2025年, 第58卷, 第8期　刊出日期：2025-08-15

  

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海洋环境关键防护材料专栏
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  MXene改性防腐涂层:表界面调控及其防腐机制

  李冠廷, 严明龙, 赵文杰

  材料保护. 2025, 58(8): 1-15. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0128

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  针对海洋环境的金属腐蚀问题，在海工装备表面涂覆有机涂层是一种行之有效的策略。然而，有机涂层在服役过程中不可避免地会受到腐蚀介质的侵蚀，导致其性能逐渐劣化。MXene纳米片因其大比表面积、高耐渗透性和良好的界面相容性等特点，被广泛应用于提升有机涂层的防腐性能。当前，对于MXene改性有机涂层的腐蚀防护研究主要集中在表界面设计及其防腐机制方面。在概述MXene改性有机涂层研究进展的基础上，重点探讨了影响复合涂层防腐性能的关键因素及其防护机制，最后展望了MXene改性有机复合涂层的未来发展方向。
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  量子点及其增强复合涂层在金属腐蚀防护领域的研究进展

  张恒, 严明龙, 吴杨敏

  材料保护. 2025, 58(8): 16-30. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0129

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  量子点(Quantum Dots)因其卓越的生物相容性、高比表面积、易于表面功能化以及多样化的制备方法而备受关注。近年来，在腐蚀防护领域，量子点的应用取得了显著进展。首先概述了不同类型的量子点，并对比分析了常见的合成技术及其优缺点。随后，总结了量子点作为缓蚀剂在多种腐蚀环境中的表现，以及它们作为纳米填料来增强聚合物涂层防腐性能的研究现状。最后，剖析了量子点及其功能化改性涂层的防腐机理，并展望了当前量子点在防腐领域面临的挑战及未来发展趋势。
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  铜绿假单胞菌对TA2纯钛的腐蚀机理研究

  冉博元, 强玉杰, 杨昊轩, 金莹

  材料保护. 2025, 58(8): 31-43. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0130

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  随着海洋资源开发战略的深入推进，具有优异耐蚀性的纯钛在海洋工程装备中的广泛应用面临微生物腐蚀的严峻挑战。本研究以海洋优势菌种铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa，P.aeruginosa)为研究对象，通过细菌培养、电化学测试、表面形貌表征及腐蚀产物分析研究了纯钛的微生物腐蚀行为，系统揭示了TA2纯钛在生物膜作用下的腐蚀失效机制。研究表明，P.aeruginosa加速了TA2纯钛的腐蚀进程:在含菌环境浸泡初期，生物膜通过物理屏障效应暂时对基体起到保护作用；随浸泡时间的延长，生物膜脱落，表面点蚀深度较无菌环境增大，电荷转移电阻降低，腐蚀电流密度增大。一方面，有菌环境下表面钝化膜中TiO2含量下降，亚稳态Ti2O3/TiO的生成使膜层致密性降低，形成局部缺陷并诱发点蚀萌生；另一方面，P.aeruginosa可能通过分泌绿脓菌素(pyocyanin，PYO)等电子载体介导细菌和金属间的电子传递。研究成果为海洋装备的腐蚀预测与微生物防护技术开发提供了理论支撑，对提升海洋工程材料的服役安全性与经济性具有重要意义。
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  AlCoCr_1.8Fe_0.2Ni_2.1多主元合金在模拟海水环境中的磨蚀行为与机制

  苏阳阳, 庞旭明, 周成双, 蒲吉斌, 陈晨, 秦学智, 姚宏伟

  材料保护. 2025, 58(8): 44-50. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0131

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  为了应对海洋环境中金属运动部件普遍面临的磨损-腐蚀耦合失效问题，本研究设计开发了一种耐磨蚀多主元合金。通过CALPHAD相图计算，确定了AlCoCr1.8Fe0.2Ni2.1合金的成分，并采用真空熔炼制备了铸态合金。研究结果表明，该合金具有FCC＋B2＋BCC三相结构，形成了由FCC网状骨架与纳米级BCC/B2共格组织构成的微观结构。与经典的AlCoCrFeNi2.1多主元合金相比，AlCoCr1.8Fe0.2Ni2.1合金的屈服强度提升了100 MPa，硬度增加了120 HV，在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的磨蚀率降低了30%，腐蚀电流密度降低了84%，且其钝化膜的稳定性显著提升。这归因于较高的Cr含量促进了富Cr纳米相在B2基体中的共格析出，大量的共格相界阻碍了位错运动，从而提高了合金的强度。同时，大量共格相界也促进了表面再钝化速率，进一步提升了合金的耐磨蚀性能。该研究为海洋工程金属结构材料的设计提供了新的思路。
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  南海环境不同区带对S460海工钢腐蚀行为的影响研究

  张悦, 麻衡, 薛家梁, 雷黎, 崔中雨

  材料保护. 2025, 58(8): 51-62. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0132

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  由新一代热机械控制工艺(TMCP)生产的S460钢抗疲劳性能优异且更耐腐蚀，有望广泛运用于风电装备领域。本工作在三亚海域对S460钢在4个海洋区带环境(大气区、飞溅区、潮差区、全浸区)进行为期6个月的实海暴露试验，采用腐蚀速率、形貌观察及腐蚀产物成分分析等方法，研究S460钢在不同区带环境下的腐蚀行为。结果表明:经过6个月实海暴露试验，飞溅区试样的腐蚀速率最高。不同区带间环境的区别对试样腐蚀产物的生成有明显影响，飞溅区氧气充足有助于试样生成Fe3O4；而潮差区试样由于海水周期性浸润作用，使得电解液层持续存在，促进生成γ-FeOOH。所有试样表面均出现局部腐蚀，其中大气区试样的局部腐蚀坑直径和深度小且分布密集，而飞溅区试样则表现出明显的局部腐蚀坑及更大的局部腐蚀深度。
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  氧化石墨烯/三聚氰胺磷酸酯水性复合涂层耐蚀性能的研究

  赵波, 冯含宇, 舒锡娜, 昝陆军, 陶海华, 邱会东

  材料保护. 2025, 58(8): 63-68. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0133

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  为了研究氧化石墨烯/三聚氰胺磷酸酯水性复合涂层在海洋环境下的耐蚀性能，利用三聚氰胺磷酸酯对氧化石墨烯进行共价功能化改性，将改性后氧化石墨烯加至水性聚氨酯中，制备功能化氧化石墨烯水性复合涂层。通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜对比分析其结构和微观形貌，并进行耐蚀性盐雾试验、耐蚀性极化曲线测试和附着强度测试。结果表明:当复合物中氧化石墨烯与三聚氰胺磷酸酯的质量比为1 ∶3，改性后氧化石墨烯的添加量为0.8 g时，复合材料涂层的耐腐蚀效率为99.78%。同时，涂层的附着力为4.09 MPa，经过168 h盐雾试验后附着力损失率为49%。涂层的硬度为5H。接触角测试结果表明，涂层加入改性氧化石墨烯后其接触角由77.3°±1.0°上升到99.8°±0.6°。氧化石墨烯/三聚氰胺磷酸酯水性涂层具有良好的耐蚀性能，其耐蚀性能优于单纯三聚氰胺磷酸酯涂层和氧化石墨烯涂层。
综合评述
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  分形理论与方法在热喷涂涂层研究中的应用现状

  王瑞, 王海, 李嘉杞, 王海斗, 孙晓峰, 马国政, 柳建, 郭永明

  材料保护. 2025, 58(8): 69-79. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0134

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  热喷涂技术是再制造的关键支撑技术之一，热喷涂涂层与基体之间的异质界面对涂层性能有非常重要的影响。分形作为表征复杂结构形貌特征的有效手段，在材料科学领域已经实现了广泛的应用，热喷涂涂层的表面以及基体与涂层相结合的界面具有天然的自相似性和分形特征，所以通过分形理论和分形方法研究热喷涂涂层具有重要意义。本文围绕分形维数表征对喷涂涂层、结合界面、涂层性能以及涂层沉积生长机理进行总结梳理，分析表面分形维数与涂层形貌的定量关系，为研究涂层表面形貌及相关问题提供了新的方法。在未来可以围绕分形理论在喷涂熔滴的铺展行为方面进行微观的生长特性和裂纹萌生的研究，实现对涂层的质量控制，解决实际的结合强度问题。
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  钛基阳极材料表面改性技术的研究进展

  黄秋玲, 陈文龙, 郭鲤

  材料保护. 2025, 58(8): 80-90. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0135

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  钛基阳极因其在电催化活性和化学稳定性方面的优异性能，被广泛应用于氯碱工业、电催化降解污染物等领域。然而，在长期运行过程中，涂层剥落、电催化活性降低等问题限制了其进一步推广应用。通过归纳热分解法、溶胶-凝胶法、电沉积法、等离子体电解氧化法、气相沉积法等主流表面改性技术在优化表面形貌、增加阳极表面积以及提升耐腐蚀性和稳定性等方面的优势与局限，总结了不同改性方法的特点和适用性。结果表明:钛基阳极的性能显著受到材料组成、基材与涂层界面结合力以及涂层结构均匀性的影响。通过采用表面改性技术，可有效改善阳极的催化效率与耐久性。此外，工艺优化与新型涂层材料的引入对延长阳极寿命具有重要作用。未来，钛基阳极的研究应聚焦于涂层材料的设计与表面改性技术的复合应用，以实现性能与成本的优化平衡，为钛基阳极的规模化推广提供支持。
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  奥氏体金属材料高温疲劳行为及失效机理研究进展

  冯旭波, 王能

  材料保护. 2025, 58(8): 91-100. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0136

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  奥氏体金属材料由于具有优良的力学性能及耐腐蚀性能被大面积用于建造超超临界火电及核电机组。火电机组启停及快速变负荷导致的温度波动以及核电机组流致振动、热分层等因素会产生交变应力，导致材料疲劳失效。本文介绍了近年来电站用典型奥氏体金属材料高温疲劳行为的研究现状，综述了高温空气及高温高压水环境下温度、载荷、微观组织及试样形状等因素对奥氏体金属材料疲劳性能的影响规律，系统阐述了不同环境下奥氏体金属材料的高温疲劳行为及失效机理，总结了影响奥氏体金属材料疲劳寿命的具体因素，为先进发电机组高温金属材料疲劳失效行为分析提供理论基础和方法。
研究论文
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  基于微纳硅基复合填料的光固化双疏涂层的制备与性能研究

  程乾, 孙明珠, 梁斌, 胡浩东, 汪怀远

  材料保护. 2025, 58(8): 101-107. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0137

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  疏水疏油表面由于具有优异的拒液性质，在防腐蚀、自清洁、管道运输等方面具有巨大的应用前景。以玻璃鳞片(GF)作为基底，通过溶胶-凝胶法将纳米SiO2与GF水解复合得到GF-SiO2复合填料，采用化学改性的方法对复合填料接枝全氟癸基，最后制备出具有低表面能和微纳结构的复合填料GF-SiO2-F。以光固化单体作为粘结剂，GF-SiO2-F作为填料，制备了光固化涂层UV-GF-SiO2-F。该涂层的二碘甲烷接触角为153°，水接触角为158°，展现出双疏性质和自清洁性质。该涂层具有优异的耐久性和耐腐蚀性能，可以在恶劣环境下对材料起到保护作用。机理研究表明，通过构建复合填料形成微纳粗糙结构和化学改性后，迁移在复合填料表面的全氟癸基与微纳结构起到协同作用，共同捕获空气，形成稳定的气垫，减少了水和油与涂层的接触，从而使得UV-GF-SiO2-F涂层获得疏水和疏油性质。
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  固液复合滚珠润滑表面摩擦学性能研究

  汤维冬, 于爱兵, 秦拓, 郭旭峰, 叶家往, 张家伟

  材料保护. 2025, 58(8): 108-115. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0138

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  为实现乏油工况下的织构表面固液复合润滑，提高材料表面的摩擦学性能，以45钢为基体，设计并制备了一种固液复合滚珠润滑表面。在乏油工况下进行了球盘式的摩擦磨损实验，对比凹坑含油表面、滚珠润滑表面和固液复合滚珠润滑表面3种织构表面的摩擦学性能。利用激光扫描共聚焦显微镜和热场扫描电子显微镜观测了磨痕截面和磨损表面，利用高速摄像机观测固液复合滚珠润滑表面的润滑过程，并结合能谱仪(EDS)分析润滑机理。结果表明:固液复合滚珠润滑表面能够有效降低摩擦副表面的磨损，提高材料表面的摩擦学性能。与凹坑含油表面和滚珠润滑表面的摩擦系数相比，固液复合滚珠润滑表面的摩擦系数分别降低了46.3%和27.2%，磨损量分别降低了78.3%和73.7%，具有较低的摩擦系数和磨损量。在凹坑内烧结锁口环能够减小孔口的磨损，实现了凹坑内滚珠的锁口，改善了滚珠在摩擦过程中易滚落的现象。固液复合滚珠润滑表面结合了液体润滑和固体润滑的特点，能够有效降低材料表面的磨损，提高了织构表面的摩擦学性能。
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  改性SiO₂/环氧树脂/PDMS涂层超疏水及耐磨性研究

  辜雪洋, 胡雅, 刘盈, 李景旺, 袁泽峰, 孙嘉庚, 汪予安, 阮世诚, 陶志杰, 伍林

  材料保护. 2025, 58(8): 116-127. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0139

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  为了提高聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层的疏水性及耐磨性，采用KH-570对无定形SiO2颗粒进行改性，将其作为复合涂层的填料提高涂层疏水性，使用环氧树脂E-51提高涂层的耐磨性。研究了填料含量及制备工艺对复合涂层疏水性及耐磨性的影响。结果表明:KH-570成功对SiO2颗粒改性，KH-570改性SiO2颗粒的加入使得PDMS涂层获得超疏水且具有自清洁功能，确定KH-570改性SiO2颗粒填料含量为5%(质量分数)、混合搅拌时间为20 min和固化时间为2 h可以制备静态水接触角为154°和水滚动角为2°的耐磨超疏水涂层。添加0.4 g的E-51能够使复合涂层的附着力提升到0级且磨损百分比降至2.49%，同时拥有152.7°的静态接触角和9°的水滚动角，且腐蚀电压为－0.364 V，腐蚀电流为1.331×10－7 A/cm2，研究成果预期在海洋防腐工程、微流体器件及智能表面等领域具有重要应用前景。
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  镁合金微弧氧化金刚石掺杂涂层制备的研究

  齐华荣, 冯军, 袁绍华, 邓胜勇, 成俊杰, 但敏

  材料保护. 2025, 58(8): 128-139. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0140

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  为了解决镁合金耐蚀性差、耐磨性不足的问题，通过在硅酸盐系电解液中掺杂不同浓度的纳米金刚石颗粒，在镁合金表面成功制备了金刚石掺杂的微弧氧化涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、涡流测厚仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站表征微弧氧化涂层的表面形貌、元素分布、物相组成、厚度、耐磨性和耐蚀性。结果表明:当纳米金刚石的掺杂浓度，从0～2 g/L时，涂层表面的孔洞减少，孔隙率降低(从17.89%降至9.84%)，涂层厚度增加(从22.40 μm增至28.60 μm)；涂层的磨损量较少，磨痕深度较小，表面涂层剥落现象较少，表现出更优异的耐磨性；涂层的腐蚀倾向较低，耐蚀性得到提升。
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  晶界特征分布优化对镍基合金N6焊缝熔盐热腐蚀行为的影响

  柴廷玺, 李迎辉, 俞友军, 徐宏彤

  材料保护. 2025, 58(8): 140-146. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0141

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  为改善镍基合金N6等离子弧焊缝的抗熔盐腐蚀性能，对其焊缝进行拉伸形变及热处理加工(GBE样品)。借助电子背散射衍射(EBSD)和取向成像显微技术(OIM)分析晶界特征分布(GBCD)，采用900 ℃恒温腐蚀试验研究晶界特征分布对焊缝耐熔盐腐蚀性能的影响。结果表明:焊缝试样经过6%拉伸变形＋退火温度1 000 ℃＋退火时间15 min处理后，发生再结晶，导致晶粒细化；热处理过程产生大量退火孪晶，焊缝中低ΣCSL晶界比例提高至57.3%；焊缝在高温75%Na2SO4-25%NaCl熔盐中发生了氧化、硫化反应；焊缝样品表面腐蚀特征以沿晶腐蚀为主；未处理样品(Non - GBE)的热腐蚀速率[0.848 4 mg/(cm2·h)]较GBE样品的[0.339 7 mg/(cm2·h)]快。镍基合金N6焊缝通过拉伸形变及热处理加工，焊缝的耐熔盐腐蚀性能明显提升。
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  Si₃N₄基底TiC薄膜的制备及其摩擦学性能的研究

  王贺, 褚健翔, 闫广宇, 吴玉厚, 陈思博, 戴广远

  材料保护. 2025, 58(8): 147-154. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0142

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  为解决Si3N4陶瓷轴承在使用过程中因其高摩擦系数引起的发热问题，采用磁控溅射法在Si3N4陶瓷轴承表面制备了4种碳含量(原子分数)分别为38.84%、63.90%、69.23%、78.04%的TiC薄膜，研究了薄膜碳含量对薄膜微观结构和性能的影响；利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析薄膜的表面、截面形貌及薄膜成分；利用纳米划痕实验、摩擦磨损实验分析薄膜的膜基结合力及摩擦学性能。结果表明:TiC薄膜拥有无定形碳包裹着晶粒的结构；随着碳元素含量的增加，TiC薄膜显示出(111)择优取向生长趋势并慢慢转变为无明显择优取向生长；当碳含量为63.90%(原子分数)时，TiC薄膜拥有最高的膜基结合力26.22 N。与Si3N4的摩擦系数0.419相比，当碳含量为78.04%(原子分数)时，TiC薄膜拥有比Si3N4基底更低的摩擦系数0.047；在Si3N4陶瓷轴承表面制备TiC薄膜可以有效提高结合力并降低摩擦系数。
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  超音速火焰喷涂YSZ改性NiCrBSi涂层摩擦磨损性能研究

  陈川龙, 杨壬涛, 杜鹏程

  材料保护. 2025, 58(8): 155-161. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0143

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  超音速火焰喷涂制备的NiCrBSi涂层广泛应用于摩擦和腐蚀环境。为探究陶瓷改性相YSZ对NiCrBSi涂层摩擦磨损行为的影响，采用超音速火焰喷涂技术制备了YSZ掺杂质量比例分别为5%、10%、15%和20%的改性NiCrBSi涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、白光共聚焦显微镜和显微维氏硬度计等手段，对涂层的微观结构、孔隙率和硬度进行了表征，并通过多功能磨损试验机评估了不同YSZ含量涂层的摩擦磨损性能。结果表明，掺杂YSZ后涂层孔隙率从未添加时的2.4%显著降低至约0.1%。由于YSZ的显微硬度低于NiCrBSi，当YSZ含量低于10%时，涂层显微硬度因孔隙率下降而未发生明显变化；但当YSZ含量超过10%时，显微硬度显著降低。NiCrBSi涂层磨损机制为疲劳磨损以及因疲劳剥落导致的磨粒磨损的混合磨损机制，添加YSZ改性的NiCrBSi涂层疲劳磨损特征显著降低，耐磨性提升，其中含量为10%的改性涂层表现出最优的耐磨性能，其耐磨性为NiCrBSi涂层的2.5倍。
应用技术
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  面向水轮机狭窄空间的小型化HVOF装备喷涂WC10Co4Cr涂层的显微结构与耐磨性能研究

  谢长宁, 张璐, 刘刚, 李毅, 秦宇泽, 谢威威

  材料保护. 2025, 58(8): 162-171. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0144

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  针对商用超音速火焰喷涂(High velocity oxygen fuel，HVOF)设备由于枪头尺寸过大导致在水轮机叶片等狭窄空间制备硬质合金涂层时，必须小角度喷涂且效率低下的问题，自研了小型化的HVOF系统，并在不同喷涂角度下制备了WC10Co4Cr硬质合金涂层。采用扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、数显显微硬度计、万能材料试验机、橡胶轮磨粒磨损试验机等研究了喷涂角度对涂层显微结构、表面粗糙度、显微硬度、结合强度和耐磨粒磨损等性能的影响规律，并与商用HVOF设备制备的涂层进行了对比。结果表明:2种装备制备的WC10Co4Cr涂层的物相组成相似，主相为WC，同时存在由于WC分解产生的W2C和W相。涂层的孔隙率和表面粗糙度随喷涂角度的增大而减小，相同喷涂角度下，自研小型化装备制备的涂层的孔隙率和粗糙度更高。涂层的沉积效率随喷涂角度的减小而降低，商用装备在喷涂角度低于30°时沉积速率出现显著降低；小型装备在喷涂角度90°下制备涂层的显微硬度、结合强度、磨粒磨损质量损失分别为1 100.3 HV、52.5 MPa和0.011 3 g，涂层性能和粉末沉积效率均优于商用设备在喷涂角度30°下制备的涂层。由于自研小型设备可在狭窄空间垂直喷涂，因此较商用设备更适合于狭窄空间的喷涂作业。
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  成膜条件对不同类型生漆性能的影响规律

  问娟娟, 刘浪浪, 李艳, 孙蕾, 李东旭, 陈大伟

  材料保护. 2025, 58(8): 172-181. DOI：10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0145

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  生漆作为一种天然涂料，曾被誉为“涂料之王”。选取具有代表性的精制生漆、透明生漆、黑色生漆和红色生漆为研究对象，分别采用烘干法和阴干法成膜，考察漆膜的表干时间、附着力和硬度，并通过红外光谱和扫描电镜对生漆涂层进行表征分析，为生漆的应用和发展提供参考。结果表明:烘干处理的漆膜在2.5 h内表干，其中生漆和黑漆1.5 h达到表干；阴干的漆膜表干时间较长，在8～12 h之间；烘干的漆膜附着力为2 ～3级，优于阴干的漆膜，打磨处理的漆膜附着力均提高1～2级；阴干的漆膜硬度主要在HB～2H之间，烘干的漆膜硬度在2B～H之间；烘干处理后的漆酚侧链发生了交联，阴干的生漆的漆酚特征峰减弱；烘干的生漆涂层表面较阴干的平整和光滑，阴干生漆涂层的断面较为均一。生漆可以通过加热处理提高涂层的燥性和附着力，阴干处理能够提高涂层的硬度。