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双尺度结构Al-Sn合金的自组织摩擦层形成规律和摩擦学性能研究

批准号:
51501065
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
鲁忠臣
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:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
宋珂、曹雪璐、王为、邢继权、宋凯强

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
进一步提高纳米相合金的摩擦学性能,关键在于解决磨痕亚表层中合金塑形变形不稳定性和自润滑相减少等问题,本质上是改善合金自组织摩擦层的结构与性能。本项目根据摩擦非线性特征和材料塑性变形机制,提出宏观上强韧化合金基体和微观上调控亚表层结构演变的协同改性新思路:一方面拟采用机械合金化法制备出双尺度复合结构Al-12wt%Sn合金,通过“硬-软”双区的协同变形改善磨痕亚表层的塑性变形机制,提高合金自组织摩擦层的稳定性;另一方面拟通过改变Sn相尺度、剪切应变和添加异质Si相等方法调控磨痕亚表层中自润滑Sn相的自组织反应,提高游离态Sn相在自组织摩擦层中的富集和扩散。二者协同作用,在双尺度结构Al-Sn合金的磨痕表面、亚表层共同构筑具有高稳定性和润滑性的自组织摩擦层,是同步提高纳米相复合结构Al-Sn合金耐磨性和减摩性的有效方法。本项研究提供了一种全新的发展双相合金高摩擦学性能的思路和方法。
英文摘要
For further improve tribological properties of nanocomposite alloy,the key is to solve both the plastic deformation instability of nanocomposite alloy and the reduction of self-lubricating phase in worn subsurface, and to promote the structures and properties of self-organized tribolayer substantially. According to the non-linear character of friction and plastic deformation of materials, this project provides a synergetic combination of toughened high-strength macroscopic matrix and control subsurface microstructural evolution. On the one hand, a dual-scale structured Al-12wt%Sn alloy will be produced by mechanical alloying, and a stabilized self-organized tribolayer will be formed in the worn subsurface due to that the improvement of plastic deformation mechanism of Al-Sn alloy is produced by the synergetic deformation mechanism of the matching of “had-soft” phases. On the other hand, in order to increase the enrichment and diffusion of free form Sn phase in the worn subsurface, some methods such as changing Sn size and shear strain, adding Si will be used to control the self-organization reaction of self-lubricating Sn phase. A synergetic work happens between the two aspects, a self-organized tribolayer combining high stabilization and lubrication will be formed in the worn surface and subsurface of the dual-scale Al-Sn alloy, it also provides an effective method to further improve the wear and friction performance of nanocomposite Al-Sn alloy synchronously. The research results demonstrate a bran-new idea and method to develop high wear performance for the dual-phase alloy.
为了解决轴承合金干滑动磨损过程中,磨痕亚表层中合金塑性变形不稳定性和自润滑相减少等问题,进一步提高纳米相轴承合金的摩擦学性能,本项目开展了一系列合金的结构设计和制备方法,及其它们的力学性和摩擦学性能研究。主要采用反应球磨法、机械热处理原位法分别合成了具有纳米相复合和双尺度结构的Al-Sn基合金,实现了Al-Sn合金在热稳定性和力学性能双方面的改善和调控;同时,对纳米相复合结构和双尺度结构 Al-Sn 合金磨痕横截面的相结构和组织形貌的变化进行系统观察,揭示了双尺度结构中纳米相复合区和粗晶区在磨痕表面、亚表层的组织演变中对Al-Sn合金摩擦性能的协同作用机理,为双尺度结构改善轴承合金的摩擦学性能提供理论基础,也为双尺度结构Al-Sn基软质摩擦材料的工业化应用提供技术支持。此外,我们基于项目中的构建材料的双尺度结构思路,利用等离子球磨技术制备出不同尺寸的板状WC晶粒,调控不同尺度WC相在合金基体中的比例及其定向排列状态,制备出双尺度结构的板状WC-8Co硬质合金,所制备的YG8硬质合金的力学性能:硬度1733kgf/mm2,断裂强度4000MPa,断裂韧性21.56 MPa*m1/2。实现了超短程、低成本制备超高性能WC-Co合金的思路和方法。在本项目执行期间,共在 Wear, Surface and Coatings Technology, Ceramics International 等期刊上发表学术论文8 篇, 其中SCI收录5篇,EI收录2 篇,中文核心期刊发表综述1篇。申请发明专利 7 项,已获授权发明专利 4 项。
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
Achieving high transverse rupture strength of WC-8Co hardmetals through forming plate-like WC grains by plasma assisted milling
通过等离子辅助铣削形成板状 WC 晶粒,实现 WC-8Co 硬质合金的高横向断裂强度
DOI: 10.1016/j.matchemphys.2017.01.010
发表时间: 2017-04
期刊: Materials Chemistry and Physics
影响因子: 4.6
作者: [Wang Wei, Lu Zhongchen, Zeng Meiqin, Bao Xianyong, Zhu Min]
通讯作者: Zhu Min
Evolution of metal nitriding and hydriding reactions during ammonia plasma-assisted ball milling
氨等离子体辅助球磨过程中金属氮化和氢化反应的演变
DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.07.048
发表时间: 2018-10
期刊: Ceramics International
影响因子: 5.2
作者: [Li Y., Zeng M. Q., Liu J. W., Lu Z. C.]
通讯作者: Lu Z. C.
A remarkable enhancement of mechanical and wear properties by creating a dual-scale structure in an Al-Sn-Si alloy
通过在 Al-Sn-Si 合金中创建双尺度结构,显着提高机械和磨损性能
DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.07.030
发表时间: 2017-09-25
期刊: SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY
影响因子: 5.4
作者: [Song, K. Q., Lu, Z. C., Zeng, M. Q.]
通讯作者: Zeng, M. Q.
Microstructure evolution of Cu-Sn-Bi alloy in ball milling and sintering
Cu-Sn-Bi合金在球磨和烧结过程中的微观结构演变
DOI: 10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.08.04
发表时间: 2017
期刊: Chinese Journal of Nonferrous Metals
影响因子: --
作者: [曾美琴, 邢继权, 何秋梅, 胡仁宗, 朱敏, 鲁忠臣]
通讯作者: 鲁忠臣
8
    WC-Co基硬质合金板状形态调控及其综合力学性能提升
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      15.0万元
    • 批准年份:
      2024
    • 负责人:
      鲁忠臣
    • 依托单位:
    高性能板状结构WC-Co硬质合金的制备及其力学性能研究
    • 批准号:
      2020A151501551
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      10.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      鲁忠臣
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金