电磁/超声耦合作用下激光熔覆金属陶瓷涂层的形性协同调控机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875265
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0509.加工制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

To solve the challenge of internal stress and metallurgical defects generated by laser cladding during process of preparing metal-based ceramic coating , a new method for high-performance coating prepared by laser cladding assisted with electromagnetic / ultrasonic technique is investigated, and the research on the regulation of compound energy fields and microstructure / stress is developed. Three following issues will be focused in this proposal. The first is to study the space-time modulation and coupling equations of the electromagnetic / ultrasonic compound energy field, explore the influence of acoustic and magnetic coupling on thermodynamics of molten pool, reveal the micro-motion mechanism of reinforced particles under the multi-energy fields in molten pool. The second is to study the solidification process of laser cladding under the compound energy fields and the mechanism of uniform grain refinement, explore the distribution of ceramic reinforced particles and the evolution law of microstructure, reveal the residual stress and defect elimination mechanism of the cladding controlled by the electromagnetic / ultrasonic technique. The third is to develop the strong correlations between the process parameters, microstructure and performance, reveal the coordinated mechanism of stress and structure on the shape / performance of the cladding layers, explore the method of intelligent multi-parameter coordination under the external energy fields. The above research involves many new scientific issues, and these research achievements can not only enrich and develop the basic theory of compound energy fields processing, but also provide technical support for the engineering application of high-performance coating prepared by laser cladding.
针对金属陶瓷涂层激光熔覆制备中内应力诱导的变形开裂和冶金缺陷造成的性能不佳等问题,本项目探索电磁/超声耦合作用下激光熔覆制备高性能涂层的新方法,开展复合能场协同调控熔覆涂层组织/应力的机制研究。主要包括:(1)研究激光熔覆过程中电磁/超声复合能场的时空调制及其耦合方程,探索声磁耦合作用对熔池热动力学影响规律,明晰多场作用下熔池增强颗粒的微观运动机制;(2)研究复合能场作用下激光熔覆凝固相变过程及其晶粒均匀细化机理,分析陶瓷增强颗粒分布及其微观组织演变规律,阐明电磁/超声复合能场调控熔覆层残余应力及其缺陷消除机制;(3)研究工艺参数–微观组织–涂层性能之间的内在关联,明晰应力和组织对熔覆层的形/性协同影响机制,探索电磁/超声能场作用下多参数关联的优化调控方法。相关内容涉及诸多全新科学问题,研究成果有望丰富和发展多能场复合制造的基础理论,为激光熔覆制备高性能涂层的工程应用提供技术支撑。

结项摘要

针对金属陶瓷涂层激光熔覆制备中出现的变形开裂、冶金缺陷及组织不均等问题,本项目提出了电磁/超声辅助激光熔覆制备涂层新方法,开展了电磁/超声复合能场作用下熔池传热传质、凝固过程、组织演变及其性能调控相关研究。主要进展和成果如下:(1)研究了电磁/超声能场作用下激光熔覆熔池内的热质传输特性,建立了超声诱导熔池的非线性效应与电磁诱导的洛伦兹力的理论关系模型,分析了电磁、超声能场作用下熔池内温度场和流场的分布特性,揭示了电磁/超声复合能场在熔池中的协同作用机制;(2)基于相场法研究了电磁/超声条件下激光熔覆熔池的凝固过程,分析了能场调控熔池内部WC颗粒的空间分布特征,得到了复合能场对熔池温度梯度的影响规律,明晰了电磁超声能场对涂层WC陶瓷颗粒分布及其组织演化的调控机制;(3)研究了外加能场对复合涂层表面/截面形貌及内部缺陷的影响,探讨了激光熔覆陶瓷复合涂层内部气孔与应力形成过程,揭示了电磁/超声能场对熔覆组织内部气孔和裂纹调控机制及其涂层性能增强机理;(4)研究了电磁/超声复合激光熔覆涂层表面磨损形貌与不同能场下的磨损机制,获得了能场改善涂层组织、冶金缺陷以及陶瓷增强颗粒的分布规律,明晰了应力和组织晶粒对涂层形/性协同控制的影响,揭示了电磁/超声能场下涂层磨损性能的增强机理;(5)提出了基于支持向量机能场辅助激光熔覆工艺参数优化方法,建立了融合粒子群算法与支持向量机的PSO-SVR预测模型,实现了优化工艺参数下熔覆层几何特征和显微硬度的预测,为电磁/超声复合能场辅助激光增材工艺方的工程应用提供了基础。围绕项目研究,发表相关学术论文15篇,其中SCI收录13篇,EI收录2篇,TOP期刊5篇;授权发明专利7件,含PCT美国/英国专利2件;相关成果获2021年度江苏省科学技术奖二等奖1项,培养青年教师2名,博士生2名,硕士生9名。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
Effect of post-heat treatment on the microstructure and mechanical properties of laser metal deposition Inconel 718
后热处理对激光金属沉积Inconel 718显微组织和力学性能的影响
  • DOI:
    10.1007/s12206-021-0610-4
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Journal of Mechanical Science and Technology
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Pengfei Li;Jianzhong Zhou;Yadong Gong;Xiankai Meng;Jinzhong Lu
  • 通讯作者:
    Jinzhong Lu
Microstructure and wear resistance of electromagnetic field assisted multi-layer laser clad Fe901 coating
电磁场辅助多层激光熔覆Fe901涂层的显微组织与耐磨性
  • DOI:
    10.1016/j.surfcoat.2020.125876
  • 发表时间:
    2020-08-15
  • 期刊:
    SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Huang, Lei;Zhou, Jianzhong;Huang, Shu
  • 通讯作者:
    Huang, Shu
Microstructure evolution of laser cladding Inconel 718 assisted hybrid ultrasonic-electromagnetic field
激光熔覆Inconel 718辅助超声电磁混合场的微观组织演化
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2021.129401
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Materials Letters
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Zhang Teng;Li Pengfei;Zhou Jianzhong;Wang Chuanyu;Meng Xiankai;Huang Shu
  • 通讯作者:
    Huang Shu
Particle distribution and microstructure of IN718/WC composite coating fabricated by electromagnetic compound field-assisted laser cladding
电磁复合场辅助激光熔覆IN718/WC复合涂层的颗粒分布及微观结构
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2021.149078
  • 发表时间:
    2021-01-27
  • 期刊:
    APPLIED SURFACE SCIENCE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Huo, Kun;Zhou, Jianzhong;Xu, Jiale
  • 通讯作者:
    Xu, Jiale
Numerical simulation and solidification characteristics for laser cladding of Inconel 718
Inconel 718激光熔覆数值模拟及凝固特性
  • DOI:
    10.1016/j.optlastec.2021.107843
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Optics and Laser Technology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Chuanyu Wang;Jianzhong Zhou;Teng Zhang;Xiankai Meng;Pengfei Li;Shu Huang
  • 通讯作者:
    Shu Huang

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其他文献

对偏振变动和膜厚变动脱敏的高分子波导宽带耦合器
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  • 作者:
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    徐苏强
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    --
  • 作者:
    倪敏雄;黄舒;杜建钧;周建忠
  • 通讯作者:
    周建忠

其他文献

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周建忠的其他基金

铝锂合金激光选区熔化/超声滚压交互增材界面调控及性能增强机制
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相似国自然基金

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  • 批准号:
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AI项目解读示例

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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