三价铬电镀硬铬及镀层性能的研究

在甲酸盐体系中制备厚度为50μm硬铬镀层,并对镀层的沉积速率、硬度、粗糙度及耐磨耐蚀性能进行了考察。结果表明:在电镀初期镀层的厚度和沉积时间成正比,而且镀层外观质量良好,当电镀50 min后镀层质量下降,镀层粗糙度随着镀层厚度的增加而增大;未经热处理,镀层的硬度及耐磨性能和六价铬镀层相差不大,经过600℃热处理后镀层的硬度增大,而耐磨性能反而减小;三价铬镀层比六价铬镀层更不容易被腐蚀,但一旦被腐蚀,前者的被腐蚀速率比后者的要大。

环境气氛对类金刚石薄膜摩擦学行为的影响

用射频等离子体化学气相沉积法(RF-PECVD)制备了含氢类金刚石薄膜(DLC)。采用表面轮廓仪和纳米压痕仪分别测量膜的厚度和硬度。通过控制摩擦环境气氛对DLC薄膜和钢球对磨的摩擦系数进行了系统研究。利用光学显微镜和扫描电镜(SEM)分析了磨痕及磨斑的形貌,对DLC薄膜在不同气氛下的摩擦现象进行了表征和解释。结果表明,DLC薄膜的摩擦学行为与气氛中的O2、H2O和N2有关,其中N2的存在是DLC薄膜具有超低摩擦系数的重要原因。

三价铬电镀硬铬工艺的中试研究

试验在200L氯化物体系三价铬镀液中进行,镀件为Φ50mm×100mm的钢管或铜管。在不同的温度和pH值下施镀来确定最佳工艺范围。利用称重法测量镀层的厚度,并计算镀速和电流效率。在200mL镀液中进行加速试验,以研究镀液的分析调整方法,并测试镀液的寿命。通过维氏显微硬度仪测试镀层的硬度与热处理温度的关系,并在扫描电子显微镜下观察镀层的形貌。在SRV摩擦试验机上对比三价铬镀层和六价铬镀层的摩擦学性能。结果表明:与六价铬电镀工艺相比,三价铬电镀工艺具有低毒性、常温施镀、电流效率高、生产效率高、镀层性能好等优点,但其调整维护相对频繁、复杂。

表面工程应用实例-［例41］超疏水-超亲油材料在油水分离中的应用

日趋频繁的海洋运输和油气开采活动使得海洋石油泄漏等突发事件发生频率越来越高。目前主要通过物理、化学以及生物方法等进行海上油污清理。化学和生物方法易对海洋环境造成二次污染且不易操作，传统的物理吸附材料又因为存在吸油倍率低、吸油速率慢、溢油不可回收再利用、材料可蘑复使用性差等缺点而受到限制。超疏水-超亲油材料由于其优异的疏水-亲油性被广泛应用于油水分离方面。通过两步液相化学接枝反应，在具有粗糙结构的聚氨酯海绵表面接枝18个碳原子的长链烷烃分子刷而赋予海绵超疏水-超亲油性，从而确保其只吸油不吸水。多孔结构可将溢油浓缩并转化为半同体状态，避免运输过程泄露而造成的二次污染，对海绵进行简单挤压可实现溢油的回收。这种海绵能够吸附自重23倍的原油，保油率达93％，可重复使用400次以上，不仅可用于水上浮油的吸附，且可实现水下吸油以及油包水乳液分离。该材料成本低、效率高，在海上溢油应急处理、餐饮废油处理等方面有着广阔的应用前景。

代硬铬镍基合金镀层的研究进展

为了实现清洁生产,改善生态环境,针对电镀行业中严重污染环境的六价硬铬电镀工艺,广大电镀工作者致力于代硬铬工艺的开发,其中电沉积合金镀层技术将是未来比较理想的代铬工艺。文中综述了近几年来国内外代铬镀层的最新研究进展。重点探讨了几类代铬合金镀层的工艺及耐磨、耐蚀等性能,并指出了目前存在的问题及今后的研究方向。

Ni-SiC脉冲电镀工艺对SiC共沉积量及镀层耐磨性的影响

采用脉冲电镀法制备了NiSiC复合镀层,考察了镀液中SiC质量浓度、脉冲平均电流密度、镀液pH值对复合镀层中SiC共沉积量及镀层耐磨性能的影响。结果表明:电镀工艺参数的改变影响镀层中SiC的共沉积量以及复合镀层的耐磨性。选择适当的工艺参数,可以制备出SiC共沉积量高、微粒弥散较均匀的耐磨复合镀层。复合镀层的抗磨性能不仅与硬质微粒的共沉积量有关,而且与微粒在镀层中分布的均匀性有很大关系,在共沉积量相同的情况下,微粒的分散性越好,镀层的抗磨损性能就越好。

脉冲电沉积Ni-SiC复合镀工艺的研究

采用脉冲电镀在 4 5 #钢表面制备含有SiC微粒的镍基复合镀层 ,研究了镀液中SiC的质量浓度、脉冲平均电流密度、pH值对Ni SiC复合镀层的影响规律。结果表明 :电镀工艺条件的改变影响复合镀层中SiC的共沉积量和镀层的硬度 ,当镀液中SiC质量浓度为 2 0g L ,平均电流密度为 4 0A dm2 时 ,镀层中SiC体积分数为 14 .3% ,硬度约为镍镀层的 1.7倍。

仿生表面减阻的研究现状与进展

仿生表面减阻是众多减阻方法中非常有前景的减阻方式。目前研究最多的是仿生鲨鱼皮减阻和仿生超疏水表面减阻,其中仿生鲨鱼皮表面减阻又分为直接复刻鲨鱼皮表面的盾鳞结构和仿鲨鱼皮沟槽减阻。文中介绍了国内外关于仿生减阻的最新研究进展及成果,综述了仿生鲨鱼皮表面减阻和仿生超疏水表面减阻的研究现状,探讨了仿生表面减阻未来的发展方向和研究重点。虽然仿生超疏水表面一般都具有粗糙的表面微纳结构以及较低的表面能,但不是所有的超疏水表面都具有减阻效果,因此超疏水表面的减阻效果还需要一个度量标准。

低粘附超疏水金属网的制备及在溢油清理中的应用

目的寻找一种高效、便捷的海上清理油污的方法。方法通过水热法在光滑的不锈钢金属网基底上生长出具有纳米柱状结构的氧化锌晶体,然后用低表面能的长链硅烷对氧化锌金属网进行表面改性,制备出具有超疏水-超亲油性能的金属网材料。通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、红外光谱、接触角测试、粘附力测试等手段对材料表面的微观形貌、化学成分和润湿性能进行分析。结果改性后的金属网材料表面覆盖了均匀的氧化锌微纳米结构,氧化锌晶体柱的长度约为3~5μm,截面呈现出很规则的六边形形貌。低表面能处理后的氧化锌表面变得模糊,但结构并未发生变化。与空白金属网相比,改性后的金属网对水的接触角达到154°,对油滴接触角为0°。该金属网材料可以自动收集并回收水面上的溢油,对多种油类和有机溶剂的回收效率均高于95%,循环吸油10次后依然具有90%的回收效率。同时该金属网材料还具有良好的耐磨性能,经过胶带剥离50次或800#砂纸打磨后涂层仍保持着良好的超疏水性。结论在氧化锌微纳米结构与低表面能物质的共同作用下,金属网表面具有了优异的超疏水-超亲油性能,可以自动收集水上的油污,具有较高的油水分离效率和较好的涂层稳定性,适用于海上溢油的清理。

超支化聚酯改善聚酯粉末涂料表观性能的研究

采用硬脂酸对商业化的超支化聚酯(Blotorn H20)进行端基改性,提高其玻璃化转变温度(T_g),将其作为增大粉末涂膜表面张力和降低熔体黏度的助剂,以期达到减少涂膜表面缩孔和针孔,改善粉末涂料涂膜的表观性能的目的。运用红外光谱仪(FT-IR)、差式扫描量热分析系统(DSC)、旋转流变仪、接触角测量仪等方法进行了表征,研究表明硬脂酸封端Blotorn H20超支化聚酯(SA-HBP)的T_g升高到70℃,满足粉末涂料的贮存要求;与未加入SA-HBP的粉末涂料相比,加入SA-HBP后熔体黏度降低了20%～50%,表面接触角从100°降到80°,橘皮、针孔和缩孔等表面缺陷减少,同时物理机械性能如硬度、耐冲击性、附着力均有所改善。

钛合金表面织构化与构建生物活性涂层的研究进展

医用钛合金作为临时基质的植入材料对周围新组织的生长具有特殊的诱导作用。针对椎弓根螺钉固定系统对钛合金基材表面机械性能和生物活性的共同需求,表面织构与生物活性涂层对钛合金表面的改性展示出独特的优越性。文中详细介绍了钛合金表面织构化对其摩擦学性能和生物相容性的影响,以及构建生物活性涂层的种类;总结了钛合金表面织构的作用机理,生物活性涂层的改善机制,阐述了表面织构化与构建生物活性涂层各自的局限性,并指出钛合金作为生物医用材料仍需要解决的问题及未来的研究趋势。

纤维素/陶瓷复合膜的制备及油水分离性能研究

目的提高陶瓷膜对水包油乳化液的分离能力。方法将纤维素粉末充分溶解在氢氧化钠、尿素、水配制的溶解液中,低温真空下在多孔陶瓷分离膜表面构筑亲水性纤维素涂层。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪、紫外-可见分光光度计表征纤维素/陶瓷复合膜的组成、结构、表面润湿性及水包油(甲苯)乳液分离效率。结果纤维素成功复合到多孔陶瓷膜孔隙表面,空气中水滴在膜表面的接触角为0°,水中油滴的接触角高达155°左右,使多孔陶瓷膜具备了在空气中超亲水-水下超疏油的特性。通过油水分离实验发现,在常温常压下,多孔陶瓷膜对水包甲苯乳液高效分离,其油水分离能力(>99.26%)、抗污染性(经20次循环分离后,三种复合的平板陶瓷膜的水通量变化不大)得到显著提高,表现出较好的油水分离性能。结论陶瓷分离膜经纤维素修饰后,表面亲水性和水下超疏油性都得到了提高,油水分离能力可达99.26%,重复使用20次的纯水通量无明显衰减。

Ni元素对等离子喷涂铁基涂层组织和摩擦磨损性能的影响

为解决铝合金发动机缸体耐磨性差的问题,采用等离子喷涂技术在铝合金表面制备了不同Ni含量的铁基涂层(XPT-512-Ni),系统研究金属Ni对铁基涂层组织结构、力学性能以及摩擦磨损性能的影响。结果表明:XPT-512-Ni系铁基涂层组织主要由铁素体(F)、渗碳体(Fe3C)以及少量FeO和Ni相组成;涂层与铝基体形成良好的机械咬合,且涂层孔隙率随着金属Ni的加入而降低;铁基涂层的硬度随着Ni含量增加而降低;与XPT-512涂层相比,载荷30 N时XPT-512-30Ni涂层的油润滑磨损率降低了88.41%,10 N时XPT-512-10Ni涂层的干摩擦磨损率降低了81.32%,金属Ni的加入有效改善了等离子喷涂铁基涂层的服役性能,为发动机的轻量化发展提供了借鉴。

石墨烯/聚酯/环氧粉末涂层耐腐蚀性研究

将聚酯树脂与环氧树脂分别与石墨烯干粉在160℃不锈钢反应锅中高速熔融混合,制得石墨烯/聚酯预分散体、石墨烯/环氧预分散体,然后将该预分散体与树脂、颜料、填料、助剂进行物理预混合与熔融挤出混合,经由粉碎、分级后,得到含有石墨烯成分的防腐性粉末涂料。涂层性能测试结果表明:石墨烯的加入能够显著提高涂层的防腐蚀性能,尤其是耐盐雾性能超过1 000 h,同时耐老化性能也有显著改善。另外,通过试喷涂制作样片时,发现粉末涂料的穿透性和上粉性能都得到很大提高。

镍-硼合金镀层的硬度和耐磨性

在以氨基磺酸镍为主盐、硼氢化钠为硼源的电解液中,采用恒流电镀法于铜基底表面制备了镍-硼合金镀层。采用相似的方法制备了纯镍镀层和镍-铁合金镀层作为对照。使用真空退火炉对镍-硼合金镀层进行热处理。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对镀层的晶体结构和表面形貌进行了表征和分析,采用显微硬度计和摩擦磨损试验机对镀层的硬度和耐磨性进行了测试。通过扫描电子显微镜观察表面摩擦磨痕形貌,分析镀层摩擦磨损机制。结果表明：镍-硼合金镀层表面光亮平整,硬度可达7000-8000 MPa;经过300℃热处理后硬度可达到11000MPa。镍-硼合金镀层的耐磨性比镀镍层和镍-铁合金镀层的有很大的改善。

宽温域连续润滑材料的研究进展

航空、航天及核电等高新技术产业中苛刻工况下相关运动部件的润滑和耐磨问题是影响整个系统可靠性和寿命的主要因素,因此对具有宽温域连续润滑功能的新型润滑材料提出了越来越迫切的需求。文中综述了自润滑复合材料、"发汗"润滑材料、PS/PM自润滑涂层及温度"自适应"润滑涂层的研究成果,包括润滑剂及复配的选择依据、新型润滑剂对宽温域连续润滑材料组织结构、摩擦学行为、摩擦化学反应、润滑机理等的影响,并对不同润滑剂材料体系的宽温域连续润滑材料进行了系统的总结,在此基础上展望了宽温域连续润滑材料的发展趋势。

规则织构化硅片表面的制备及其润湿行为

采用感应耦合等离子体刻蚀技术实现了不同形状和几何参数的规则织构化硅片表面的构筑与制备。主要以三种典型的规则织构包括圆柱状、圆坑状和沟槽状表面为研究对象,系统考察了织构形状和几何参数对表面润湿行为的影响规律。研究结果表明:随着织构高度、深度和表面覆盖率的增加,规则织构化硅片表面疏水性能增强,规则织构化表面疏水性能随着表面粗糙度的增加而增强。不同的几何形貌对硅片表面接触角的影响强度是不同的,相对于柱状与沟槽状织构,坑状织构在较小的表面粗糙度时可得到较大的接触角。当表面的接触角均为101°时,坑状、柱状、沟槽状织构的表面粗糙度分别为16.2 nm,29.2 nm和70.2 nm。

海水环境中环氧值对环氧树脂涂层摩擦学性能的影响研究

环氧树脂是一类具有优异的粘接、耐腐蚀和电气绝缘等性能的高强度热固性高分子材料,在黏结剂、防腐涂料和复合材料方面展现出广阔的应用前景,其摩擦学行为与环氧值密切相关.本研究中采用线棒涂布器在铸铁表面分别制备了3种具有不同环氧值的环氧树脂涂层.借助傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、热重/差热综合热分析仪(TG/DTA)、UMT-3摩擦磨损试验机和表面轮廓仪研究了涂层的结构、硬度、耐热性及摩擦学性能.研究结果表明:涂层在干燥条件和海水环境中的摩擦系数和磨损率均随环氧值的增大而升高;海水环境中涂层的摩擦系数和磨损率均较干燥条件下低.涂层的磨损机理在干燥条件下包括了疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,而在海水中仅为疲劳磨损.本研究成果为高性能防腐耐磨涂层的设计与应用提供理论指导.

基于ADAMS的立式活套系统建模方法研究

针对立式活套系统传统建模方法复杂的问题,提出了基于ADAMS的建模方法。通过SolidWorks建立立式活套系统三维模型,将其导入ADAMS中处理,得到ADAMS虚拟样机模型。该模型验证了基于ADAMS的建模方法的可行性和正确性,为立式活套系统的研究提供了参考和依据,也为后续ADAMS和Matlab的多学科联合仿真奠定了基础。

多巴胺改性UHMWPE粉末对环氧涂层韧性及摩擦性能的影响

利用多巴胺氧化自聚合性质改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)粉末惰性表面,制备得到改性粉末,并添加于环氧树脂中制备成耐磨环氧涂层,同时与添加未改性UHMWPE粉末的环氧涂层对比.采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(IR)表征改性粉末表面形貌和化学元素状态,利用摩擦磨损试验机测试环氧涂层表面的摩擦系数和磨损率.结果表明:改性粉末表面黏附1层含极性基团的聚多巴胺,能够与环氧树脂发生反应而固化在涂层中,相容性增强.改性粉末表面O,C元素相对含量比较O/C和N/C值随改性时间延长而增大,在5 h时趋于稳定.当改性粉末添加量从6.7%增至20%时,环氧涂层的抗冲击性能增强,摩擦系数和磨损率随之降低,改善了涂层的摩擦学性能,而且效果优于添加未改性粉末的涂层.