结晶器导热铜合金表面梯度纳米层的形成机制及高温耐磨性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51874204
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0414.材料冶金加工
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Continuous casting mold is the final container of molten steel. The mold, usually made by copper alloys of high thermal conductivity, suffers heat vibration, thermal stress and mechanical abrasion during working, and therefore wear resistance and high strength are required at high temperature. The most common way for improving surface property of the alloy, at present, is to combine a high strength surface layer. Nevertheless, the combination between the copper alloy and the layer, i.e. the interface between them, is usually poor, which impedes the wear resistance to be largely improved and decrease the life time of the alloy. Based on previous work of the applicant during the past 10 years, the project first employs high-energy ball milling, spark plasma sintering and aging to fabricate Cu-Ag/Cr alloys, and then uses sliding wear to form surface layers of gradient nanograined microstructure, and makes use of second phase particles due to thermal treatment to stabilize the nanostructure, and final obtains a target alloy which has good high temperature wear resistance. Through using in-situ experimental techniques and molecular dynamics simulation, it is expected to get deep insight into the mechanisms of formation of the surface nanostructure, pinning of boundaries of nanograins by second phase particles, thermal stability and wear of the nanostructure. Based on the inherent relationship between the microstructure and the wear performance, it can provide new ideas and theoretical guidance and benefit development of surface treatment for copper alloys.
连铸结晶器是钢液凝固的最终容器,拉坯过程中受高温热负荷、热应力、机械摩擦力的影响,要求结晶器导热铜合金材料具备优良的耐高温磨损和抗高温形变能力。当前,导热铜合金表面处理最常用的方法是表面涂层,但存在涂层与基体结合不佳的难题,耐磨性能提升有限,限制了结晶器导热材料的使用寿命。结合申请人研究基础,本项目提出利用高能球磨、等离子烧结和时效处理制备Cu-Ag/Cr合金,采用表面滑动摩擦磨损技术制备连续过渡的梯度纳米结构表面层,并利用热处理对第二相稳定梯度纳米结构进行有效控制,最终获得具有优良表面特征的高温耐磨导热铜合金材料。利用分子动力学模拟等手段,深入揭示导热铜合金表面梯度纳米层的形成机制和演化规律,第二相对纳米晶的钉扎机制,纳米晶热稳定机制和梯度表面的磨损机制,阐明表面微观结构与耐磨性能和热稳定性的内在关系,可为高温耐磨铜合金表面处理技术的开发提供新的思路和科学依据,具有重要的理论和应用价值。

结项摘要

本项目采用球磨和等离子烧结辅以一定的时效热处理可控制备了高强纳米晶Cu-Cr/Ag合金,继而采用滑动摩擦磨损表面处理进一步强化了合金表面,最终获得了一种应用于连铸结晶器,室温和升温条件下均有优良耐磨性能的铜合金材料。本项目阐明了纳米晶长大动力学的核心影响因素是晶界迁移动力学,晶界类型、多晶拓扑结构和温度影响晶界迁移动力学,进而对晶粒长大产生影响,该发现可以很好地解释实验发现的长大指数多变且常大于2的现象,解决了这一长期困扰学界的问题;明晰了第二相纳米颗粒对晶界迁移的钉扎机制,探索了晶界类型、颗粒大小形状和取向对钉扎作用的影响规律。以上两方面对合理设计和制备高强纳米晶铜合金提供了理论依据,利用该依据成功提高了铜合金的热稳定性。同时,本项目阐明了耐磨性能提高的关键在于生成表面纳米层状梯度组织而不在于提高表面层的强度。基于实验表征和模拟探索,明晰了层状组织的形变机制,包括位错滑移、孪生和界面滑移。在小形变量情况下,位错滑移和孪生造成晶粒旋转生成典型的剪切取向/织构,在大形变量阶段,主导机制转变为界面滑移,使得剪切取向/织构得以稳定的同时极大地抑制了应力集中和裂纹萌生,从而使材料表现出极佳的耐磨性能。本项目的研究成果不仅极大地推动了高强耐磨铜合金的发展,亦可推广应用于其他异构纳米晶材料。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Molecular Dynamics Simulation of Zener Pinning by Differently Shaped and Oriented Particles
不同形状和取向粒子齐纳钉扎的分子动力学模拟
  • DOI:
    10.3389/fmats.2021.682422
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    FRONTIERS IN MATERIALS
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Li Yi;Zhou Jian;Li Runjie;Zhang Qingyu
  • 通讯作者:
    Zhang Qingyu
Strain-induced coarsening of ferrite lamella in cold drawn pearlitic steel wire
冷拔珠光体钢丝中铁素体片层的应变引起粗化
  • DOI:
    10.1016/j.msea.2019.138602
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Zhou Lichu;Fang Feng;Zhou Jian;Xie Zonghan;Jiang Jianqing
  • 通讯作者:
    Jiang Jianqing
Grain boundary migration and Zener pinning in a nanocrystalline Cu-Ag alloy
纳米晶铜银合金中的晶界迁移和齐纳钉扎
  • DOI:
    10.1088/1361-651x/aba737
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    MODELLING AND SIMULATION IN MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Li Runjie;Zhou Jian;Li Yi;Liu Yihan;Zhao Bingbing;Ren Fuzeng
  • 通讯作者:
    Ren Fuzeng
Application of Reaction Force Field Molecular Dynamics in Lithium Batteries.
反作用力场分子动力学在锂电池中的应用
  • DOI:
    10.3389/fchem.2020.634379
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Frontiers in chemistry
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Shi Z;Zhou J;Li R
  • 通讯作者:
    Li R
Continuous droplet rebound on heated surfaces and its effects on heat transfer property: A lattice Boltzmann study
受热表面上的连续液滴反弹及其对传热性能的影响:晶格玻尔兹曼研究
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/abd745
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Physics. B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qingyu Zhang;Qipeng Dong;Shanlin Wang;Zhijun Wang;Jian Zhou
  • 通讯作者:
    Jian Zhou

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其他文献

ANAMMOX菌利用零价铁转化氨和硝酸盐实验
  • DOI:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    周健;黄勇;袁怡;刘忻;李祥;沈杰;杨朋兵
  • 通讯作者:
    杨朋兵
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  • DOI:
    10.13422/j.cnki.syfjx.2017010228
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国实验方剂学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周健;张创峰;吕燕妮;陈芳有;张东明;魏筱华
  • 通讯作者:
    魏筱华
国土空间规划的自然要素评价与集成:进展与展望
  • DOI:
    10.16258/j.cnki.1674-5906.2021.12.019
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 作者:
    李平星;周健;刘申伟
  • 通讯作者:
    刘申伟
玄武岩纤维增强水泥基复合材料冲击压缩性能研究
  • DOI:
    10.13204/j.gyjz202005027
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张娜;周健;徐名凤;李辉
  • 通讯作者:
    李辉
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  • DOI:
    10.18307/2014.0207
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    湖泊科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许慧萍;杨桂军;周健;秦伯强;张光生;邹华;胡细全
  • 通讯作者:
    胡细全

其他文献

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拉拔成形高强珠光体钢丝的组织结构形成机制和形变强化机制研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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