(Cr, V)2AlC 固溶体MAX相涂层的设计制备与高温润滑机制
批准号:
51901238
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
王振玉
依托单位:
学科分类:
金属材料使役行为与表面工程
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
中文摘要
航空航天、国防、核电等领域的关键运动部件在高温下的耐磨润滑问题,严重影响整个系统的运行稳定性和安全可靠性。施加高温润滑涂层是解决这一问题的有效途径。以优异高温抗氧化和力学性能为前提,通过摩擦诱导润滑相赋予其良好的润滑性能,是实现高温润滑涂层设计的核心思想。Cr2AlC MAX相涂层是一种具有密排六方结构的层状高温抗氧化涂层,但受限于其力学强度和润滑性能不足。借助固溶强化作用和Magnéli相V2O5良好的润滑特性,结合前期基础,本项目提出在Cr2AlC涂层中进行V固溶的设计思路,重点调控V元素的含量,实现高纯(Cr,V)2AlC MAX相涂层的可控制备,通过高温力学、热稳定性和高温摩擦行为的研究,探讨V的固溶强化机理,明晰润滑相V的高温扩散及涂层氧化规律,阐明高温抗磨减摩机制。研究结果将为设计和发展高性能MAX相涂层提供理论基础和技术支持。
英文摘要
The lubrication and wear performance at high temperature of moving key parts in the area of aerospace, national defense, nuclear power and other high-tech industries, closely affect the reliability and lifetime of the entire system. One of the effective ways to overcome this problem is to utilize high-temperature lubrication coatings. On the basis of the excellent high-temperature oxidation resistance and mechanical properties, the key idea of realizing the design of high-temperature lubrication coatings is the formation of the friction-induced lubrication phases which can provide good lubrication. Cr2AlC MAX phase coatings with close-packed hexagonal layer structure exhibit good oxidation resistance, but the shortcomings in mechanical and lubrication performances limit their application. With the help of solution strengthening effects and good lubrication of V2O5 Magnéli phase as well as our pre-work, we bring forward the study of V solid solution in Cr2AlC coatings. The amount of V is mainly controlled aiming to achieve (Cr, V)2AlC MAX phase coatings with a high purity. The effects of V content on the mechanical property, thermal stability and high-temperature tribological behavior will be established. The mechanism of solid solution strengthening will be discussed. The high-temperature diffusion of V element and oxidation behavior of the coatings will be clarified. The adaptive mechanism of (Cr, V)2AlC coatings will be revealed. These results will provide theoretical basis and technical support for the design and development of high performance MAX phase coatings.
施加高温润滑涂层是解决空天、国防、核电等领域关键运动部件磨损失效的有效途径。本项目以具有优异抗氧化性能的Cr2AlC涂层为基础,借助固溶强化作用和Magnéli相V2O5良好的润滑特性,提出在Cr2AlC M位固溶V实现强韧高温耐磨润滑一体化的涂层设计思路。首先,突破了(Cr1-x, Vx)2AlC MAX相涂层的高纯相低温可控制备,有效拓展了MAX相涂层在温度敏感基体上的应用,并利用原位XRD技术揭示了其成相机制;其次,阐明了Cr2AlC MAX相涂层在900-1100 ℃下的表界面元素扩散行为与氧化机理,建立了高温下涂层的微结构演变规律;最后,在此基础上,系统研究了(Cr1-x, Vx)2AlC MAX相涂层的宽温域摩擦学行为及耐磨润滑机制,提出了软质熔融态V2O5包裹(Cr, Al)2O3硬质颗粒的强韧自润滑复合氧化层是固溶体涂层高温抗磨润滑的关键,为设计新型高温自适应润滑涂层提供参考。在本项目资助下,在Corros. Sci.、Mater. Design、JMST、Tribol. Inter.等主流期刊上共发表SCI论文10篇,申请发明专利7项。
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Designed Ti/TiN sub-layers suppressing the crack and erosion of TiAlN coatings
设计的 Ti/TiN 子层可抑制 TiAlN 涂层的裂纹和侵蚀
DOI:
10.1016/j.surfcoat.2022.128419
发表时间:
2022-05
期刊:
Surface and Coatings Technology
影响因子:
5.4
作者:
[Haitao Ruan, Zhenyu Wang, Li Wang, Lili Sun, Hui Peng, Peiling Ke, Aiying Wang]
通讯作者:
Aiying Wang
DOI:
--
发表时间:
2022
期刊:
中国表面工程
影响因子:
--
作者:
[周定伟, 李忠昌, 王振玉, 马冠水, 柯培玲, 胡晓君, 汪爱英]
通讯作者:
汪爱英
Transforming the amorphous Ti-Al-C coatings to high-purity Ti2AlC MAX phase coatings by prolonged annealing at 550℃
通过550℃长时间退火将非晶Ti-Al-C涂层转变为高纯Ti2AlC MAX相涂层
DOI:
--
发表时间:
2020
期刊:
Materials Letters
影响因子:
3
作者:
[Zhenyu Wang, Wentao Li, Cuicui Wang, Haichen Wu, Peiling Ke, Aiying Wang]
通讯作者:
Aiying Wang
Tribological mechanism of (Cr, V)N coating in the temperature range of 500–900 °C
(Cr,V)N涂层在500~900℃温度范围内的摩擦学机理
DOI:
10.1016/j.triboint.2021.106952
发表时间:
2021
期刊:
Tribology International
影响因子:
6.2
作者:
[Cuicui Wang, Beibei Xu, Zhenyu Wang, Hao Li, Li Wang, Rende Chen, Aiying Wang, Peiling Ke]
通讯作者:
Peiling Ke
High-performance Cr2AlC MAX phase coatings: Oxidation mechanisms in the 900-1200 ℃ temperature range
DOI:
10.1016/j.corsci.2020.108492
发表时间:
2020
期刊:
Corrosion Science
影响因子:
作者:
[Zhenyu Wang, Guanshui Ma, Linlin Liu, Li Wang, Peiling Ke, Qunji Xue, Aiying Wang]
通讯作者:
Aiying Wang
共 13 条
(Ti,Nb)2AlC MAX相涂层的海洋环境宽温域腐蚀行为与固溶调控机制
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:王振玉
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依托单位:
锆合金表面 Ti2AlC MAX相涂层的表界面设计与高温水蒸气腐蚀研究
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批准号:LQ19E010002
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2018
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负责人:王振玉
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依托单位:
国内基金
海外基金