添加碳氢化合物与硼硅对激光金属成形过程及其性能的影响

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51474130
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0414.材料冶金加工
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Laser remanufacturing is an important application and development direction of laser metal forming technology. The key of improving the forming quality under ambient environment is to reduce/control the oxidation, burning loss, slag inclusions and cracks during the laser metal remanufacturing process. A brand-new method for the laser remanufacturing special powder fabrication by using the common stainless steel powder with the trace elements boron and silicon addition coated by the hydrocarbon film is proposed in this project. By means of the experimental and numerical methods, the effects of the reducing atmosphere generated by the sub-micro hydrocarbon film combustion in the laser molten pool on the oxygen content and mechanical properties of the laser forming specimens are investigated. The relationship among the process parameters such as the thickness of coating, the oxygen content and mechanical properties of the laser forming specimens are established. The reaction process between the trace elements boron-silicon and the oxide, together with the movement rule of the low melting-point borosilicate slag in the laser molten pool are studied. The influences of the trace elements boron-silicon addition on the formation mechanism of defects such as inclusions and pores produced in the laser forming process as well as the mechanical properties of the specimens are clarified. The precipitation of the trace elements boron-silicon in the grain boundary of the formed specimens and the effects on the microstructure and mechanical properties are researched. A new method to prevent the element burning loss, oxidation, slag inclusions and cracking effectively in the laser metal remanufacturing process are discussed in the project, which will provide the basis for the design of the special alloy powders for laser remanufacturing.
激光再制造是激光金属成形技术的重要应用和发展方向,在大气环境下减少激光再制造过程中的合金元素氧化、烧损与夹渣并控制开裂是提高成形质量的关键。本项目提出用碳氢化合物膜包覆添加有微量硼硅元素的不锈钢基粉末作为激光再制造专用粉末的新思路,并利用实验和数值方法研究金属粉末外包覆的亚微米厚碳氢化合物膜在激光熔池中燃烧产生的还原气氛对激光成形试样含氧量和力学性能的影响,沟通包覆膜厚度等参数与成形试样含氧量、力学性能之间的关系;研究微量硼硅与激光熔池中氧化物的反应过程及其生成的低熔点硼硅系熔渣在熔池中的运动规律,阐明添加微量硼硅对激光成形过程中夹渣、孔洞等缺陷形成机制的影响规律,并沟通其与试样机械性能的关系;研究微量硼硅元素在成形试样晶界中的析出规律及其对微观组织和力学性能的影响。探讨在大气环境下减少激光金属再制造过程中元素烧损、氧化、夹渣与裂纹的新方法,为设计激光再制造专用合金粉末材料提供依据。

结项摘要

大气环境下减少激光再制造过程中的元素合金氧化、烧损与夹渣并控制开裂是提高成型质量的关键。利用自制的微膜包覆装置制备了有机物膜厚约160nm的包覆铁合金粉末,数值仿真表明:金属粉末外包覆的有机物膜可将激光熔池表层氧浓度降到环境氧浓度的20%;单道熔覆层的中心温度最高达到2287.7℃,固液边界线附近的温度为1738℃,熔池液相区最长存在时间约为0.5s,当扫描搭接率为50%时搭接区的熔渣有最大的运行速度、最充足的运行时间上浮至熔池表面,熔池有最好的造渣性能。当搭接率低于20%时,搭接区的熔渣上浮运动的时间小于0.25s,激光熔池凝固后会出现搭接夹渣现象。激光成型实验表明:有机物微膜包覆处理可使合金中C、B、Si元素的烧损减少50%以上;多试样抗拉强度方差下降30%以上;单位面积缺陷率下降60%以上。添加的B元素对激光熔池造渣、抗氧化、显微组织和力学性能有强烈的影响,B含量大于0.5%时,高温氧化形成的玻璃态硼硅酸盐可明显阻止熔池氧化,提高造渣性能,但显微组织中会在界面析出成片分布的硬质硼化物相,抗拉强度明显上升,塑韧性急剧下降。铁基合金激光成型熔池冷凝过程中的马氏体相变对残余应力、开裂行为与力学性能有巨大的影响,当出现马氏体相变时,激光熔覆层的残余应力为压应力,可完全避免熔覆层开裂,其硬度和抗拉强度明显上升,研究发现:C含量为0.26%至0.3%的马氏体激光成型样低温时效(210℃-300℃保温两小时,空冷)可保证其断后延伸率不低于8%,抗拉强度不低于1800MPa。基于以上的研究结果,设计了四种激光成型铁基粉末材料,一种是高硬度不开裂的铁基合金粉末,其硬度可达HRC62-64,成型时基材不预热,厚度可达10mm;一种是高强度A/F型不锈钢粉末,其激光成型试样抗拉强度940-1040MPa,延伸率20%以上;一种是高强度M/A型不锈钢粉末,其激光成型试样抗拉强度1400-1500MPa,延伸率10%以上;一种是超高强韧M/A型不锈钢粉末,其激光成型试样低温时效(210℃-300℃保温两小时,空冷)后抗拉强度1800-1900MPa,延伸率8%以上,并进行了应用示范,展示出巨大的工业应用前景。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
添加松香和淀粉对铁基合金粉末激光成形试样组织和力学性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈伟;邱长军;闫梦达
  • 通讯作者:
    闫梦达
Effects of Low-Temperature Tempering on Microstructure and Properties of the Laser-Cladded AISI 420 Martensitic Stainless Steel Coating
低温回火对激光熔覆AISI 420马氏体不锈钢涂层组织与性能的影响
  • DOI:
    10.3390/coatings8120451
  • 发表时间:
    2018-12
  • 期刊:
    Coatings
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Hongmei Zhu;Yongzuo Li;Baichun Li;Zhenyuan Zhang;Changjun Qiu
  • 通讯作者:
    Changjun Qiu
AlN coatings on Hastelloy-N alloy offering superior corrosion resistance in LiF-KF-NaF molten salt
哈氏合金-N 合金上的 AlN 涂层在 LiF-KF-NaF 熔盐中具有优异的耐腐蚀性
  • DOI:
    10.1016/j.jfluchem.2018.07.007
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
    Journal of Fluorine Chemistry
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Hongmei Zhu;Baichun Li;Minghui Chen;Zhili Liu;Zhongfeng Tang;Changjun Qiu
  • 通讯作者:
    Changjun Qiu
Improvement of Corrosion Resistance of Hastelloy-N Alloy in LiF-NaF-KF Molten Salt by Laser Cladding Pure Metallic Coatings
激光熔覆纯金属涂层提高哈氏合金-N合金在LiF-NaF-KF熔盐中的耐蚀性
  • DOI:
    10.3390/coatings8090322
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
    Coatings
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Hongmei Zhu;Baichun Li;Minghui Chen;Changjun Qiu;Zhongfeng Tang
  • 通讯作者:
    Zhongfeng Tang
铬对激光快速成型试件组织和力学性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    装备制造技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    闫梦达;邱长军
  • 通讯作者:
    邱长军

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其他文献

Experimental Study on Surface Characteristics of Laser Cladding Layer Regulated by High-Frequency Microforging
高频微锻调控激光熔覆层表面特性的实验研究
  • DOI:
    10.1007/s11666-010-9534-8
  • 发表时间:
    2011-03
  • 期刊:
    JOURNAL OF THERMAL SPRAY TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    樊湘芳;周炬;邱长军;何彬;叶江;袁波;皮政清
  • 通讯作者:
    皮政清
微锻造调控激光熔覆层表面特性的试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Thermal Spray Technology
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    皮政清;叶江;周炬;何彬;樊湘芳;袁波;邱长军
  • 通讯作者:
    邱长军
He_辐照后Al_2O_3_Ti_O2 复合陶瓷涂层的LBE腐蚀性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    装备制造与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏琰;邱长军;农毅
  • 通讯作者:
    农毅
Hastelloy N合金表面激光熔覆NiCoCrAlY涂层在LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    稀有金属材料与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈明慧;唐忠锋;申龙章;邱长军
  • 通讯作者:
    邱长军
基于CT原理的轴类件深埋裂纹扩展预测研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械设计与制造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李林升;邱长军;林国湘;娄臣臣
  • 通讯作者:
    娄臣臣

其他文献

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邱长军的其他基金

成分优化设计调控激光增材IN738LC开裂行为与组织性能研究
  • 批准号:
    52371032
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
金属/玻璃陶瓷层微结构及性能在LBE与辐照作用下的演变规律
  • 批准号:
    91326114
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    88.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划
高频微锻造作用下激光金属直接成形的相关基础问题
  • 批准号:
    50974075
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    36.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
超声微塑变热锻调控高能束熔覆层开裂行为与磨损特性
  • 批准号:
    50775106
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    33.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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  • 批准年份:
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  • 项目类别:
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相似海外基金

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  • 批准号:
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  • 财政年份:
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  • 项目类别:
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知道了

AI项目解读示例

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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