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。

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。

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。

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。

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。

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。

可降解锌基骨植入材料及其表面改性研究进展

医用锌及锌合金有望成为新一代可降解骨植入物材料来促进骨缺损的修复。概述了可降解医用锌基材料的优势,包括较好的生物安全性和抗菌效果、能促进植入部位周围血管和新骨的生成以及骨相关基因的表达能力。在此基础上,从基底材料、细胞种类及实验结果等方面系统总结了近年来关于可降解医用锌基材料生物相容性和降解行为的研究。同时,归纳了可降解医用锌在临床修复骨缺损方面所面临的主要问题和挑战,包括较差的力学性能和较强的细胞毒性。可降解医用锌较差的力学性能可以通过合金化进行改善,概述了多种新型医用锌合金的力学性能及其生物相容性。表面改性是提高可降解医用锌基表面生物相容性和调控降解的有效手段。从基底样品、表面改性手段、使用的细胞或动物模型以及细胞相容性和降解行为等方面,综述了近年来可降解锌基骨植入材料表面改性的研究现状,提出了可降解锌基骨植入材料表面改性目前所面临的难点问题,包括传统表面改性手段加剧了锌离子的释放或在表面改性后可降解医用锌的生物相容性改善功效不足,以及未来的发展方向。

石墨烯基薄膜的表面改性与电输运性能研究

文章以天然鳞片石墨为原料,采用改进Hummers方法制备氧化石墨烯(graphene oxide,GO)薄膜,再利用氮离子注入和热处理得到表面改性的氮掺杂还原氧化石墨烯(nitrogen-doped reduced graphene oxide,NrGO)薄膜;利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、拉曼(Raman)光谱和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)表征并系统研究氮离子注入对石墨烯基薄膜表面形貌和微观结构的影响。结果表明:氮离子注入会造成石墨烯基薄膜表面层内碳原子的缺失和氮原子的替代掺杂,从而在NrGO薄膜表面层内实现氮掺杂并产生纳米级孔洞;氮掺杂氧化石墨烯(nitrogen-doped graphene oxide,NGO)薄膜表面层氮掺杂量(质量分数)高达10.86%,热处理后的NrGO薄膜表面层氮掺杂量(质量分数)可达9.90%;I-V测试发现,氮离子注入和热处理对石墨烯基薄膜的电输运性能也产生显著影响。

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。

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。

超声纳米晶表面改性对选区激光熔化316L不锈钢微观结构和力学性能的影响

目的改善选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)316L不锈钢的表面完整性和力学性能。方法采用超声纳米晶表面改性(Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification,UNSM)这一新兴表面塑性变形方法对SLM 316L不锈钢进行超声冲击强化,利用维氏硬度计、扫描电镜、白光干涉仪、EBSD、XRD等对处理前后材料的表面完整性、微观组织演变和塑性变形行为进行表征和分析。结果经过UNSM处理后,SLM 316L不锈钢的微观缺陷明显减少,初始未熔合孔隙发生闭合,表面粗糙度Ra由5.374μm降至0.510μm,表面硬度从230HV增至461.16HV;同时,材料表层发生了剧烈的塑性变形,形变诱导材料微观组织从γ相向α相转变,微观结构由初始不规则柱状粗晶转变为等轴状细晶。从EBSD表征结果可知,在材料表面形成了深度约为20μm的梯度纳米晶,材料内部存在明显的不均匀变形;与初始SLM试样相比,通过UNSM处理在材料表面引入了最大为932 MPa的残余压应力。结论超声纳米晶表面改性能够显著改善SLM 316L不锈钢的表面完整性,形成较深的晶粒细化层和残余应力硬化层,从而有效提高其耐腐蚀性和疲劳抗性,是一项有前景的SLM后处理技术。

表面改性密网支架治疗合并系统性红斑狼疮多发颅内动脉瘤一例

合并系统性红斑狼疮(SLE)的多发颅内动脉瘤病例临床较为罕见,尽管SLE与颅内多发动脉瘤发生之间的相关性暂不明确,但是对于合并SLE的颅内动脉瘤患者,其动脉瘤通常具有增长快速和极易破裂的特点,如何对其动脉瘤进行破裂风险评估并制定治疗策略尤为重要。该文报道1例表面改性密网支架置入治疗合并SLE多发颅内动脉瘤患者,并进行相关文献复习,希望为临床医师诊疗该疾病提供帮助。

KH-171对电气石的表面改性及其结构表征

这是一篇矿物材料领域的论文。以硅烷偶联剂KH-171为改性剂对电气石粉体进行改性,依据改性电气石的接触角和在液体石蜡中的浊度为参数,对改性电气石的工艺条件进行了优化。实验结果表明,在体系pH值为9,改性剂KH-171用量为2 mL,醇水比为1:5的条件下60℃反应2 h时,所得改性电气石的接触角达到133o,显示了优良的疏水性能。利用IR、SEM和XRD分析对改性电气石的结构与形貌进行了表征,结果表明,电气石表面成功引入带有碳碳双键的有机官能团,没有影响电气石原有晶体结构,但有效降低了电气石的团聚现象,展示了更好的分散性能。

紫外辐照与壳聚糖接枝联合处理对ABS表面改性效果的影响

聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)是一种应用广泛的工程塑料。将绿色环保的紫外光辐照表面修饰技术与壳聚糖接枝处理技术相结合对ABS基板表面进行改性处理,探究了紫外光辐照条件、壳聚糖醋酸溶液的浓度、改性温度和改性时间对ABS基板表面形貌、表面粗糙度、表面亲水性和表面化学性质的影响。首先使用2 g/L的二氧化钛(TiO_(2))作为光催化剂在300 W下对ABS进行光辐照处理30 min,然后利用0.75 g/L的壳聚糖醋酸溶液在70℃下改性处理30 min,通过扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)观察ABS基板表面形貌变化,并利用表面接触角测量仪和X射线光电子能谱(XPS)分析ABS基板表面亲水性能的变化。结果表明,经过紫外光辐照和壳聚糖接枝改性处理后,ABS基板处理后表面形成少量微小孔洞,表面粗糙度较小,但是ABS基板表面亲水基团的浓度大幅增加,表面亲水性明显增强,化学镀铜层光滑平整,颜色粉红,具有金属光泽。

氧-氮等离子体表面改性石墨烯用于肉桂醛水相加氢反应

使用等离子体表面改性技术对石墨烯(GR)进行处理,通过优化气源、放电功率、放电时间和工作气压,制备了具有两亲表面的氮掺杂GR(NDGR),以其为载体制备了Pt纳米催化剂(Pt/NDGR)。采用FTIR、Raman、元素分析仪、TEM和光学接触角测量仪对催化剂进行了表征,并评价了其对肉桂醛(CAL)水相加氢反应的催化性能。结果表明,采用等离子体两步接枝工艺,即先以O_(2)为等离子体气源活化GR表面,再以NH_(3)为等离子体气源在GR表面接枝含氮基团得到的氮掺杂GR[NDGR(O_(2)-NH_(3))]具有最佳的表面性质。与GR负载Pt催化剂(Pt/GR)相比,在放电功率140 W、工作气压200 Pa、放电时间6 min的最佳条件下制备的NDGR(O_(2)-NH_(3))负载Pt催化剂[Pt/NDGR(O_(2)-NH_(3))]在CAL水相加氢反应中显示出优良的催化性能。在80℃、3MPa、Pt/NDGR(O_(2)-NH_(3))为催化剂、4 h的反应条件下,CAL的转化率达98%,肉桂醇的选择性约为84%,反应速率常数为(1.072±0.051)h^(–1),远高于Pt/GR为催化剂的(0.624±0.023)h^(–1);其反应活化能约为14 kJ/mol,仅为Pt/GR为催化剂的(约29k J/mol)的48.3%。Pt/NPGR(O_(2)-NH_(3))的高催化性能得益于GR表面接枝少量含氮基团后Pt纳米粒子锚定位点的增加、对底物的高吸附性能以及金属-载体间协同作用。

聚磷酸铵表面改性及对天然橡胶复合材料性能的影响

先使用碱性硅溶胶在聚磷酸铵(APP)表面形成一层无机自组装微胶囊化APP(SiO2@APP),再使用硅烷偶联剂3-巯丙基三乙氧基硅烷(KH 580)通过溶胶-凝胶法对SiO2@APP表面进行接枝改性制备了接枝改性APP(KH 580-SiO2@APP)阻燃剂,将其应用到天然橡胶(NR)中制备了NR复合材料,研究了APP表面改性对NR复合材料的疏水性、热稳定性、阻燃性能和物理机械性能的影响。结果表明,已成功对APP表面进行改性。相较于APP,经碱性硅溶胶改性后所得SiO2@APP的水接触角增加了205.7%,热稳定性提高了约25.7%;相较于APP/NR复合材料,SiO2@APP/NR复合材料的拉伸强度提高了43.7%,但是其极限氧指数(LOI)有所下降。SiO2@APP经硅烷偶联剂KH 580改性后,所得KH 580-SiO2@APP的水接触角增加了9.1%,热稳定性提高幅度将近11.6%。此外,KH 580-SiO2@APP/NR复合材料的拉伸强度得以提高,达到了16.2 MPa,扯断伸长率上升幅度达到了539%,而LOI略下降至24.3%。

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。

C-CNF表面改性电气石及其分散稳定性

这是一篇矿物加工工程领域的论文。电气石具有自发极化效应、热释电性、远红外辐射和负离子释放等效应被广泛应用。为了增加其在水性涂料中的分散稳定性,改善其在水性涂料中的使用性能,本实验采用羧基化纳米纤维素(C-CNF)对电气石进行表面接枝改性,并对实验条件进行了优化。实验结果表明,当C-CNF的添加量为2 g、反应温度为50℃、反应时间为2 h、固液比为1∶5时,改性电气石的性能达到较佳值,其浊度达到1361 ntu,接触角达到了53°。通过对改性电气石的结构进行表征,发现C-CNF成功接枝到了电气石表面,改性电气石在水性介质中的分散性得到较大的提升。