用,当前其最大潜深可达 11 000 m。耐压舱作为深海航行器中最为核心的结构部件,为深海航行器提供了浮力和载人载物空间,并且在深海中面临着复杂的物理和化学环境,因此对材料表面有极高的要求。介绍了金属与非金属材料在深海航行器耐压舱中的应用,综述了高强钢、钛合金和树脂基复合材料在深海中的表界面处理进展,总结归纳了金属材料在深海中的防腐和蠕变问题、纤维增强树脂基复合材料的内部界面处理问题和吸湿问题。总结了耐压舱的外形设计与结构优化方法,为深海航行器耐压舱的材料表界面性能的机理及表征提供了参考依据,以弥补目前在深海航行器耐压舱材料表界面领域缺乏这类综述文章的不足。
- 2024  Vol.  37(6):    146-163
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](219) |     [PDF](125)- 空蚀测试及耐空蚀材料研究现状
- 杨睿,田野,刘奕,李华
- 海洋作为可持续发展的重要空间和资源保障,已成为全球所需资源的最大潜在来源。在此背景下,涉海设备的持续安全运行尤为重要。空蚀是船舶螺旋桨和船舵等过流部件中最常见的失效形式。因此,研究空蚀机理和开发耐空蚀材料对于保障这些部件的稳定运行和延长使用寿命至关重要。阐述过流部件空蚀的形成机理及其影响因素,介绍评估材料耐空蚀性能的一系列方法,基于材料体系总结耐空蚀合金以及涂层的研究现状和进展,评述各种材料体系的优缺点。归纳耐空蚀材料普遍具备的特点,即较少的缺陷、较低的层错能、硬质相与韧性相的结合以及能够产生应力诱导相变。提出应从降低耐空蚀材料的成本、探索材料的力学性能对空蚀行为机理性的影响以及基于微观结构设计耐空蚀材料三个方面推动耐空蚀材料的研发。 同时指出先进制造技术、高通量材料筛选、微观结构优化技术以及力学性能与耐空蚀性能关系的深入研究,将是实现未来耐空蚀材料突破的关键技术。通过聚焦以上这些研究方向、挑战和技术,将能够为耐空蚀材料的未来发展奠定坚实的基础,并开拓广泛的应用前景。
- 2024  Vol.  37(6):    164-204
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](221) |     [PDF](131)- 基于ACM及机器学习的腐蚀监测分析系统在重大基础设施上的应用
- 王远明,宫克,毛飞雄,杨明思,肖龙,李明辉
- 腐蚀监测是确保基础设施安全的关键技术,通过实时跟踪材料的腐蚀状况来预防结构失效和环境事故,这项技术广泛应用于石油天然气、化工、船舶和桥梁等行业以维护资产的完整性和延长使用寿命。阐述一种基于电偶型腐蚀传感器(ACM) 原理的在线腐蚀监测技术在杭州湾跨海大桥上的应用,分析材料腐蚀监测技术应用现状,开发材料腐蚀与环境作用关系分析系统,并结合机器学习方法,包括随机森林、决策树、线性回归等方法,对监测数据进行挖掘,并对几种学习方法的训练效果与预测情况进行系统分析,得出随机森林训练效果最好,决定系数 R2达到 0.83,所开发系统采用无线传输方式,数据上传至云端,可同时对八种材料或涂层腐蚀进行监测,配备客户端软件进行数据处理分析,实现对各测试材料及涂层腐蚀失效时间的预测,并以此对重大设施关键点位的腐蚀状况进行实时监测。通过实时监测腐蚀情况能够及时发现潜在的安全隐患,从而采取措施,避免因腐蚀导致的重大安全事故,保障人员生命财产安全。基于对不同材料及涂层腐蚀特性的深入了解以及利用先进的数据分析手段可以制定出更为科学合理的维护计划,减少不必要的检查和维修成本,提升整体运营效率。引入最新的传感技术和机器学习算法为腐蚀监测领域带来了新的解决方案和技术思路,推动了相关行业的技术进步与发展,而且有效控制和减缓腐蚀过程,有助于降低由于设备故障而造成的环境污染风险,符合可持续发展的要求。对腐蚀程度的精准评估可以帮助企业合理安排资源分配,避免过早更换仍具有良好性能的部件,从而节约大量资金投入。该研究不仅具有实际应用价值,也为腐蚀机理的研究提供了宝贵的试验数据支持,丰富了关于材料耐蚀性的理论体系,对于进一步探索新型防腐材料和技术具有重要意义。
- 2024  Vol.  37(6):    205-215
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](260) |     [PDF](285)- 热带海洋环境不锈钢的腐蚀行为及其机理
- 赖思颖,高丽,李金龙
- 南海文昌滨海环境具有高温、高湿和高盐热带海洋环境特征,重大装备和设施的腐蚀非常严重,实海暴晒试验,得到海洋环境中的腐蚀数据和规律迫在眉睫。选取 304 和 316 不锈钢进行文昌滨海大气环境暴晒,用扫描电镜和 X 射线光电子能谱分析暴晒后不锈钢表面腐蚀形貌和腐蚀产物成分结构,计算不同暴晒时间后金属材料的腐蚀损耗,研究其腐蚀行为和腐蚀机理。结果显示文昌滨海环境不锈钢的腐蚀程度明显比西沙岛礁海洋环境严重。不锈钢样品随着暴晒时间的延长,表面腐蚀产物覆盖率增加,腐蚀程度加深,腐蚀机理是钝化膜受到点蚀破坏,失去保护作用,腐蚀产物增多,锈层增厚,文昌滨海热带海洋大气环境在风蚀的影响下对不锈钢产生严重腐蚀。在不锈钢表面,氯离子受风蚀、粘附、沉淀是导致不锈钢腐蚀的主要因素,由于文昌滨海热带海洋大气中存在更多的氯离子,不锈钢表面的钝化层被腐蚀造成的使用寿命和安全性能相对于其他海洋环境明显降低,造成重大影响。304、316 不锈钢的腐蚀产物基本是一样的,暴晒初期腐蚀产物是 FeOOH,长期暴晒后腐蚀产物转化为 Fe3O4、Fe2O3。但 316 不锈钢的点蚀深度要比 304 不锈钢浅,304 不锈钢暴晒 3 个月、6 个月、12 个月的平均点蚀坑深度分别为 8.29 μm、5.40 μm、6.76 μm。316 不锈钢暴晒 3 个月、6 个月、12 个月的平均点蚀坑深度分别为 2.77 μm、4.85 μm、4.10 μm。304 不锈钢暴晒 3 个月后腐蚀失重率为 0.001 5 g / (cm2 ·a),暴晒 1 年后腐蚀失重率为 0.000 5 g / (cm2 ·a),316 不锈钢暴晒 3 个月后腐蚀失重率为 0.001 1 g / (cm2 ·a),暴晒 1 年后腐蚀失重率为 0. 000 5 g / (cm2 ·a),316 不锈钢耐蚀性更好。暴晒后期点蚀坑深度会减小,因为点蚀的发展是暴晒初期快,暴晒后期发展缓慢。研究结果为南海滨海环境 304 和 316 不锈钢的防腐研究提供了真实暴晒数据及机理研究。
- 2024  Vol.  37(6):    216-225
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](240) |     [PDF](126)- 氟离子对ZTi60钛合金损伤钝化膜生长过程的影响
- 赵平平,宋影伟,杨丽景,宋振纶
- 钛合金由于具有优异的耐蚀性,被广泛应用于海洋工程领域。然而,材料在海洋环境下服役条件恶劣,容易遭受严重的腐蚀破坏。钛合金使用时面临的腐蚀破坏都与钝化膜密切相关,尤其是表面划伤后钝化膜受损引起的局部腐蚀。目前,破损区钝化膜在氟离子 F? 介质中的演化规律尚不清楚。因此,利用电极划伤装置,对比 ZTi60 钛合金在中性含 F? 的 3.5% NaCl 溶液中,完整膜层与划伤区域钝化膜生长的动力学过程。结果表明:完整膜层与划伤钝化膜的载流子密度 ND 皆随 F? 浓度的增加而增加,这表明钝化膜的生长速率随着 F? 浓度的增加逐渐增大。对于完整钝化膜,膜层的生长是由氧空位 V?的生成反应决定的。相同 F? 浓度下,电场强度随着膜厚的增加而逐渐增大,供体迁移变得困难,膜生长速度减慢。对于划伤钝化膜, 受损钝化膜的划伤区域储存更多的变形能,膜层中的缺陷密度远远高于其他区域,划伤区域氧空位 V? 的消耗速率成为膜层生长的速率控制步骤。在钝化膜再钝化过程中,F? 与溶解氧对钝化膜中氧空位 V? 的消耗反应存在竞争机制,其过程受溶液中 F? 的含量控制。通过探讨 F? 与溶解氧的交互作用对损伤钝化膜再钝化过程的影响规律,为钛合金表面在复杂环境中的安全使用提供了理论依据。
- 2024  Vol.  37(6):    226-235
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](264) |     [PDF](114)- 氧等离子体处理对HiPIMS制备Cr涂层耐蚀性能的影响
- 张美琪,董宇峰,程勇,谭诗瑶,王丽,王应泉,柯培玲,王振玉,汪爱英
- 金属 Cr 涂层因抗氧化、耐腐蚀、抗磨损、色泽明亮等,在严苛环境防护和功能装饰领域应用广泛。但物理气相沉积 (PVD)技术沉积的 Cr 涂层多以贯穿性柱状晶生长,耐腐蚀性能差,是科学界与产业界共同关注的难点挑战。与现有异质多层结构优化不同,采用高离化高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)同步脉冲偏压技术,在 316 不锈钢基体表面沉积 Cr 涂层,通过不同周期氧等离子体处理改性,于涂层内形成 Cr / Cr(O)多层结构,并进行研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)、X 射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、X 射线光电子能谱仪(XPS)等方法,表征涂层的相结构、表面粗糙度、表面/截面形貌、元素分布及化学键。利用 Gamry 电化学工作站和恒温盐雾腐蚀测试,研究涂层耐蚀性能。结果表明, 氧等离子体处理不改变 Cr 涂层的体心立方结构,但能够打断涂层柱状晶贯穿生长,使涂层表面更加光滑;经过两次等离子体处理的 Cr 涂层表面粗糙度约为未处理涂层的 1 / 4,腐蚀电流密度较未处理涂层降低了一个数量级,72 h 盐雾腐蚀后未探测到基体腐蚀粒子。该方法为解决 PVD 技术制备高性能耐腐蚀 Cr 涂层提供了新思路。
- 2024  Vol.  37(6):    236-246
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](230) |     [PDF](127)- 拼接法制备单晶金刚石的拼接缝形貌与残余应力
- 刘俊杰,关春龙,杨国永,易剑,刘帅伟,王祥兵,宋惠,江南,西村一仁
- 金刚石材料作为功能性新材料之一,具有超高的禁带宽度和高的热导率,被誉为“终极半导体”。受到学术界和工业界的广泛关注,然而受制于金刚石的沉积机理,英寸级、高品质单晶金刚石暂未实现低成本制备。为了解决半导体领域所需的单晶金刚石在大尺寸、高品质方面受到的限制,利用 15 kW 微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)设备,采用拼接法制备了大尺寸单晶金刚石,研究了拼接界面角度对拼接缝微观形貌与应力的影响。利用激光共聚焦显微镜(CLSM)以及扫描电镜(SEM)对沉积后的拼接缝进行微观形貌观察;利用拉曼光谱(Raman)和荧光光谱(PL)对沉积后的拼接缝进行表征及应力分析;利用透射电镜(TEM)对拼接缝的微观组织进行了结构表征。研究结果表明:采用 60°的拼接界面角度进行马赛克拼接沉积,制备的外延层在拼接缝更平滑,拼接缝处的残余应力最低,仅为 0.42 GPa。研究结果为大尺寸(英寸级)单晶金刚石基板的制备提供了一种研究方向。
- 2024  Vol.  37(6):    247-256
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](213) |     [PDF](122)- 金刚石涂层的干摩擦性能及在机械密封应用
- 欧正雄,夏岳,王凯悦,宋惠,西村一仁,李赫
- 机械密封件是阻止旋转设备中介质泄漏的关键部件,在机械行业中广泛应用。随着服役工况日益苛刻,密封界面出现摩擦加剧(如高温、高速以及启 / 停阶段下出现干摩擦)、泄漏量增多以及寿命降低等问题,直接影响了关键密封摩擦部件的服役性能。通过机械密封部件工作面引入表面防护涂层可以极大改善密封界面的润滑行为,提升服役寿命。化学气相沉积 (CVD)金刚石涂层兼具优异的力学性能与化学稳定性,是典型陶瓷密封环理想的端面防护材料。首先通过采用热丝化学气相沉积(HFCVD)在 SiC 陶瓷密封环上分别设计制备微米金刚石(MCD)涂层和超细纳米金刚石(UNCD)涂层,在自主搭建的高性能机械密封测试设备上进行不同晶粒尺寸金刚石涂层改性密封环的摩擦学行为测试。试验表明:①金刚石涂层改性机械密封环与 SiC 陶瓷密封环相比,摩擦因数降低 4~5 倍,磨损率降低 20 倍(其中 MCD 涂层摩擦因数约为 0.24,磨损率为 0.67×10?6 mm3 / (N·m);UNCD 涂层摩擦因数约为 0.22,磨损率为 3.43×10?6 mm3 / (N·m));②与 UNCD 涂层相比, MCD 涂层在相同干摩擦环境下具有较高的膜基结合力与抗磨损性能,但摩擦因数较高。随后通过引入研磨抛光手段降低制备金刚石涂层的表面粗糙度,系统探究研磨抛光后 MCD 涂层和 UNCD 涂层在干摩擦环境下的摩擦磨损性能。通过研磨抛光降低 MCD 涂层表面粗糙度后可有效改善其摩擦因数,与摩擦稳定时 UNCD 摩擦因数 0.07 保持一致,其中 SiC 球磨损率从 3.21×10?6 mm3 / (N·m)降低到 0.09×10?9 mm3 / (N·m)。这与 MCD 涂层经过表面粗糙度优化后,有效改善干摩擦过程中磨粒磨损与黏着磨损有关。上述研究不仅为金刚石涂层在干摩擦环境中改性与摩擦机理分析提供了简洁有效的思路,同时进一步扩展了 MCD 作为防护涂层在机械密封中的应用。
- 2024  Vol.  37(6):    257-270
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](251) |     [PDF](111)- 聚醚醚酮表面W掺杂类金刚石薄膜结构及其摩擦性能
- 崔丽,邱慧,周小卉,朱邵超,郭鹏,陈仁德,汪爱英,西村一仁
- 聚醚醚酮(PEEK)广泛应用于航空航天领域,因其本征粘弹性和低硬度,PEEK 极易发生磨损失效。为解决此难题, 一般采用表面沉积类金刚石(DLC)薄膜的方法。利用线性离子束复合直流磁控溅射技术,调控 Ar / C2H2气流比(68 / 12~ 62 / 18),在 PEEK 表面制备不同 W 元素掺杂含量的 DLC 薄膜。系统研究气流比对 PEEK / W-DLC 材料的组分结构、力学和摩擦性能的影响规律。结果表明,气流比降低使薄膜表面 C 粒子团簇尺寸增大和致密化。W 元素含量由 7.08at.%下降至 2.63at.%,且主要以 WC1?x 纳米晶簇分布在 C 基质中,ID / IG 值由 0.42 下降至 0.32。C 元素含量的增加使膜内生成更多的 C-C 键,部分 C=O 键转化为 C-O 键。PEEK / W-DLC 材料表面褶皱密度增大,界面处形成机械咬合结构。气流比 66 / 14 时,材料具有优异的力学和摩擦性能,磨损率低至 1.52×10?8 mm3 / (N·m)。这主要归功于碳膜的力学性能保护及磨斑处富 W 润滑转移膜的形成。通过分析材料表面凹坑结构的形成机理,发现摩擦过程中同时存在粘着磨损和磨粒磨损。研究结果将有助于指导设计开发高效耐磨的航空航天材料。
- 2024  Vol.  37(6):    271-282
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](232) |     [PDF](128)- Si/O含量对DLC涂层腐蚀性能的影响
- 管筱竹,郑贺,郭鹏,王振玉,柯培玲,西村一仁,汪爱英
- 类金刚石碳(DLC)涂层兼具耐腐蚀和耐摩擦磨损等优点,是理想的海工装备零部件耐摩擦腐蚀防护材料之一。然而, DLC 涂层在沉积过程中往往会出现大颗粒、针孔等缺陷,且短期腐蚀性能评价难以预测其长时间腐蚀防护性能,因此关键装备的长期可靠服役面临挑战。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,通过调控乙炔(C2H2)和六甲基二硅氧烷 (HMDSO)流量比,在 17-4PH 基体上实现不同 Si / O 含量掺杂 DLC 涂层的制备,系统研究 Si / O 含量对涂层组分、结构以及在 3.5wt.% NaCl 溶液中短期(2 h)及长期(360 h)腐蚀行为。结果表明:随着 HMDSO 流量增加,涂层中 Si(0at.%~7.6at.%) 和 O(2.21at.%~4.88at.%)元素含量均增加,但不改变涂层非晶结构特征。随着 Si / O 含量增加,涂层 sp2 团簇尺寸降低, sp3 含量上升。短期腐蚀性能测试发现,随着 Si / O 含量增加,涂层的耐腐蚀性能提升,其中 S4 涂层(Si 元素含量为 7.6at.%) 相比 S1 涂层(Si 元素含量为 0at.%)的腐蚀电流密度下降四倍。长时间(360 h)腐蚀测试中原位 EIS 结果也证实,涂层在整个浸泡周期均具有优异的耐腐蚀性,且随 Si / O 含量增加,耐腐蚀性能越优异。然而根据电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP-OES)的结果,所有涂层样品在腐蚀测试后均发现在测试液体中有微量铁离子,涂层和基体界面处存在轻微金属腐蚀。 结合顺磁电子自旋共振波谱(ESR)仪的测试结果,高 Si / O 含量减少了涂层中缺陷结构,提升了整体致密性,且长时间浸泡后增加了涂层的缺陷密度。综上所述,在 DLC 涂层中掺杂 Si / O 元素,可提高涂层的抗腐蚀性能,这为海洋装备表面长期高性能腐蚀防护提供了一种新策略。
- 2024  Vol.  37(6):    283-296
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](204) |     [PDF](130)- Cr掺杂对MoN涂层力学及摩擦学性能的影响
- 程勇,王振玉,王振东,毕健浩男,张美琪,柯培玲,汪爱英
- 优异的力学和摩擦学性能使 MoN 涂层在箔片空气轴承防护上应用潜力较大,但 MoO3在 500 ℃以上环境下的强挥发性严重影响了其服役寿命。Cr 元素掺杂在提高 MoN 涂层抗氧化性能方面优势显著,然而 Cr 元素掺杂对 MoN 涂层的力学性能、组织结构和中高温摩擦学性能的影响尚不明确。使用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)复合直流磁控溅射(DCMS)技术在不同基体表面制备系列不同 Cr 元素含量的 MoCrN 涂层,利用 SEM、XRD、EDS、纳米压痕设备、维氏压痕、划痕仪、应力仪、拉曼光谱仪和摩擦试验机对涂层的微观结构、物相组成、力学性能与摩擦学性能进行系统研究。结果表明,MoN 涂层由单一 Mo2N 相组成,MoCrN 涂层由 Mo2N 与 CrN 构成。随 Cr 元素掺杂含量的增加,Mo2N 含量降低及压应力下降,导致涂层硬度与韧性单调降低,结合力先增加后下降。其中,Cr 元素掺杂含量为 10.4at.%的样品具有最高的结合力,相较于纯 MoN 涂层提高了 29 N。摩擦学试验发现,随 Cr 元素掺杂含量的增加,由于涂层强韧性降低、鳞片状摩擦层的消失以及摩擦产物的变化,室温摩擦因数和磨损率单调增加;当 Cr 元素掺杂含量为 19.9at.%时,因显著提升了 MoN 涂层抗氧化性能,涂层在 550 ℃下的耐磨性能最佳。研究结果详细对比分析不同 Cr 元素掺杂含量对 MoCrN 涂层力学性能及摩擦学性能的作用规律,揭示了相关影响机制,可为提高 MoN 涂层综合性能提供参考。
- 2024  Vol.  37(6):    297-310
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](237) |     [PDF](117)- 盐雾环境下MoS2/WB2超晶格薄膜的摩擦学性能及耐腐蚀性
- 高臻荣,李金龙,任思明
- 二硫化钼(MoS2)薄膜因其独特的结构特征,层间易滑移,作为固体润滑剂在航空航天、核能、机械电子等领域已得到广泛应用。然而,MoS2 对环服役境极其敏感,易在大气、高温等条件下发生氧化,导致其摩擦学性能下降,寿命大幅缩短。为了提高并改善 MoS2 薄膜的环境适应性,采用非平衡磁控溅射技术成功制备 MoS2 / WB2 纳米复合和超晶格结构薄膜。 研究发现,WB2的引入可以促使 MoS2沿(002)晶面择优生长,获得的薄膜表面光滑、结构致密;相比于复合结构,MoS2 / WB2 超晶格薄膜具有更高的硬度(~7.9 GPa)和硬 / 弹比(0.097)。得益于 MoS2(002)晶面沿基底方向的平行排布和纳米多层界面的构筑,MoS2 / WB2超晶格薄膜展现出优异的中性盐雾耐腐蚀性能;特别地,超晶格薄膜在盐雾腐蚀试验前后均保持较低的摩擦因数和磨损率,而复合薄膜经历盐雾腐蚀后摩擦性能大幅衰减。这与超晶格薄膜高的硬 / 弹比和优异的耐腐蚀性能密切相关,有助于对偶球表面形成连续且致密的摩擦转移膜。
- 2024  Vol.  37(6):    311-323
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](217) |     [PDF](115)- Ti(C,N)基多碳化物金属陶瓷的物相结构与表面氧化行为
- 廖毓,吕健,徐凯,娄明,常可可
- 深地钻探高温、氧化、冲蚀的苛刻服役环境对金属陶瓷复合材料的强韧、抗氧化等性能提出更高的要求。在常规商用多碳化物(WC、Mo2C)金属陶瓷体系的基础上,进一步添加 TiC、TaC 制备了两种 Ti(C,N)基金属陶瓷,并重点对其物相结构、力学性能和抗氧化性能进行研究。结果表明,两种多碳化物金属陶瓷的物相结构均包含(Ti,M)(C,N)(M=W、Mo、Ta)硬质相和(Co,Ni)粘结相;相较于 TiC 添加金属陶瓷,含 TaC 金属陶瓷的硬质相颗粒尺寸更大、强韧匹配更好。热力学计算结果表明,Ta 原子在粘结相中的固溶度低于 Ti 原子,因而更易通过“溶解-析出”过程促进硬质相长大,起到增韧效果。在高温氧化环境中,Ta5+可以替换 TiO2氧化层中的 Ti4+,使得该氧化层中的 O 空位浓度降低、O 原子扩散系数增大,因而提升了金属陶瓷的抗氧化性能。上述研究结果显示了 TaC 在增强 Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能和抗氧化性能方面的重要作用,有望指导未来金属陶瓷新体系的研发。
- 2024  Vol.  37(6):    324-331
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](299) |     [PDF](112)- 基于相图计算与高通量试验的AlNbTaTiVZr多元合金涂层设计及筛选
- 孙国璨,王林静,徐凯,常可可
- 随着航空航天产业对于材料服役温度、比强度等性能的需求越来越高,轻质、难熔、高强的多元合金已经成为一种潜在的 Ni 基高温合金的替代品。为了设计并筛选得到一款轻质高强的多元体系合金,使用相图计算(CALPHAD)方法确定多元合金体系,通过高通量磁控共溅射物理气相沉积法制备一系列 AlNbTaTiVZr 多元合金涂层,以筛选出该体系下拥有良好性能的涂层成分。XRD 测试和计算结果显示,随着涂层样品的原子尺寸错配度增加、混合焓变负以及混合熵变大,样品逐渐由体心立方(BCC)结构转变为非晶结构。纳米压痕测试结果表明,Ti 元素含量更高的样品具有更大的硬度,而 Al、Nb 和 Ta 元素含量更高的样品具有更高的弹性模量。在摩擦磨损试验中,BCC 结构表现出全程较低的摩擦因数(约为 0.15),且拥有最低的磨损率和最小的最大磨损深度;部分结晶的涂层在摩擦过程中生成的自润滑氧化物剥落,没有起到很好的保护作用, 而非晶样品由于未生成足够的自润滑氧化物,摩擦因数较高,这两种结构的涂层均被磨穿。筛选最终发现,成分为 Al20.5Nb27.6Ta8.4Ti27.3V5.9Zr10.3的涂层 Ti 元素含量最高,该涂层具有本体系下最高的硬度,约为 9.4 GPa,同时该样品的弹性模量也接近本体系下样品弹性模量的最高值,约为 136.5 GPa。BCC 结构的涂层中,成分为 Al7.6Nb41.8Ta11.5Ti20.5V3.9Zr14.7的涂层具有本体系下最好的耐摩擦磨损性能。最终,通过相图计算与高通量试验结合的方法,成功设计一款轻质高强的多元合金体系,并分别筛选得到本体系下具有最高硬度和最好耐摩擦磨损性能的成分。研究结果解释了该体系下合金结构随成分变化的规律,并为该体系下合金性能的筛选提供一定的指导。
- 2024  Vol.  37(6):    332-342
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](210) |     [PDF](137)- Cr/Fe含量对AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金微观组织和腐蚀性能的影响
- 陈晨,安煜东,姚宏伟,蒲吉斌
- AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金由面心立方无序固溶体相(FCC)和体心立方有序相(B2)形成交替片层结构,具有良好的铸造性能和强韧性。然而,在 NaCl 溶液电化学腐蚀过程中,B2 相的富 Al 钝化膜比 FCC 相的富 Cr 钝化膜稳定性差,导致 B2 相较快溶解,发生局部腐蚀。通过相图计算法(CALPHAD)设计 AlCoCr1+xFe1?xNi2.1高熵合金,通过提高 Cr / Fe 元素比来调控合金的微观组织和耐腐蚀性能。与铸态 AlCoCrFeNi2.1合金相比,铸态 AlCoCr1.5Fe0.5Ni2.1合金中硬质 B2 / BCC 双相的体积分数由 27.2%提升至 42.6%,其中体心立方结构(BCC)富 Cr 纳米相的体积分数为 19.8%,其维氏显微硬度提高了 8.6%, 在 3.5wt.% NaCl 溶液中的腐蚀电流密度降低了 35.5%。因此,通过成分设计在贫 Cr 的 B2 相中大量析出富 Cr 共格纳米相, 实现硬度和耐腐蚀性能的协同提升。研究成果为高强度与耐腐蚀一体化高熵合金的开发提供了新策略。
- 2024  Vol.  37(6):    343-353
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](234) |     [PDF](119)- 多孔吸液芯的多步电沉积法制备及其结合性能
- 刘璐琪,尹玉莹,黄美茹,马付良,曾志翔
- 氢气泡模板法电沉积技术制备的多孔金属薄膜具有孔隙率高、密度小和成本低的特点,已被广泛用于电化学电容器和储能等领域。近年来,该技术被应用于制备均热板中的吸液芯,旨在得到具有高毛细性能的超薄多孔吸液芯镀层。 但高孔隙率金属镀层的结合力不足的问题尚未得到充分研究和解决。采用多步电沉积法制备出多孔的 CuNi 吸液芯镀层,通过 SEM、XRD、EDS 和 3D 轮廓仪表征多孔镀层的形貌、化学组成和表面粗糙度。采用划格测试和超声测试分别研究 Cu 镀层以及 CuNi 镀层的结合性能。除此以外,对比 Cu 镀层和 CuNi 镀层的润湿性。结果表明:与 Cu 镀层相比,形成 Cu-Ni 固溶体的 CuNi 镀层的结合性能得到提升。经过 30 min 的超声测试,CuNi 镀层的质量损失率(0.61%) 远远低于 Cu 镀层的质量损失率(2.58%)。而且,CuNi 镀层的水滴铺展速率和水爬升速率并未降低。水在 CuNi 镀层 (<60 μm)上具有 0.43 mm / s 的爬升速率,并可在 0.2 s 内完全铺展。采用多步电沉积法制备具有强结合性能的 CuNi 多孔镀层,可为开发稳定高效的均热板提供新的技术途径。
- 2024  Vol.  37(6):    354-363
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](221) |     [PDF](116)- 二次掺杂聚苯胺改性玄武岩鳞片复合环氧涂层的疏水防腐性能
- 俞嘉辉,安然,任建炜,王朴炎,胡慧峰,刘栓
- 苛刻海洋腐蚀环境下防护涂层的腐蚀失效严重威胁着海工装备的可靠运行和长寿命服役安全,传统防腐涂层在大气中的水接触角小,在苛刻海洋腐蚀环境下的长效防护性能不佳。为了提升环氧涂层在苛刻海洋腐蚀环境中的防护性能和疏水性能,采用对氨基苯甲酸(ABA)将蚀刻后的玄武岩鳞片(B)与聚苯胺(PANI)共价结合,得到玄武岩鳞片 / 聚苯胺(BP) 粉末,通过全氟十四烷酸对 BP 进行二次掺杂,得到氟化玄武岩鳞片 / 聚苯胺(FBP)复合材料。在碳钢 Q235 上制备了以 FBP 为功能填料的复合环氧涂层,该涂层具有良好的疏水性和防护性能。润湿性测试结果表明:涂层表面的接触角能达到 138.1°, 在经过 100 次往复循环摩擦后涂层水接触角仍能达到 127.4°。电化学测试结果表明:在 3.5wt.% NaCl 溶液中浸泡 20 d 后, 环氧复合氟化玄武岩鳞片 / 聚苯胺(EP / FBP)涂层具有最大的低频阻抗模量 0.654 TΩ·cm2 和最小的腐蚀电流密度 2.59 pA·cm2 。 EP / FBP 涂层优异的耐蚀性主要归因于涂层表面形成的微 / 纳结构和 B 的片层阻隔与 PANI 缓蚀作用的协同效应,该复合涂层有效降低腐蚀介质向漆膜内部的渗透速率。因此,通过利用 PANI 二次掺杂特性制备的疏水 PANI,能有效降低腐蚀介质向环氧涂层内部的渗透速率,为新型功能填料在环氧涂层中的应用提供新思路。
- 2024  Vol.  37(6):    364-376
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](216) |     [PDF](116)- 石墨氮化碳复合环氧涂层的抗冲蚀性能
- 安然,李柱,郭小平,刘栓,李想,王朴炎
- 海工装备暴露在腐蚀最为严重的浪花飞溅区,会遭受力学-化学 / 电化学腐蚀的耦合损伤,造成严重的金属腐蚀。涂装抗冲蚀涂层是减缓海工装备冲蚀磨损的重要手段。石墨氮化碳(g-C3N4)不仅具有良好的化学稳定性和力学性能,还具有类石墨烯的二维层状结构,可作为功能填料来提高有机涂层的综合防护性能。但 g-C3N4 易团聚,直接与环氧树脂复合会产生缺陷,导致涂层快速失效。采用磺化聚苯胺(SPANi)对 g-C3N4改性得到 g-C3N4@SPANi,并与厚朴酚基四官能环氧树脂(MTEP) 结合制备防腐和抗冲蚀涂料。采用拉伸应力应变、电化学阻抗和固 / 液 / 气三相流冲蚀机对环氧复合涂料的力学性能、防腐性能和抗冲蚀防护性能进行表征,发现在纯 MTEP 中添加 0.5wt.% g-C3N4@SPANi,其拉伸强度和断裂应变为 48.3 MPa 和 8.75%,分别比纯 MTEP 提高 68.8%和 19.05%,抗冲蚀试验后环氧复合涂层的质量损失和体积损失分别比纯 MTEP 降低了 68.41%和 66.39%,在 3.5wt.% NaCl 溶液浸泡 60 d 后环氧复合涂层低频阻抗模值为 3.25 GΩ·cm2 ,比纯 MTEP 低频阻抗模值 0.112 MΩ·cm2 提高四个数量级。环氧复合涂层防腐和抗冲蚀性能的提升,主要归功于 SPANi 在 g-C3N4 表面的接枝增加了 g-C3N4 表面粗糙度,同时 g-C3N4@SPANi 与环氧树脂兼容性好,提高了涂层的致密性和韧性,进而提高复合涂层的抗冲蚀性能。因此,通过利用 SPANi 对 g-C3N4 化学改性,能有效降低水分子向环氧涂层内部的渗透速率,为新型功能填料在环氧涂层中的应用提供新思路。
- 2024  Vol.  37(6):    377-390
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](212) |     [PDF](126)- 不同亲疏水性聚合物刷的生物防污性能
- 李胜飞,夏一夫,张涛
- 聚合物刷是指大分子链通过物理作用力或共价键牢固地束缚在基材上,并具有可定义功能化的刷状结构,多用于表面防污改性。然而,系统地对不同链长和官能团类型的聚合物刷在防污能力方面的评价工作依然较少。通过表面引发零价铜介导的可控自由基聚合(SI-Cu0 CRP)制备一系列不同侧链结构的甲基丙烯酸酯类聚合物刷(如亲水性的寡聚乙二醇类、烷基类和疏水性的含氟类),并利用红外光谱(IR)和接触角(CA)表征其结构和表面性质。此外,使用耗散型石英晶体微天平(QCM-D)原位监测聚合物刷界面的蛋白质粘附,并通过荧光蛋白浸泡试验模拟蛋白质的非特异性吸附。结果表明:聚合物刷的侧链长度决定了其界面的水合能力,如聚(寡聚乙二醇)甲醚甲基丙烯酸酯-n20 (pOEGMA-n20)的 CA 仅为 39.6°±0.5°;长侧链结构的亲水性聚合物刷更易形成水合界面,抗蛋白吸附能力远高于疏水性聚合物刷界面(低至 1.7 ng / cm2 );多氟长链结构的疏水性界面可以在动态流速下构建出一个空气层,通过减少蛋白质与材料表面的接触而展现出一定的防污能力。研究结果系统分析了聚合物刷侧链长度和官能团对其界面防污性能的影响,为聚合物刷改性的防污涂层提供参考依据。
- 2024  Vol.  37(6):    391-400
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](187) |     [PDF](124)- 席夫碱基抗菌防污材料:结构设计、制备、性质与机制
- 严明龙,吴赛君,赵文杰
- 微生物在工程装备、医疗设备及生活物品上的粘附生长为设备高效安全运行和人民生命健康带来了沉重负担,是亟需解决的重大问题。近年来,席夫碱、席夫碱金属配合物和聚席夫碱等席夫碱基材料因其独特的结构特征和物化性质而备受关注,尤其是其展现出的抗菌、抗真菌和防污等生物活性有望在生物医药、工业和海洋等各个领域广泛应用,但针对席夫碱基抗菌防污材料的研究进展尚缺乏系统综述。简要回顾席夫碱基材料的发展历史,总结包括传统合成法和绿色合成法(超声波辅助合成、微波辐照法、研磨法和水溶剂法)制备席夫碱基材料的合成方法,分析席夫碱动力学上的不稳定性衍生出的独特化学特征(包括本征自愈性、可回收性、刺激响应性、水降解性和环保性等),尤其强调它们在医药材料、海洋防污等抗菌防污材料方面的研究进展和应用前景。指出相关研究在机理揭示、材料高效制备和应用等方面的共性科学问题,进一步提出席夫碱基抗菌防污材料的未来发展方向,相关内容可为化学、材料、海洋防污等领域的研究人员和专业人士提供参考。
- 2024  Vol.  37(6):    401-427
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](227) |     [PDF](117)- 环氧/阻燃席夫碱衍生物改性蒙脱土复合涂层性能
- 唐高玉,程建军,余赵燊,许吉,朱能杰,蓝席建
- 环氧树脂(EP)因其良好的综合性能,而被广泛应用于涂料、胶粘剂等领域。然而 EP 高度易燃,燃烧时产生熔滴, 同时伴随大量有毒烟气释放,容易造成严重的人员伤亡和不可估量的经济损失;另外 EP 质脆的缺点限制了其在舰船领域的应用。因此提升 EP 的阻燃性能和韧性具有重要意义。通过一锅法以多聚甲醛(POM)、二乙醇胺(DEA)和 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为原料,合成 DOPO 醇胺席夫碱衍生物(DHDOPO)。再采用离子交换法将 DHDOPO 插层进蒙脱土(MMT)层间制得阻燃增韧型蒙脱土(DMMT),进一步将 DMMT 分散到环氧体系制得环氧 / 阻燃席夫碱衍生物改性蒙脱土(EP / DMMT)复合涂层。通过透射电镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)和 X 射线衍射仪(XRD) 测试验证 DHDOPO 成功嵌入 MMT 片层中,对 EP / DMMT 的结构和性能进行研究。结果表明:MMT 被 DHDOPO 成功修饰得到 DMMT,片层间距由 1.49 nm 扩大至 1.90 nm。当 DMMT 含量为 2%时,环氧复合涂层拉伸强度从 49.61 MPa 提升至 73.13 MPa,断裂伸长率从 3.06%提升至 5.05%,力学性能最佳;随着 DMMT 含量增加,阻燃效果逐渐提升,其中 DMMT 加量 2% 以上时效果更加显著。气相产物分析及燃烧后的炭渣证明 DMMT 在凝聚相和气相发挥协同阻燃效果,为舰船防火增韧一体化涂料提供有益借鉴。
- 2024  Vol.  37(6):    428-439
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](183) |     [PDF](117)- 转锈缓蚀低表面处理涂料制备及性能
- 许吉,白久航,凌志远,朱能杰,严威威,蓝席建
- 海洋环境金属构筑物表面易腐蚀、维护成本高以及保养困难,而普通低表面处理涂料功能单一,无法长效防腐,且缓蚀剂与水性涂料配方体系难以兼容。引入适量咪唑啉缓蚀剂与过量的自交联环氧发生预固化反应,提升涂层交联密度的同时具备缓蚀钝化功能,加上乙二胺四乙酸(EDTA)与金属底材的络合作用,制得一种具有高效强渗透、转锈和缓蚀功能的水性涂层材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)、X 射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman) 和 X 射线光电子能谱(XPS)等手段对转锈缓蚀低表面处理涂料的转锈性能和缓蚀机制进行初步探索。结果表明,金属基材表面的锈蚀产物在转锈剂和缓蚀剂的双重作用下快速形成稳定的“沉淀型”转化膜和钝化膜。拉曼和 XRD 显示,锈转化率达到 72.4%,转锈膜和钝化膜的协同保护使涂层具有长效防腐性能,3.5% NaCl 盐水浸泡试验 168 h 后附着力衰减值仅为 3.3%, 耐中性盐雾 500 h 仍具有良好的防腐效果。新型低表面处理转锈缓蚀涂料施工便捷、可有效降低金属构筑物表面处理等级, 同时减少涂层打磨带来的环境污染,提高施工效率,降低海洋环境下船舶和海洋平台等的运维成本,对于难以彻底表面处理的海洋环境金属材料的长寿命服役需求有着优异的工程应用前景。
- 2024  Vol.  37(6):    440-449
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](224) |     [PDF](113)- 深海航行器用钛合金-碳纤维复合材料耐压舱的失效研究与铺层优化
- 唐福康,吴廷洋,张宝龙,丁俊杰,茅东升
- 耐压舱因其高的空间利用率、强大的承载能力以及易于制造等特性,在深海航行器中得到广泛应用。为有效提升深海航行器的容重比,耐压舱材料的选择成为研究重点之一。采用有限元方法对钛合金和钛合金-碳纤维复合材料耐压舱在静水压作用下的失效行为进行研究。在保证耐压舱壁厚相同的情况下,研究了钛合金层及复合材料层厚度的不同比例对耐压舱结构强度的影响。计算结果表明,复合材料耐压舱的临界失稳载荷对比钛合金耐压舱最高可提升 44.8%。复合材料层的加入还能够显著提升耐压舱的爆破强度,并降低整体的重量。然而,钛合金层过薄会降低强度,而钛合金层厚度与复合材料层厚度相近时强度提升最为显著。此外,还进行了铺层优化的相关研究。通过经典层合板理论对复合材料层进行强度预测,并将计算过程通过 Matlab 程序语言进行表达,得到了铺层优化程序。将程序计算结果与有限元方法计算结果进行对比,两者结果符合得很好。通过计算证明了复合材料层的加入能显著提升耐压舱的强度,并减轻耐压舱的重量。还设计出一种复合材料铺层优化程序,可有效提升复合材料铺层优化的效率。从理论分析到实际应用,均为耐压舱的设计提供了一定的经验。
- 2024  Vol.  37(6):    450-461,480
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](212) |     [PDF](120)- 聚醚酰亚胺的微观形貌调控及其层间增韧碳纤维/环氧树脂机理
- 刘坤,欧云福,张耘箫,翁宜婷,茅东升
- 碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)因其优异的力学性能被广泛应用,但受到层状的结构特性以及树脂本体脆性的影响,其沿厚度方向的承载能力相对较差,易发生分层损伤。通过静电纺丝设备简单有效地将可溶性聚醚酰亚胺(PEI)制备为具有不同微观结构形貌(颗粒和纤维)的薄膜,并将其引入复合材料层间区域进行增韧。测试结果表明,颗粒状 PEI 试样的 I 和 II 型层间断裂韧性较基准样分别提升 18.7%和 19.2%。与之对比,纤维状 PEI 试样展现出更好的增韧效果,其 I 和 II 型层间断裂韧性较基准样分别提升 53.8%和 57.3%。最后通过对断裂面的显微观察,较为系统地研究了其内在增韧机制, 探讨了相形态对增韧效果的影响。
- 2024  Vol.  37(6):    462-472
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](247) |     [PDF](118)- 稳定超黑表面的构筑与吸光性能
- 赵伟伟,余文杰,刘小青
- 超黑材料在光学仪器、能量收集等领域具有广阔的应用前景,但是大多数制备方法条件苛刻,更重要的是其力学性能差,限制了作为光吸收层的应用。基于激光加工技术制备多孔模板,通过转印、剥离得到稳定的聚二甲基硅氧烷 / 碳纳米管 (PDMS / CNTs)超黑材料。通过 SEM、Raman 以及 UV-Vis-NIR 对材料的结构、表面形貌和吸光性能进行表征;利用红外热成像仪记录样品在太阳光下的表面温度变化,研究其光热性能。结果表明,在激光作用下,模板表面能够形成孔洞结构,通过控制激光功率可以改变孔洞的大小和深度。相应地,通过转印、剥离制备得到的 PDMS / CNTs 吸光材料具有不同深宽比的有序锥形阵列结构,而且锥形结构表面较为粗糙。吸光材料在 200~2 000 nm 波长范围内均有较强的吸收能力,吸光率能够超过 99%,表面呈现出极度黑色。这一方面归因于 CNTs 材料的本征吸光特性;另一方面与 PDMS / CNTs 材料表面的锥形阵列结构相关,通过多次光线反射实现在较宽波段内的减反射并陷光,达到增强吸收的目的。进一步探究 PDMS / CNTs 超黑材料的耐久性,结果表明,在高温热老化、光老化以及机械外力作用下,其吸光性能基本保持不变。最后,研究了 PDMS / CNTs 超黑材料的光热性能,在太阳光下,其升温值达到 65 ℃。超黑材料的制备方法简单且稳定性好,在吸光领域将具有很大的应用潜力。
- 2024  Vol.  37(6):    473-480
| [[html全文] 1KB] (22)    [摘要](259) |     [PDF](111)
手机扫一扫看 
|