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多源仿生柔性超滑涂层的制备及其减阻性能研究

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表面技术 2024年

作者：周嘉杰胡弘毅朱萍曾志翔王刚朱丽静凌志远中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室中远海运能源运输股份有限公司

目的水滴可以在超疏水荷花表面弹跳、滚落，水流可以快速流经海豚和鲨鱼等海洋生物的皮肤，这些特殊表面与水的摩擦阻力极低，利于生物表面的自清洁及快速游弋。但是，具有单一结构特性的表面无法满足人类日益增长的减阻性能的需求。因... 详细信息

目的水滴可以在超疏水荷花表面弹跳、滚落，水流可以快速流经海豚和鲨鱼等海洋生物的皮肤，这些特殊表面与水的摩擦阻力极低，利于生物表面的自清洁及快速游弋。但是，具有单一结构特性的表面无法满足人类日益增长的减阻性能的需求。因此，本研究提出多源仿生技术构建高性能减阻表面。方法在铝片上旋涂双组分硅胶生成柔性涂层（Elasticcoating，模拟海豚柔性皮肤），然后喷涂疏水纳米二氧化硅粒子得到具有粗糙表面的柔性超疏水涂层（ElasticSHScoating，模拟海豚柔性皮肤和荷叶超疏水表面），再浇筑二甲基硅油得到柔性超滑涂层（ElasticSLIPScoating，模拟海豚柔性皮肤和鲨鱼超滑皮肤）。结果低速时（200r/min），所有涂层均有减阻效果。柔性超滑涂层、柔性涂层和柔性超疏水涂层的减阻率分别为23.2%、18.4%和10.2%。高速时（800～ 1400r/min），柔性涂层和柔性超滑涂层的减阻率分别4.0%和5.6%，而柔性超疏水涂层的减阻率为-15.0%，即减阻表面转化为增阻表面。结论无论低速还是高速，柔性超滑涂层减阻效果均优于柔性涂层和柔性超疏水涂层。该研究对于降低海洋航行器航行时的摩擦阻力，提高其航速与航程具有极大的借鉴性。

关键词：减阻仿生涂层超滑多孔表面超疏水表面柔性材料

钛合金表面织构化与构建生物活性涂层的研究进展

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中国表面工程 2019年第1期32卷 1-11页

作者：张颖鑫徐勇曾志翔宁波工程学院材料与化学工程学院宁波315211 中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201

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... 详细信息

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。

关键词：钛合金表面织构化生物活性涂层摩擦学性能生物相容性

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海水环境下2024铝合金腐蚀磨损性能研究

中国腐蚀与防护学报 2016年第6期36卷 587-594页

作者：陶永奇刘刚黎业生曾志翔江西理工大学材料科学与工程学院赣州341000 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室宁波315201

采用往复式销盘摩擦试验机和电化学工作站研究了2024铝合金/Al_2O_3陶瓷在海水环境下的腐蚀磨损行为以及腐蚀磨损之间的交互作用。结果表明：在模拟海水实验条件下,2024铝合金在开路电位下的腐蚀磨损量明显大于其在阴极保护条件下的磨损... 详细信息

采用往复式销盘摩擦试验机和电化学工作站研究了2024铝合金/Al_2O_3陶瓷在海水环境下的腐蚀磨损行为以及腐蚀磨损之间的交互作用。结果表明：在模拟海水实验条件下,2024铝合金在开路电位下的腐蚀磨损量明显大于其在阴极保护条件下的磨损量,说明腐蚀与磨损发生交互作用。纯磨损量约占总腐蚀磨损量的比例（W_0/T）为70.3%～98.2%,在腐蚀磨损过程中磨损作用明显大于腐蚀作用。腐蚀磨损交互作用量占总腐蚀磨损量的比例（S/T）为1.8%～29.7%,腐蚀磨损交互作用同样不可忽视。

关键词： 2024铝合金海水腐蚀磨损交互作用

多巴胺改性UHMWPE粉末对环氧涂层韧性及摩擦性能的影响

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摩擦学学报 2012年第5期32卷 435-443页

作者：胡伟炜赵文杰曹慧军曾志翔张昕乌学东中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波市海洋防护材料与工程技术重点实验室宁波浙江315201 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

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... 详细信息

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.

关键词： UHMWPE 多巴胺表面改性环氧树脂摩擦磨损性能韧性

海水环境中金属材料腐蚀磨损及耐磨防腐一体化技术的研究进展

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表面技术 2017年第11期46卷 149-157页

作者：刘二勇曾志翔赵文杰西安科技大学材料科学与工程学院西安710054 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室浙江宁波315201

随着"建设海洋强国"战略的实施,发展海洋装备、建设海洋工程成为推进和实施国家海洋战略的重要内容。鉴于海洋装备长期服役于海洋环境,因此海洋工程材料的腐蚀损伤是不可回避的关键问题,尤其是海洋装备中的运转部件,如海水泵、阀、海水... 详细信息

随着"建设海洋强国"战略的实施,发展海洋装备、建设海洋工程成为推进和实施国家海洋战略的重要内容。鉴于海洋装备长期服役于海洋环境,因此海洋工程材料的腐蚀损伤是不可回避的关键问题,尤其是海洋装备中的运转部件,如海水泵、阀、海水液压传动系统、水下作业机器手、深海勘探和开采装备等面临腐蚀与磨损的耦合损伤。基于此,针对典型金属材料在海水环境中的腐蚀磨损失效行为及机理,综述了服役工况、腐蚀介质、电化学及材料因素对典型金属材料(如不锈钢、钛合金、铝合金、镍合金)在海水环境中腐蚀磨损性能的影响,综合分析了服役工况、腐蚀介质浓度、p H值、外加电位与材料性能之间的关系,阐明了金属材料腐蚀磨损过程中腐蚀、磨损及其交互作用。在此基础上,对比了一系列耐磨与防腐一体化涂层技术,如PVD涂层、热喷涂涂层、电镀涂层及聚合物粘结涂层的腐蚀磨损性能及典型应用,分析了耐磨与防腐一体化防护材料对腐蚀磨损性能的优化机理,以期为解决金属材料的腐蚀磨损问题提供有益借鉴。

关键词：海水环境金属材料腐蚀磨损耦合损伤耐磨防腐一体化技术

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石墨烯/聚酯/环氧粉末涂层耐腐蚀性研究

涂料工业 2017年第5期47卷 29-33页

作者：张方铭曾志翔程红华韩金中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室、浙江省海洋材料与防护技术重点实验室中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201 烟台大学化学化工学院山东烟台264005 浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014 宁波派特勒新材料股份有限公司浙江宁波315145

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... 详细信息

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。

关键词：石墨烯预分散粉末涂料防腐蚀

巯基有机硅溶胶-凝胶涂层对铜合金H90的腐蚀防护性能研究

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表面技术 2018年第10期47卷 30-36页

作者：沈路力彭叔森王刚曾志翔乌学东中国科学院宁波材料技术与工程研究所中科院海洋新材料与应用技术重点实验室中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省海洋材料与防护技术重点实验室浙江宁波315201 南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063

目的研究巯基有机硅溶胶-凝胶涂层对铜合金H90的保护性能。方法以不同比例的巯基丙基三甲氧基硅烷(MAPMS)与正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,以乙酸作为催化剂,制备含巯基官能团的溶胶-凝胶,并通过浸涂法将该溶胶-凝胶涂层施加到铜合金H90上,... 详细信息

目的研究巯基有机硅溶胶-凝胶涂层对铜合金H90的保护性能。方法以不同比例的巯基丙基三甲氧基硅烷(MAPMS)与正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,以乙酸作为催化剂,制备含巯基官能团的溶胶-凝胶,并通过浸涂法将该溶胶-凝胶涂层施加到铜合金H90上,并在120℃下烘干成膜。利用电化学、盐雾、接触角等一系列的手段考察巯基有机硅溶胶-凝胶涂层在铜合金H90基材上的防腐蚀、疏水性、铅笔硬度等性能。结果当MAPMS与TEOS物质的量比达到1.5∶1时,自腐蚀电流密度为1.16×10^(-8) A/cm^2,膜层铅笔硬度可达5H,在H90黄铜上的附着力等级达到0级,具有最佳的防腐蚀性能。中性盐雾测试中,物质的量比为1∶1的测试组在第8 d时出现了少量腐蚀斑点,但在接下来的30 d内,腐蚀并未扩大;其他测试组在30 d测试中,未出现明显腐蚀。结论巯基有机硅溶胶-凝胶涂层具有良好的硬度以及附着力,并能显著提高铜合金H90表面防腐蚀性能。

关键词：巯基有机硅溶胶-凝胶涂层铜合金附着力腐蚀防护

氮气流量对反应磁控溅射制备CrNx涂层性能的影响

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机械工程材料 2020年第4期44卷 25-29,34页

作者：郭金保马付良曾志翔中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室宁波315201 中国科学院大学北京100049 北京小米移动软件有限公司北京100085

通过控制氮气流量(20~60cm^3·min^-1),采用反应磁控溅射技术分别在不锈钢和硅片基底上制备CrNx涂层,研究了氮气流量对涂层物相组成、显微组织、纳米压痕力学性能、摩擦学性能以及在质量分数3.5%NaCl溶液中电化学腐蚀性能的影响。结果表... 详细信息

通过控制氮气流量(20~60cm^3·min^-1),采用反应磁控溅射技术分别在不锈钢和硅片基底上制备CrNx涂层,研究了氮气流量对涂层物相组成、显微组织、纳米压痕力学性能、摩擦学性能以及在质量分数3.5%NaCl溶液中电化学腐蚀性能的影响。结果表明:不同氮气流量下的CrNx涂层均表现出柱状晶结构;随着氮气流量的增加,CrNx涂层的物相经历了Cr→Cr2N→CrN的变化,纳米压痕硬度和弹性模量均先增后降,平均摩擦因数和磨损率先降后增再降,耐腐蚀性能则先变好后变差;当氮气流量为30cm^3·min^-1时,涂层结构致密,力学性能、耐磨性能和耐腐蚀性能最优。

关键词：氮气流量 CrNx涂层物相组成耐磨性能耐腐蚀性能

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Q235钢超疏水表面制备及耐蚀性能研究

中国腐蚀与防护学报 2016年第6期36卷 617-623页

作者：张方铭曾志翔王刚陈军君徐勇王立平中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室宁波315201 烟台大学化学化工学院烟台264005

采用化学刻蚀与低表面能修饰的方法在Q235钢基体上制得超疏水表面。通过扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、接触角测量仪研究了刻蚀液组成对金属表面粗糙度以及润湿性的影响。利用电化学工作站对其表面防腐性能进行了测试。结果表... 详细信息

采用化学刻蚀与低表面能修饰的方法在Q235钢基体上制得超疏水表面。通过扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、接触角测量仪研究了刻蚀液组成对金属表面粗糙度以及润湿性的影响。利用电化学工作站对其表面防腐性能进行了测试。结果表明:通过化学刻蚀和低表面能物质修饰相结合的方法成功地制备了超疏水表面;刻蚀液中硝酸的浓度对金属表面粗糙度起主要作用,随着刻蚀液中硝酸浓度的增加,粗糙度呈现先增大后减小的趋势。通过在粗糙结构表面构筑低表面能涂层可以获得超疏水表面,经浓度为20%(质量分数)硝酸刻蚀液刻蚀的表面涂覆二甲基硅氧烷(PDMS)后,疏水性最佳,接触角为163°。电化学数据表明,超疏水金属表面具有较好的防腐性能,这主要是由超疏水表面的空气层、PDMS层和疏水金属表面三者的协同作用形成的腐蚀抑制作用。

关键词：刻蚀粗糙度聚二甲基硅氧烷超疏水表面防腐蚀