基于摩擦诱导抗菌增强的CrSiCN水润滑涂层的改性及性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51775271
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    58.0万
  • 负责人：
    周飞
  • 依托单位：
    南京航空航天大学
  • 学科分类：
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Aiming at the problem that the surface of water lubricated parts is easy to be attached by microorganisms in water and the wear rate of CrSiCN coating is high, the project proposes to sudy the modification of CrSiCN based coatings and their tribological, corrosive and antibacterial properties in water environment based on the principle of friction induced antibacterial enhancement. The effect of molybdenum (Mo) and silver (Ag) doping on the microstructure and mechanical properties of CrSiCN is investigated, and then the strengthening and toughening mechanism of CrMoAgSiCN coatings is elucidated. The tribological properties of CrMoAgSiCN cotaings/different friction pairs in different water environments are studied, and the friction and wear mechanisms of CrMoAgSiCN coatings in different water environments are revealed. The electrochemical corrosion properties of CrMoAgSiCN cotaings in differen water environments are investigated, and then the coupling mechanism of friction and corrosion for coatings in water environment is explained. The antibacterial properties of CrMo(Ag)SiCN coatings and their friction surfaces in the different bacterial environments are invertiagted to reveal the influence of Mo and Ag contents on the antibacterial properties of worn surface on the CrMoAgSiCN coatings, and then the mechanism of friction enhanced antibacterial effect is elucidated. Finally, the theory of composition and structure design of water- lubricated coatings in different water environments is put forward .
针对水润滑部件表面易被水中微生物附着和CrSiCN涂层存在磨损率高等问题，本项目基于摩擦诱导抗菌增强原理，提出CrSiCN基涂层的改性及其在水环境中摩擦腐蚀和抗菌性能研究。探讨钼（Mo）和银（Ag）掺杂对CrSiCN基涂层结构和力学性能的影响，阐明CrMoAgSiCN涂层的强韧化机理。研究CrMoAgSiCN涂层/不同摩擦副的水润滑摩擦学特性，揭示CrMoAgSiCN涂层在不同水环境下的摩擦磨损机理。研究CrMoAgSiCN涂层在不同水环境下的电化学腐蚀特性，阐明涂层在水环境中的磨损与腐蚀耦合机制。弄清CrMo(Ag)SiCN涂层及其摩擦表面在不同细菌环境下的抗菌性能，揭示Mo和Ag对CrMoAgSiCN涂层摩擦表面抗菌性的影响规律，阐明涂层的摩擦诱导抗菌增强机理。最后，提出基于摩擦诱导抗菌增强的水润滑涂层成分和结构的设计方法。

结项摘要

随着中国远洋探测和南海诸岛国防防卫需要，我们的海洋装备和航空装备都面临磨损和腐蚀的问题。本项目基于减磨耐蚀与抗菌功能需求，提出了Mo和Ag掺杂改性CrSiCN涂层结构及其摩擦诱导抗菌增强特性研究。随着Mo含量增加至11.85 at.%，CrMoSiN涂层中形成(Cr, Mo)N固溶体，且硬度逐渐增加。由于涂层致密的微观形貌和Mo元素的钝化行为，高Mo含量涂层具有较高的电荷转移电阻和较低的腐蚀电流密度。MoO3和SiO2•2H2O摩擦层的协同润滑，CrMoCN涂层在海水中的摩擦学性能与Mo靶电流成正比。当Mo靶电流为2.5 A时，涂层显示出最高的开路电压、电荷转移电阻和极化电阻。由于固溶强化，低C的CrMoSiCN涂层在Mo含量为10.3 at.%时表现出最优的膜/基结合力和力学性能。高Mo含量增加了摩擦腐蚀协同作用造成的材料损失，但降低了由纯摩擦行为引起的涂层损失。随着钼含量的增加，CrMoSiCN涂层硬度先增后降。当Mo含量为10.1 at.%时，涂层显示最高的硬度为24.8 GPa。当与SiC，Si3N4，ZrO2和Al2O3球在海水中对磨时，Mo含量最高的CrMoSiCN涂层均表现出最低的摩擦系数。在电化学腐蚀后，涂层表面生成含有MoO3和Cr2O3的半透明钝化膜，提高了涂层的耐腐蚀性。在摩擦诱导后，磨痕表面MoO3与水反应生成了水合氢离子和钼酸，能有效地杀灭了大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，其抗菌率分别达到98.4%和96.1%。当CrMoN/Ag涂层中Ag含量为1.87 at.%时，涂层最高硬度为25.4±1.4 GPa。涂层的耐腐蚀性随着Ag含量的升高而逐渐减弱，而其摩擦腐蚀特性受力学性能和含Ag润滑氧化物的综合影响。CrMoSiCN/Ag涂层的纳米复合结构中含有(Cr, Mo)N固溶体、Ag纳米晶和非晶SiCNx基质。在Ag靶电流为0.4 A时，涂层硬度增加至最大为21.0±0.7GPa。随着Ag靶电流增加至1.0 A，涂层的摩擦腐蚀损失体积降低。由于在磨痕上形成了具有杀菌作用的MoO3(Mo2O72-)和Ag2Mo2O7摩擦层，CrMoSiCN/Ag涂层显示出摩擦诱导抗菌增强效应。

项目成果

期刊论文数量（25）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Comparisons of tribological and electrochemical properties of CrSiC and CrSiCN coatings in seawater
CrSiC和CrSiCN涂层在海水中的摩擦学和电化学性能比较
  • DOI：
    10.1016/j.surfcoat.2018.02.057
  • 发表时间：
    2018-04
  • 期刊：
    Surface and Coatings Technology
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    Zhiwei Wu;Fei Zhou;Qianzhi Wang;Zhifeng Zhou;Lawrence Kwok-Yan Li
  • 通讯作者：
    Lawrence Kwok-Yan Li
纳米复合薄膜水润滑摩擦学性能的研究进展
  • DOI：
    10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.06.004
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    表面技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    周飞;王谦之;付永强;张懋达
  • 通讯作者：
    张懋达
Structural and tribological properties of CrMoCN coatings with various Mo contents in artificial seawater
不同Mo含量CrMoCN涂层在人工海水中的结构和摩擦学性能
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2019.06.297
  • 发表时间：
    2019-11
  • 期刊：
    Applied Surface Science
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Zhang Maoda;Zhou Fei;Wang Qianzhi;Fu Yongqiang;Zhou Zhifeng
  • 通讯作者：
    Zhou Zhifeng
Mechanical and tribological evaluation of CrSiCN, CrBCN and CrSiBCN coatings
CrSiCN、CrBCN 和 CrSiBCN 涂层的机械和摩擦学评估
  • DOI：
    10.1016/j.triboint.2018.09.025
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Tribology International
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Qianzhi Wang;周飞;Lian Zhu;Maoda Zhang;Jizhou Kong
  • 通讯作者：
    Jizhou Kong
含Ag硬质涂层的结构及其摩擦腐蚀与抗菌特性的研究进展
  • DOI：
    10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.01.007
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    表面技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    吴耀佳;张懋达;付永强;周飞
  • 通讯作者：
    周飞

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  • 通讯作者：
    PENG Xing-yu1 LIANG Guang-chuan1 ZHANG Peng1 YU Ji

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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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