医用钛合金激光表面改性抗菌涂层的研究进展

激光作为一种高效、清洁热源,在材料表面改性中占有重要地位。激光表面处理可以调控材料表面组织结构和合金成分,改善材料的耐磨、耐腐蚀和抗菌等性能。钛及钛合金具有优异的力学性能、生物相容性和耐腐蚀性能,是人体硬组织的主要替代产品之一,在生物医用材料领域得到广泛应用。但钛及钛合金不具有抗菌性能,在植入过程中易发生细菌感染而造成植入手术失败,是目前钛合金骨科植入手术中亟待解决的问题。该文针对钛合金抗菌性差的问题,采用激光表面处理工艺,综述了激光表面合金化、激光表面织构和激光熔覆等激光表面改性技术改善钛合金抗菌性能的研究现状,阐明其抗菌机理,并对发展趋势进行展望,为激光技术提高钛合金抗菌性能的深入研究及应用提供理论基础及技术支撑。

激光表面改性技术在提升刀具耐磨性中的应用研究

激光表面改性技术作为一种先进的材料表面强化方法,可以显著提升刀具耐磨性。该文综述激光淬火、激光熔覆、激光合金化等方法在刀具表面强化中的实际应用,通过对刀具材料表面进行局部改性处理,可以显著提高其硬度、耐磨性和抗疲劳性能,进而延长刀具的使用寿命,同时结合典型案例,探讨了激光表面改性技术在刀具行业的应用现状与发展趋势,提出了进一步优化工艺参数和开发新型复合改性技术的研究方向,以满足现代高效加工对刀具性能的更高要求。

表面改性技术对海洋环境中金属构件腐蚀损伤与腐蚀疲劳性能影响的研究进展

海洋环境中金属构件在服役过程中面临的最大问题就是腐蚀疲劳。概述了金属腐蚀损伤和金属腐蚀疲劳的影响因素(包括环境影响因素和构件表面质量),以及这些影响因素给海洋环境中金属构件的腐蚀损伤和腐蚀疲劳性能所带来的影响,如高盐度环境会加剧构件腐蚀损伤和腐蚀疲劳,良好的表面粗糙度、表面晶粒细化和高表层残余压应力可以减缓构件腐蚀损伤和腐蚀疲劳等。在此基础上,阐述了表面改性技术(包括表面涂层、机械喷丸、激光冲击强化、超声表层改性等)有效提升金属构件耐腐蚀性和腐蚀疲劳性能的研究现状,从隔离腐蚀环境和改变表面性能两方面归纳了不同表面改性技术的特点,重点综述了通过改变表面性能提升构件耐腐蚀性和腐蚀疲劳性能的技术手段,提出了目前表面改性技术所面临的难点以及未来可能的发展方向。

强流脉冲电子束表面改性技术及其在热障涂层改性中的研究进展

随着材料科学领域的不断发展,表面改性技术在提升材料性能和功能方面扮演着十分重要的角色。强流脉冲电子束表面改性技术作为一种先进的材料表面加工方法,以其独特的高能量密度和快速加工特性,逐渐成为研究热点之一,其能够有效提高材料表面硬度、耐磨性、抗蚀性、抗高温氧化性等性能。本文综述了强流脉冲电子束表面改性技术的改性原理、应用领域以及其对材料微观结构演变及性能提升的影响机制,并重点探讨了该技术在热障涂层领域的研究进展,以及未来的发展方向。强流脉冲电子束表面改性技术为改善热障涂层微观结构和界面性能提供了新的研究方法和思路,对延长热障涂层高温寿命具有重要研究意义。

超高分子量聚乙烯纤维表面改性及其与水性聚氨酯复合粘接性能的研究

对纤维进行表面改性处理是解决超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维表面活性较低以及粘接性能问题的重要方法。为解决单独一种改性方法的不足,本研究采用液相氧化法(高锰酸钾法、氢氧化钠法和过氧化氢法)、等离子体处理法以及两者相结合的方法来对UHMWPE纤维布进行表面改性处理,研究了改性前后纤维的表面分子结构特征、外观形貌以及与水性聚氨酯树脂之间的粘接性能。研究结果表明:(1)通过对比不同液相氧化处理、不同处理时间的峰值载荷和180°剥离强度,可以看出高锰酸钾溶液处理24 h的改性效果相对最好(180°剥离强度最高可达1.28 N/mm,峰值载荷最高可达32.831 N)。这从FT-IR谱图的有关吸收峰得到明显加强以及SEM图的表面粗糙度明显增加可以得到印证。(2)对未处理的UHMWPE纤维布试样条进行等离子体处理,经180 s等离子体处理改性后,180°剥离强度最高可达到1.01 N/mm,峰值载荷最高可达到26.439 N,说明等离子体处理可以明显提升UHMWPE纤维布的表面粘接性能。但过度处理,表面粘接性能会因为形成致密的交联层而下降。(3)经过高锰酸钾液相氧化处理和等离子体共同处理后,180°剥离强度最高可达到2.12 N/mm,峰值载荷最高可达到53.087 N。改性处理后的剥离强度较改性前提高了4倍多,峰值载荷提高了近4倍。高锰酸钾溶液和等离子体共同改性后纤维表面的极性基团和粗糙度明显增加,有效提高纤维与水性聚氨酯基体的粘接性能。

纳米二氧化钛的表面改性研究

为了解决纳米TiO_(2)自身易团聚难分散的问题,本文以水为分散介质,使用硅烷偶联剂KH-570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)对纳米二氧化钛粒子进行表面改性,采用活化指数、亲油化度、接枝率、红外光谱分析、X射线衍射分析等手段,对样品进行了分析表征。研究结果表明,最优的改性方案是:硅烷偶联剂KH-570的用量为1.6%,反应温度为70℃,反应时间为1.5h。在此条件下,改性纳米TiO_(2)粒子的活化指数为94.51%,亲油化度为74.62%,接枝率为25.13%。

石英粉表面改性技术研究及应用

本项目通过对石英粉进行表面改性,改善了石英粉与不饱和聚酯树脂之间的界面相容性,优化了树脂与粉体的浆体结构,当改性剂添加量为2.5‰时,改性石英粉吸油值最低,有机人造石英石配方体系的树脂用量降幅15.6%,改性石英粉的综合性能最优。

高能束表面改性技术的研究现状及发展趋势

随着现代工业的发展，各行业对高性能涂层和高效环保加工工艺的要求越来越高。高能束表面改性技术是一种新型的表面改性技术，可以获得综合性能优异的涂层，具有能量密度特别高、非接触式加热、热影响区小、对工件基材的性能及尺寸影响小、工艺可控性强、便于计算机控制、环保等优点。高能柬表面改性技术包括了激光表面改性技术、电子束表面改性技术、离子注入表面改性技术、高密度太阳能表面改性技术。本文介绍了各种高能束表面改性技术的原理、应用现状和发展趋势。综述了高能束表面改性技术作为一种绿色环保技术，不会造成环境污染，拥有极大的发展潜力和经济效益，国内外都在积极的进行研究，以便得到综合性能更好的涂层，推动表面技术的发展。

增强体表面改性在高导热金属基复合材料中的应用

随着电子技术的高速发展和电子器件的更新换代,电子封装材料的性能需求越来越高。金属基复合材料,尤其是铝基和铜基复合材料具有高导热、低膨胀、高稳定性等特点,是具有广阔应用前景的电子封装材料。然而,金刚石、石墨烯、硅等增强体与基体的润湿性差,或者在高温下与基体发生有害的界面反应,限制了此类高导热金属基复合材料的开发和应用。本文简述了金属基复合材料的界面研究进展,结合影响金属基复合材料界面结合的因素,提出了几种改善界面结合的方法。增强体表面改性是改善金属基复合材料界面的重要途径之一,常用工艺有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、化学镀法等;最后,对增强体表面改性在高热导金属基复合材料中的应用进行分析和展望。

高能束表面改性技术在航空领域的应用

高能束表面改性适用于各种金属和合金,能够显著提升材料表面硬度、耐磨、耐蚀等性能指标,是航空部件实现性能提升的有效手段之一。本文总结了6种高能束表面改性技术的基本原理、设备构成和改性应用,其中激光相变硬化通过马氏体相变强化金属材料表面;激光熔覆通过选择不同粉末实现表面修复和表面性能提升,重点在于控制裂纹缺陷;激光冲击强化可有效解决航空发动机部件高周疲劳断裂问题;强流脉冲电子束和强流脉冲离子束一方面需要提高设备的性能和运行稳定性,另一方面要针对航空部件应用开展深入研究;而离子束辅助沉积则可以通过制备固体润滑涂层实现对微动磨损的有效防护。最后,提出对高能束表面改性机理深入研究、发展专业化智能化装备和实现多种束源复合与集成的发展方向。

十二烷基硫酸钠表面改性水滑石对PVC热稳定性能的影响

采用十二烷基硫酸钠(SDS)对镁铝镧碳酸根型水滑石(LDHs)表面进行湿法改性,讨论了不同改性条件对聚氯乙烯(PVC)静态热稳定性能的影响,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱仪(FTIR)进行表征。采用刚果红试纸法、烘箱变色法、转矩流变法、热重分析法等测定了SDS改性前后PVC/LDHs样品的热稳定性能。结果表明,恒定pH=7,SDS为LDHs质量的10%,水浴80℃下搅拌3 h,改性效果最佳;SDS并未破坏LDHs的晶体结构,仅吸附在表面,增强了与PVC的相容性;改性后的PVC/LDHs样品静态及动态热稳定时间达65、28.5 min,改善了后期着色,更易塑化成型;最大质量损失速率对应温度为346℃,较未添加前增加55℃,能较好地抑制PVC的热降解。

“能场复合激光表面改性”专题序言

激光表面改性技术具有高柔性、高质量、环境友好、选择性高等优点,已广泛应用于航空、航天、轨道交通、能源动力、冶金石化等领域。但由于激光表面改性具有高温快速冶金的特点,易产生气孔、夹杂、裂纹等缺陷及较高残余应力。改变激光工艺参数等调控手段仅能改变熔池的外部传热边界,无法调控熔池内部流体的运动,难以对微观组织及其缺陷进行灵活而有效的控制。能场复合激光表面改性综合了激光及其他能场的优势,已成为激光表面改性技术的重要发展趋势之一。

锂离子电池高镍三元正极材料表面改性研究进展

高镍三元材料存在表面结构不稳定、锂镍混排、晶间裂纹等问题,导致材料的循环性能降低以及高比容量无法充分发挥,表面包覆是解决上述问题的主要手段。目前的包覆材料主要有电化学惰性材料、离子/电子电导性材料和复合包覆材料,从这三个方面综述了高镍三元材料的表面改性研究。介绍了不同类型包覆材料的界面改善稳定机制、离子在固液界面的迁移率提升机理、界面副反应抑制机制以及对材料电化学性能的影响,并对高镍三元正极材料包覆改性的发展方向进行了展望。

高端装备激光表面改性与再制造专栏 序言

高端装备制造业是现代工业体系的核心支撑,表面性能是保障高端装备长周期、高可靠服役的关键。激光辐照能够在金属表面引发多种物理或化学反应,如固态相变、熔凝和气化等,为激光表面工程的发展提供了基础,催生了一系列激光表面改性与再制造技术,实现了对于新件的表面性能提升与失效件的快速形性恢复,达到高端装备延寿的目标,已成为全球竞相发展的热点技术。此外,通过融合不同的能量场和工艺,能场/工艺复合表面改性与再制造技术亦不断涌现,拓宽了应用范围,取得了一系列重要成果。

医用可降解镁合金应用及表面改性研究进展

镁及其合金作为新一代生物医用可降解材料,具有良好的经济性、力学性能、生物相容性、可降解性能,在骨科、心血管科、消化科等领域具有广阔的应用前景。镁合金具有较高的化学活性,因此其降解速率较快,力学性能的维持受限,植入时可能发生的细菌感染会引发炎症和腐蚀加速等问题,因此需要通过表面改性来制备多功能一体化的涂层。综述了医用可降解镁合金作为接骨板、螺钉、血管支架、胃肠吻合器、胆管支架等植入材料的应用现状及最新研究成果。讨论了医用可降解镁合金在植入生物体时面临的析氢、pH升高、腐蚀加速、力学性能衰减、稀土元素毒性及内膜增生等具体问题,在此基础上,考察了化学转化、等离子喷涂、微弧氧化、聚合物涂层等4种镁合金表面改性技术的最新研究动态。结合体内试验和体外试验,概述了表面改性对镁合金安全性、耐蚀性、抗菌性、生物相容性等方面的影响,并简要对比了几种表面改性技术的优缺点。最后展望了医用可降解镁合金表面改性技术的发展方向。

碳纤维表面改性及其对热塑性复合材料界面性能影响的研究进展

基于复合材料界面作用机制,系统总结了碳纤维表面改性方法,分别讨论了不同碳纤维改性处理方法对热塑性复合材料界面性能的影响及相关研究进展。碳纤维表面进行改性处理是增强热塑性复合材料界面结合强度的有效途径。最后对碳纤维表面改性方法的未来发展方向进行了展望。

Fe/g-C_(3)N_(4)表面改性及其对CO加氢产物分布的影响

采用尿素热缩合法制备了氮化碳(g-C_(3)N_(4)),经H_(2)O_(2)、NH_(3)·H_(2)O处理、浸渍法负载Fe制得改性Fe/g-C_(3)N_(4),对比研究了改性前后催化剂的CO加氢性能。结合XRD、SEM、FT-IR、CO_(2)-TPD、CO-TPD、H_(2)-TPR、接触角测试和N_(2)物理吸附-脱附等系列表征,探究了表面预处理对Fe/g-C3N4催化剂织构性质以及CO加氢产物分布的影响。结果表明,不同改性方法对催化剂的织构性质和CO加氢性能影响显著。尿素热缩合法制备的g-C_(3)N_(4)具有典型蜂窝状结构,Fe与g-C_(3)N_(4)相互作用较强,且高度分散;改性前后样品均呈亲水性,且H_(2)O_(2)、 NH_(3)·H_(2)O处理后亲水性增强,H_(2)O_(2)处理增强了表面羟基,NH_(3)·H_(2)O处理增加了表面氨基,促进了CO吸附,促使Fe(NCN)物相生成;预处理后的催化剂表面碱性增强。在CO加氢反应中,两步改性后的Fe/AM-g-C3N4催化剂,CO_(2)选择性降至11.61%;Fe/AM-g-C_(3)N_(4)表面碱性增强,抑制了烯烃二次加氢,烯烃选择性较高,C_(2)^(=)-C_(4)^(=)达32.37%,O/P值3.23。

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。

聚四氟乙烯的表面改性研究进展

聚四氟乙烯(PTFE)因其独特的分子结构而具有优异的性能,如较高的热稳定性和化学稳定性,在电子、食品加工与包装、农业、航空航天、生物医学等领域得到广泛应用;然而,由于强化学惰性和极低的表面能,导致PTFE不容易附着任何附加涂层,严重限制了其大规模应用。综述了PTFE表面改性方法研究进展,包括化学溶液法、等离子体法、辐照法等,在分析各种方法优缺点的基础上,对PTFE表面改性方法的发展趋势进行了展望。

多元氯化物熔盐中表面改性Inconel 625的腐蚀行为

氯化物熔盐作为传热蓄热介质,对太阳能热发电储能系统中金属部件产生严重腐蚀,而针对镍基合金在氯化物熔盐中的高温腐蚀行为研究较少。以镍基合金Inconel 625和经过表面改性后的Inconel 625(ST In625)为研究对象,利用组织表征、微拉伸试验及高温熔盐浸泡试验,研究不同样品的力学性能变化以及在二元和三元氯化物熔盐中的腐蚀行为。结果表明:ST In625合金强度明显提升,拉伸塑性有所下降。腐蚀初期,两种样品在氯化物熔盐中形成的氧化膜以Cr_(2)O_(3)和NiCr_(2)O_(4)为主,ST In625表面产生的腐蚀坑较少;腐蚀后期,在两种样品表面均检测到NiO,二元氯化物熔盐中两种样品表面未生成明显氧化层,出现明显腐蚀坑,而三元氯化物熔盐表面会生成新的Cr_(2)O_(3)和NiCr_(2)O_(4)絮状氧化层,无腐蚀坑出现。因此,在氯化物熔盐中ST In625的腐蚀失重较小,耐蚀性明显提高,且两种样品在二元氯化物熔盐中的腐蚀速率较低、但存在明显晶间腐蚀;在三元氯化物熔盐中腐蚀速率更高,而晶间腐蚀较为轻微。通过表面改性提高了镍基合金在氯化物熔盐环境中的耐蚀性,可为太阳能热发电储热材料的金属部件选择提供全新的思路。