面向工业设计的塑料表面铝涂层的结合强度

目的采用电弧喷涂方法在环氧树脂和ABS塑料表面喷涂铝涂层,研究涂层结合强度的影响因素。方法第一组试验是塑料表面喷砂后,喷涂铝涂层;第二组是塑料表面喷砂后,涂覆一层高强度环氧树脂结构胶,再喷涂铝涂层。选择喷涂气体压力、喷涂电流和喷涂距离三因素进行正交试验,采用粘结拉伸法测试结合强度,并用照相法测量铝液和环氧树脂塑料、Q235钢的接触角。结果本试验条件下,二种塑料电弧喷涂铝涂层结合强度的影响因素主次顺序为:空气压力喷涂电流喷涂距离。最优方案是:喷涂气体压力为0.7 MPa,喷涂电流为220 A,喷涂距离为160 mm。未涂覆高强度环氧树脂结构胶的涂层,结合强度最大不超过3 MPa;涂覆高强度环氧树脂结构胶的涂层,结合强度达到近20 MPa。铝液和Q235钢的接触角是45°,和环氧树脂塑料的接触角是135°。结论环氧树脂和ABS塑料表面电弧喷涂铝涂层的结合强度低的主要原因是铝液和它们之间的润湿性差。涂覆高强度环氧树脂结构胶后,喷涂工艺参数对涂层的结合强度影响不明显,结合强度受控于环氧树脂结构胶的粘接作用,使涂层的结合强度显著提高。     

等离子体刻蚀前处理对碳基薄膜结合力的影响

目的通过等离子刻蚀处理使基体表面更洁净,从而提高薄膜与基体的结合力。方法采用阳极层离子源,通过不同的离子源功率和处理时间对M50轴承钢样品进行处理,并在处理过的样品表面制备钨掺杂类金刚石薄膜。利用原子力显微镜对等离子刻蚀处理前后的样品表面形貌进行研究,利用Raman光谱分析薄膜的微观结构,利用划痕仪对薄膜与基体的结合力进行研究。结果不同的离子源功率和刻蚀时间,得到了不同的基体微观表面粗糙度;钨掺杂类金钢石薄膜的D峰和G峰分别在1350 cm~(-1)附近和1580 cm~(-1)附近,为典型的类金刚石结构,ID/IG值在1.5左右;未经等离子刻蚀前处理样品的膜/基结合力是23 N;而优化等离子刻蚀前处理参数样品的膜/基结合力高达69 N,最佳的离子源功率和刻蚀时间为2 k W、60 min。结论等离子刻蚀前处理能够有效提高薄膜与基体的结合力。     

表面处理对TC4钛合金-GF/PEI复合材料电阻焊接强度的影响

目的提高钛合金-复合材料电阻焊接界面强度。方法以不锈钢网、预浸料和树脂薄膜的组合结构作为界面植入体,利用脉冲电阻焊接技术连接钛合金和玻璃纤维增强聚醚酰亚胺(GF/PEI)层合板。对表面光滑的钛合金分别进行砂纸机械打磨以及H_2O_2/NaOH碱性混合溶液刻蚀处理,并通过能谱分析仪、扫描电子显微镜和静态接触角测试仪,分别对钛合金表面成分、形貌和粗糙程度进行分析。对表面处理后的钛合金和GF/PEI层合板进行电阻焊接,并对焊件进行单搭接拉伸剪切试验,以评估焊接头的强度。利用超声波扫描显微镜检测层合板内部损伤验证接头失效模式。结果通过机械打磨后的钛合金,表面粗糙程度增加,接触角从56.8°上升到84.8°。钛合金与PEI树脂的界面结合性能上升,使最大焊接强度提升187.0%。碱性混合溶液刻蚀后的钛合金,表面形貌随刻蚀时间(t_e)的增长呈现出不同的结构,并在刻蚀后期出现亚微米级的网络结构,同时伴随着表面接触角从56.8°上升到136.3°。钛合金表面的亚微米级网络结构与PEI树脂形成机械互锁结构来共同承担焊接头的力学性能,使最大焊接强度提升198.4%。接头失效分析显示,焊接初期接头的主要失效模式为钛合金板从界面处直接剥离;焊件强度达到最佳时,失效模式转变为植入体断裂。结论对钛合金进行机械打磨和刻蚀处理可以有效改善表面粗糙程度,从而提高钛合金-GF/PEI层合板的焊接头强度。     

基于分形理论的疏水功能表面润湿性分析

为分析疏水功能表面的形貌参数对其润湿性的影响,以1060铝合金为基体材料,通过化学刻蚀预处理,电解刻蚀和硬脂酸修饰相结合的方法,制备疏水功能表面。通过调控化学刻蚀时间,使表面具有不同的微观形貌,进而改变其润湿性。利用扫描电子显微镜对疏水功能表面的微观形貌进行表征,利用接触角测量仪对其润湿性进行测定。基于图像处理技术,对疏水功能表面的微观形貌特征信息进行提取与分析。结果表明,同一表面在不同的放大倍数下,其灰度值分布统计具有相似的规律,说明所制备的疏水功能表面具备分形特征;利用差分盒子维数算法对表面维数进行计算,不同化学刻蚀时间所对应的表面维数与其润湿性的变化规律相吻合,说明维数是疏水功能表面的润湿性调控参数之一。     

时效温度对化学刻蚀304不锈钢超亲水稳定性的影响

目的利用化学刻蚀、化学氧化方法在304不锈钢表面制备微纳米结构并实现超亲水性质,改变时效处理温度,研究亲水表面润湿性的稳定程度。方法以2 mol/L的FeCl_3溶液、HCl、H_2O_2按照15:1:1的体积比混合得到刻蚀溶液,氧化液采用CrO_3与H_2SO_4的混合溶液。刻蚀完成后,通过接触角测量仪(OCA15EC)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)及自带的能谱仪(EDS)表征试样表面的接触角、微纳米级表面形貌及试样表面元素,并分析不同处理条件下润湿性的变化规律。结果在本征润湿角为45°左右的304不锈钢基体上,通过化学刻蚀、化学氧化的复合处理方法可以获得超亲水表面。常温条件下,试样能够维持一定时间的超亲水性质。高温时效处理后,超亲水表面的润湿性发生变化,经400℃时效处理后,重新获得超亲水特性。结论该方法较易在耐腐蚀基体不锈钢表面制备微纳米结构,对基体表面润湿性产生影响。     

280 简易快速的表面超疏水涂层制备及其性能

目的 低成本简易快速地制备出耐腐蚀超疏水涂层,并研究表面喷砂对超疏水涂层的影响。方法 利用喷砂和抛光这2种表面处理方式和喷涂工艺在5050铝合金板基体表面构建出具有多级结构的超疏水表面。通过润湿性、电化学腐蚀、耐磨性、浸泡耐久性和自清洁测试等试验,分别评价制备样品表面的润湿性、耐海水腐蚀、耐磨性、耐长时间浸泡性能和自清洁性能,并通过扫描电子显微镜和能谱仪对表面形貌和元素成分进行分析。结果 制备的样品表面具有优异的超疏水性能。在30次喷涂次数下,喷砂基底的涂层表面的水滴静态接触角为(153.9±1)°,动态滚动角为(2.99±0.5)°。电化学腐蚀测试结果表明,喷涂氟硅树脂/SiO2涂层可以有效增强铝合金表面的耐腐蚀性能。试验中,样品在25次砂纸摩擦后,抛光基底的涂层表面的接触角为(97±1)°,喷砂基底的涂层表面的接触角为(102.4±1)°。样品在NaCl溶液浸泡10 d后,抛光基底的涂层表面的接触角为(69.4±1)°,喷砂基底的涂层表面的接触角为(113.7±1)°。结论 所制备的喷砂和抛光基体在经过不同次数的喷涂氟硅树脂/SiO2复合涂料后具备超疏水性能,且喷砂基底的涂层表面具有更低的滚动角。涂层修饰的表面在NaCl溶液中的耐腐蚀性能随着喷涂次数的提升而增强。在相同的喷涂条件下,喷砂处理基体能提高超疏水表面的耐腐蚀性、耐磨性和耐久性。     

电化学刻蚀法制备铝合金超疏水表面及其润湿性转变

目的通过简易环保的方法在铝合金基体上制备超疏水表面。方法采用电化学刻蚀和空气中保存法在铝合金基体上制备超疏水表面,用扫描电子显微镜、粗糙度测量仪和光学接触角测量仪对所得样品的微观形貌、表面粗糙度和润湿性进行分析。结果水滴在铝合金表面的接触角随着保存时间的增加而增大,电化学刻蚀所得超亲水表面逐渐表现出超疏水特性。12 d后表面趋于稳定,水滴在铝合金表面的接触角和滚动角分别为(152.3±4.5)°和(6.4±2.2)°。随着电化学刻蚀时间的增加,铝合金表面的润湿性减小。热处理可以使超疏水表面转为超亲水表面,在空气中保存后表面又恢复疏水性。结论试验所用中性环保的NaCl溶液作为电解液,极大地降低了试验对人体和环境的危害。并未使用有害的二次化学涂层作为表面能修饰材料,提高了试验的安全性和超疏水表面的稳定性。通过此简单环保的电化学刻蚀和空气中保存的方法成功地在铝合金基体上制备出了超疏水表面,所得表面展现出良好的疏水特性。     

气动喷砂工艺对304不锈钢表面润湿效应的影响

针对仿生润湿性研究中喷砂工艺常作为获取粗糙表面方法被学者使用的现状,为喷砂处理基底表面提供数据基础,文中利用试验优化方法,分析不同参数下喷砂工艺对304不锈钢表面润湿性能的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(LSCM)和X射线衍射仪(XRD)分析喷砂表面的微观形态和化学成分,使用接触角测试仪(OCA)测试分析喷砂试样表面润湿特性。结果表明:在优化喷砂工艺参数下(砂粒尺寸180μm;喷砂压力0.6~0.65 MPa;喷砂时间1 min),能够在304不锈钢基底表面获得粗糙结构,使润湿性能由亲水性向疏水性发生转变,获得静态接触角达到120°,动态滞后角降至13.9°的特性。     

化学刻蚀-阳极氧化复合制备钛合金超疏水表面试验研究

目的 提高TC4钛合金超疏水表面的疏水性、耐腐蚀性与力学性能。方法 首先选择化学刻蚀法对TC4钛合金进行处理制备出微米级结构，再采用阳极氧化法制备出纳米级结构，最终在试样表面制备出了具有微纳分级结构的超疏水表面。通过观察微观结构表面、Tafel测试、线性磨损试验、抗冲击性测试以及防冰性能测试，分别对H₂O₂刻蚀、强酸刻蚀、阳极氧化、H₂O₂刻蚀-阳极氧化和强酸刻蚀-阳极氧化制备的超疏水表面进行性能对比。结果 使用双氧水-碳酸氢钠混合溶液制备出的超疏水表面接触角为156.4°，滚动角为2.7°；硫酸-盐酸混合溶液制备出的超疏水表面接触角为153.1°，滚动角为7.6°；阳极氧化法制备的超疏水表面接触角为156.3°，滚动角为4.2°；双氧水-碳酸氢钠混合溶液刻蚀并阳极氧化处理后，表面接触角为157.6°，使用硫酸-盐酸混合溶液刻蚀并阳极氧化处理后，表面接触角为155.9°，二者滚动角均小于2°。复合方法制备的表面疏水性能优于单一方法制备的超疏水表面。超疏水试样的OCP都高于TC4钛合金，经过强酸刻蚀和...     

高频电刀手术电极表面润湿性对胰管闭合效果的影响

目的研究手术电极表面润湿性对胰管闭合效果的影响,旨在从电极表面改性角度探索提升高频电刀防胰瘘效果的措施。方法选用电外科临床常用的304不锈钢手术电极制备电极样品,利用化学刻蚀法在电极表面构建微结构,以改变电极表面润湿性,进而选用新鲜离体猪胰腺作为生物组织样品,使用高频电刀进行胰管闭合试验。对不同表面润湿性的电极样品进行胰管闭合试验后,观察表征电极表面的组织粘附、胰腺断面焦痂形貌、主胰管爆破压和胰腺残端组织损伤。结果原始304不锈钢手术电极表面接触角为86.1°,经FeCl₃溶液一步刻蚀处理后,表面形成微米级凹坑结构,接触角降至65.3°,再经HCl溶液两步刻蚀处理后,微米凹坑上形成纳米孔洞,接触角增大至111.5°。在相同的电外科手术模拟试验工况下,随着手术电极表面接触角的增大,电极表面组织粘附减轻,胰腺断面焦痂组织的孔洞尺寸变小,主胰管的闭合厚度增大、爆破压提高,胰腺残端组织损伤减轻。结论在电外科手术过程中,高频电刀手术电极表面润湿性会影响胰管闭合效果。表面疏水化可以有效抵抗电极作用于胰腺组织时的表面组织粘附,抑制电极-胰腺组织界面的电弧放电,从而促进胰管的有效闭合,减轻胰腺残端组织损伤,降低术后胰瘘风险。     

常压空气等离子处理对铝合金胶接接头强度的影响

为改善铝合金表面润湿性与胶接强度,采用常压空气射流等离子体对5052铝合金进行表面处理。通过接触角测试,表面自由能计算和胶接接头剪切强度测试表明处理时间对铝合金表面改性效果影响不大,随着处理距离减短,铝合金表面自由能、胶接接头强度均逐步提升。处理距离为5 mm时等离子处理铝合金获得最佳表面改性效果,铝合金胶接接头剪切强度由10.6 MPa提升至19.3 MPa,失效模式由界面失效转变为内聚失效。利用SEM,XPS,傅立叶变换红外光谱等检测手段分析不同处理距离对应表面理化特性的变化,结果表明:处理距离较远时,等离子体并未改变铝合金表面物理形貌,其主要改性效果体现为表面清洗;处理距离较近时,铝合金表面高温熔融产生复杂微结构的粗糙氧化层,同时氧化层表面吸附羟基等极性官能团,显著提升了其表面自由能与胶接强度。     

混氧等离子体射流对CFRP表面性质及粘接强度的影响

目的 探究不同氧气含量下大气压混氧等离子体射流特性,分析其对碳纤维复合材料（CFRP）表面理化性质的影响,研究其改善表面浸润性及粘接强度的机理。方法 采用大气压介质阻挡放电（DBD）,产生氦氧混合等离子体射流,对CFRP表面进行处理,研究了不同氧气体积分数射流对CFRP表面的作用效果,确定了相对较佳的氧气体积分数。借助接触角测量仪、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱仪（XPS）等表面分析手段,对处理前后CFRP表面的润湿性、微观形貌、粗糙度和化学成分等进行测试分析。采用环氧树脂胶粘剂,分别对射流处理前后的CFRP与铝合金表面进行粘接,并测试不同表面的粘接强度。结果 随着氧气体积分数的增加,射流长度变短,温度逐渐下降。氧气处理所得表面的浸润性相比未混氧射流处理所得表面的浸润性明显提高。当氧气体积分数为0.75%时,所得表面浸润性相对最好。与纯氦等离子体射流相比,混氧射流处理后,表面环氧树脂铺展速率更高,说明表面对胶粘剂的亲和性相对较好,所得表面粗糙度也相对更低。XPS测试结果表明,混氧射流处理所得表面含氧官能团含量更高,表面能相对较高,故表面润湿性较好。结...     

钛合金微弧氧化膜表面形貌对膜/环氧树脂结合强度的影响

采用微弧氧化法于硅酸钠溶液体系中在钛合金表面制备了氧化物陶瓷膜, 用剪切法测试了氧化膜与环氧树脂之间的结合强度, 通过SEM研究了陶瓷膜剪切前后表面形貌的变化.结果表明: 陶瓷膜表面的微孔直径、粗糙度随微弧氧化频率的增大而减小; 陶瓷膜/环氧树脂的结合强度随频率的增加先是快速上升, 当频率增加至400Hz时, 膜层的结合强度达到最高值56.9MPa, 随后结合强度逐渐下降并趋于平缓.     

表面处理对Al-Li合金胶接性能与耐腐蚀性的影响

目的提高铝锂合金胶接接头的强度与耐腐蚀性能。方法对铝锂合金板采用砂纸打磨、喷砂和磷酸阳极化处理,在表面处理后的基板上铺一层FM94胶,并加压固化,得到单搭接接头。分析不同表面处理后铝锂合金试样的表面形貌、表面粗糙度、表面自由能和表面化学组成,对接头进行湿热环境老化实验,测试湿热老化前后胶接接头的强度,研究揭示不同表面处理方法对胶接接头强度与抗湿热老化能力的影响。结果与砂纸打磨后的试样相比,喷砂与磷酸阳极化处理能显著提高铝锂合金试样的表面粗糙度和表面自由能。同时,经EDS分析发现,阳极化后铝锂合金表面氧元素大量增加。阳极化和喷砂处理后的接头强度分别为37.0、26.8MPa,而简单打磨过后的接头仅为16.4MPa。湿热老化后,磷酸阳极化处理的接头强度仅下降12.2%,而喷砂处理和砂纸打磨处理的接头强度分别下降了30.6%和19.5%。结论磷酸阳极化和喷砂处理均能增大铝锂合金胶接接头的强度,但阳极化处理效果更好,阳极化处理能显著加强接头的耐腐蚀能力,而喷砂处理则对接头的耐腐蚀能力无明显提升。     

医用钛合金表面形貌与成分对生物相容性影响研究综述

生物医用钛合金表面物化特性作为影响细胞生物学行为的关键因素,决定了骨-植入体之间的结合质量和速率。针对作者所在研究小组在钛合金表面改性技术研究中所取得的一系列进展进行了综述。在表面形貌制备方面,利用喷砂、激光和微细铣削等机械加工方法和酸蚀、碱热处理、阳极氧化等化学处理方法,在钛合金表面获得了微纳米双级结构。在表面化学成分方面,采用离子置换的方式在微纳米结构表面植入生物活性离子,通过富氧切削方式改善表面钝化膜的质量。通过电化学腐蚀试验和一系列体外细胞培养实验,验证各表面物化改性方法对钛合金植入体生物相容性的影响。研究表明,微纳米结构化的表面能够提高材料表面的亲水性,促进细胞的粘附、增殖和矿化等,而植入生物活性离子后与微纳结构表面产生了协同效应,进一步增加了其生物相容性。此外,在富氧加工气氛下,钛合金表面的氧化膜厚度相比自然条件下加工有明显增加,提高了生物相容性,同时耐腐蚀性也得到显著增强。     

表面微弧氧化处理对不锈钢与环氧树脂粘接性能的影响

采用热浸镀铝工艺在不锈钢表面镀铝,分析了浸镀时间与浸镀温度对合金层及纯铝层厚度的影响并获得最佳镀铝工艺参数,在此基础上再进行微弧氧化试验。用剪切法测试了氧化膜与环氧树脂之间的结合强度,采用SEM、XRD和激光共聚焦显微镜对微弧氧化膜的微观成分与结构进行了表征,进而探讨分析了不锈钢微弧氧化处理对其与环氧树脂粘接性能的影响。结果表明:适宜的浸镀温度为710 ℃,浸镀时间为11 min;微弧氧化膜主要由α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃组成,不同微弧氧化时间下氧化膜产物基本相同;随着氧化时间增加,陶瓷膜表面粗糙度增大,微弧氧化膜-环氧树脂的结合强度增大,当时间增至30 min时,膜层表面粗糙度最大值为1.265 μm,结合强度增加到最高值33.20 MPa,比未处理过的试样结合强度提高了2.8倍。     

Effects of micro-arc oxidation on bond strength of titanium to porcelain

Due to the pronounced oxidative nature of titanium at high temperatures, an excessively thick oxide layer may form on its surface. This oxide layer could adversely affect titanium-porcelain bonding. The aim of the present study was to investigate the effects of micro-arc oxidation on the titanium-porcelain bond strength which was relevant to the titanium oxide layer．Twelve cast titanium specimens were prepared following the protocol ISO 9693. The test group was treated with micro-arc oxidation and the control group was treated with sandblasting. Contact angle and surface roughness were detected. SEM, XRD, and SEM/EDS analyses were performed on the titanium surfaces to ascertain bond failure. The groups were compared for their bond strength. The results showed that: there are differences in the surface morphology and the phase components of two groups. In addition, compared with the control group, the contact angle of the MAO group is smaller, but the surface roughness is similar. In the MAO specimen, the oxide layer was thin, and it was compact bonding with titanium and porcelain. The mean bond strength of the micro-arc oxidation group and the control group were 46.46 ± 4.35 MPa and 33.28 ± 2.24 MPa, respectively. While the improvement in bond strength was 39.6% for micro-arc oxidation group, it was statistically significant for the control group. These results suggest that the micro-arc oxidation technique is significantly effective in improving the bond strength of titanium-porcelain.     

化学刻蚀制备亲水性铝及润湿性变化规律

目的通过化学刻蚀的方法制备具有亲水性的纯铝与高纯铝表面,在室温下进行时效,分析润湿性随时效时间的变化规律。方法实验以2 mol/L浓度的盐酸进行刻蚀,将试样分别刻蚀4、8、12、16、20 min,吹干制备好的试样。利用OCA15EC接触角测量仪测定润湿角,将试样放置在室温下进行时效,并记录时效后的润湿角,分析润湿角变化的规律;采用场发射扫描电子显微镜观察试样表面的微观形貌,结合Wenzel理论与Cassie理论分析润湿角变化的原因;对试样进行EDS分析,分析时效后试样所含元素含量的变化情况,阐述润湿性变化的机理。结果不同刻蚀时间制备的样品润湿角存在差异,经过室温时效,润湿角呈现增大的趋势。结论纯铝在刻蚀时间16 min时能够获得超亲水的表面,在室温下时效5天能维持润湿角在20°以下。高纯铝在刻蚀时间为12 min时能够获得超亲水表面,经过5天的室温时效,12 min刻蚀的样品润湿性保持得较为稳定,润湿角维持在12°以下,其他刻蚀时间的样品亲水性及稳定性略差。