强流脉冲离子束辐照核级硬质合金涂层复相协同冲击应变机制研究

基本信息
批准号:51371043
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:朱小鹏
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:姜淑文,张锋刚,郭浩,于宁
关键词:
强流脉冲离子束核主泵无约束冲击强化核级硬质合金涂层
结项摘要

Substituting Ni for radioactive Co as binder phase in WC based cemented carbide thermal sprayed coatings is promising for wear- and corrosion- resistant applications in key components of nuclear coolant pump in nuclear power plants, such as shafts, bearings and mechanical seals. However, Ni cemented carbide coatings possess lower strength and hardness in comparison with the Co counterparts. Effective strengthening of WC-Ni cemented carbide coatings are indispensable for high reliabile and safe long term run of the equipments in nuclear power plants. Laser and elecltron beams technonlogies of remelting principle, currently available for strengthening of thermal spary coatings, are still not sufficient for the cemented carbide coatings applications due to formation of penetrating cracks or brittle phases, as a result of thermal stress and chemical reaction induced by notable thermal effect across the entire coating up to a few hundreds micrometers. In this project, a high-intensity pulsed ion beam approach is proposed to improve the overall properties of nuclear grade WC-Ni coatings, based on unconfined shock strengthening principle instead of deep remelting of the coatings. The shock processing is to be investigated concerning the non-equilbrium coupled thermal-dynamical effects (involving ultra-fast heating, remelting and ablation in the ion-implanted top layer within a few micrometers) and thus produced strong shock stress waves propogating inwards. The coupled formation of a thin top remelted layer and a deep shock deformation layer down to a few hundreds micrometers will be clarified through characterizations of shock deformed microstructures and resultant wear, corrosion and fatigue properties. Synergetic shock deformation behavior of the biphase structure in the coatings, i.e. WC hard phase and Ni binder, will be particularly studied in addition to its effect for improving the coatings' wear, corrosion, and fatigue resistance, to develop a new and reliable apprach to improving the overall properties of WC based cemented carbide coatings, extending their applications in the equipments in nuclear power plants.

以Ni替代产生放射性的Co做粘结相的无钴WC基硬质合金热喷涂涂层,在核主泵泵轴、轴承及密封等关键部件耐磨抗蚀应用,但无钴化涂层强度硬度有所降低,亟待发展有效的涂层强化技术以满足核电装备高可靠、长寿命安全运行要求。目前基于重熔改性的激光和电子束等工艺因深层熔化易形成贯穿热裂纹及大量脆性相,涂层强化效果有限。本项目拟采用自主研发的大面积强流脉冲离子束表面工程技术,辐照无钴WC基硬质合金热喷涂涂层,研究辐照非平衡热-力耦合无约束冲击作用(离子射程区快速加热、熔化与烧蚀,及由此产生向内传播的冲击应力波),通过对辐照涂层的材料学分析、磨损腐蚀及疲劳行为研究,掌握低应力重熔浅表层和深达数百微米冲击应变层的耦合形成规律,探明辐照涂层的WC硬质相/金属粘结相复相结构的协同冲击应变机制及其对性能改善作用,发展出核级硬质合金涂层耐磨抗蚀抗疲劳复合强化新技术,为有效提升涂层性能、拓展其在核电装备中应用创造条件。

项目摘要

与传统的WC-Co系硬质合金相比较,WC-Ni系硬质合金在核主泵泵轴、轴承及密封等关键部件具有明显的抗腐蚀和抗辐照的优势,但耐磨性能偏低。基于激光和电子束熔凝原理的涂层重熔改性工艺,存在贯穿热裂纹及大量脆性相等技术瓶颈,改善效果有限。本项目采用自主研发的大面积强流脉冲碳离子束技术,开展了强流脉冲离子束辐照WC-Ni系硬质合金非平衡热—力耦合无约束冲击作用实验与数值模拟研究,探明了100 ns短脉冲、射程小于1 μm强流碳离子注入,转化为冲击热应力作用,在硬质合金辐照改性表面形成了微米近表层重熔致密化和百微米深层冲击强化的复合改性组织,特别是结合预加热方法对热-力耦合效应的调控表面拉应力形成条件,抑制了改性表面的微裂纹,不仅摩擦系数降低,而且耐磨性能显著提升,从原始硬质合金的磨粒磨损行为,转变为整体微磨削和粘着磨损机制。开发出稳定输出的碳离子束源,保证了核级硬质合金及其涂层表面强化新技术,已在我国自主研制的核主泵试验件制造中取得初步应用。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

DOI:10.11834/jrs.20209060
发表时间:2020
2

针灸治疗胃食管反流病的研究进展

针灸治疗胃食管反流病的研究进展

DOI:
发表时间:2022
3

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

DOI:
发表时间:2020
4

面向云工作流安全的任务调度方法

面向云工作流安全的任务调度方法

DOI:10.7544/issn1000-1239.2018.20170425
发表时间:2018
5

基于细粒度词表示的命名实体识别研究

基于细粒度词表示的命名实体识别研究

DOI:10.3969/j.issn.1003-0077.2018.11.009
发表时间:2018

相似国自然基金

1

基于强流脉冲离子束辐照评估TiH2膜的损伤机制

批准号:11505145
批准年份:2015
负责人:刘洋
学科分类:A3001
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
2

强流脉冲离子束辐照金属材料引发表层缺陷的产生机制研究

批准号:11175012
批准年份:2011
负责人:乐小云
学科分类:A3003
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
3

高温合金热障涂层及抗氧化涂层制备中强脉冲离子束辐照新方法新工艺研究

批准号:10675012
批准年份:2006
负责人:颜莎
学科分类:A3003
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
4

强流脉冲离子束辐照热力耦合作用下AISI52100 钢的相结构演化及其对抗腐蚀性能的影响

批准号:11875183
批准年份:2018
负责人:李朋
学科分类:A3003
资助金额:66.00
项目类别:面上项目