聚晶金刚石摩擦表界面钝化机制与转移膜形成机理

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875537
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The developments of resource exploration and drilling equipment urgently require the long-life and high-performance super hard polycrystalline diamond (PCD) cutting and wear-resisting tools. The physical and chemical properties of sliding surface and interface restrict the friction and wear properties of PCD. However, the cognition of tribochemical effect and passivation mechanism at frictional surface and interface of PCD has been not yet systematic and in-depth. Consequently, this project proposes to reveal its surface and interface passivation mechanism and transfer film formation mechanism by regulating the surface and interface effects of PCD (humidity, pH value, atmosphere, and mating materials, etc.). The systematic exploration of the influence of individual or combined effects of mating materials, atmosphere, gas pressure, hydroxyl content, hydrogen bond content, and graphitization, etc. on the tribological behaviors of PCD will be conducted. Additionally, the breakage and rehybridization bonds of C-C bonds and interface covalent bonds will be elucidated. The analysis of the microstructure, mechanical properties and evolution mechanism of the transfer film will be performed, which is beneficial to reveal the formation mechanism of the tribochemical reaction film or transfer film of the PCD. In order to establish an in-situ nanomechanical experimental characterization method for the tribochemical reaction film or transfer film, the nano-tribology experiments will be performed under various atmosphere and humidity conditions. Based on the above studies, a macro/micro relationship should be established and the cross-scale tribological mechanisms of the PCD tribochemical reaction film and the transfer film will be revealed. The expected results lay an experimental and theoretical foundation for the synthesis of superhard PCD and the development of drilling tools.
资源勘探和钻探装备开发亟需长寿命高性能超硬聚晶金刚石(PCD)切削和耐磨工具,摩擦表界面的物理及化学特性制约着PCD的摩擦磨损性能,然而对PCD表界面摩擦化学效应及钝化机制的认知尚不系统和深入。本申请提出通过调控PCD表界面效应(湿度、PH值、气氛、对磨副等)揭示其表界面钝化机制与转移膜形成机理。系统探究对磨副材料、气氛、气压、羟基含量、氢键含量、石墨化程度等因素单独或复合作用对PCD摩擦学行为的影响规律;阐述C-C键与界面共价键的断裂、重杂、转移机制,分析转移膜微观结构、力学性能、演化机制,揭示PCD摩擦化学反应膜或转移膜形成机理;建立摩擦化学反应膜或转移膜的原位纳米力学实验表征方法,开展气氛、湿度条件的纳米摩擦学试验,建立宏/微观的联系,揭示PCD摩擦化学反应膜和转移膜的跨尺度摩擦机理。预期成果为超硬PCD合成及其钻探工具开发奠定实验和理论基础。

结项摘要

资源勘探和钻探装备开发亟需长寿命高性能超硬聚晶金刚石(PCD)切削和耐磨工具,摩擦表界面的物理及化学特性制约着PCD的摩擦磨损性能,然而对PCD表界面摩擦化学效应及钝化机制的认知尚不系统和深入。本项目阐述了C-C键与界面共价键的断裂、重杂、转移机制,分析了转移膜微观结构、力学性能、演化机制,揭示了PCD摩擦化学反应膜、转移膜形成与跨尺度摩擦机理。.通过调控PCD表界面效应揭示了气氛环境下PCD表界面钝化效应、摩擦表界面碳键重杂化、pH值、湿度和热损伤耦合作用对PCD摩擦学性能的影响与摩擦学机理。真空条件下摩擦界面间的粘附现象可被H2O、H2分子在低压强(0.1-1Pa)时抑制,降低摩擦并减小磨损。而N2和O2不能在低压强(0.1-1Pa)下减少粘附。但O2在1000Pa下仍可呈现出较好的减小粘附的性质;PCD对磨不同配副材料时,PCD/SiO2摩擦系数较高~0.06,Al2O3为对磨副材料时摩擦系数~0.03;酸性条件下,PCD/Si3N4摩擦系数随pH值增大而先减小后增加,当pH值为0.5时,摩擦系数降至最低值0.009。碱性条件下,pH值越大对PCD/Si3N4摩擦学行为的影响越明显。湿度环境下,700℃热处理可有效改善PCD的摩擦磨损行为。.揭示了金刚石镀膜对PCD的抗氧化性、抗石墨化、冲击韧性、热稳定性及真空摩擦学性能的影响机制。B-PCD的B4C薄膜使其石墨化和氧化的初始温度提高了100℃和30℃;Ti-PCD中,TiC转变为TiO2延缓了金刚石的氧化反应,此外,TiC抑制了钴催化引起的金刚石石墨化,使其氧化和石墨化初始温度提高了50℃和100℃;Ti增强了金刚石颗粒界面间的键合,提升PCD的冲击韧性和耐磨性。.揭示了高温处理、金刚石晶粒尺寸对PCD摩擦学行为的影响机制。大粒度PCD中高含量的钴有益于形成减摩碳质转移膜,表现低摩擦行为;700℃退火热处理PCD可在不牺牲耐磨性的前提下利用钴对金刚石的催化石墨化作用获得良好的摩擦学性能。.本项目发表SCI收录论文13篇,中文期刊论文3篇,培养博士后2名,博士生研究生3名,硕士生16名,获得3项科技奖励。研究成果应用于聚晶金刚石钻头、截齿、保径器、推力轴承等钻具关键部件,推广应用于地质、煤炭、油气钻探和岩土施工等工程项目,取得了较好的经济和社会效益,为超硬PCD合成及其钻探工具开发奠定实验和理论基础。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
热界面材料可靠性能研究进展
  • DOI:
    10.16865/j.cnki.1000-7555.2022.0157
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王天伦;秦文波;黄飞;舒登峰;王浩东;孙佳晨;王成彪;岳文
  • 通讯作者:
    岳文
Comparison of tribological behaviors of polycrystalline diamonds synthesized by titanium- and boron-coated diamond particles
钛涂层和硼涂层金刚石颗粒合成的多晶金刚石的摩擦学行为比较
  • DOI:
    10.1016/j.diamond.2022.109242
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Diamond and Related Materials
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Xiaohua Sha;Bo Feng;Wen Yue;Chengbiao Wang
  • 通讯作者:
    Chengbiao Wang
Thermal effects on tribological behaviors of polycrystalline cubic boron nitride
热效应对多晶立方氮化硼摩擦学行为的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2020.11.065
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Dezhong Meng;Yuanpei Zhao;Wen Yue;Zhe Wu;Jinmeng Cui;Wenbo Qin;Chengbiao Wang
  • 通讯作者:
    Chengbiao Wang
钻具切割用聚晶立方氮化硼刀具的摩擦学研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    探矿工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔金蒙;孟德忠;吴哲;岳文;王成彪;杨凡
  • 通讯作者:
    杨凡
Vacuum tribological properties and impact toughness of polycrystalline diamond based on titanium-coated diamond particle
钛涂层金刚石颗粒基聚晶金刚石的真空摩擦学性能和冲击韧性
  • DOI:
    10.1016/j.diamond.2020.107712
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Diamond and Related Materials
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Haichao Zhang;Wen Yue;Xiaohua Sha;Wenbo Qin;Chengbiao Wang
  • 通讯作者:
    Chengbiao Wang

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其他文献

我国高标准自由贸易区建设:动因、现状及路径
  • DOI:
    10.16158/j.cnki.51-1312/f.2021.07.010
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    经济学家
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    岳文;韩剑
  • 通讯作者:
    韩剑
政府补贴与企业出口国内附加值率:事实与影响机制
  • DOI:
    10.19337/j.cnki.34-1093/f.2020.05.002
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    财贸研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    岳文
  • 通讯作者:
    岳文
科学超深井钻探铝合金钻杆的腐蚀失效分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    探矿工程(岩土钻掘工程)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁健;顾艳红;岳文;孙建华;刘俊秀;杨远航
  • 通讯作者:
    杨远航
神经元限制性沉默因子抑制CART基因的转录并通过双重NRSE拮抗cAMP信号
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    J Biol Chem
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张静;王思涵;袁林;杨印祥;张博文;刘庆斌;陈琳;岳文;李艳华;裴雪涛
  • 通讯作者:
    裴雪涛
PTFE复合涂层的摩擦学性能及疏水性能研究现状
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴昊;朱丽娜;岳文;付志强;康嘉杰
  • 通讯作者:
    康嘉杰

其他文献

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岳文的其他基金

超高真空环境钛合金钻具表界面减阻防护机理研究
  • 批准号:
    41572362
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    62.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
极端工况下聚晶金刚石摩擦学行为及其影响机制
  • 批准号:
    51375466
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    70.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
纳米多层类金刚石/硫系固体润滑薄膜的制备及其摩擦学性能与机理研究
  • 批准号:
    51005218
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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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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