基于质能守恒的等离子喷涂熔滴凝聚结构调控及成形粒子层展性质研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51675531
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    62.0万
  • 负责人：
    马国政
  • 依托单位：
    中国人民解放军陆军装甲兵学院
  • 学科分类：
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Plasma spraying is one of the most important technologies for surface strengthening and remanufacturing. In this project, the input and conversion mechanism of ‘matter’ and ‘energy’ during spraying formation will be studied based on the principle of mass and energy conservation. Formation mechanism of the condensed structure of droplets will be revealed by research of the mass transport in spraying jet and crystallizing behavior of droplets with different enthalpy and momentum, and an evaluation method for modality of splat will be proposed. At the same time, the generation mechanism of topological structure and defects will be revealed by thorough study of the correlation and physical-chemical reaction of muckle high activity particles. Based on above-mentioned work, considering the material characteristics, spraying conditions and state parameters of droplets, focusing on control of enthalpy and momentum of droplets, taking theoretical calculation and numerical simulation as methods, an innovational process parameters optimization method marked with ‘calculated firstly and adjusted as needed’ will be put forward to replace the conventional method. This project is expected to deeply reveal the heat and mass transfer behavior and formation mechanism of plasma spraying coatings, and to enhance the coating quality and spraying process substantially. Also, this project could provide some important insights on the improvement of more precisely, greener and smarter plasma spraying technology.
等离子喷涂是零件表面强化和再制造的重要技术之一。本项目基于质能守恒原理研究等离子喷涂成形中“物质”和“能量”的输入输出、转移转化机制，通过研究喷涂射流中的质量传输机制和荷能熔滴在不同热焓、动量条件下的凝固结晶行为揭示熔滴凝聚结构形成机理，并提出熔滴铺展形态评价方法。同时，深入研究大量高活性成形粒子间的交互作用、理化反应和层展性质，揭示涂层拓扑结构演化过程和缺陷生成机理。在前述研究基础上，综合材料特性参数、成形过程参数和熔滴状态参数，以喷涂粒子热焓和动量控制为核心，以理论计算和数值模拟为手段，突破传统的“依赖经验、反复试验”的涂层成形工艺优化方法，构建全新的“先理论计算、后按需调整”的涂层成形工艺快速精确赋予方法。本项目有望深入揭示等离子喷涂成形中的传热、传质行为和涂层构筑机理，大幅提升涂层成形质量和喷涂工艺水平，进而为提升等离子喷涂技术的精准化、绿色化、智能化水平提供科学支持。

结项摘要

等离子喷涂作为一类重要的材料表面强化、改性及损伤修复手段，在新品零件先进制造及再制造修复中具有广阔的应用前景。但传统的等离子喷涂存在涂层质量分散性大和工艺优化严重依赖经验等瓶颈问题，涂层质量和性能难以达到“精准制造”的要求，工艺控制手段也难以适应“智能制造”的发展。本项目从等离子喷涂成形中“粒子飞行”和“撞击铺展”两个基本物理过程入手，研究了等离子喷涂的微观成形过程，提出了涂层质量调控方法。研究内容主要包括：观测了飞行熔滴在气-液-固三相流中的成份转变和物相演变现象；探究了高温、高速、高活性飞行熔滴与射流的交互作用和能量传输行为；阐明了熔滴动量、热焓对其在基体表面撞击、铺展、凝固、结合的影响机理；揭示了涂层孔隙、夹杂、微裂纹、局部脱粘、残余应力等典型缺陷形成机理；创新提出了适应涂层基本构成单元—扁平粒子形态参数定量评估、残余应力状态测试及其与基体附着强度测试的系列方法；初步建立了“工艺参数-飞行状态-凝固形貌-涂层质量”映射关系，形成了喷涂工艺参数快速优化和涂层质量精确调控方法。项目研究成果可为更深入地阐述等离子喷涂成形的微观理化过程，掌握涂层典型缺陷形成机理及其调控方法，提升等离子喷涂的涂层质量和工艺水平提供重要支撑。

项目成果

期刊论文数量（38）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（15）
Significantly enhanced mechanical and tribological properties of Co-based alloy coatings by annealing treatment
退火处理显着提高钴基合金涂层的机械和摩擦学性能
  • DOI：
    10.1016/j.triboint.2020.106265
  • 发表时间：
    2020-06
  • 期刊：
    Tribology International
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Ling Tang;Pengfei He;Jiajie Kang;Le Wang;Shuyu Ding;Shuying Chen;Xianyong Zhu;Fengkuan Xie;Li Zhou;Guozheng Ma;Haidou Wang
  • 通讯作者：
    Haidou Wang
Zn2+ in-situ substitution behavior during the formation of BaTiO3 coatings from plasma-sprayed powders collected in liquid nitrogen
液氮中收集的等离子喷涂粉末形成 BaTiO3 涂层过程中 Zn2 原位取代行为
  • DOI：
    10.1016/j.jpcs.2017.12.049
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    JOURNAL OF PHYSICS AND CHEMISTRY OF SOLIDS
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Liu Zhe;Xing Zhiguo;Wang Haidou;Xue Zifan;Chen Shuying;Cui Xiufang;Jin Guo
  • 通讯作者：
    Jin Guo
Microstructure and mechanical properties of Mo coating deposited by supersonic plasma spraying
超音速等离子喷涂Mo涂层的显微组织与力学性能
  • DOI：
    10.1016/j.ijrmhm.2019.105095
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Heng-heng Xi;Peng-fei He;Hai-dou Wang;Ming Liu;Shu-ying Chen;Zhi-guo Xing;Guo-zheng Ma;Zhen-lin Lv
  • 通讯作者：
    Zhen-lin Lv
Design and application of friction pair surface modification coating for remanufacturing
再制造摩擦副表面改性涂层的设计与应用
  • DOI：
    10.1007/s40544-017-0185-3
  • 发表时间：
    2017-09
  • 期刊：
    Friction
  • 影响因子：
    6.8
  • 作者：
    Wang Haidou;Ma Guozheng;Xu Binshi;Yong Qingsong;He Pengfei
  • 通讯作者：
    He Pengfei
Comparison of solidity and fractal dimension of plasma sprayed splat with different spreading morphologies
不同铺展形貌等离子喷涂板的硬度和分形维数比较
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2017.03.059
  • 发表时间：
    2017-07
  • 期刊：
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Chen Shu-ying;Ma Guo-zheng;Wang Hai-dou;He Peng-fei;Liu Ming;Wang Hai-jun;Xu Bin-shi
  • 通讯作者：
    Xu Bin-shi

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热喷涂技术制备铝涂层及其在3.5%NaCl溶液中耐腐蚀性的研究现状
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    马国政
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  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    2.NO.93756 Troop,Tianjin 300131,China)
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  • 作者：
    鞠鹏飞;张达威;吉利;马国政;陈建敏;徐滨士
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    徐滨士
自润滑关节轴承寿命试验及损伤失效机理研究现状
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  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
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  • 作者：
    刘云帆;秦红玲;韩翠红;石佳东;马国政;王海斗
  • 通讯作者：
    王海斗

其他文献

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等离子喷涂耐磨强韧一体过共晶Al-Si合金涂层成形机理与质量调控研究
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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