高熵合金/金刚石超硬复合材料微结构设计与韧化机理研究
批准号:
U20A20236
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
260.0 万元
负责人:
刘咏
依托单位:
学科分类:
金属基复合材料与结构功能一体化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘咏
中文摘要
金刚石超硬材料在切削和钻探工具方面具有关键作用。我国是金刚石原材料大国,但在高性能超硬制品方面亟待发展。本项目针对金刚石超硬材料界面调控和强韧化机制等关键科学问题,以高熵合金为新型粘结相,通过金刚石表面涂层调控界面组织,系统揭示超硬材料服役过程的力学行为。项目拟研究合金化和界面结构对超硬材料显微组织演化的影响规律,定量描述其热、动力学行为;研究不同层次微观结构对材料强度和断裂韧性的作用规律,揭示成分、界面和缺陷状态的影响机制;研究材料疲劳、冲击服役行为与力学性能的关系,建立系统、科学的综合性能评价体系。项目的完成可望大大完善超硬材料设计与强韧化基础理论,提升超硬材料行业技术水平,解决我国高端制造、基础建设对超硬材料的重大需求,促进湖南地方科技、经济的快速发展。
英文摘要
Diamond-based superhard materials are of great importance for cutting and drilling tools. China is the largest diamond-producing country, but still needs to fasten the R&D of high-end products. The project aims to dissolve key scientific problems of interfacial control and strengthening-toughening mechanisms of diamond-based superhard materials, makes use of high entropy alloys as binder phase, coats diamonds with multi-level protecting layers, and discovers the mechanical behavior during service. The project will investigate the effects of alloying and interface structure on microstructural evolutions, and quantitatively describe the thermodynamic and kinetic behavior; will study the effects of different levels of structures on strength and fracture toughness, and discover the effecting mechanisms of compositions, interface structure and bonding; will study the fatigue, impact behavior and their relation to conventional mechanical properties, and build up a systematic and scientific evaluation system for synthetic properties. The project will bring new in-sight to the design and toughening of superhard materials, improve the technology of the industry, meet the demands of high-level manufacturing and infrastructural construction of China, and accelerate the progress of technology and economy of Hunan province.
本项目针对高强度高韧性多主元合金/金刚石超硬材料成分设计、宏微观结构的强韧化机制、复杂载荷条件下的服役行为以及工程化应用技术等研究目标,采用高通量材料制备、放电等离子烧结、高温高压合成等制备技术,以及高分辨透射电镜显微术、原位动态拉伸、拉曼光谱等现代材料分析检测手段,开展了不同场景金刚石复合材料的多主元合金粘结相成分设计、不同界面和微观结构的精细表征、准静态力学性能和摩擦磨损、疲劳和动态冲击性能测试以及现场应用考核等研究,取得了如下结果:.1)建立了基于多元扩散节、X射线荧光分析和纳米压痕等技术的多主元合金高通量材料设计方法,根据不同应用场景和制备技术,分别确定了CoNiFe、CuNiCoCr及CuNiFeSnTi等具有高强度和高韧性的多主元合金-金刚石复合材料成分,阐明了不同制备条件下多主元粘结相与金刚石结构的演化规律,形成了放电等离子烧结金刚石复合材料磨具以及高温高压合成金刚石复合材料PDC钻具的制备技术原型。.2)系统表征了复合材料中金刚石界面和粘结相结构的微观特征,阐明了多主元合金与金刚石的界面作用规律以及合金元素、碳化物对高温高压条件下金刚石骨架形成的影响规律;通过力学性能研究,揭示了界面碳化物、金刚石表面镀覆结构对材料强度和断裂韧性的作用机理,建立了金刚石复合材料强度和断裂韧性理论模型。.3)通过多种摩擦磨损和磨削性能测试,发现多主元合金粘结相与金刚石结合力强,磨削和抗磨损性能明显优于传统粘结相复合材料,阐明了复合材料高耐磨的内在机制;率先开展了金刚石复合材料的动态冲击和疲劳行为研究,揭示了复合材料在两种复杂载荷条件下的失效机制,为工程化应用提供了理论指导。.4)开展了多主元粘结相-金刚石复合材料的工程化应用研究,所开发的Cu35Ni25Co25Cr15-金刚石复合材料工作效率高,服役寿命长,有望制备孕镶金刚石钻头用于砂岩钻探;所开发的Cu35Ni25Co25Cr15多主元合金耐磨性和耐热性能优异,有望应用于铜溜槽、结晶器表面高耐磨涂层等。项目的工程化研究为成果的应用奠定了良好的基础,可通过产业化促进湖南省地方经济的发展。
粉末冶金高熵合金难熔金属碳化物沉淀析出及强化机制研究
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批准号:51671217
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2016
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负责人:刘咏
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依托单位:
三维纳米结构羟基磷灰石用于癌症特征物质快速传感机理研究
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批准号:51272289
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2012
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负责人:刘咏
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依托单位:
多孔非晶合金室温变形机理研究
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批准号:50704037
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:19.0万元
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批准年份:2007
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负责人:刘咏
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依托单位:
国内基金
海外基金