课题基金 / 基金详情

超声冲击原位辅助的超高速激光沉积非晶涂层制备及形性调控

批准号:
52075228
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李瑞峰
依托单位:
学科分类:
成形制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李瑞峰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
苛刻的服役环境对工程装备安全运行提出了严峻挑战,激光表面非晶化技术是提升其服役水平的重要途径,但传统激光熔覆技术制备非晶涂层存在非晶体积含量低、断裂韧性差等不足。本项目提出采用超声冲击原位辅助的超高速激光沉积工艺制备高性能(Ni-Fe-Co)-B-Si-Nb体系非晶涂层,主要研究内容包括:研究沉积过程中微熔池动态质能传输行为对涂层组织及成形的影响规律,优化合金体系的成分比例并明确涂层的非晶形成机制;探讨超声冲击参量与涂层残余应力分布、流变单元有效浓度和剪切带萌生/扩展行为之间的非线性关联,阐明超声冲击对涂层残余应力与拉伸塑性的协同作用机制;探究局部应力状态和非晶含量等因素对涂层腐蚀与摩擦损伤演变行为的影响规律,构建涂层损伤力学模型和寿命预测模型。最终实现高非晶含量、强韧均衡非晶涂层的一体化可控制备。研究成果可为我国关键工程装备的涂层防护与延寿提供理论指导和技术支撑。
英文摘要
Extreme service environment puts forward severe challenge for security operation of engineering equipment. Laser amorphization process gives a good choice for an increasing service level. Low amorphous volume fraction and bad fracture toughness are the main defects in the amorphous coatings fabricated by traditional laser cladding process. In this study, fabrication of high performance (Ni-Fe-Co)-B-Si-Nb amorphous coating by ultra-high speed laser deposition with in-situ UIT assistance is developed. Firstly, the influence of material/energy transferring behavior in micro-pool during laser deposition process on microstructure and morphology formation will be investigated to optimize the element proportion and clarify the amorphous phase formation mechanism. Secondly, the non-linear relationship between UIT parameters and residual stress distribution, flow units, shear bands formation/expanding behavior will be established in order to learn the synergistic action mechanism of UIT on residual stress and tensile plasticity. Then, the influence rule of regional stress state and amorphous fraction on corrosion, wear damage evolution will be systematically investigated to build the damage mechanical model and life prediction model. At the end, an integrated controllable preparation method will be developed for a high volume fraction and strength/toughness equilibrium amorphous coating. The research results can give not only theoretical direction but also technical support for coating protection and life extension of key engineering equipment.
苛刻的服役环境对工程装备安全运行提出了严峻挑战,激光表面非晶化技术是提升其服役水平的重要途径,但传统激光熔覆技术制备非晶涂层存在非晶体积含量低、断裂韧性差等缺陷。急需研发强韧均衡的高非晶含量涂层材料及关键制备技术。本项目利用大功率YLS-6000光纤激光器、ABB机器人、双筒送粉器、新型用于高速激光熔覆送粉装置、超声冲击装置和微型机床搭建了高频超声冲击原位辅助高速激光熔覆实验平台,并采用该平台发展了高性能镍基及铁基合金体系非晶涂层一体化制备技术。发现当其它条件不变时,随着扫描速度的增加,涂层表面应力逐渐减小,而当熔覆速度达到80 m/min时组织由无品体特征的非晶相和细小等轴品组成,非晶相几乎充斥了整个涂层顶部,且在涂层底部也存在一定的非晶相,结合熔池凝固行为及界面前沿非晶/枝晶竞争生长行为,阐明了非晶的形成机制;通过组织观察和数值模拟等多个方式揭示了高频超声冲击对涂层相组成、晶粒大小、残余应力和裂纹萌生/扩展行为等的协同作用机制,突破涂层制造过程中高非晶含量和低裂纹敏感性的调控理论及技术原型;发现施加超声冲击处理后涂层表面发生了明显的塑性变形。未施加超声冲击处理涂层非晶主要集中在涂层顶部,由于熔覆过程中熔池流动的马兰戈尼效应,非晶和晶相有明显的界面,且界面分界线清晰光滑,而施加超声冲击后涂层顶部和中部有明显的晶斑,证明施加超声冲击处理后发生了一定的晶化现象,并且发现超声冲击的施加导致涂层耐磨性能得到提升而耐蚀性能有所降低,并对应力状态和非晶含量等因素对涂层腐蚀与摩擦损伤演变行为的影响规律进行了系统研究,构建了涂层损伤行为产生机制。研究成果可为我国关键工程装备的防护与延寿提供理论指导和技术支撑,为加快我国制造强国的建设提供有力保障。
超声振动辅助激光金属沉积增材制造技术研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    9.8万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    李瑞峰
  • 依托单位:
激光熔覆NbC 颗粒复合镍基非晶涂层结构调控及其强韧化机理
  • 批准号:
    51405206
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    李瑞峰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金