基于界面结构优化实现钛/β-钛合金多层复合材料强韧化的机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51904100
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    张卫东
  • 依托单位：
    湖南大学
  • 学科分类：
    E0413.粉末冶金与粉体工程
  • 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

Titanium has been extensively used in biomedical applications due to its high ductility, high corrosion resistance and good biocompatibility. However, as the heavy-load implants, pure Ti usually does not have matching modulus and strength with human bones. This proposal combines β-Ti alloy (Ti-15Mo) which has high strength and low modulus with pure Ti to fabricate the coarse-grained Ti/fine-grained β-Ti alloy laminated composite through spark plasma sintering, hot/cold rolling, and partial recrystallization annealing. It is expected that the composite with good interfacial structure could have excellent mechanical properties (high strength, high ductility, and low modulus). In this proposal, the effect of process parameters of sintering, rolling and annealing on the diffusion behavior at the Ti/ β-Ti alloy interface will be firstly studied. Then we will elucidate the relationship between processes and the interfacial structure to control the interfacial structure and investigate the influence of interfacial structure on the room-temperature tensile behavior and crack growth behavior. The strengthening and toughening mechanisms of laminated composite will be revealed theoretically by molecular dynamics simulation and experimentally by in-situ EBSD. The results of this project can serve as theoretical basis for fabrication, strengthening, and toughening of biomedical Ti/β-Ti laminated composite and reference to the understanding of the strengthening and toughening mechanisms of other metal/metal laminated composite.
纯钛具有优异的韧性、耐蚀性和生物相容性，被广泛应用于生物医用领域。然而，纯钛作为骨植入体时，存在强度及弹性模量与自然骨不能匹配的问题。本项目提出将高强度、低模量的β-钛合金(Ti-15Mo)与纯钛进行层状复合，采用放电等离子烧结、热／冷轧制及部分再结晶退火相结合的方法实现各金属层的致密化与界面结构的调控，最终制备出高强高韧低模量的粗晶钛／细晶β-钛合金多层复合材料。首先研究制备工艺对纯钛层与β-钛合金层界面扩散行为的影响规律，阐明制备工艺与界面结构之间的相关性；进而研究界面结构对材料室温拉伸行为与裂纹扩展行为的影响，运用分子动力学模拟与原位EBSD相结合的方法揭示界面层的增强增韧机制；最终建立制备工艺-界面结构-材料强韧化之间的关系模型。本项目研究结果可以为生物医用钛／β-钛合金多层复合材料的制备及强韧化提供理论支撑，并对金属基复合材料的强韧化研究具有重要的参考价值。

结项摘要

纯钛具有优异的韧性、耐蚀性和生物相容性，被广泛应用于生物医用领域。然而，纯钛作为骨植入体时，存在强度及弹性模量与自然骨不能匹配的问题。项目采用粉末冶金技术实现了高强度、低模量的β-钛合金与纯钛的层状复合，并通过热轧、冷轧、热处理等手段对复合材料组元层与界面结构进行有效调控，获得了高强高韧低模量的钛/β-钛合金多层复合材料。基于此，项目以Ti/Ti-15Mo层状复合材料为例，探明了Ti/β-Ti合金层状复合材料烧结过程中的致密化机制，获得了较优选的钛基层状复合材料的烧结温度区间。揭示了热力耦合作用下界面结构的演化规律，阐明了高强高硬连续扩散界面层对钛基层状复合材料塑性变形行为与裂纹扩展行为的影响机制。此外，项目依据β钛合金相转变温度的不同，开发两种高强韧低模量钛基层状复合材料的粉末冶金制备工艺。本项目形成的技术原型与研发的产品适用于生物医用骨科植入领域，可进一步促进高性能钛材的实用化进程。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（4）
Strength-ductility trade-off deviation in a pre-deformed metastable β titanium alloy
预变形亚稳态β钛合金的强度-延展性权衡偏差
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2020.155332
  • 发表时间：
    2020-09-15
  • 期刊：
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Zhang, Weidong;Yang, Peng;Wu, Zhenggang
  • 通讯作者：
    Wu, Zhenggang
Strength-Ductility Synergy in a Metastable β Titanium Alloy by Stress Induced Interfacial Twin Boundary ω Phase at Cryogenic Temperatures.
低温下应力诱导界面双边界 β 相在亚稳态 β 钛合金中的强度-延展性协同作用
  • DOI：
    10.3390/ma13214732
  • 发表时间：
    2020-10-23
  • 期刊：
    Materials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Li Y;Liao Z;Zhang W;Wu Z;Zhou C
  • 通讯作者：
    Zhou C
Densification behavior and the interfacial reaction of Ti/β-Ti laminated composite by spark plasma sintering
放电等离子烧结Ti/β-Ti层状复合材料的致密化行为和界面反应
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2021.163115
  • 发表时间：
    2021-12
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Yang Peng;Zhang Weidong;Chen Fulin;Wu Zhenggang;Wei Daixiu;Li Xiaofeng
  • 通讯作者：
    Li Xiaofeng
New Ti/beta-Ti alloy laminated composite processed by powder metallurgy: Microstructural evolution and mechanical property
粉末冶金新型Ti/β-Ti合金层状复合材料：显微组织演变和力学性能
  • DOI：
    10.1016/j.msea.2021.141702
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Zhang Weidong;Yang Peng;Cao Yuankui;Li Xi;Wei Daixiu;Kato Hidemi;Wu Zhenggang
  • 通讯作者：
    Wu Zhenggang
Dual heterogeneous structure facilitating an excellent strength-ductility combination in an additively manufactured multi-principal-element alloy
双异质结构促进增材制造的多主元素合金实现优异的强度-延展性组合
  • DOI：
    10.1080/21663831.2022.2067790
  • 发表时间：
    2022-09-02
  • 期刊：
    MATERIALS RESEARCH LETTERS
  • 影响因子：
    8.3
  • 作者：
    Huang, Jing;Li, Wanpeng;Huang, Jacob C.
  • 通讯作者：
    Huang, Jacob C.

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其他文献

基于Adaboost的改进BP神经网络地表沉陷预测
  • DOI：
    10.13199/j.cnki.cst.2019.02.027
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    煤炭科学技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    潘红宇;赵云红;张卫东;白芸;韩亚伟
  • 通讯作者：
    韩亚伟
Sub-ambient cooling effect and net energy efficiency of a super-amphiphobic self-cleaning passive sub-ambient daytime radiative cooling coating applied to various buildings
应用于各种建筑物的超双疏自清洁被动低温日间辐射冷却涂层的低温冷却效果和净能效
  • DOI：
    10.1016/j.enbuild.2022.112702
  • 发表时间：
    2022-12
  • 期刊：
    energy and buildings
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    张卫东;薛晓;张燕刚;杨卓;张子涵;蔡元柱;孙志鹏;张红强;李艳稳;刘联华;徐立进
  • 通讯作者：
    徐立进
钼酸盐离子液体的合成及其润滑性能
  • DOI：
    10.13550/j.jxhg.2017.02.016
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    精细化工
  • 影响因子：
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  • 作者：
    夏鸣;张卫东;王猛;李俊;房大维;臧树良
  • 通讯作者：
    臧树良
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  • DOI：
    10.12305/j.issn.1001-506x.2022.01.30
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    系统工程与电子技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李纪强;张国庆;黄晨峰;张卫东
  • 通讯作者：
    张卫东
农村居民糖尿病患病率及危险因素分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    中国公共卫生
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    付鹏钰;张卫东;张梅喜;李春阳;平智广;胡东生;李艳艳;郗园林
  • 通讯作者：
    郗园林

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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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