PDROD模型在纤维增强复合材料的损伤研究

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作者 谭承锋 杨雄武 +2 位作者 郑梦洁 茅东升 冯杰 《力学学报》 北大核心 2025年第10期2410-2421,共12页

碳纤维结构的破坏过程展示出韧脆性、突发性,失效机理呈现出多样性、复杂性,强度研究至关重要.鉴于近场动力学(peridynamics,PD)在材料断裂及损伤研究中的理论优势,本文提出一种新的复合材料近场动力学-杆单元(peridynamic-rod,PDROD)模... 碳纤维结构的破坏过程展示出韧脆性、突发性,失效机理呈现出多样性、复杂性,强度研究至关重要.鉴于近场动力学(peridynamics,PD)在材料断裂及损伤研究中的理论优势,本文提出一种新的复合材料近场动力学-杆单元(peridynamic-rod,PDROD)模型.其中,纤维束和树脂基体的力学行为分别由杆单元和PD模型表征,并建立了一种新的纤维/基体界面本构.与常规PD模型相比,PDROD存在两点优势:(1)数值模型能充分考虑各组分材料的物理特征,其便于调节纤维束的占比;(2)能精确捕捉到纤维和基体界面的脱黏模式.正因如此,该PDROD模型能应用于高性能复合材料的研发及损伤评估工作,其对于预浸料成型中纤维束占比调控及界面增韧性能评估具有重要作用.在数值分析中,详细探讨了纤维体积分数分别为10%,20%,40%和60%时复材的静态力学响应,结果显示PDROD模型能较好表征各向异性材料的力学属性.此外,通过开展拉伸载荷下单向板和层合板的失效问题研究,可以证实该计算模型在预测复材宏观损伤模式及失效机理等问题中的能力. 展开更多

关键词 近场动力学 复合材料 近场动力学-杆单元模型 纤维占比 损伤评估

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混氢燃气轮机用高温结构材料与热障涂层研究进展 被引量：2

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作者 梅浩 尚勇 +8 位作者 常可可 于海原 茹毅 赵文月 赵海根 王文文 裴延玲 李树索 宫声凯 《航空材料学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期86-104,共19页

随着全球能源结构的转型和环保要求的提高,混氢燃气轮机作为一种高效、低排放的能源转换设备受到了广泛关注。本文综述国内外混氢燃气轮机的发展现状,分析燃气轮机中氢气燃烧的特性,探讨燃氢对复杂部件的影响及其高温材料的应用,同时分... 随着全球能源结构的转型和环保要求的提高,混氢燃气轮机作为一种高效、低排放的能源转换设备受到了广泛关注。本文综述国内外混氢燃气轮机的发展现状,分析燃气轮机中氢气燃烧的特性,探讨燃氢对复杂部件的影响及其高温材料的应用,同时分析在高温、高压和腐蚀条件下工作的热端部件材料所需满足的性能要求,以及目前材料研发中的主要挑战与潜在解决方案。详细讨论氢燃烧过程中,水蒸气以及氢脆效应对燃气轮机合金和热障涂层的影响。水蒸气会加速合金的氧化和腐蚀,导致合金力学性能下降。此外,氢脆效应也会严重影响合金的韧性和耐久性,增加裂纹扩展和断裂的风险。针对这些问题,未来研究应重点关注多场耦合模拟和加速腐蚀实验的探究,综合考虑温度、压力、不同气氛等多种因素,建立真实环境模拟器,评估合金和涂层性能。同时应注重氢气和水蒸气同时存在时对高温合金和热障涂层产生的复合效应,深入探究氢在合金中的扩散机制、与晶格缺陷的相互作用和引发氢脆的微观过程。构建高温水蒸气环境下氧化模型,明晰水蒸气在高温下的解离吸附机制,保护性氧化膜Al_(2)O_(3)和Cr_(2)O_(3)的羟基化以及非保护性氧化物(如尖晶石)的生长行为。 展开更多

关键词 燃气轮机氢燃料 燃烧特性 高温合金 热障涂层

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金刚石表面增透技术的研究进展

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作者 刘朝平 孟彬 +7 位作者 袁其龙 王跃忠 宋惠 孙鹏 尚鹏 李赫 江南 西村一仁 《表面技术》 北大核心 2025年第9期1-17,共17页

金刚石因其卓越的力学、热学和光学性能,被认为是高功率激光器输出窗口和红外光学窗口等领域的理想材料,然而金刚石较高的表面反射损耗限制了其作为光学材料的应用范围。在金刚石表面镀制增透膜和构造减反射微结构是提高金刚石透过率的... 金刚石因其卓越的力学、热学和光学性能,被认为是高功率激光器输出窗口和红外光学窗口等领域的理想材料,然而金刚石较高的表面反射损耗限制了其作为光学材料的应用范围。在金刚石表面镀制增透膜和构造减反射微结构是提高金刚石透过率的2种有效方法。首先,介绍了2种金刚石增透方法的基本原理,金刚石表面增透膜方法可以通过调整膜的成分、厚度和结构等,使金刚石表面的反射光相互干涉抵消,达到减反射的效果;减反射微结构通过在金刚石表面形成亚波长微结构,无法分辨入射光,其结构层可等效为折射率渐变的薄膜,可减少折射率突变引起的反射,实现增透。然后,重点综述了近年来金刚石表面增透膜和减反射微结构等技术的研究进展,详细阐述了单层、双层、多层增透膜及减反射微结构对金刚石实际透过率的影响规律,分析了不同增透技术的影响因素,其中增透膜的材料和结构对增透效果的影响较大,微结构的增透效果主要取决于尺寸、周期和占空比。同时,总结了增透膜和微结构的各类制备技术特点,对比了2种增透技术的优缺点。最后,展望了金刚石表面增透膜和减反射微结构技术的应用前景和未来发展趋势。 展开更多

关键词 金刚石 光学窗口 增透膜 微结构 折射率 透过率

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苛刻环境用金属基复合材料表面性能研究进展 被引量：4

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作者 王林静 李可鑫 +6 位作者 周若男 肖雪莲 王方明 郝开元 赵晨辰 张国田 常可可 《中国表面工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期44-63,共20页

随着我国航空航天、海洋、核能、高端制造等工业的快速发展,重大工程机械装备面临日益苛刻的服役环境,多因素强耦合环境使机械系统的安全可靠服役面临严峻挑战。金属基复合材料可设计性强,通过合理设计结合制备工艺,能够实现优异的强韧... 随着我国航空航天、海洋、核能、高端制造等工业的快速发展,重大工程机械装备面临日益苛刻的服役环境,多因素强耦合环境使机械系统的安全可靠服役面临严峻挑战。金属基复合材料可设计性强,通过合理设计结合制备工艺,能够实现优异的强韧一体化力学性能,经过表面改性后更是兼具高比强度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优势,实现多性能协同。金属基复合材料作为结构与表面功能一体化材料在重大工程领域发挥着日益重要的作用。综述航空航天、海洋钻探、核用密封、精密加工和装甲防护五类典型苛刻环境用金属基复合材料的服役环境、材料性能要求、主要金属基复合材料体系及其面临的挑战,介绍典型的金属基复合材料制备工艺及表面改性技术,提出针对不同金属基复合材料体系制定合适的制备工艺以及表面改性技术是开发综合性能优异的金属基复合材料的有效手段,针对典型应用环境面临的突出表面问题,即摩擦、腐蚀、氧化,梳理金属基复合材料表面性能研究现状,指出改善金属基复合材料耐磨性、耐蚀性和抗氧化性的策略,并对金属基复合材料未来的发展方向进行展望,为开发强韧性、耐磨、防腐、耐高温等结构-表面功能一体化金属基复合材料提供思路。 展开更多

关键词 苛刻环境 金属基复合材料 表面性能

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深海有机防腐涂层的研究进展及关键影响因素

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作者 马英雪 吴杨敏 +1 位作者 严明龙 赵文杰 《涂料工业》 北大核心 2025年第10期76-83,共8页

【目的/意义】在深海高静水压力、高盐、低温、低溶解氧及微生物等多因素强耦合损伤作用下,海洋工程装备金属材料易发生腐蚀和疲劳失效,对其长寿命安全服役构成了严峻挑战。有机防腐涂层因性能优异、施工简便和性价比高等特性,已成为深... 【目的/意义】在深海高静水压力、高盐、低温、低溶解氧及微生物等多因素强耦合损伤作用下,海洋工程装备金属材料易发生腐蚀和疲劳失效,对其长寿命安全服役构成了严峻挑战。有机防腐涂层因性能优异、施工简便和性价比高等特性,已成为深海防腐领域应用最广泛的防护方法之一。【分析/评论/进展】本文在概述深海有机防腐涂层研究进展及主要表征方法的基础上,重点探讨了影响深海防腐涂层性能的关键因素,总结了吸水性、界面结合力和力学性能等因素对涂层失效行为的影响规律。展望了当前深海防腐涂层面临的挑战及未来发展趋势,为未来开展更加系统和完整性的研究工作提供新视角。【结论/展望】未来,耦合损伤机理解析、功能一体化设计、智能监测技术开发及服役寿命精准预测是发展高性能长寿命有机防腐涂层的重要发展方向。 展开更多

关键词 深海 腐蚀 有机涂层 失效机制 影响因素

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深海航行器耐压舱及其材料表界面的研究进展与发展趋势

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作者 张宝龙 吴廷洋 +2 位作者 唐福康 丁俊杰 茅东升 《中国表面工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期146-163,共18页

使用深海航行器是人类探索深海的主要手段之一,经过几个世纪的研发和应用,当前其最大潜深可达11 000 m。耐压舱作为深海航行器中最为核心的结构部件,为深海航行器提供了浮力和载人载物空间,并且在深海中面临着复杂的物理和化学环境,因... 使用深海航行器是人类探索深海的主要手段之一,经过几个世纪的研发和应用,当前其最大潜深可达11 000 m。耐压舱作为深海航行器中最为核心的结构部件,为深海航行器提供了浮力和载人载物空间,并且在深海中面临着复杂的物理和化学环境,因此对材料表面有极高的要求。介绍了金属与非金属材料在深海航行器耐压舱中的应用,综述了高强钢、钛合金和树脂基复合材料在深海中的表界面处理进展,总结归纳了金属材料在深海中的防腐和蠕变问题、纤维增强树脂基复合材料的内部界面处理问题和吸湿问题。总结了耐压舱的外形设计与结构优化方法,为深海航行器耐压舱的材料表界面性能的机理及表征提供了参考依据,以弥补目前在深海航行器耐压舱材料表界面领域缺乏这类综述文章的不足。 展开更多

关键词 深海航行器耐压舱 涂层 防腐 树脂基复合材料 结构优化 表界面

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海洋环境PVD抗磨蚀防护涂层的研究进展 被引量：1

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作者 郭鹏 陈仁德 +4 位作者 李昊 杨葳 西村一仁 柯培玲 汪爱英 《中国表面工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期1-20,共20页

先进表面涂层防护技术是海工装备关键金属运动系统磨损与腐蚀防护、保障海工装备高性能长寿命可靠服役的关键途径。其中,物理气相沉积(PVD)抗磨蚀防护涂层材料兼具耐老化、耐磨性、耐腐蚀等优势,特别是可满足深海或远海机械系统相关精... 先进表面涂层防护技术是海工装备关键金属运动系统磨损与腐蚀防护、保障海工装备高性能长寿命可靠服役的关键途径。其中,物理气相沉积(PVD)抗磨蚀防护涂层材料兼具耐老化、耐磨性、耐腐蚀等优势,特别是可满足深海或远海机械系统相关精密运动部件的高可靠性与稳定性要求,是抗磨蚀防护的有效技术手段之一。围绕海洋环境PVD抗磨蚀防护涂层材料及应用技术发展现状,重点介绍现有防护涂层材料体系,碳基、氮基涂层因优异耐磨及耐腐蚀性能而获得较多关注,改善膜基界面结合强度及涂层致密性等是提升其抗磨蚀性能的关键因素,而高熵涂层及过渡金属二硫属化物(TMD)涂层磨蚀防护性能也成为基础及应用研究的热点。总结主要的涂层磨蚀评价方法,目前在外加电位下开展涂层磨蚀测试性能评价的应用较多,引入理论计算研究涂层磨蚀性能及相关失效机理已逐渐开展。围绕疲劳/重载下磨蚀防护需求,介绍PVD复合喷涂、微弧氧化、热处理等兼具高承载、长寿命的复合强化抗磨蚀防护涂层材料技术的新进展。列举PVD抗磨蚀涂层在海水传动液压马达和液压泵、船舶低速柴油机柱塞、水下安全阀、钻井泵阀体阀座以及涉海直升机操纵杆等核心涉海装备部件上的典型应用,并对海洋环境PVD抗磨蚀防护涂层的未来发展方向进行思考与展望,为进一步发展高性能海洋抗磨蚀涂层材料技术提供参考。 展开更多

关键词 海洋环境 物理气相沉积(PVD)涂层 磨蚀性能 评价方法 典型应用

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环保型海洋防污涂料研究进展 被引量：2

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作者 王英杰 曹培占 +3 位作者 赵伟伟 卢光明 代金月 刘小青 《中国表面工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期100-118,共19页

海洋生物污损是指附着在各类设备表面的海洋生物,严重损害了包括航运、海产养殖等产业的经营。涂装海洋防污涂料能够高效地减少海洋生物污损在涉海装备上的附着,但传统型海洋防污涂料是通过释放重金属有毒物质实现对海洋生物污损的抑制... 海洋生物污损是指附着在各类设备表面的海洋生物,严重损害了包括航运、海产养殖等产业的经营。涂装海洋防污涂料能够高效地减少海洋生物污损在涉海装备上的附着,但传统型海洋防污涂料是通过释放重金属有毒物质实现对海洋生物污损的抑制,不可避免地危害海洋生态环境。为保护海洋生态环境、减少对重金属有毒物质的依赖,开发环保型防污涂料具有重要意义。概述了近年来环保型防污涂料的研究进展,系统地介绍了防污剂释放涂层、污损阻抗型防污涂层、污损脱附型防污涂层、两亲性聚合物以及生物降解高分子材料的防污涂层的技术进展和应用。重点从防污机理的角度对各种环保型防污涂料进行系统的阐述,总结出各种防污涂料的设计理念和发展现状,并强调环保防污涂层具有协同防污机制的显著优势。对近年来的环保型防污涂料的技术发展进行全面的罗列和总结,为海洋防污涂料的高效化、无毒化以及可降解化的发展指明了方向。 展开更多

关键词 防污涂料 污损脱附型涂料 污损阻抗型涂料 生物降解聚合物 两性离子聚合物

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席夫碱基抗菌防污材料:结构设计、制备、性质与机制

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作者 严明龙 吴赛君 赵文杰 《中国表面工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期401-427,共27页

微生物在工程装备、医疗设备及生活物品上的粘附生长为设备高效安全运行和人民生命健康带来了沉重负担,是亟需解决的重大问题。近年来,席夫碱、席夫碱金属配合物和聚席夫碱等席夫碱基材料因其独特的结构特征和物化性质而备受关注,尤其... 微生物在工程装备、医疗设备及生活物品上的粘附生长为设备高效安全运行和人民生命健康带来了沉重负担,是亟需解决的重大问题。近年来,席夫碱、席夫碱金属配合物和聚席夫碱等席夫碱基材料因其独特的结构特征和物化性质而备受关注,尤其是其展现出的抗菌、抗真菌和防污等生物活性有望在生物医药、工业和海洋等各个领域广泛应用,但针对席夫碱基抗菌防污材料的研究进展尚缺乏系统综述。简要回顾席夫碱基材料的发展历史,总结包括传统合成法和绿色合成法(超声波辅助合成、微波辐照法、研磨法和水溶剂法)制备席夫碱基材料的合成方法,分析席夫碱动力学上的不稳定性衍生出的独特化学特征(包括本征自愈性、可回收性、刺激响应性、水降解性和环保性等),尤其强调它们在医药材料、海洋防污等抗菌防污材料方面的研究进展和应用前景。指出相关研究在机理揭示、材料高效制备和应用等方面的共性科学问题,进一步提出席夫碱基抗菌防污材料的未来发展方向,相关内容可为化学、材料、海洋防污等领域的研究人员和专业人士提供参考。 展开更多

关键词 席夫碱 配合物 医用材料 抗菌 防污涂层

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仿生聚合物刷制备及海洋防污应用研究进展

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作者 伍大恒 王佳宁 张涛 《中国表面工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期119-134,共16页

受海葵刷状软毛和天然滑液关节微观结构的启发,将聚合物链的一端高密度地接枝到基底表面,形成“刷型”有序结构的聚合物膜,并通过合理的结构设计和调控化学组成,可以有效阻止蛋白质和微生物的吸附,已成为改善材料表界面性能和解决生物... 受海葵刷状软毛和天然滑液关节微观结构的启发,将聚合物链的一端高密度地接枝到基底表面,形成“刷型”有序结构的聚合物膜,并通过合理的结构设计和调控化学组成,可以有效阻止蛋白质和微生物的吸附,已成为改善材料表界面性能和解决生物污损的有效策略之一。传统制备仿生聚合物刷的方法是表面引发自由基聚合,其聚合过程高度可控,获得的聚合物分子量分布窄,但存在操作步骤繁琐、需要严格无氧环境、成本高昂且难以实现大面积制备等缺点。近年来,利用零价金属介导表面引发可控自由基聚合制备仿生聚合物刷逐渐受到广泛关注。这类方法避免了复杂冗长的除氧步骤,能够在大气环境下直接实现功能性聚合物刷的大面积、高效制备。在介绍仿生聚合物刷特点的基础上,综述国内外表面引发聚合仿生聚合物刷的研究进展,重点对比和分析零价金属介导的表面引发可控自由基聚合的适用性及特点,并阐述仿生聚合物刷在海洋防污领域的研究进展,最后展望仿生聚合物刷在海洋防污领域的未来发展趋势,为海洋仿生防污材料的设计和制备提供参考。 展开更多

关键词 仿生 聚合物刷 表面引发可控自由基聚合 零价金属催化 海洋防污

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超浸润光热材料在太阳能海水淡化中的应用进展

11

作者 韩月 黎姗 +2 位作者 张畅 陈涛 肖鹏 《中国表面工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期79-99,共21页

随着世界人口的快速增长和水污染的加剧,淡水资源短缺的问题日益严重。太阳能海水淡化技术因其环保、高效和可再生等优点被视为解决全球淡水危机的理想方案。光热转换作为一种直接且高效的策略,可以通过引入具有特殊表面设计的吸光材料... 随着世界人口的快速增长和水污染的加剧,淡水资源短缺的问题日益严重。太阳能海水淡化技术因其环保、高效和可再生等优点被视为解决全球淡水危机的理想方案。光热转换作为一种直接且高效的策略,可以通过引入具有特殊表面设计的吸光材料将入射的太阳光转化为可观的热能,以实现进一步的能源利用。然而,传统的光热转换材料难以抵御海水中高浓度盐的聚集以及污染物的侵蚀,导致低的光热转换效率和水蒸发效率,难以满足材料科学发展的需求。因此,开发可持续发展、长效抗盐的光热材料迫在眉睫。目前,通过构筑超浸润光热转换材料表面是解决高效持续水蒸发的关键。作为一类具有超亲水或超疏水的极端浸润性表面,超浸润光热表面不仅可以提供高效的供水和离子扩散通道以阻止盐的聚集,实现快速输水;而且可以防止盐离子渗透到光热材料中,从而减少热量损失,提高蒸发效率,为实现更加高效、长期和稳定的海水淡化工程提供了可能。介绍了光热转换材料的机理以及种类,讨论了超浸润光热表面的设计思路和制备方法,总结了超浸润材料的水蒸发机制,重点综述了超浸润性驱动的太阳能海水淡化的最新研究进展,展望了超浸润光热材料所面临的挑战和研究前景,可为未来超浸润光热材料的设计提供思路。 展开更多

关键词 光热转换材料 超浸润表面 界面蒸发 海水淡化

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生物基绿色本征抗菌聚肟氨酯的制备及性能研究

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作者 胡峻玮 田澍 +1 位作者 卢光明 王娜 《涂料工业》 北大核心 2025年第10期37-41,共5页

【目的】开发绿色环保的抗菌树脂。【方法】通过引入具有本征杀菌活性的生物基呋喃官能化扩链剂,设计并制备了一种绿色环保型本征抗菌聚肟氨酯弹性体(PCDU)。【结果】该材料在保持优异力学性能(拉伸强度达4.03 MPa,断裂伸长率达430%)的... 【目的】开发绿色环保的抗菌树脂。【方法】通过引入具有本征杀菌活性的生物基呋喃官能化扩链剂,设计并制备了一种绿色环保型本征抗菌聚肟氨酯弹性体(PCDU)。【结果】该材料在保持优异力学性能(拉伸强度达4.03 MPa,断裂伸长率达430%)的基础上,展现出色的抗菌性能(24 h抗菌率100%)和抗黏附性能(藻和蛋白黏附率几乎为0)。【结论】制备了一种绿色环保的本征抗菌聚肟氨酯,为后续开发海洋本征抗菌涂料提供一定参考。 展开更多

关键词 聚肟氨酯 生物基 本征抗菌 绿色环保 弹性体

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类液滑移涂层对螺旋桨减阻及水动力性能影响研究

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作者 汪涵 凌志远 +2 位作者 曾志翔 胡弘毅 耿佳东 《表面技术》 北大核心 2025年第4期242-250,共9页

目的研究类液滑移涂层对螺旋桨转动时所受阻力及水动力性能的影响,从而有效提高螺旋桨效率,实现海洋航体节能减排。方法采用喷涂法将十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)和四甲氧基硅烷(TMOS)两种单体的混合溶液敷设到螺旋桨表面得到类液滑移涂... 目的研究类液滑移涂层对螺旋桨转动时所受阻力及水动力性能的影响,从而有效提高螺旋桨效率,实现海洋航体节能减排。方法采用喷涂法将十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)和四甲氧基硅烷(TMOS)两种单体的混合溶液敷设到螺旋桨表面得到类液滑移涂层。通过滑动角表征涂层的滑移性能并确定单体配比,采用平板水洞测试、旋转阻力测试、快艇测试以及空泡水筒实验等方式,通过扭矩、转速、推力、功率和螺旋桨效率等参数研究螺旋桨转动时的阻力及水动力性能。结果涂层光滑平整,粗糙度仅有0.184 nm。DTMS分子刷负责传递水滴实现表面滑移,TMOS分子刷起着间隔物的作用,间隔距离增加可以提高水滴传递的可能性,但间隔过大反而会超出最大距离,降低传递能力。在最佳物质的量比(TMOS∶DTMS=3∶1)下,涂层的滑动角为6.17°,具备优异的水滴滑移特性和自清洁性能。涂层涂覆后可以实现桨叶1%~2%的扭矩降低、1%~2%的转速提高、4%~7%的功率下降、3%~5%的推力提升和5%~6%的螺旋桨效率(推力扭矩比)提升。结论类液滑移涂层利用边界滑移特性可以在不同进速系数下显著提高螺旋桨的水动力性能,通过提高螺旋桨效率实现减阻,最大提升率可达6.88%。 展开更多

关键词 类液滑移涂层 减阻 螺旋桨 水动力性能 分子刷 边界滑移

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多源仿生柔性滑移涂层的制备及其减阻性能研究 被引量：2

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作者 周嘉杰 胡弘毅 +4 位作者 朱萍 曾志翔 王刚 朱丽静 凌志远 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第23期153-158,179,共7页

目的研究多源仿生技术构建高性能减阻涂层的方法。方法在铝片上旋涂双组分硅胶,生成柔性涂层(模拟柔性的海豚皮肤),然后喷涂疏水纳米二氧化硅粒子,得到柔性超疏水(SHS)涂层(同时模拟柔性的海豚皮肤和SHS荷叶),再浇筑二甲基硅油,得到柔... 目的研究多源仿生技术构建高性能减阻涂层的方法。方法在铝片上旋涂双组分硅胶,生成柔性涂层(模拟柔性的海豚皮肤),然后喷涂疏水纳米二氧化硅粒子,得到柔性超疏水(SHS)涂层(同时模拟柔性的海豚皮肤和SHS荷叶),再浇筑二甲基硅油,得到柔性滑移(SLIPS)涂层(同时模拟柔性的海豚皮肤和SLIPS特性的鲨鱼皮肤)。结果低速时(200 r/min),所有涂层均有减阻效果。柔性SLIPS涂层、柔性涂层和柔性SHS涂层的减阻率分别为23.2%、18.4%、10.2%。高速时(800~1400 r/min),柔性涂层和柔性SLIPS涂层的减阻率分别4.0%、5.6%,而柔性SHS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SLIPS涂层的减阻效果均优于柔性涂层和柔性SHS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。 展开更多

关键词 减阻 仿生涂层 滑移表面 超疏水表面 柔性材料

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类金刚石碳基涂层热稳定性研究进展 被引量：2

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作者 唐紫妍 魏菁 +3 位作者 陈仁德 崔丽 郭鹏 汪爱英 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第20期1-18,共18页

类金刚石碳基(Diamond-like Carbon,DLC)涂层性能优异,前景广阔,但热稳定性不足制约了DLC涂层在严苛高温工况下的应用。首先,综述了DLC涂层热稳定性研究方法的发展现状,对比了热处理结合非原位测试、热分析、高温原位测试、模拟计算4种... 类金刚石碳基(Diamond-like Carbon,DLC)涂层性能优异,前景广阔,但热稳定性不足制约了DLC涂层在严苛高温工况下的应用。首先,综述了DLC涂层热稳定性研究方法的发展现状,对比了热处理结合非原位测试、热分析、高温原位测试、模拟计算4种常用研究方法的优劣势。其次,归纳总结了组分、制备方法和退火环境对DLC涂层热稳定性的影响过程和作用机制,发现高sp^(3)含量的无氢DLC涂层呈现出最优异的热稳定性。而不同制备方法通过影响涂层结构、sp^(3)含量、氢含量获得热稳定性各异的DLC涂层。另外,涂层在真空及惰性气体环境中的热稳定性比含氧环境更好。通过异质第三元素掺杂、多层结构、梯度结构,可进一步提高DLC涂层热力学性能。其中,元素掺杂通过改变DLC组分和键态结构,实现对涂层热稳定性的调控;而多层及梯度结构设计主要通过降低涂层应力,突破厚膜关键制备技术,进而提高涂层热稳定性。结合涂层微结构的演变规律,进一步从涂层自身石墨化、氧化、脱氢和剥落行为,阐述了DLC涂层的高温失效机理。最后,对设计和发展DLC高温防护涂层材料技术的共性挑战和未来趋势做了分析展望。 展开更多

关键词 类金刚石涂层 热稳定性 高温 调控方法 微结构特征 失效机理

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类金刚石薄膜的残余应力调控研究进展 被引量：1

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作者 杜乃洲 付志民 +2 位作者 冯存傲 郭鹏 李晓伟 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期238-252,共15页

类金刚石薄膜(Diamond-like carbon,DLC)由于其优异的性能而在诸多领域显示出广阔的应用前景。然而,DLC薄膜中存在的高残余应力,削弱了膜基结合力,导致薄膜开裂或剥落,严重限制了其使用寿命和可靠性,成为DLC薄膜研究领域中亟需解决的关... 类金刚石薄膜(Diamond-like carbon,DLC)由于其优异的性能而在诸多领域显示出广阔的应用前景。然而,DLC薄膜中存在的高残余应力,削弱了膜基结合力,导致薄膜开裂或剥落,严重限制了其使用寿命和可靠性,成为DLC薄膜研究领域中亟需解决的关键问题之一,也是基于实际应用的紧迫需求。介绍了DLC薄膜应力产生的来源,并结合国内外研究现状从元素掺杂、过渡层和工艺调控3个方面分别综述了应力调控方面的试验和理论研究进展。结果表明,元素掺杂主要是通过降低薄膜中扭曲的C-C键长和C-C-C键角的百分比含量以及缓和键长、键角的扭曲程度来降低薄膜残余应力;添加过渡层主要通过缓解DLC薄膜与基体间因热膨胀系数不匹配而引起的内应力,从而达到降低DLC薄膜残余应力的目的;不同工艺参数对残余应力的影响较为复杂,且参数的不同组合可能会导致不同的残余应力状态。以上DLC薄膜应力来源、调控方法和机理的研究将为高质量DLC薄膜的设计和制备提供理论依据。 展开更多

关键词 类金刚石薄膜 残余应力 元素掺杂 过渡层 工艺参数

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海洋环境智能防腐涂层:结构设计与响应机制 被引量：7

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作者 孙迎翔 柯燕飞 +2 位作者 吴杨敏 赵长春 赵文杰 《涂料工业》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期77-84,共8页

为满足海洋环境下的长周期腐蚀防护的需求,当前研究重点主要集中在高性能智能响应腐蚀防护涂层,以及设计和开发出具有早期损伤预警与自修复功能的复合涂层。系统概述了国内外海洋苛刻环境下智能防腐涂层材料的最新研究进展,主要包括自... 为满足海洋环境下的长周期腐蚀防护的需求,当前研究重点主要集中在高性能智能响应腐蚀防护涂层,以及设计和开发出具有早期损伤预警与自修复功能的复合涂层。系统概述了国内外海洋苛刻环境下智能防腐涂层材料的最新研究进展,主要包括自修复防腐涂层和自预警防腐涂层,并介绍了关键因素对腐蚀防护性能的影响。未来,水下自修复、多通道缺陷响应、原位海洋验证实验和工业化应用是发展高性能海洋环境智能防腐涂层的重要趋势。 展开更多

关键词 海洋环境 腐蚀防护 自修复 自预警 智能响应

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高纯铜带耐高温性能的研究进展 被引量：5

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作者 刘媛 林志霖 +3 位作者 张青科 宋振纶 钱少平 许赪 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2530-2546,共17页

随着5G电子通信、新能源汽车等产业的发展,高纯铜带在电子器件中的应用愈来愈广泛,同时电子器件封装、热沉等技术发展对其提出了苛刻的耐高温性能要求。高纯铜带对杂质控制要求非常严格,不能采用第二相来调控耐高温性能,因此是当前研究... 随着5G电子通信、新能源汽车等产业的发展,高纯铜带在电子器件中的应用愈来愈广泛,同时电子器件封装、热沉等技术发展对其提出了苛刻的耐高温性能要求。高纯铜带对杂质控制要求非常严格,不能采用第二相来调控耐高温性能,因此是当前研究的一大难点。本文综述了高纯铜带耐高温性能的最新研究进展,从制备工艺和组织控制两个角度出发,着重探讨了电解、压延、气相沉积制备的高纯铜带高温下晶粒长大机理的研究进展,针对织构和晶界工程对高纯铜带耐高温性能当前存在的问题和解决办法进行了讨论,并对其发展方向进行了展望。 展开更多

关键词 高纯铜带 耐高温性能 晶粒长大 组织 进展

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深海环境下环氧重防腐涂层的防护机理和应用研究进展 被引量：5

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作者 王朴炎 俞嘉辉 +3 位作者 臧显峰 曹求洋 郭小平 刘栓 《中国表面工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期135-145,共11页

随着陆地矿产资源的日益枯竭,开采深海中的矿产资源显得尤为紧迫和重要,但深海采矿装备都会面临严重的海水腐蚀。涂装环氧重防腐涂料是深海环境中对海工装备最重要也是最普遍的防护手段,阐明环氧重防腐涂层的防护机理和深海环境因素对... 随着陆地矿产资源的日益枯竭,开采深海中的矿产资源显得尤为紧迫和重要,但深海采矿装备都会面临严重的海水腐蚀。涂装环氧重防腐涂料是深海环境中对海工装备最重要也是最普遍的防护手段,阐明环氧重防腐涂层的防护机理和深海环境因素对涂层防护性能的影响具有重要意义。环氧重防腐涂层可通过物理屏蔽作用、缓蚀效应和电化学保护功能对深海装备进行长效防护。物理屏蔽效应是环氧涂层的基本功能,可通过调整配方中的颜基比、颜料体积浓度和搭配不同的固化剂等方式来提高环氧涂层的物理阻隔性能。在环氧树脂中添加涂层缓蚀剂和电负性更负的颜料,可与涂层本身物理屏蔽作用互为补充,协同提升环氧涂层的防护性能。深海高压会加速水分子在环氧涂层中的渗透速率,当水分子渗透涂层与金属基底接触后,水分子会导致金属基底发生电化学腐蚀反应,并降低环氧涂层在金属基底的附着力,导致涂层剥落和涂层失效。海水温度和海水pH值对环氧涂层防护性能的影响较小。海水流速会加速环氧涂层的冲蚀磨损,海生物污损对环氧涂层的影响有限。综述结果旨在阐明环氧重防腐涂层在深海环境下对金属的防护机理,探讨深海环境因素对环氧重防腐涂层防腐性能的影响规律,对深海环境用重防腐涂层内部结构调控和可控制备具有重要指导意义。综述相关研究现状不仅能指出现有研究的不足及未来研究的展开方向,还能为开发更高抗腐蚀性、更好阻隔性和更长寿命的新型环氧重防腐涂层提供理论依据。 展开更多

关键词 深海环境 重防腐涂层 防腐机理 失效

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MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜结构设计及其宽温域摩擦性能研究 被引量：2

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作者 高臻荣 候果源 任思明 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期80-89,170,共11页

目的探究环境温度对MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜摩擦磨损性能的影响,探讨并揭示薄膜在高温环境下的损伤机理。方法采用非平衡磁控溅射技术制备MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜,评价Ti、WC双功能组元以及纳米多层结构设计对薄膜表面形貌和微观... 目的探究环境温度对MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜摩擦磨损性能的影响,探讨并揭示薄膜在高温环境下的损伤机理。方法采用非平衡磁控溅射技术制备MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜,评价Ti、WC双功能组元以及纳米多层结构设计对薄膜表面形貌和微观结构的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)等表征手段对薄膜的晶体结构、表截面形貌以及表面粗糙度进行分析,利用原位纳米压痕仪对薄膜的力学性能进行评估,利用高温摩擦磨损试验机评价薄膜在不同温度环境(25~300℃)下的摩擦磨损性能,进一步通过激光共聚焦对磨痕和磨斑进行光学形貌分析,并利用能谱仪(EDS)和共聚焦显微拉曼光谱(Micro-Raman)对钢配副表面的摩擦转移膜进行成分分析。最终揭示MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜在不同温度下的磨损机理。结果MoS_(2)/Ti-WC纳米多层的结构设计可以诱导MoS_(2)(002)晶面的择优生长,获得表面平整光滑、结构致密的薄膜。相比于MoS_(2)/Ti薄膜,WC纳米层的引入,赋予薄膜更高的硬度和硬/弹比。MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜在潮湿空气中的平均摩擦因数为0.07,平均磨损率为6.14×10^(-7)mm^(3)/(N·m)。结论MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜在宽温域(100~300℃)内保持稳定的摩擦性能,这得益于薄膜纳米多层的结构设计、高的硬/弹比以及优异的抗氧化性能,同时在钢配副表面形成了连续且致密的转移膜。 展开更多

关键词 磁控溅射 MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜 环境适应性 高温润滑性能 摩擦磨损

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