强流脉冲电子束辐照WC-Co硬质合金表面纳米碳粒子析出行为及摩擦学性能研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51471043
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 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

With the rapid development of modern processing and manufacturing industries, there is an increasing demand for WC-Co hard alloy with good performance. The low surface hardness and poor wear resistance constitute the inadequate factors of current hard alloy tools made of WC grains larger than 0.3μm.The service properties of WC-Co hard alloy can be improved effectively by using high energetic beam surface modification, where does not exist the consideration of adhesion strength inherent in the coating technologies. However, the surface modification techniques with high energetic beams have been limited greatly due to the requirement of complicate and costly equipments. In the previous work, the surface modification of WC-Co hard alloy was carried out with a self-made high current pulsed electron beam (HCPEB) device designed by the applicant. The in-situ precipitation of dispersed nano carbon partilcles (NCPs) from WC grains was discovered in the surface modified layer, and this phenomenon brought a great improvement in the wear resistance of more than ten times.Up to now,the formation mechanism of NCPs and its effect on the wear property of WC-Co hard alloy remain unclear. Therefore, the behavior of NCPs precipitation induced by HCPEB surface modification and its influence on the tribological properties of WC-Co hard alloy will be investigated systematically in the present project, including the precipitation threshold and microstructure evolution of NCPs, the structure transformation and movement of NCPs during friction and wear processes, etc. Basing on the experimental and theoretical analyses, the precipitaion mechanism and self-lubrication function of NCPs in the surface layer of WC-Co hard alloy induced by HCPEB surface modification will be revealed together with the optimum treating parameters accordingly. This work will be of important significance to the theories of high-temperature, non-equilibrium phase transformation of WC intermetallic compound and also the exploration of effective methods for WC-Co hard alloy surface modification.
现代加工制造业对WC-Co硬质合金的材料性能提出更高要求,表面硬度低、耐磨性差是现有硬质合金工具(WC晶粒>0.3μm)的主要问题。高能束表面改性能有效提高WC-Co硬质合金的使役性能,且无膜基结合强度问题,但由于设备因素使应用研究受到限制。申请人利用自行研制的强流脉冲电子束装置进行WC-Co硬质合金表面改性,发现WC晶粒原位弥散析出纳米碳粒子,将耐磨性提高十几倍,但对于碳粒子的析出及减磨机制尚不清楚。基于此,本项目拟针对强流脉冲电子束辐照WC-Co硬质合金表面纳米碳粒子的析出行为及其对摩擦学性能的影响进行深入研究,包括WC晶粒的纳米碳粒子析出条件和组织演化规律;纳米碳粒子在摩擦磨损过程中的结构变化和迁移行为等,揭示WC-Co硬质合金表面纳米碳粒子的析出和自润滑机制,实现减磨功能优化。本研究对发展WC金属化合物高温非平衡相变理论,开发新型WC-Co硬质合金表面改性技术具有重要的指导意义。

结项摘要

现代加工制造业的迅猛发展对硬质合金工具的使役性能提出更高要求,有效提高WC-Co硬质合金工具的表面硬度和耐磨性是满足高速、高效和高精度加工需求的关键。本项目利用自行研制的HOPE-I型强流脉冲电子束装置进行WC-Co硬质合金表面改性实验,分析发现改性表面分布有微米量级熔坑和细密集烧蚀斑点,表层WC晶粒逐步熔化,形成纳米级精细快凝组织, 6次脉冲处理样品层纳米碳粒子数量最多且分布均匀,20次脉冲处理熔深达到1.5 µm,碳粒子集中于重熔层底部。原始WC相发生分解,新相WC1-x成为表面改性层的主要成分,并呈WC1-x(111)择优取向。随着脉冲次数增加,WC相持续减少,WC1-x(111)择优取向逐渐减弱,石墨相在6次脉冲辐照条件下达到最强,并观察到少量三元相Co3W3C和Co6W6C。利用TEM分析证实改性表层的颗粒状析出物为纳米石墨球。对强流脉冲电子束辐照WC-Co硬质合金表层温度场进行模拟计算,表层最高温度~5700 K,表层升温速率108-1010 K/s,冷却速度107-108 K/s。结合WC晶粒非均匀熔化特征和W-C-Co成分相图,分析认为未均质熔化WC晶粒通过逆包晶(WC→gra + liq)形成尺寸~50 nm的纳米碳粒子,WC晶粒外层熔化与Co粘结相发生互扩散,并在富Co元素区域形成~100 nm纳米碳粒子。测试结果表明,表面显微硬度随脉冲次数呈线性增加,35次脉冲处理样品表面显微硬度达到3128.5Hv,较原始样品提高80%,10次脉冲处理表面摩擦系数减小到0.29,约为原始试样的三分之一,6次脉冲处理样品磨损率最低1.62×10-4 mm3/min,降为原始样品的40%,测试表明摩擦过程使部分碳粒子碾压延展形成具有润滑作用的碳膜,过多脉冲处理会出现改性层大片磨损剥离现象。本项目研究工作揭示了强流脉冲电子束辐照WC-Co硬质合金表层非平衡相变规律及其摩擦学性能指标,对于探索WC-Co硬质合金表面改性有效途径具有重要的理论和实践指导意义,所获得的强流脉冲电子束WC-Co硬质合金表面改性工艺装备可以用于机加工刀模具、矿山采掘部件,以及有耐磨防腐特殊要求部件的表面处理,为加快我国工业发展和科技进步做出贡献。

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(3)
专利数量(5)
Design and experimental study of Penning discharge plasma anode for high current pulsed electron beam source
高电流脉冲电子束源潘宁放电等离子体阳极设计与实验研究
  • DOI:
    10.1016/j.vacuum.2016.02.010
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Vacuum
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Hao Shengzhi;Wang Huihui;Li Xiangnan;Yang Wenji
  • 通讯作者:
    Yang Wenji
Surface modification of 40CrNiMo7 steel with high current pulsed electron beam treatment
高电流脉冲电子束处理40CrNiMo7钢的表面改性
  • DOI:
    10.1016/j.nimb.2015.11.039
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hao Shengzhi;Wang Huihui;Zhao Limin
  • 通讯作者:
    Zhao Limin
Improving corrosion and wear resistance of FV520B steel by high current pulsed electron beam surface treatment
大电流脉冲电子束表面处理提高FV520B钢的耐蚀耐磨性能
  • DOI:
    10.1016/j.nimb.2015.04.046
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hao Shengzhi;Zhao Limin;Zhang Yanlong;Wang Huihui
  • 通讯作者:
    Wang Huihui
Gupta potentials for five HCP rare earth metals
五种 HCP 稀土金属的古普塔势
  • DOI:
    10.1016/j.commatsci.2015.10.014
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Computational Materials Science
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Li Xiaojie;Fu Jie;Qin Ying;Hao Shengzhi;Zhao Jijun;Qin Y
  • 通讯作者:
    Qin Y
Producing nano-grained and Al-enriched surface microstructure on AZ91 magnesium alloy by high current pulsed electron beam treatment
高电流脉冲电子束处理在AZ91镁合金上制备纳米晶富铝表面微观结构
  • DOI:
    10.1016/j.nimb.2016.03.035
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Hao Shengzhi;Li Mincai
  • 通讯作者:
    Li Mincai

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其他文献

强流脉冲电子束辐照对铝薄膜的结构和性能影响
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  • 作者:
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    林国强
强流脉冲电子束表面处理对金属材料表层显微硬度的影响
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  • 发表时间:
    2011
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    核技术
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张向东
大口径脉冲潘宁放电装置及实验研究
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
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    郝胜智;李向南
  • 通讯作者:
    李向南
强流脉冲电子束辐照YG6X硬质合金表层组织与性能研究
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    真空科学与技术学报
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  • 作者:
    郝胜智;徐洋;张悦;董闯
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    董闯
强流脉冲电子束处理纯钛的表面组织与性能
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  • 发表时间:
    2011
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  • 作者:
    张向东;郝胜智;高泰瑞;董闯
  • 通讯作者:
    董闯

其他文献

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郝胜智的其他基金

新型强流脉冲电子束源结构设计及发射性能研究
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基于潘宁放电等离子体阳极的强流脉冲电子束源的研制
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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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