多尺度耦合结构高熵合金涂层的激光熔覆及强韧耐磨机理研究

基本信息
批准号:51905534
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:刘昊
学科分类:
依托单位:中国矿业大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
高熵合金激光熔覆微观组织力学性能多尺度耦合结构
结项摘要

Focusing on the problem of fracture failure and wear failure of the repaired key parts of mining machinery under the extreme conditions of severe impact and continuous friction, a strategy of coupling the macro-scale texture hierarchical structure with the laminated micro-nano structure is proposed, with the aim of improving the strength, the toughness and wear resistance simultaneously. Thereby, the research on structure design, preparation of alloy coating and property characterization are conducted. The main research contents include: the high-entropy alloy system with the formation ability of laminated micro-nano structure is predicted based on the thermodynamic criterion and the valence electron theory; The mechanical behavior of the coating with the designed coupling structure under friction contact and impact load is explored using the finite element method; The control of macroscopic geometry of the coating and microstructure of the high-entropy alloy is realized by the combined means of alloy compositions design and processing planning; The effects of micro-nano laminated morphologies and macro-structure on the strength, the toughness and wear resistance are investigated experimentally. Combining the analysis result of material performance with the result of the structure simulation, the multi-scale mechanism of improvement of strength, toughness and wear resistance is clarified. The results in this project should have practical value in extending the service life of the repaired parts, improving work efficiency, reducing energy consumption and cost, and have important theoretical significance for engineering application of high entropy alloy in laser cladding process.

针对矿山机械关键零部件再制造表面在剧烈冲击、持续摩擦极端工况条件下的断裂失效和磨损失效问题,以协同提高合金涂层的强度、韧性、耐磨性为目标,提出宏观尺度织构层级结构与微纳尺度硬韧堆砌结构相耦合的策略,开展基于高熵合金材料的多尺度耦合结构涂层的设计、制备和性能分析的研究。主要研究内容包括:依据热力学判据和价电子理论,预测具备硬韧堆砌微纳结构形成能力的高熵合金体系;采用有限元数值模拟方法,研究在摩擦接触、冲击载荷作用下耦合结构涂层的力学行为;以成分设计和工艺设计相结合的手段,实现对涂层宏微观结构的可控制备;实验研究微纳堆砌形态和宏观层叠结构对涂层强韧性、耐磨性的影响。结合材料性能分析和结构仿真计算的研究结果,阐明材料-结构相耦合的多尺度协同强韧、耐磨机理。本研究成果对延长修复零件的使用寿命、提高作业效率、降低能耗及成本具有实际的应用价值,对高熵合金激光熔覆工艺的工程应用具有重要的理论意义。

项目摘要

针对矿山机械关键零部件再制造表面在重载摩擦极端工况条件下的断裂失效和磨损失效问题,以协同提高合金涂层的强韧性、耐磨性为目标,提出宏观尺度织构层级结构与微纳尺度硬韧堆砌结构相耦合的策略,开展基于高熵合金材料的多尺度耦合结构涂层的设计、制备和性能分析的研究。主要研究成果包括:基于原子尺寸差、混合焓、混合熵和价电子浓度等热力学判据设计了能够分别实现富Ti元素颗粒相原位自生和晶间碳化物协同强化的CoCrFeNi高熵合金材料体系,分别研究了具有条幅分解诱导的纳米块状硬质相堆砌结构和连续脱溶形成的纳米球形硬质相分布结构的高熵合金涂层强化机理、热稳定性、耐磨性和影响因素。在此基础上,采用搭接和堆叠的激光熔覆工艺优化手段,实现具有微米级表面织构、梯度层级宏观尺度结构可控制备,经过量化研究明确了表面织构和梯度层级宏观结构对耐磨性和强韧性的贡献,通过摩擦学行为和力学行为的分析,阐明了材料-结构相耦合的多尺度协同强韧、耐磨机理。本研究成果对延长修复零件的使用寿命、提高作业效率、降低能耗及成本具有实际的应用价值,对高熵合金激光熔覆工艺的工程应用具有重要的理论意义。

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

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

演化经济地理学视角下的产业结构演替与分叉研究评述

DOI:10.15957/j.cnki.jjdl.2016.12.031
发表时间:2016
2

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

小跨高比钢板- 混凝土组合连梁抗剪承载力计算方法研究

DOI:10.19701/j.jzjg.2015.15.012
发表时间:2015
3

基于多模态信息特征融合的犯罪预测算法研究

基于多模态信息特征融合的犯罪预测算法研究

DOI:
发表时间:2018
4

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
5

居住环境多维剥夺的地理识别及类型划分——以郑州主城区为例

居住环境多维剥夺的地理识别及类型划分——以郑州主城区为例

DOI:10.11821/dlyj201810008
发表时间:2018

刘昊的其他基金

批准号:51707188
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21875223
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:61873012
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:81802383
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50805128
批准年份:2008
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51502271
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61806104
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61503012
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81201048
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31800572
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31802199
批准年份:2018
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61902206
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81804168
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61805279
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51407183
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

激光熔覆含硼BCC结构高熵合金涂层强韧化机理研究

批准号:51271001
批准年份:2012
负责人:何宜柱
学科分类:E0106
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
2

钛合金表面激光熔覆TiNiCrAlSi-X多元高熵合金涂层的合金化规律及涂层性能

批准号:50871023
批准年份:2008
负责人:张永忠
学科分类:E0103
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
3

铝合金表面激光熔覆Al-Fe-Mn-Si-Zn系高熵合金涂层的成分设计与耐磨性研究

批准号:51401039
批准年份:2014
负责人:黄灿
学科分类:E0104
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

激光熔覆-激光等离子氮化复合原位自生梯度TiCN/Ni涂层改善钛合金耐磨性及机理研究

批准号:50801012
批准年份:2008
负责人:杨玉玲
学科分类:E0103
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目