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项目年度编号
1900100351
中图分类号
TG174.4
成果公布年份
2019
成果简介
科学技术的飞速发展对新材料的开发与应用提出了更高的要求。作为中国七大战略新兴产业和《中国制造2025》重点发展的十大领域之一，新材料是整个制造业转型升级的产业基础。在生产领域中，各种机械零件的选材原则是要保证其强度、刚度、抗疲劳、耐摩擦磨损、耐腐蚀等性能，以满足各种环境条件下的应用。然而，大多数机械零件在工作中受力最大及与外界环境接触的只是其表面，失效也都是从其表面开始的，如各种类型的磨损、腐蚀、压溃、扭转或弯曲疲劳等。传统材料设计中的整体均匀性原则不再适应新材料发展的要求，这就需要对基材表面某些部位单独进行处理，在保持基材整体性能不变的同时改善其表面性能，既降低了材料整体均匀性设计中的成本，又提高了材料的利用率。鉴于此，各种表面技术应运而生，并在许多领域中起着防护、耐磨、强化、修复和装饰的作用。该项目以应用前景广阔的钛合金和金属材料中用量最大、用途最广的钢铁材料作为研究对象，重点针对钢铁材料和钛合金表面耐磨性能优化工艺展开研究，突破了多个技术难题。
针对钛合金具有差的摩擦学特性问题，采用测试分析和数值模拟相结合的方法，研究钛合金干滑动磨损表面摩擦层特征与耐磨性能之间的关系，找出钛合金摩擦层发挥抗磨作用的核心成分-氧化物的类型、含量及存在形式。分析摩擦层的形成、演化与磨屑颗粒的动力学行为及其相互粘着的热力学条件之间的关联，研究摩擦层的形成机理，获得保护性摩擦层形成的控制参数：温度、滑动速度、磨屑成分和粒度等。研究摩擦层及基体微观结构在磨损过程中的协同影响机制，阐明磨损过程中摩擦层的抗磨机理。在此基础上，通过高温、高速及添加纳米颗粒的方式诱导钛合金表面摩擦保护层原位形成，达到调控磨损，提高耐磨性的目的，为提高钛合金在磨损场合的使用寿命提供必要的实践和理论储备。
针对钢构件表面涂层在制备和严酷条件使用过程中存在的界面强度差，协同变形能力差，不能充分发挥其本身作用等问题，通过真空热压法，使涂层合成与钢构件粉末冶金制备同步一次性成型。通过加入过渡层，解决了涂层与粉末冶金钢基体之间的界面结合问题，缓解了严酷工况下涂层与基体的脱落失效。借助三点弯曲、销盘磨损、高温热氧化、高温热腐蚀与计算模拟，微观分析相结合的综合手段，对粉末冶金钢构件表面涂层的形成机理、涂层与基体的界面结合机理、涂层在严酷条件下的失效原理等关键科学问题进行了研究。研究过渡层的加入在涂层与基体的结合匹配中的作用，并探讨界面行为中的扩散及结合控制机理。分析涂层相组成、过渡层的结构及粉末成型工艺间的相互作用关系，为钢构件表面涂层的设计、制备与失效分析提供理论依据。
完成单位
宿迁学院 宿迁学院产业技术研究院
完成人
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