Multifunctional Surface Engineering using Severe Plastic Deformation in Machining-Based Processes
在机械加工过程中利用严重塑性变形的多功能表面工程
基本信息
- 批准号:1233909
- 负责人:
- 金额:$ 37万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2012
- 资助国家:美国
- 起止时间:2012-09-01 至 2016-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The research objective of this award is to understand the physical principles that underlie the evolution of integral regions of refined microstructures on surfaces of bulk metallic materials in a new class of machining-based processes. This elucidation will focus on material systems that can manifest enhanced biological and mechanical properties, when grain-refined to the nanostructured state. Deformation configurations will be designed to allow for the removal of pre-set depths of material, while simultaneously endowing a freshly generated surface with extensive microstructure modification, in a single processing step. First, the process-structure interrelationships will be elucidated by measuring in situ, the thermomechanics of deformation using simultaneous high-speed image correlation and infrared thermography. Then the resulting surface microstructural consequences will be characterized using electron backscattered diffraction and X-ray diffraction. Resulting empirical data will be encapsulated in novel microstructure maps and modeled computationally. Ultimately, the process-structure-performance triad will be completed by measuring the osseointegrative response, corrosion properties and mechanical behavior.If successful, these breakthroughs can enable a practical utilization of newly-discovered functional properties of nanostructured metals, including the extensive proliferation of osteoblasts on nanograined surfaces, their enhanced electrochemical surface passivation, subdued accumulation of radiation damage, etcetera. Here, by focusing on elucidating biological and corrosion properties as a function of microstructures, a convenient manufacturing route is envisaged for endowing multifunctional surfaces on biomedical implants that can be seamlessly integrated with prevailing fabrication schema. Domestic and international collaborations with cutting tool and discrete product manufacturers, as well as with the University of Pittsburgh Medical Center will be leveraged to support the research thrusts and to initiate new outreach initiatives. This award will also support the development of new research-integrated undergraduate/graduate educational initiatives and enhancing participation of underrepresented groups.
该奖项的研究目标是了解基于新的基于加工的过程中散装金属材料表面上精制微观结构的整体区域的进化的物理原理。当将晶粒固定在纳米结构状态时,这种阐明将集中于可以增强生物学和机械性能的材料系统。变形配置将设计为允许去除材料的预设深度,同时在单个处理步骤中同时赋予具有广泛微观结构的新鲜生成的表面。首先,通过测量原位,使用同时使用高速图像相关性和红外热力计的变形热力学来阐明过程结构相互关系。然后,将使用电子反向衍射和X射线衍射来表征所得的表面微观结构后果。由此产生的经验数据将封装在新的微观结构图中,并以计算为模型。最终,将通过测量骨结构的反应,腐蚀性和机械行为来完成过程结构 - 性能三合会。辐射损坏等。在这里,通过关注阐明生物学和腐蚀特性随着微观结构的函数,可以设想出一种方便的制造路线,以赋予生物医学植入物的多功能表面,这些表面可以与盛行的制造模式无缝集成。国内外与切割工具和离散产品制造商以及匹兹堡大学医学中心的合作将被利用,以支持研究推力并启动新的外展计划。该奖项还将支持开发新的研究综合研究生/研究生教育计划,并增强代表性不足的团体的参与。
项目成果
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