纳米复合多层涂层界面结构辐照效应研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11905082
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    万强
  • 依托单位：
    华中农业大学
  • 学科分类：
    A3001.粒子束与物质相互作用
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The development of protection coatings for the fuel assembly protection is the key technology for the safety of nuclear power plant. It also affects the development and broader application of nuclear actor. Nitrides nano-composite multilayered coatings, which possess thermal stability, excellent oxidation resistance, and irradiation resistance, are promising candidates for fuel assembly protection. However, researches on the irradiation damage mechanism are rare, especially the effects of multi-type interfaces on the irradiation behavior. This project will focus on following three issues in nano-composite multilayered coatings after irradiation to study the strengthening effects of multi-interfaces on the irradiation resistance. The three issues are the microstructure evolution, the radiation effects of the interfaces, and the degradation mechanism of mechanical properties. Firstly, CrN/TiSiN coatings with different fractions of each interface type will be synthesized and the ion irradiation experiment will be conducted to reveal the microstructure evolution. Secondly, the quantitative research of irradiation damage and mechanical property degradation in CrN/TiSiN coatings will be carried out to explore the influence rule of different interfaces on the irradiation toleration and the mechanism of irradiation damage. Finally, the atomic distribution around the interface will be observed before and after irradiation to reveal the intrinsic mechanism for effects of different interfaces on the mechanical properties degradation. The research results will provide scientific basis for the design of new radiation-resistance materials and the high temperature protection of metal fuel assembly.
燃料组件保护涂层开发是核电安全关键技术之一，影响核电系统开发与扩大应用。耐高温抗氧化氮化物纳米复合多层涂层具有优异抗辐照性能，是保护涂层备选材料，但其辐照损伤机制研究缺乏，特别是多类型界面辐照效应。本项目将聚焦纳米复合多层涂层辐照的三个基本问题：涂层结构损伤形式、不同界面辐照效应和涂层辐照性能退化机理，以认识纳米复合多层涂层中多类型界面抗辐照强化内在机理。首先，制备具有多类型界面的TiSiN/CrN纳米晶复合多层涂层，调制各种界面比例，开展不同温度与剂量辐照实验，表征涂层辐照微观结构演化；其次，定量研究不同界面比例涂层结构损伤与力学性能退化，揭示不同类型界面对抗辐照性能影响规律以及辐照后力学性能退化，并验证规律的高温适用性；最后，获取辐照损伤前后原子在界面附近分布的高分辨像，揭示多类型界面对涂层抗辐照性能影响的内在机制。研究结果可为新型抗辐照材料设计和金属燃料组件高温保护提供科学依据。

结项摘要

铅冷快堆是第四代安全堆型之一，其发展主要制约因素之一为堆内核心零部件结构材料辐照失效及其防护，氮化物陶瓷特别是纳米复合多层涂层由于其出色化学惰性、耐磨性以及抗辐照性能，被认为是堆内结构材料潜在防护材料之一。以CrN/TiSiN纳米复合多层涂层为研究对象，探究其多类型界面堆内复杂环境下的演化与作用机制，具有重要科学意义。采用多弧离子技术优化制备CrN/TiSiN纳米复合多层涂层，通过调控Si含量与偏压，实现涂层纳米晶界面、纳米晶/非晶界面与层界面密度调节，在界面强化作用下，涂层硬度高达29GPa，涂层划痕下结合力超过110 N；采用He+离子辐照实验对不同CrN/TiSiN涂层进行辐照，其主要损伤形式为表层CrN非晶化与层界面中氦泡聚集，由此导致涂层分别出现软化与硬化现象，多层涂层相对于单层涂层具有较小非晶层与力学性能变化，晶粒细化带来纳米晶界面与纳米晶/非晶界面密度升高，涂层辐照损伤减小，可见，纳米晶界面、纳米晶/非晶界面与层界面对于均能通过促进辐照缺陷湮灭融合，减缓辐照损伤程度；但界面强化效应存在临界值，当纳米晶晶粒尺寸小于9 nm后，涂层抗辐照性能下降；此外，项目发现，多层涂层外延生长所形成共格界面能有效提升He+扩散，减缓氦泡聚集现象；多类型界面不但能有效增加涂层力学性能与抗辐照性能，同时有利于提升涂层抗腐蚀性能。铅铋腐蚀研究显示，细化晶粒与多层复合能有效提升涂层抗腐蚀性能。辐照后涂层电化学腐蚀实验表明，多层涂层相对单层涂层具有更大的电化学电阻值，更小腐蚀电流，同时细化晶粒也能有效提升涂层抗腐蚀性能； 辐照产生的无序金属离子与高能态缺陷能促进涂层钝化，提升涂层抗腐蚀性能。辐照研究结果揭示多类型界面在辐照与腐蚀条件下的作用，深化了人们对纳米复合多层材料的辐照、腐蚀效应的理解，对第四代核电结构材料防护的发展具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量（12）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Enhancing irradiation tolerance via building 3D diffusion paths for He+ in multilayers by epitaxial growth
通过外延生长在多层中构建 He 的 3D 扩散路径来增强耐辐照能力
  • DOI：
    10.1016/j.matdes.2022.111020
  • 发表时间：
    2022-09
  • 期刊：
    Elsevier
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Q. Wan;Y. Liu;B. Yang;None J.Zhang;Y.Y. Xiao;X.Q. Liu
  • 通讯作者：
    X.Q. Liu
Structure and thermal stability of a novel nanocomposite solar selective absorber coating
新型纳米复合太阳能选择性吸收涂层的结构和热稳定性
  • DOI：
    10.1016/j.vacuum.2021.110578
  • 发表时间：
    2021-09
  • 期刊：
    Vacuum
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Liu Y.;Liu H. D.;Pelenovich Vasiliy;Li J. Y.;Wan Q.;Guo J. L.;Chen Y. M.;Zhang J.;Li Z. G.;Yang B.
  • 通讯作者：
    Yang B.
高效打蛋破壳刀片渗硼与渗钒处理后微观组织与性能变化
  • DOI：
    10.11975/j.issn.1002-6819.2020.19.033
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    农业工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    万强;朱方涛;刘晓峰;魏民;王树才;孟亮;王鹏;董万静
  • 通讯作者：
    董万静
A study on the wear and corrosion resistance of high-entropy alloy treated with laser shock peening and PVD coating
激光冲击喷丸+PVD涂层处理高熵合金耐磨蚀性能研究
  • DOI：
    10.1016/j.surfcoat.2022.128281
  • 发表时间：
    2022-02
  • 期刊：
    Surface & Coating Technology
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Lingyi Liao;R. Gao;Z.H. Yang;S.T. Wu;Q.Wan
  • 通讯作者：
    Q.Wan
Microstructure and mechanical properties of FeCoCrNiAl0.1N high entropy alloy nitride coatings synthesized by cathodic arc ion plating using alloy targets
合金靶材阴极电弧离子镀FeCoCrNiAl0.1N高熵合金氮化涂层的显微组织与力学性能
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2023
  • 期刊：
    Surface & Coatings Technology
  • 影响因子：
    5.4
  • 作者：
    Q. Wan;B.Y. Jia;P.Liu;Y. Luo;J. Chen;X.Y. Zhang;Y.Y. Xiao;Tarek Kh. Abdelkader;Mohamed Refai;J. Zhang;B. Yang
  • 通讯作者：
    B. Yang

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其他文献

基于微凸体接触压力分布的粗糙表面法向接触建模
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    固体力学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王东;徐超;万强;胡杰
  • 通讯作者：
    胡杰
黄河中下游泥沙重金属污染现状及原因分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    人民黄河
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    夏修杰;郑军;万强
  • 通讯作者：
    万强
Atomic collision cascades on void evolution in vanadium
钒中空洞演化的原子碰撞级联
  • DOI：
    10.1080/10420150.2011.613393
  • 发表时间：
    2012-01
  • 期刊：
    Radiation Effects & Defects in Solids
  • 影响因子：
    1
  • 作者：
    万强
  • 通讯作者：
    万强
铁凝胶的力磁耦合细观力学模型的建立
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    机械强度
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    史平安;万强;张灿阳;许阳光;李旭
  • 通讯作者：
    李旭
油气管道弱磁力层析无损检测技术研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    应用数学和力学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    万强;牛红攀;韦利明;孙乐;胡绍全
  • 通讯作者：
    胡绍全

其他文献

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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

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          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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