课题基金 / 基金详情

轻金属热喷涂预处理氧化物的去除机理与界面行为

批准号:
52075234
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李文生
依托单位:
学科分类:
摩擦学及机械表界面科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李文生

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
热喷涂是便捷、经济、适应范围广的表面工程技术之一,轻质活泼金属表面腐蚀和磨损热喷涂防护涂层的应用,对轻质防腐、耐磨结构件的设计意义重大。本项目以Al、Mg、Ti轻金属合金表面制备马氏体钢质耐磨涂层为例,系统研究涂层预处理界面氧化物的去除甚至有益化利用处理若干基础科学问题,包括:研究喷涂基材预处理氧化物(例如Al2O3、MgO、TiO2等)膜的生成机理和存在特点,建立喷涂熔融颗粒与基材、氧化物膜接触传热模型,计算选择对氧化物有熔融效果的过渡粘结层金属和喷涂颗粒尺寸,探究过渡粘结层内氧化物熔融状态、存在特性、金属间化合物的形成与涂层堆叠沉积结构、性能之间的关系等。项目将建立起一个系统地开展工作的方法,从根本上改变目前轻质活泼金属合金表面热喷涂预处理氧化物仅能部分机械去除的简单研究思路,推动整个轻质活泼金属合金热喷涂钢质(或合金)耐磨蚀涂层的高强界面结合领域的理论基础发展。
英文摘要
The thermal spray technology offers a variety of techniques, which allow the deposition of a wide range of functional coatings with the characters of convenient, economical and flexible process. The application of thermal spray on lightweight active metal surface for corrosion and wear coating is of great significance to the design of anti-corrosion and anti-wear lightweight structures. This propose takes the preparation of martensitic steel wear resistant coating on the surface of Al, Mg and Ti lightweight metal alloys as examples, and systematically studies some basic scientific problems on the removal and even beneficial utilization of surface pretreatment oxide (SPO) at the coating interface. . By studying the formation mechanism and existing characteristics of SPOs (e.g. Al2O3, MgO, TiO2, etc.) films on the special aluminum, magnesium and titanium alloy substrates, establishing heat transfer model for the contact between spray molten droplet and substrate and SPO also, determines the metal element and the spray particle size of the transition bond layer (TBL) which could melt the SPOs. Thus, relationships between the melting state of SPOs, SPOs genetic characteristics in the TBLs, intermetallic formation, splats bonding mechanisms, coating structure and performance, etc. will be explored. . A systematic work method will be set up by the investigation, fundamentally changes the simple research idea that the drawbacks of SPOs on lightweight metal alloy surface could be partly mechanically removed and is not preferable in thermal spray process, and promotes the theoretical development of the high interface bonding performance between the steel wear/corrosion-resistant coatings and the lightweight active metal alloy substrates by thermal spray technology.
铝、镁、钛等轻合金因其低密度、高比强度和比刚度而备受关注,但表面硬度低、耐磨性及耐腐蚀性差限制了其在严苛环境中的应用。本研究开发了一种适用于铝、镁、钛轻合金的耐磨、防腐及耐冲击热喷涂钢(合金)涂层。研究喷涂基材氧化膜的生成机制,建立热力耦合模型并确定过渡层金属及粒子尺寸标准,实现了涂层与轻合金的高强结合。主要研究结果包括:(1)阐明了喷涂基材氧化物膜(如Al2O3、MgO、TiO2)生成机理及特征。通过接触传热模型计算,发现尺寸大于35 µm的钼颗粒能熔融并破坏基体氧化膜。添加Mo过渡层后,铝合金钢涂层结合强度增至54 MPa。(2)明确了高温喷涂304、410不锈钢及铁基非晶粒子在铝、镁合金基体上的沉积行为,发现提高喷涂氧燃比和基体沉积条件可减少未熔颗粒,增加涂层扁平化程度,并阐明了良好扁平化的临界条件。(3)研究不同温度下不锈钢及铁基非晶涂层与铝、镁合金基体的结合特性,揭示沉积温度对界面结合和机械性能的影响,确定434SS涂层最佳沉积温度为450°C。构建镁合金基体铁基非晶涂层的沉积-应力-界面响应模型,表明增加厚度可改善表面性能。(4)探讨不同热喷涂工艺制备的不锈钢涂层在摩擦腐蚀环境下的性能及损伤机制,发现孔隙和未熔颗粒是裂纹萌生的主要区域。揭示涂层微观结构对耐磨性能的影响,提出优化孔隙率和硬度可提高涂层在复杂环境中的寿命和稳定性。研究发现,涂层厚度与裂纹数量呈反比,与裂纹间距呈正比。退火处理可消除Fe基非晶涂层近界面基体的塑性耗散区,增强抗裂纹扩展能力,提高整体断裂延伸率。本项目在国内外重要期刊发表论文52篇,其中SCI收录41篇;申请国家发明专利3件;培养人才31名(毕业博士1名、硕士8名、在读博士5名、硕士7名、工程技术人才5名、青年教师5名)。项目负责人入选甘肃省拔尖领军人才,获甘肃省科技进步一等奖和浙江省科技进步二等奖。研究成果为坦克、装甲车等重载领域提供轻质材料耐磨涂层设计理论和技术保障,具重要工业应用价值。
荧(磷)光指示粒子在耐磨蚀自敏功能涂层中的耦合性研究
  • 批准号:
    51674130
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    李文生
  • 依托单位:
高Al青铜减摩涂敷层界面特性及摩擦学性能的研究
  • 批准号:
    51165021
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    51.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    李文生
  • 依托单位:
稀土微合金化对Cu-Al共析合金粉末凝固成形作用机理研究
  • 批准号:
    50804019
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    李文生
  • 依托单位:
国内基金
海外基金