印刷电解法制备具有可控微纳结构的防结霜铜金属功能表面

目的提出一种在金属表面制备可控的微纳结构的方法,改善金属表面的疏水性。方法利用丝网印刷快速制备可控微细图案,电解加工快速加工出微细结构,化学氧化法制备出纳米结构,从而成功地在铜表面制备了具有微米纳米复合结构的超疏水表面。在此过程中,首先通过丝网印刷辅助电解加工制备有序微圆柱阵列,然后利用化学氧化在微圆柱表面制备纳米结构,通过扫描电子显微镜(SEM)和接触角来表征铜表面的超疏水性能,用质量变化法研究了铜表面的抗结霜性能。结果丝网印刷的圆形掩膜直径为140~160μm,电解加工后,圆柱直径为130~140μm,高度为15μm左右。SEM测试结果表明,用15wt%FeCl_3溶液进行蚀刻,在铜表面出现了圆柱阵列的微纳复合结构。用氟硅烷乙醇溶液改性微纳复合结构圆柱阵列铜表面时,最大接触角为155°,表现出超疏水性能。抗结霜测试表明,所测试的超疏水表面的抗结霜性能显著增强。结论印刷电解法可以制备出形状和尺寸可控的微结构,对微结构进一步处理可得到微纳复合结构。该结构可以构成超疏水表面,且具有抗结霜性能。     

微纳复合结构超疏水铝表面抑霜特性研究

目的从微观上揭示超疏水表面的抑霜机理。方法运用化学刻蚀法制备微纳复合结构超疏水铝表面,在制冷实验台上对试件结霜过程进行微观可视化观测,并分析试件的霜晶演化规律。将超疏水铝片冷面温度分别设置为–5、–10、–15℃三个档次,通过对比普通铝片和超疏水铝片表面的霜晶高度与霜晶质量,结合相变动力学、经典成核理论、传热与传质理论解释相关结霜与抑霜机理。结果不同的实验阶段及不同的实验温度条件下,超疏水铝表面本身的抑霜效果虽然有差异,但是相比普通铝表面的抑霜特性,超疏水铝表面都具有一定的抑霜效果,结霜过程整体滞后,霜层高度发展相对缓慢,实验进行了10min后,超疏水表面的霜层高度只有普通表面的35%。结论由于冷凝水珠在冷表面形成Wenzel状态,水珠浸润在微细结构中,在一定的条件下,超疏水铝表面可有效延缓冷凝水珠的生成,从而抑制结霜。在结霜后期,当冷凝水珠冻结,且在表面布满霜晶后,抑霜效果相对恶化。在经月桂酸修饰后,普通铝表面也具有一定的抑霜性能,但效果明显弱于具有微纳复合结构的超疏水表面,因此建议在制作表面有抑霜需求的材料时,可以以延缓冷凝水珠的生成为技术手段,制作合适的表面微纳结构,以期达到最大程度地抑霜的目的。     

修饰不同微结构对疏水性表面浸润性的影响

目的研究修饰微结构对疏水性材料表面浸润性的影响并指导制备超疏水表面。方法基于有限元软件建立了水滴在修饰不同微结构的疏水性表面的润湿模型,通过水滴表观接触角衡量分析了疏水材料表面修饰单一粗糙结构和复合粗糙结构对疏水性提升的效果,利用硅树脂掺杂微粒制备了不同粗糙度的疏水性涂层,涂层固化后测试其实际接触角大小,并与仿真结果对比。结果仿真结果显示,对水滴接触角为100°的表面修饰单一粗糙结构后,由于微结构形成的凹槽滞留空气,阻碍了水滴在表面铺展,使得水滴在表面的接触角增大至133°。在原微结构基础上修饰更小一级的微结构后,水滴在表面的接触角达168°,材料表面达到超疏水效果。实验中,随涂层表面粗糙度的提升,水滴在表面的接触角逐渐增大,掺混两种微粒的疏水涂层固化后,表面形成复合微观结构,水滴接触角达162°,与仿真结果拟合较好。结论在疏水性表面修饰微结构可显著提升其表面疏水性,修饰复合结构后可达到超疏水效果,此方法可用于实际工程制备超疏水表面。     

微结构几何参数对铝合金表面结冰性能的影响

目的 制备具有稳定性的抗结冰表面,并探讨表面微结构几何参数对表面结冰性能的影响.方法 以铝合金为基底材料,采用电火花线切割加工方法,在材料表面构建可控微米级尺寸沟槽与方柱阵列结构,对试件进行润湿性、结冰性能以及稳定性测试.结果 制备的微结构表面超疏水或者近超疏水.微结构表面具有优异的抗结冰性能,且方柱结构表面的抗结冰性...     

界面效应对小球藻在钛合金表面附着的影响

采用激光刻蚀技术在钛合金表面分别构筑网格、直线、点阵3种微结构,采用溶胶-凝胶法将纳米SiO2粒子涂覆在微结构上,制备分别具有微结构/微纳结构的疏水/超疏水表面.利用小球藻附着面积评价表面的抗海洋生物附着性能,利用动态冲刷实验评价小球藻的附着强度.结果显示:具有微结构的疏水/超疏水表面符合Wenzel模型,具有微纳结构的超疏水表面符合Cassie模型,且其表面抗附着性能更优,附着强度更小;网格表面的超疏水自清洁性能最强,抗附着性能最优,附着强度最小,其次是直线,再次是点阵;随着微结构间距的增大,接触角减小,滚动角增大,抗附着性能降低,附着强度增大.     

结霜前期纳米结构超疏水表面的凝结-冻结特性

研究结霜前期水蒸气在超疏水表面的凝结-冻结特性,有利于揭示超疏水表面的抑霜机理以及加深对结霜过程的认知。利用溶液刻蚀-沸水法制备了具有纳米结构的铝基表面,水滴与其形成的接触角达161.1°。通过微细观可视化观测,揭示结霜前期纳米结构超疏水表面的凝结-冻结特性,并与接触角为86.5°的裸露铝表面进行了对比分析。结果表明,超疏水表面凝结液滴的形状、尺寸和分布密度与裸露表面均存在差异,且液滴的冻结时间和冻结速率也不同。超疏水表面的液滴从17 min开始冻结,直到26 min才全部冻结,而裸露表面的液滴在4 min内就全部冻结。超疏水表面的纳米结构导致其与凝结液滴间的热阻增大,导热过程被削弱,从而抑制了液滴的生长与冻结。     

彩色超疏水不锈钢表面的制备

目的解决普通彩色不锈钢表面能高、易被污染的缺点,制备既有装饰效果又具有超疏水自清洁性能的彩色超疏水不锈钢表面。方法通过简单的化学蚀刻法在不锈钢表面建立微纳米尺度的二元微结构,在此基础上进一步由铬酸化学氧化法(INCO法)在不锈钢表面生成微纳米结构彩色膜,经全氟硅烷分子修饰后,最终获得低表面能类荷叶粗糙结构。通过着色曲线、扫描电镜、电子能谱分析仪以及接触角测试等手段研究了化学蚀刻前处理对不锈钢着色性能、微观结构、表面浸润性以及耐腐蚀性能的影响。结果蚀刻处理后,着色过程减缓,所着终点颜色有轻微改变,着色后表面保留了微纳米粗糙结构。由全氟硅烷分子修饰后,获得超疏水彩色不锈钢表面,水接触角为152.6°,其耐腐蚀性能较普通彩色不锈钢更为优异。结论成功制备了耐蚀彩色超疏水不锈钢表面。     

超疏水表面抑制结霜研究进展

超疏水表面以其超高的表观接触角和很小的滚动角在工业中获得广泛的应用。综述了近期国内外超疏水表面在抑霜方面的研究新进展,归纳了超疏水表面的冷凝、结冰和落霜过程的过程特点和疏水性对结霜过程的影响。超疏水表面能显著延迟冷凝发生和开始结霜的时间,降低霜层的厚度。与普通表面相比,超疏水表面的霜层结构更为蓬松脆弱,可在外力作用下轻松去除,表现出较好的抑霜性能。由于部分超疏水表面在冷凝阶段丧失疏水性从而丧失抑霜性能,大大地限制了超疏水表面在抑制结霜方面的潜力。纳米结构超疏水表面较好地解决了上述问题,一部分纳米表面由于冷凝液滴的弹跳现象而表现出极佳的抑霜性能。最后,对超疏水表面研究的发展进行了展望。     

鲨鱼皮微结构微电铸复制工艺研究

选择鲨鱼皮表面微结构作为复制模板,利用热压法制备PMMA阴模板,以导电化处理后的PMMA阴模板作为电铸电极,电铸形成仿鲨鱼皮铜模具。对比分析不同电流密度和占空比下铜模具的表面形貌和疏水性能。结果表明,占空比为40%及电流密度为4 A/dm2时,微电铸形成的铜模具表面鲨鱼皮微结构较清晰,槽宽变形量为4.4%,最大接触角可达116°,具有较好的疏水性能。     

电沉积法制备Co–LDHM超疏水膜及性能研究

目的 采用电沉积法在不锈钢网上构筑稳定的钴层状双氢氧化物微球(Co–LDHM)超疏水薄膜。方法 首先,通过第1次电沉积在不锈钢网上制备出ZIFs纳米片阵列结构(ZIF–NFA),并以此为牺牲模板,然后在第2次电沉积作用下制备出微纳米尺寸的Co–LDHM,最后通过浸泡硅烷降低其表面能。通过溅射试验、耐磨性实验、油水分离实验及电化学试验,分别评价经超疏水改性后不锈钢网的抗污、耐摩擦、油水分离及耐蚀性能,并通过接触角,用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对不锈钢网表面的疏水程度及膜表面的形貌与结构进行分析。结果 经两步电沉积处理后的不锈钢网表面类似浴球状,具有微米/纳米多级表面形貌结构;接触角测试表明,所制备的薄膜呈现出良好的超疏水性能,静态接触角达到159.4°±2°;经过30个耐摩擦实验周期,其表面接触角为141.3°±2°,仍具有较高的疏水性;油水分离效率均大于97%,重复20次以上分离效率仍保持在96%,且具有一定耐蚀性能和良好的抗污性。结论 通过两步电沉积法构筑的Co-LDHM超疏水不锈钢网具有优异的超疏水性能,为MOFs在制备超疏水材料方面的应用提供了一个新的思路。     

Super-Hydrophobic Surface Prepared by Lanthanide Oxide Ceramic Deposition Through PS-PVD Process

Super-hydrophobic surface has received widespread attention in recent years. Both the surface morphology and chemical composition have significant impact on hydrophobic performance. A novel super-hydrophobic surface based on plasma spray-vapor deposition was introduced in the present paper. Samaria-doped ceria, which has been proved as an intrinsic hydrophobic material, was used as feedstock material. Additionally, in order to investigate the influence of surface free energy on the hydrophobicity, chemical modification by low surface free energy materials including stearic acid and 1,1,2,2-tetrahydroperfluorodecyltrimethoxysilane (FAS) was used on coating surface. Scanning electron microscopy and Fourier transform infrared spectroscopy were employed to characterize the coating surface. The results show that the obtained surface has a hierarchical structure composed by island-like structures agglomerated with angular-like sub-micrometer-sized particles. Moreover, with the surface free energy decreases, the hydrophobic property of the surface improves gradually. The water contact angle of the as-sprayed coating surface increases from 110° to 148° after modification by stearic acid and up to 154° by FAS. Furthermore, the resultant surface with super-hydrophobicity exhibits an excellent stability.     

CVD金刚石表面增透膜的研究进展

CVD金刚石膜因特有的物理化学性质,具有发展成为新一代光学材料的前景。但由于CVD金刚石膜自身局限性导致其理论透过率不到71%,在金刚石膜表面镀制增透膜,通过改变增透膜组成成分、显微组织和晶体结构,可有效地改善CVD金刚石膜自身理论透过率的问题。首先,介绍了CVD金刚石表面镀制单层增透膜增透原理,并总结了物理和化学气相沉积技术制备增透膜的优缺点。然后,重点综述了近年来CVD金刚石表面氮化物、金属氧化物和稀土金属氧化物等增透膜材料的研究进展,详细分析了增透膜制备参数、热处理工艺、衬底表面改性和掺杂工艺对增透膜整体组织和性能影响的规律。其中优化增透膜沉积温度、氧分压和热处理等工艺参数,是通过改变增透膜微观组织形貌以及晶体结构来提高其光学透过性能,而改变衬底表面结构能够通过改变增透膜与基体之间的成键方式来提升界面结合能力,而稀土元素掺杂方式是通过改变增透膜化学组成成分来改善增透膜的光学透过性能,并指出掺杂元素成型机理和影响机制。最后,展望了未来CVD金刚石表面增透膜的发展方向。     

CrFeCoNi系高熵合金块体/涂层表面改性技术的研究进展

综述了近年来高熵合金（涂层）表面改性技术的研究进展,从原理角度将表面改性技术分为高能量束表面重熔处理和表面冷变形处理2类。这2类表面改性技术都可以改善高熵合金（涂层）的微观组织并减少缺陷,从而达到调控性能的目的。不同之处在于,高能量束表面重熔处理是通过快速熔化及凝固实现的,而表面冷变形处理则是通过使表面发生严重的塑性变形来达成的。高能量束表面重熔处理包括激光重熔和强流脉冲电子束重熔,而表面冷变形处理包括表面机械研磨处理、超声表面滚压处理、超声冲击处理和激光冲击强化。简述了以上几种技术的原理,总结了不同技术之间的优缺点,并对不同改性技术与工艺参数对高熵合金相结构、微观组织的影响进行了概述。基于微观结构的变化,重点探讨和总结了不同改性技术对高熵合金（涂层）力学性能、磨损性能、腐蚀性能的强化机理。最后提出了高熵合金表面改性技术所面临的困难和挑战,并对未来发展方向进行了展望。     

Surface modification mechanism of magnesium oxysulfate whiskers via wet chemical method

Magnesium oxysulfate whisker (MOSW) was produced using magnesite and sulfuric acid as raw materials by hydrothermal method and further modified by taking zinc stearate as modifier via wet chemical method. The influences of the amount of modifier, slurry concentration, modification duration, modification temperature and the stirring rate on the surface modification were investigated. The effects of surface modification in functional groups, morphology and electron binding energies of surface elements of MOSW were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The mechanism of modification was analyzed by studying the microstructure model of the surface of MOSW, which was modified by zinc stearate. The results show that the coordination is generated by the Mg element and O in carboxylic ion of modifier, and the chemical bond could be obtained by modification. Moreover, the surface of MOSW bonds the molecules of zinc stearate, and it becomes rough. Then, the hydrophobicity of MOSW is also improved significantly. In addition, the 1s electron binding energies of Mg and O on the surface of MOSW decrease by 1.2 and 0.2 eV, respectively.     

PBO纤维表面改性处理的研究进展

聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维因其比强度高、比模量高、耐热性好、阻燃性好以及优异的介电性能,现已在安全防护、建筑汽车等领域得到广泛应用。由于PBO纤维表面光滑、化学惰性,导致其与基体树脂界面结合差,进一步影响复合材料的整体性能,这大大限制了PBO纤维优异综合性能的发挥,所以对PBO纤维表面进行改性处理显得尤为重要。介绍了近年来国内外针对PBO纤维不同表面改性方法及对应复合材料性能改善程度的研究进展,从PBO纤维改性方法的分类入手,阐述了各种方法的基本原理。通过对这些处理方法的比较,阐述了国内PBO纤维表面改性的研究进展,指出了国内外在PBO纤维表面改性处理上的差距,为未来的发展方向提供了参考。PBO纤维表面改性方法包括化学刻蚀法、等离子体处理、表面涂层法、化学接枝法、紫外刻蚀法、上浆剂处理等。各种改性技术各有利弊,在选择改性方法时,理应考虑达到工艺快捷有效、经济环保和无损纤维性能等指标。未来,在PBO纤维表面改性的处理方法领域,将逐步向绿色环保的上浆剂处理方向发展。     

缸套-活塞环摩擦副表面性能强化研究进展

缸套-活塞环是内燃机中最重要的摩擦副,该配副的磨损失效占内燃机摩擦磨损故障的40%左右。表面性能强化是提高缸套-活塞环摩擦副服役寿命和可靠性的重要方法。简要分析了内燃机缸套-活塞环服役工况与磨损失效机理,总结了影响缸套-活塞环摩擦磨损行为的重要因素。详细综述了表面改性、表面涂覆和表面复合处理技术在缸套-活塞环表面强化中的研究和应用现状,其中化学热处理、离子注入和表面淬火等表面改性技术,通过改变缸套-活塞环表面化学成分和组织结构,而改善其摩擦学性能,表面织构可起到贮存润滑油、容纳磨屑等重要作用。表面复合镀铬、气相沉积薄膜、热喷涂金属和金属陶瓷涂层等技术,也常用于缸套-活塞环的表面强化改性。同时,通过多种表面强化技术复合处理,如激光淬火和低温离子硫化复合、磁控溅射与渗氮复合、堆焊与表面滚压复合等,多种技术优势互补,可以实现缸套-活塞环摩擦副表面综合性能的协同提升。最后简要总结了各项表面强化技术的优缺点和亟待解决的问题。     

国内外表面钝化止血钳质量对比分析

对国内外同一类表面钝化止血钳进行了化学成分、硬度、金相组织和钝化膜点蚀电位等分析。结果表明,虽然两者材料的化学成分基本一致,但其冶金质量、锻造及热处理工艺有明显的差距,最终造成了两者产品性能间的差异,并提出了提高国内无光钝化止血钳产品质量的一些建议。     

IF钢表面横纹缺陷分析

客户使用某钢厂 IF钢基料在冷轧、退火、冲压后出现横纹缺陷，严重影响使用。对该缺陷带钢和正常带钢化学成分及热轧工艺参数进行回查和分析，结果表明：热轧板卷出厂化学成分符合要求，热轧工艺参数正常，但缺陷试样组织存在表层细晶现象以及表面增碳现象，因此，试样在拉伸试验时存在屈服平台。经热轧 →冷轧→退火全流程产线检查，发现在退火过程中由于炉壁及炉腔中大量的油脂造成带钢表层增碳， C、N的质量分数之和高达 80×10－6，Ti元素无法将所有 C、N间隙原子转化为 Ti的碳氮化物，带钢出现屈服平台，最终导致冲压时表面横纹缺陷产生。通过对炉壁油污进行定期处理，对炉腔通入水蒸气等设备改造，消除了带钢的屈服平台和冲压横纹缺陷。