超疏水膜层防腐蚀机理及气相法制备技术研究进展

综述了超疏水膜层的防腐蚀机理,分析了超疏水膜层表面微-纳二元粗糙结构、表面能与其疏水性的关系,重点介绍了超疏水膜层表面的气垫效应和毛细效应,并阐述了超疏水膜层对金属的防腐蚀机理和腐蚀破坏机理的研究现状。同时鉴于气相法制备技术具备操作简单、成本低、环境友好、适用范围广、制备膜层可重复性好、膜层均匀等优点,综述了3种常用气相法制备超疏水膜层技术—常温常压化学气相沉积技术(常温常压CVD)、等离子化学气相沉积技术(PECVD)和气溶胶辅助化学气相沉积技术(AACVD)的研究进度和各自的优缺点,以及存在的问题。展望了气相法制备技术在超疏水防腐蚀膜层制备中的研究方向。     

玻璃表面二氧化硅基超疏水膜的研究进展

超疏水表面带来一些可贵的界面性质,包括防结冰、防污染、防氧化等。对于工业产品中常用的玻璃等无机材料,研究人员参照自然界超疏水物质的结构和成分,借助含碳、氟等元素的物质,通过各种方法,合成具有微米-纳米二重粗糙结构和低表面能的有机-无机杂化涂层与基材结合,从而制备超疏水表面。因玻璃表面亲水性的固有性质,在平板显示、触摸屏、太阳电池盖板、玻璃幕墙等领域,解决既能满足光学性能指标,又能实现疏水性和抗污染性的问题尤为重要。首先讨论了粗糙表面的固液复合接触和非复合接触两种理论模型,进而阐述了超疏水玻璃的实现要素和基于二氧化硅的超疏水膜的制备方法。梳理了以溶胶-凝胶法为基础的玻璃表面二氧化硅基透明超疏水膜的制备技术进展,根据涂膜次数、溶胶组成、膜层粗糙结构的实现方法等,将现有制备技术分类、归纳为三种制备路线：共前驱体合成改性二氧化硅溶胶制备单层超疏水膜,表面改性法制备多层结构超疏水膜,添加二氧化硅颗粒引入粗糙层法。指出了各种方法的超疏水原理、膜层特点,分析了部分制备实例的疏水性、粗糙结构、光学透过率等性质的影响因素。对于溶胶-凝胶法制备的SiO2基超疏水玻璃,实现超疏水性的同时,如何保持玻璃良好的透明性以及膜层的耐磨性、持久性,是需要重点研究的方向。     

具有超疏水表面的白铜在3.5%NaCl溶液中的电化学行为

通过化学刻蚀法和自组装技术,构建了白铜的超疏水表面.利用接触角测试和电化学分析技术探讨了制备工艺对疏水膜性能的影响.对不同刻蚀条件下制备的超疏水表面的电化学测试结果进行比较,结果表明:合适的表面粗糙结构是制备具有优良耐蚀性能的超疏水膜的关键.接触角测量和电化学测试结果表明:构建的白铜基超疏水表面的接触角可达152.8°,该超疏水膜能够大幅提高白铜在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能,缓蚀效率达到96.1%.     

铝合金表面超疏水缓蚀自修复膜的制备及其耐蚀性

先在铝基体上制备了镁铝水滑石膜层和十钒酸根插层水滑石膜层两种类水滑石膜层,再采用全氟辛基三乙氧基硅烷通过气相沉积法对类水滑石膜层进行不同时间的表面改性,制备出超疏水类水滑石膜层。采用扫描电子显微镜、接触角测量仪对膜层的结构和润湿性进行分析,讨论了改性时间对膜层结构和超疏水性能的影响,并且通过电化学测试,短期浸泡试验及盐雾试验进一步研究了该超疏水膜层的耐蚀性。结果表明:改性1 h即可使类水滑石膜层获得超疏水性能,随着改性时间的延长,超疏水膜层的接触角基本不变,12 h为最佳改性时间;超疏水膜层可以极大提高基体的耐蚀性,其中装载钒酸盐缓蚀剂超疏水类水滑石膜层的耐蚀性远高于单纯超疏水类水滑石膜层的。     

镍基超疏水表面的制备及其在海洋腐蚀防护中的应用

采用电化学沉积-表面修饰两步法在金属铜表面制备了镍基仿荷叶超疏水表面,采用扫描电子显微镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱、接触角测量仪等测试手段表征了所制备膜层的微观形貌、组成及润湿性,并基于Cassie模型理论分析了表面的润湿性与微观形貌间的相关性。在此基础上,采用电化学测试手段评价了所制备镍基超疏水膜在3.5%NaCl溶液中的腐蚀防护性能。结果表明:镍基超疏水膜可有效抑制金属基体的腐蚀过程,并提出了相应的腐蚀防护机制。     

带锈青铜表面超疏水薄膜的制备及防腐性能研究

目的 研究带Cu2O锈青铜表面超疏水薄膜的制备工艺及其防腐性能。方法 采用直接浸泡法，在带氧化亚铜锈层青铜试片表面制备了超疏水薄膜，通过单因素实验分别考察了正十二硫醇-十四酸混合溶液配比以及浸泡时间对超疏水膜层构建及耐蚀性能的影响，并采用接触角测试、电化学方法及表面分析手段对膜层性质、结构及稳定性进行了评价。结果 正十二硫醇和十四酸的疏水长链成功组装到带Cu2O锈青铜表面。混合溶液含5.0 nmol/L的正十二硫醇和1.0 nmol/L的十四酸，浸泡时间为1 h，是超疏水薄膜的最佳制备条件，此时表面接触角为157.2°，缓蚀效率高达97.21%。同时，电化学阻抗谱结果显示，电荷转移电阻相较于超疏水处理前增大了2个数量级，表明该膜层具有良好的耐蚀性能。该膜层在大气模拟液中浸泡30 d后，缓蚀效率仍有96.56%，说明其稳定性优异。结论 带Cu2O锈青铜表面构建的超疏水薄膜能够有效提高其耐腐蚀性和疏水性。     

超疏水表面激光加工技术研究进展EI北大核心CSCD

超疏水表面作为最具代表性的功能性表面得到广泛的应用,激光加工技术凭借超高加工精度和高度可控等特性,成为制备超疏水表面微纳尺度结构的有利工具。已有大量相关试验研究,但鲜有对加工机理和方法等进行归纳总结。从润湿理论出发,分析超疏水表面激光加工技术研究现状。按照微纳结构成型方式,归纳总结增材和减材激光加工制备超疏水表面的成型机理。基于成型机理系统梳理超疏水表面制备的研究进展。分析制备过程中影响材料表面超疏水性的因素。针对超疏水表面机械稳定性问题,梳理改善和提高表面机械稳定性的方法。简述超疏水表面研究中存在的问题及其发展趋势,指出试验研究结果的规律性总结的局限。与仅论述激光减材制备超疏水表面的综述类文章不同,从增材和减材两个方面论述激光加工制备超疏水表面的机理,详细分析激光减材制备超疏水表面的制备方法和表面疏水性影响因素,对未来激光加工制备超疏水表面更深层次的研究具有指导意义。     

基于磁流变弹性体膜的可控疏水表面制备与表征

针对目前超疏水表面制备工艺复杂、成本高等问题,采用工艺简单的磁场调控方法,基于磁致链化效应,将磁性颗粒-聚二甲基硅氧烷复合材料薄膜前驱体在外加匀强磁场作用下固化,得到具有微纳粗糙结构的可控疏水性磁流变弹性体膜(MREF)。利用扫描电子显微镜(SEM)和接触角测量仪对其表面形貌和润湿性进行表征分析。结果表明,制备的磁流变弹性体膜具有随机分布的微米级山状突起结构,通过控制制备磁场强度可以改变表面粗糙度特征,水滴接触角从110°提高到158.2°,呈现超疏水特性。进一步研究表明,通过控制磁性颗粒粒径尺度、磁性颗粒质量分数、薄膜厚度等因素,可以构建不同表面特征的磁流变弹性体膜,进而实现对表面疏水性的调控。     

金属基合金表面超疏水膜的构筑及其耐蚀性的研究进展

超疏水技术是一项新型的腐蚀防护技术,在金属基合金表面构筑超疏水膜能有效地抑制金属和合金材料发生腐蚀。介绍了金属基合金表面超疏水膜的构筑方法,重点分析了超疏水膜对金属合金基体耐蚀性能的影响,最后总结了超疏水技术近年来的发展,及其存在的技术障碍。     

铜基超疏水表面制备方法的研究进展

铜及其合金因具有良好的热物理性能,在海洋工程、能源、航空航天、电子器件等领域有广泛的应用前景。制备铜基超疏水表面能够提高铜及其合金在各领域的应用性能,降低铜基金属的损耗,减少资源浪费。因此,超疏水表面在铜及其合金表面的制备和应用方面成为了研究热点。首先简单介绍了超疏水表面的相关理论,主要包括Young氏方程、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。其次,基于制备铜基超疏水表面的2个条件(提高材料表面粗糙度以及降低材料表面能),详细综述了铜基超疏水表面制备方法的研究进展,讨论了自组装、刻蚀、电化学沉积、激光复合加工等方法在制备铜基超疏水表面时存在的优势和主要问题,分析了制备方法对铜基超疏水表面应用性能的影响,列举了铜基超疏水表面在自洁、耐腐蚀、油水分离等方面的应用。最后,指出了铜基超疏水表面未来的发展方向,即通过制备具有自修复功能的超疏水表面或通过改变材料表面微纳米结构,提高铜基超疏水表面的耐磨性和稳定性。除此之外,工艺简单、成本低的铜基超疏水表面制备方法仍具有广阔的应用前景。     

一种具有自粘附性能的超疏水自清洁涂层制备方法

目的提高超疏水涂层的粘附性、表面强度及耐磨性,精简制备工艺,并解决制备中存在的不环保问题。方法将SPK胶水和疏水性二氧化硅纳米粒子作为原料,采用简单喷涂工艺制备了具有自粘附性能的超疏水涂层,通过水的接触角测量、粘附力测试、耐磨性测试、涂层自清洁效果测试,分别评价涂层的润湿性、粘附力、耐磨性、自清洁效果,并通过扫描电子显微镜对喷涂前后涂层的形貌及元素组成变化进行分析。结果制备的涂层接触角为150.5°。在电子万能试验机作用下,涂层粘附玻璃样片的最大拉伸剪切强度为1.45 MPa,粘附打磨光滑的45钢样片,最大拉伸剪切强度可达1.69 MPa,粘附性良好。受力涂层在砂纸上拖行120 cm后,表面润湿性仍为超疏水。覆盖有涂层的照片,表面光滑平整,不影响照片本身的清晰度,当混合污染物滴落在图片表面时难以浸润入,并沿着表面流走。结论制备的涂层具有超疏水特性。该涂层对基底具有强粘附性,且涂层粘附力与胶粘附力有关,如果使用粘附力更强的胶,涂层的粘附力可继续提升。涂层具有良好的耐磨性且超疏水效果稳定。由于涂层的超疏水特性,附着在其表面的混合污染物难以浸润入基底,可以很好地保护基底表面。     

Cubic boron nitride based coating systems with different interlayers for cutting inserts

Due to its outstanding properties, cubic boron nitride (c-BN) has a high application potential, in particular as a super hard cutting tool coating. Unfortunately until now there have been no c-BN tool coatings available at an industrial scale. The preparation of c-BN coatings with a film-thickness in the μm range is challenging and succeeded only by few research groups in the last few years. In the Fraunhofer IST a PVD sputtering process was used employing a boron carbide target in an argon/nitrogen atmosphere. By this PVD process c-BN films with a thickness between 1 and 2 μm were deposited on pre-coated cemented carbide cutting inserts. The pre-coating is an important part of the interlayer system design which is used to improve the adhesion of the c-BN film and therefore is crucial for a successful application as a cutting tool coating. Several TiAlN based coatings were deposited on cemented carbide cutting inserts and tested as interlayers for the c-BN layer system. High temperature experiments at ambient air show a high oxidation resistance of c-BN with a very high remaining hardness after heat treatment. Furthermore investigations of adhesion and wear will be presented as well as morphology and composition analysis.     

太阳能高反射薄膜制备技术对薄膜性能的影响

采用磁过滤阴极真空弧沉积(FCVAD)与磁控溅射(MS)两种技术在玻璃上制备厚度分别为75 nm和165 nm的Glass/Al高反射薄膜,利用Lambda 950分光光度计、扫描电子显微镜、原子力显微镜、附着力测试仪、摩擦试验机和加速老化试验箱分别表征薄膜的反射率、表面形貌、粗糙度、附着力、耐摩擦和耐老化性能,通过薄膜性能评估分析两种技术制备高反射膜性能的差异。结果表明:在双方优化工艺下,FCVAD制备的薄膜表面形貌和附着力优于MS薄膜;FCVAD制备的75 nm和165 nm薄膜反射率比同厚度MS薄膜高出3.3%~4.2%;75 nm厚的薄膜方均根粗糙度明显小于同厚度的MS薄膜;FCVAD制备的75 nm薄膜老化后反射率仅下降1.2%,而MS同厚度薄膜反射率下降了3.3%~4%。说明FCVAD在制备高反射膜方面比磁控溅射更有优势。     

滚轮表面TiAlSiN涂层制备及失效机理研究

目的通过对滚轮表面制备超硬纳微米TiAlSiN涂层,提高滚轮的综合工作性能。方法采用阴极电弧离子镀膜技术在滚轮工作面及高速钢试样表面制备超硬纳微米TiAlSiN涂层。通过X射线荧光测量系统测量涂层厚度,采用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层表面特征和形貌,采用能谱仪(EDS)对涂层元素的成分进行分析,通过纳米压痕仪及洛氏硬度计对涂层的硬度及膜基结合力进行测定和分析。结果滚轮表面1.97μm厚的TiAlSiN涂层的Si原子数分数为4.21%,其显微硬度为37.69 GPa,涂层与基体的膜基结合力符合VDI-3198工业等级的HF3,呈现出较强的膜基结合力。经生产线上滚压机实际成形加工验证,涂层后滚轮的工作寿命是未涂层滚轮的5倍,滚轮具有强度高、耐磨损、抗氧化、耐腐蚀、粘附性降低等特性,显著改善了磨损、剥落、疲劳裂纹、缠辊、粘滚等现象。结论在滚轮表面制备超硬纳微米TiAlSiN涂层,能显著提高滚轮的综合工作性能。     

轮胎压路机防打滑控制方法研究

因轮胎压路机的左右轮附着条件不相同,当驱动轮中某一个轮胎的驱动力大于地面附着力,就会出现打滑,压路机就会产生滑转。打滑既可能导致马达超速从而引起马达损坏,也会导致压路机不能正常工作。从液压控制方面提出几种轮胎压路机防打滑的方法。     

DLC膜涂层硬质合金刀具的研究进展

类金刚石(DLC)膜涂层刀具的硬度高、摩擦系数低、耐摩擦和耐腐蚀性能强、抗粘结性能好,并且可以用来制作复杂、异型刀具,是未来刀具的一个重要发展方向。本文介绍了DLC膜的表面显微结构和Raman光谱并列举了DLC的制备方法 (包括磁控溅射、离子束沉积、脉冲激光沉积、真空阴极电弧沉积、等离子体增强型化学气相沉积)与分类。从酸蚀法、施加过渡层、表面微喷砂处理和掺杂4个方面分析如何提高膜基结合力,探讨了DLC膜的摩擦性能受湿度、温度和加工条件的影响。例举了几个国内外DLC涂层硬质合金刀具的使用范例,指出了目前研究工作的不足之处,提出了下一步研究工作的重点是优化DLC膜的制备工艺、提高膜基结合力和热稳定性以及加强DLC涂层硬质合金刀具的磨损机理研究。     

一种新型测温刀具的研制

采用磁控溅射法在PCBN刀具的前刀面上镀制NiCr和NiSi薄膜,形成一种新型的NiCr-NiSi薄膜热电偶测温刀具。详细阐述了薄膜热电偶的制作过程,结合WS-2005涂层附着力自动划痕仪和Jsm-5610扫描电子显微镜分别测试分析了NiCr和NiSi薄膜的附着力和成分。通过现场切削试验表明,制备的NiCr-NiSi薄膜热电偶测温刀具能够实时、快速、准确地测量切削温度。     

Coatings against corrosion and microbial adhesion

A systematic study on anti‐corrosion and anti‐fouling effect of hydrophobic Langmuir–Blodgett and self‐assembled molecular layers deposited on metal surfaces, as well as anti‐microbial adhesion properties of coatings with biocide is presented. Both types of efficiencies produced by LB films are enhanced by Fe³⁺ ions built in the molecular film. The quaternary ammonium type biocide embedded into the cross‐linked gelatin decreased significantly the microbial adhesion, the biofilm formation.     

钛合金表面主−被动抑菌改性方法研究进展

钛合金材料具有良好的耐腐蚀性、抗疲劳性和生物相容性,被广泛用于医疗领域,特别是可植入器械。医疗器械的型号多样、结构复杂、局部尺寸较小,且在使用过程中会接触多种媒介,极易黏附污渍,导致微生物的聚集,引发器械感染,安全、可靠的医疗器械是提高救治效率的关键。从细菌生长机制出发,将现有金属材料表面抑菌改性方法归纳为两大类:依靠抗菌涂层主动杀菌的改性方式和控制表面润湿性的被动抑制细菌黏附的改性方式。采用主动改性方式,虽然能从根本上杀死细菌,但是在实际应用中这些杀菌剂存在耐药性、成本高、生物毒性等问题。被动改性方式无法直接杀死细菌,一旦表面被细菌定植,就会失去抑菌效果。为了实现医疗器械表面高效、长时、安全的清洁,研究者提出主–被动协同抑菌改性方法,将化学杀菌方法与抗黏附抑菌方法相结合,充分发挥2种方法的优势,这是未来研究的重点。     

Deposition and characteristics of chromium nitride thin film coatings on precision balls for tribological applications

Thin film hard coatings on rolling element surfaces can enhance the overall wear resistance of rolling element bearings, as demonstrated previously for coated tapered, cylindrical, and spherical roller bearings. Hard coatings in ball bearings are less common because of the difficulty in achieving uniform film thickness on a ball surface. This limitation is overcome by a new process for depositing chromium nitride coatings with uniform thickness on precision balls using ion beam assisted deposition (IBAD) e-beam evaporation. Scanning electron microscopy indicated that the deposited films were smooth and conformal on the ball surfaces with no areas of localized delamination. Auger electron spectroscopy confirmed that Cr₂N and CrN bulk film stoichiometry was achievable by modulating the argon to nitrogen process gas ratio during deposition. Transmission electron microscopy revealed dense, polycrystalline film structure. Film hardness and elastic modulus as measured using nanoindentation on the coated balls met expectations for chromium nitride, and tribological testing of the coated balls in angular contact ball bearings under moderate contact stress levels demonstrated adequate film adhesion for practical use of these coatings in bearing applications.