课题基金基金详情
Fe基非晶涂层中孔隙缺陷特性及其与腐蚀关联性研究
结题报告
批准号:
51471166
项目类别:
面上项目
资助金额:
84.0 万元
负责人:
王建强
学科分类:
E0106.金属低维与亚稳材料
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
张甲、杨柏俊、孙文海、张锁德、张文利、廖家鹏、漆文斌
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
客服二维码
微信扫码咨询
中文摘要
非晶合金涂层是目前非平衡材料领域的重要研究方向之一,热喷涂制备的非晶涂层既可克服非晶块体材料室温脆性的缺点,又能发挥其优异的防腐耐磨特性,呈现出广阔的应用前景。非晶涂层使役过程中的一个突出问题是易发生分层或局部开裂,最终导致失效。 而在热喷涂过程中产生的孔隙缺陷是其主要原因,亟待解决。本项目拟以超音速火焰喷涂制备的Fe基非晶合金涂层为研究对象,系统地评价与分析孔隙的形成与演化规律以及其与腐蚀行为的内在关联性。主要内容包括:1)涂层中孔隙的类型、含量、尺度与分布等特性的准确测定与定量分析;2)涂层在孔隙缺陷作用下的腐蚀/冲蚀失效行为与机理;3) 热喷涂工艺参数(喷涂能量、涂层厚度、基板温度等)对涂层中孔隙缺陷的形成与演化特性的影响。项目完成后,可揭示非晶涂层中孔隙缺陷对腐蚀的作用机理,为推动高性能非晶涂层的工程化应用提供重要的科学与应用依据。
英文摘要
Bulk metallic glasses exhibit no plastic strain and low toughness at room temperature, which greatly restricts their applications as engineering materials. Amorphous metallic coatings (AMCs) fabricated using the thermal spray method are promising materials due to their good corrosion resistance and mechanical properties with relatively low cost. Fe-based AMCs can be employed in many important industrial fields. However, some local fracture failures of these AMCs have always been reported in severe corrosion and/or abrasive environments. The main failure reason is dominated by the existence of porosities. This defect could be formed inevitably during thermal spray. To obtain the optimum AMCs, the systematic evaluations on the correlation between the porosity defects and corrosion are highly needed. In this project, the Fe-based AMCs fabricated by high velocity oxy-fuel (HVOF) technique are selected to elucidate the defects' intrinsic characteristics and the relationship of the defects with corrosion. The detailed contents contain three aspects: (1) quantitative and accurate measurements and analyses of the existed through porosities and non-through porosities about their important features including type, content, size and distribution; (2) the erosion-corrosion behavior and failure mechanism of AMCs in relation to the porosity defects in aggressive environments; (3) how the spray processes (e.g. spraying momentum, coating thickness, base-plate temperature, etc) affect the formation and evolution of the porosity defects. As these studies are completed, the in-depth understanding of the intrinsic features about the porosities (esp.through-pores) and their correlation with corrosion can be established. It is believed that this project will enhance the practical applications of AMCs in many industrial fields.
金属玻璃具有一些传统晶态合金所不具备的独特性质。在诸多新奇特性中,高耐蚀性是最受关注的特性之一并使金属玻璃作为耐蚀涂层用于表面的腐蚀防护。金属玻璃的高耐蚀性主要归因于其可以固溶大量耐蚀组元及其成分和结构的均匀特性。但是,在非晶涂层的制备过程中,一些结构的不均匀性(晶体相、孔隙缺陷等)不可避免地存在于涂层中。这些结构不均匀性对涂层的耐蚀性有重要影响。因此,深入理解并澄清结构的不均匀性在金属玻璃腐蚀行为中的作用,对金属玻璃作为腐蚀防护涂层的应用具有重要意义。本项目选取最常见的 FeCrMoMnWBCSi 金属玻璃体系,阐明结构不均匀性对金属玻璃腐蚀的影响机制。选取 Fe 基非晶涂层,采用三维X 射线显微成像技术(XRT)表征并分析了涂层中孔隙缺陷的分布规律及其与腐蚀行为的关联性,并通过消除结构缺陷等方式提高了涂层耐蚀性能。本项目研究对高耐蚀非晶合金涂层的设计具有重要指导作用,为非晶合金作为耐蚀涂层的应用提供科学依据。主要研究结果总结如下:(1)采用三维 X 射线显微成像技术,表征并分析了涂层中孔隙缺陷的体积分数、尺寸及分布。涂层中孔隙的体积分数为 1.39%,等效直径小于 20 微米的孔隙的数目占孔隙总数目的 93.5 %,体积占所有孔隙体积的 41 %。(2)准原位三维 XRT 实验直接证实了贯穿孔隙导致的涂层下面基体的溶解。贯穿孔隙率敏感于涂层厚度,随着涂层厚度增加,贯穿孔隙率急剧降低;当涂层厚度超过某一临界厚度(240 μm)时,贯穿孔隙率趋于零。(3)利用电化学极化处理方法,选择性地溶解涂层中的贫Cr区。通过动电位和恒电位分析研究了涂层在3.5% wt.% NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明,随着Cr贫化区的消除,涂层的耐腐蚀性得到提高,钝化电流密度降低了一个数量级,同时改善了钝化膜稳定性。(4)制备了一种高Cr含量的致密Fe基金属涂层,在3.5wt%NaCl溶液中浸泡30天并进行电化学阻抗谱测量。发现电解质溶液通过颗粒间氧化层扩散到涂层内部,随后沿着氧化物层发生局部腐蚀。通过使用磷酸铝密封涂层中的扩散路径,涂层的耐腐蚀性随着腐蚀电流密度的增加而提高。(5)研究了 Fe 基非晶合金涂层和不锈钢涂层在不同载荷下的干滑动摩擦磨损行为。 Fe 基非晶合金涂层的磨损率远低于不锈钢涂层,具有更优异的耐磨性能,同时其磨损机制主要为剥落磨损,磨粒磨损和氧化磨损。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Evaluation of glass formation and critical casting diameter in Al-based metallic glasses
铝基金属玻璃中玻璃形成和临界铸造直径的评估
DOI:10.1016/j.matdes.2015.08.138
发表时间:2015-12-25
期刊:MATERIALS & DESIGN
影响因子:8.4
作者:Liao, J. P.;Yang, B. J.;Wang, J. Q.
通讯作者:Wang, J. Q.
Differences in dry sliding wear behavior between HVAF-sprayed amorphous steel and crystalline stainless steel coatings
HVAF 喷涂非晶钢和结晶不锈钢涂层之间干滑动磨损行为的差异
DOI:10.1016/j.jmst.2018.11.006
发表时间:2018
期刊:Journal of Materials Science & Technology
影响因子:10.9
作者:Guo Hui;Zhang Suode;Sun Wenhai;Wang Jianqiang
通讯作者:Wang Jianqiang
Influence of yttrium on surface chemistry and stability of passive film in Al-based binary metallic glasses
钇对铝基二元金属玻璃钝化膜表面化学和稳定性的影响
DOI:10.1016/j.apsusc.2018.06.306
发表时间:2018-11
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Gao Minghao;Zhang Suode;Yang Baijun;Wang Jianqiang
通讯作者:Wang Jianqiang
DOI:https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.08.046
发表时间:2018
期刊:Corrosion Science
影响因子:--
作者:Zhang L.M.;Zhang S.D.;Ma A.L.;Hu H.X.;Zheng Y.G.;Yang B.J.;Wang J.Q.
通讯作者:Wang J.Q.
DOI:https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.12.038
发表时间:2017
期刊:Surface & Coatings Technology
影响因子:--
作者:Wu J.;Zhang S.D.;Sun W.H.;Wang J.Q.
通讯作者:Wang J.Q.
超音速火焰喷涂非晶合金涂层扁平粒子形成特性及机理研究
  • 批准号:
    52171163
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    王建强
  • 依托单位:
高效中子吸收Fe基非晶合金涂覆硼钢的复合涂层制备关键技术研究
  • 批准号:
    U1908219
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    256.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    王建强
  • 依托单位:
α-Al纳米晶复合非晶Al合金微结构特性对耐点蚀作用机理研究
  • 批准号:
    51771195
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    王建强
  • 依托单位:
铝基非晶块体材料的制备科学
  • 批准号:
    51131006
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    240.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    王建强
  • 依托单位:
纳米相的形成对铝基金属玻璃点蚀的诱发机制研究
  • 批准号:
    51071151
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    38.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    王建强
  • 依托单位:
微组元对非晶态合金钝化膜形成与稳定性作用机理研究
  • 批准号:
    50971121
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    王建强
  • 依托单位:
高热稳定性纳米铝颗粒/非晶铝合金的结构控制与强化机理
  • 批准号:
    50471076
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    王建强
  • 依托单位:
具有宽过冷液态区非晶铝合金的形核与长大动力学及性能
  • 批准号:
    50271070
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2002
  • 负责人:
    王建强
  • 依托单位:
超声雾化铝基纳米/非晶复合结构形成机理及块体性能
  • 批准号:
    59901011
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万元
  • 批准年份:
    1999
  • 负责人:
    王建强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金