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金属陶瓷涂层/碳基薄膜复合体系的设计构筑及磨蚀机理研究
结题报告
批准号:
51905244
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
27.0 万元
负责人:
何东青
依托单位:
学科分类:
E0505.机械摩擦学与表面技术
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
类金刚石碳基薄膜在海水环境中兼具优异的摩擦学性能与耐腐蚀性能,是理想的海洋耐磨蚀表面防护材料。然而,传统碳基薄膜普遍存在承载能力不足、强韧性与耐磨蚀性有待进一步提升的共性问题。本项目拟协同金属陶瓷涂层与碳基纳米多层膜的性能优势,突破涂层与薄膜异质界面匹配关键技术,构筑出底部涂层高承载、涂层-薄膜强结合、表层薄膜高强韧与耐磨蚀一体化的涂层/薄膜复合防护体系。通过对复合体系进行系统的界面匹配优化设计,建立各相界面强结合、低应力的结构设计准则,阐明金属陶瓷涂层与碳基薄膜界面匹配调控机制;研究复合体系在海水环境磨蚀过程中的电化学行为、摩擦学行为及腐蚀-磨损量化关系,揭示其腐蚀-磨损交互损伤机理与涂层/薄膜功能协同机制。本项目的实施将推动金属陶瓷涂层与碳基薄膜在海洋环境中的复合应用,并为发展海洋耐磨蚀涂层/薄膜复合防护体系提供新思路和新途径。
英文摘要
Diamond-like carbon-based films have excellent tribological properties and corrosion resistance in seawater environments, so they are ideal marine corrosion-wear resistant surface protection material. However, there are some common problems in traditional carbon-based films, such as insufficient bearing capacity, obdurability and corrosion-wear resistant. This project intends to synergize the performance advantages of cermet coating and carbon-based nanomultilayers,and construct a coating/film composite protective system with high load bearing bottom coating, tough and corrosion-wear resistant superficial film as well as strong interface between them by breaking through key technology of heterogeneous interface matching between coating and film. Through systematically optimizing the interface matching design,the structure design principle for the composite system with strongly bonded phase interface and low stress will be established, and the interface matching mechanism between the cermet coating and the carbon-based film will be clarified. The interaction mechanism of corrosion and wear as well as the functional cooperation mechanism of coating and film will be revealed by investigating the electrochemical behavior, tribological behavior and the quantitative relationship between corrosion and wear of the composite system in seawater environments. This project will promote the composite application of cermet coating and carbon-based film in marine environments, and provide new ideas and new approaches for developing coating/film composite system for marine applications.
为解决传统碳基薄膜承载能力不足、强韧性与耐磨蚀性能有待进一步提升的共性问题,项目基于金属陶瓷涂层与碳基纳米多层膜性能优势协同的设计思想,在突破涂层与薄膜异质界面匹配关键技术的基础上,发展了一种底部涂层高承载、涂层-薄膜强结合、表层薄膜高强韧与耐磨蚀一体化的涂层/薄膜复合防护体系。首先,在第一性原理计算和有限元模拟分析的基础上,优选复合体系材料组分及整体结构设计方案,通过磁控溅射工艺精细化调控获得了纳米尺度下兼具逐层梯度过渡与多元复合梯度过渡结构的“双模式梯度过渡层”,借助其硬度、模量及热膨胀系数梯度实现了金属陶瓷涂层与碳基薄膜的界面匹配。其次,系统研究了金属陶瓷涂层成分配比及厚度对复合体系机械性能及摩擦学性能的影响,并从调制比与调制周期两方面对碳基纳米多层膜进行了致密化与强韧化微纳结构调控,揭示了其强韧化机制与减磨抗磨机理,探明了复合体系结构与性能间的构效关系。最后,对比研究了金属陶瓷涂层、碳基纳米多层膜及涂层/薄膜复合体系在人工海水环境中的电化学行为、摩擦学行为及腐蚀磨损行为,重点探究了复合体系腐蚀磨损过程中腐蚀与磨损交互损伤机理与涂层/薄膜功能协同机制。研究结果表明,相较于单层碳基薄膜,金属陶瓷涂层/碳基薄膜复合体系的承载能力、耐腐蚀性能及摩擦学性能均显著提升,抗腐蚀磨损性能提升近10倍。研究成果可为重载、腐蚀、磨损等多因素耦合苛刻工况下高性能涂层/薄膜复合防护体系的设计构筑提供指导。
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
AlCrN/Cr3C2–NiCr duplex coating towards high load-bearing and dry sliding antiwear applications
AlCrN/Cr3C2·NiCr 双相涂层适用于高承载和干滑动抗磨损应用
DOI:10.1016/j.ceramint.2022.03.174
发表时间:2022-03
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Wenwen Zheng;Dongqing He;Wensheng Li;Lunlin Shang;Qiang Song;Guangan Zhang;Haimin Zhai;Bo Cheng
通讯作者:Bo Cheng
DOI:10.16078/j.tribology.2021274
发表时间:2022
期刊:摩擦学学报
影响因子:--
作者:尚伦霖;何东青;李文生;张广安
通讯作者:张广安
Tribological behaviors of DLC films in sulfuric acid and sodium hydroxide solutions
DLC薄膜在硫酸和氢氧化钠溶液中的摩擦学行为
DOI:10.1002/sia.6747
发表时间:2020
期刊:Surface and Interface Analysis
影响因子:1.7
作者:Li Wensheng;He Dongqing;Ren Wei;Wang Liping;Shang Lunling;Zhang Guangan
通讯作者:Zhang Guangan
Mechanical and High-Temperature Tribological Properties of Cr3C2-NiCr/TiN Duplex Coating
Cr3C2-NiCr/TiN 双相涂层的机械和高温摩擦学性能
DOI:10.1007/s11665-020-05226-6
发表时间:2020-10
期刊:Journal of Materials Engineering and Performance
影响因子:2.3
作者:Lunlin Shang;Wensheng Li;Dongqing He;Pengjun Tang;Guangan Zhang;Zhibin Lu
通讯作者:Zhibin Lu
Optimizing mechanical and tribological properties of DLC/Cr3C2-NiCr duplex coating via tailoring interlayer thickness
通过定制夹层厚度优化 DLC/Cr3C2-NiCr 双相涂层的机械和摩擦学性能
DOI:10.1016/j.surfcoat.2022.128198
发表时间:2022-03-04
期刊:SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY
影响因子:5.4
作者:Li, Wensheng;Zhao, Yaoting;Wood, Robert J. K.
通讯作者:Wood, Robert J. K.
摩擦诱导碳基薄膜本征弱粘着滑动界面构筑及其调控机制研究
  • 批准号:
    52365024
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    34万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    何东青
  • 依托单位:
国内基金
海外基金