纳米组织WC-η复相涂层的耐熔锌磨蚀机理研究

基本信息
批准号:51601004
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:王海滨
学科分类:
依托单位:北京工业大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:苏学宽,张文泉,吴旭,刘兴伟,刘东,杨涛
关键词:
复合粉原位合成热喷涂耐磨蚀性能复相组织纳米WCη
结项摘要

Thermal sprayed WC-Co cemented carbide coatings have played an irreplaceable role in protecting the large mechanical equipments from surface wear and corrosion. However, the Co phase easily corroded in environment of molten zinc, leading to early failures of coatings. This project proposes to develop a new nanostructured WC-based coating with excellent wear-corrosion resistance to molten zinc through the synthesis of nanoscale WC and corrosion-resistant Co-W-C compounds i. e. η phase as an alternative to Co by in situ reactions of metal oxides and carbon, and the simultaneous grain refinement of coating to improve its strength and toughness and thus the resistance to cracks initiation and propagation. On this basis, the mechanisms of the in situ synthesis and the phase stability control during the high-temperature thermal spraying of nanoscale WC-η composite will be clarified. Moreover, we try to obtain the mechanisms of the atomic migration at the interface between nanocrystalline coating and molten zinc, the effect of molten zinc on the initiation and propagation of cracks of the coating and the influence of the phase constitutions and microstructures of coatings on their wear-corrosion resistance to molten zinc. Accordingly, the key mechanisms for the wear-corrosion resistance of the nanostructured WC-η coating against molten zinc will be proposed. The proposed new techniqul mechanisms are expected to enrich the corrosion-resistant theories of nanomaterials and break the peak performance of the current WC-based coatings as well as provide scientific basis for the research and development of cermet coatings applicated in other severe conditions.

热喷涂WC-Co硬质合金涂层在大型机械装备表面耐磨、耐蚀防护上具有不可替代的重要作用,然而在熔融锌等环境中Co相极易遭受腐蚀而导致涂层过早失效。本项目提出利用金属氧化物与碳的原位反应合成纳米WC和耐锌液腐蚀的Co-W-C化合物即η相以替代单质Co,同时通过纳米晶粒组织的强韧化效应提高制备涂层中裂纹的形核扩展抗力,研制在熔锌中具有优良耐磨蚀性能的新型纳米WC基涂层。在此基础上,揭示纳米WC-η复相的原位生成及高温热喷涂时的稳定性控制机理;研究纳米组织涂层/熔锌界面处原子的迁移规律、熔锌对涂层内裂纹形核和扩展的作用机制以及涂层相组成和微结构与其耐熔锌磨蚀性能的关系规律,由此提出纳米组织WC-η复相涂层在熔锌环境中的耐磨蚀机理。本项目提出的新技术机理可丰富纳米晶材料的耐蚀性理论,并有望显著提高现有WC基涂层在熔锌环境中的服役寿命,为其他面向苛刻环境应用的金属陶瓷涂层的研发提供重要的科学依据。

项目摘要

热喷涂WC-Co硬质合金涂层在大型机械装备表面耐磨、耐蚀防护上具有不可替代的重要作用,然而在熔融锌等环境中Co相极易遭受腐蚀而导致涂层过早失效。本项目提出利用金属氧化物与碳的原位反应合成纳米WC和耐锌液腐蚀的Co-W-C化合物即η相以替代单质Co,建立了物相、成分和粒径可控的纳米WC-η复合粉末的制备技术,平均晶粒尺寸可降低至50nm。揭示了η相和Co在不同反应阶段促进W低温碳化生成WC的作用机理。阐明了喷涂颗粒致密性对纳米WC在高温喷涂焰流中脱碳的影响规律,据此发明了基于高熔点陶瓷颗粒的分隔辅助烧结制备全致密WC基球形粉末的创新技术,完全避免了WC在超音速火焰喷涂过程中的脱碳,同时在制备涂层中获得了一定量的纳米晶Co组织,阐明了喂料粉末全致密化对涂层耐磨性能的强化机理。基于优化工艺制备的低碳纳米结构WC-η喂料粉末和涂层,研究获得了Zn在WC-η复相涂层中的扩散规律及涂层失效原因。提出基于WC的微合金化及以三元WCoB化合物替代Co粘结相的改进策略,实现了制备的硬质合金涂层耐磨耐蚀性能的协同提高。基于本项目研究成果,发表了SCI收录论文10篇,EI收录论文1篇,其中影响因子大于5.0的论文3篇,影响因子3.0-5.0的论文5篇;获授权国家发明专利3项。

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

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
4

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
5

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018

王海滨的其他基金

批准号:61571371
批准年份:2015
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:81802185
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:81330017
批准年份:2013
资助金额:290.00
项目类别:重点项目
批准号:30340009
批准年份:2003
资助金额:20.00
项目类别:专项基金项目
批准号:31570996
批准年份:2015
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:31500570
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81130009
批准年份:2011
资助金额:260.00
项目类别:重点项目
批准号:81101160
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31860518
批准年份:2018
资助金额:36.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61504038
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81371696
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:30471544
批准年份:2004
资助金额:22.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

点焊电极表面电火花原位熔敷鳞片状TiB2-TiC复相涂层的研究

批准号:51075129
批准年份:2010
负责人:董仕节
学科分类:E0508
资助金额:38.00
项目类别:面上项目
2

化学气相共沉积SiC纳米线增韧HfC-SiC梯度复相涂层研究

批准号:51402238
批准年份:2014
负责人:冯涛
学科分类:E0207
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

水力机械耐磨蚀聚氨酯/石墨烯纳米涂层研制及性能研究

批准号:51609097
批准年份:2016
负责人:李贵勋
学科分类:E0904
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

复相陶瓷的高温熔变与疲劳研究

批准号:59542001
批准年份:1995
负责人:施剑林
学科分类:E0205
资助金额:6.00
项目类别:专项基金项目