激光-电火花沉积复合制备热障涂层界面耦合与TGO演化机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1633104
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    36.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F01.电子学与信息系统
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31
  • 项目参与者:
    李书明; 王浩; 唐杰; 董艇舰; 丁华鹏; 姚有才; 熊中能; 闫至骐; 李阳;
  • 关键词:

项目摘要

Thermal barrier coatings (TBCs) have been widely utilized in aviation, aerospace and energy industries. However, uncontrollable micro-structure and poor resistance to high temperature oxidation and thermal shock are seriously restricting the development of TBCs. By studying the interaction of laser, Electrical Discharge Deposition (EDD) and TBCs materials, a new model for laser melting and EDD melting heat and mass transferring will be established. The sedimentary thickness, organization structure and the regularity of element diffusion which are resulted from different material mix proportion, will be studied. The YSZ powder coated by MCrAlY and the YSZ conductive pole mixed with MCrAlY will be designed and developed. Then the experiments that laser-EDD compositely fabricates gradient TBCs will be carried out. The relationship between the formation, growth and defects of the thermal growth oxide layer (TGO) and TBCs failures will be discussed. It is also needed to analyze how the interface, morphology and thickness of coating and TGO influence thermal cycling residual stress, cracks and delamination. SHPB experiments will be implemented, the coating material stress-strain curve will be plotted, the dynamic constitutive relation will be built and the coating stress and strain and deformation mechanism under the condition of heat will be discussed. It is expected to make a breakthrough in the theoretical and experimental aspects of materials thermodynamics constitutive properties and TBCs new process. Coated YSZ material and MCrAlY-YSZ electrode will be developed and the coating material constitutive test and analysis method based on the SHPB experiment will be designed. And the new phenomena and mechanisms of coating interface coupling, stress-strain and coating failure will be explored.
热障涂层广泛应用于航空、航天、能源等领域,但涂层微观结构不可控,抗高温氧化和热震性差,成为制约其发展瓶颈。通过研究激光、电火花与热障涂层材料的相互作用,建立激光熔池和电火花熔化传热传质模型;研究不同材料混合比例沉积厚度、组织及元素扩散规律;研制MCrAlY包覆YSZ粉末与MCrAlY混YSZ导电极,开展激光-电火花沉积复合制备梯度热障涂层实验;研究热生长氧化层(TGO)的形成、生长与缺陷产生及失效间关系,分析涂层与TGO界面、形貌、厚度等对残余应力及裂纹、脱层影响。进行SHPB实验,建立涂层材料应力应变曲线,构建其动态本构关系;研究涂层受热状态下应力应变及变形机制。有望在材料热力耦合本构关系及热障涂层新工艺方面取得理论和实验突破,研制出包覆型YSZ材料与MCrAlY-YSZ电极,设计出基于SHPB实验的涂层材料本构测试与分析方法,探索涂层界面耦合、应力应变与涂层破坏的新现象和新机理。

结项摘要

热障涂层是采用耐高温和低导热的陶瓷材料以涂层的方式与金属相复合,降低高温环境下金属表面温度的一种热防护技术。热障涂层广泛应用于航空、航天、能源等领域,可显著降低涡轮叶片表面温度,大幅度延长叶片工作寿命,提高发动机或燃气轮机的推力和效率。本项目主要针对激光-电火花沉积复合制备热障涂层的界面耦合与TGO演化机制进行研究。构建了激光熔覆MCrAlY/YSZ复合涂层的工艺数据库,在MCrAlY包覆YSZ粉末、MCrAlY混YSZ导电极及其涂层设计和制备上,取得了一定的理论、方法和技术创新。利用有限元、实验与CCD视觉检测相结合的方法,研究了CoNiCrAlY激光熔池的传热传质行为和有限元模型,得到了不同工艺参数下,熔池的温度场分布、几何尺寸、寿命和残余应力数值仿真模型,实现了CoNiCrAlY熔池行为的有限元预测,表面温度场、几何尺寸和流动速度的视觉检测。采用双送粉方式,实现了CoCrAlSiY和YSZ不同混合比例的单道、多层和梯度CoCrAlSiY/YSZ复合涂层的制备,涂层与基体、各梯度层间界面结合良好,没有明显的界面和缺陷,沿梯度方向,各元素比例和涂层硬度连续变化。研制了NiCoCrAlY包覆YSZ粉末,并利用激光熔覆NiCoCrAlY包覆YSZ粉制备了NiCoCrAlY/YSZ梯度涂层;高温氧化过程中,Al元素由涂层内部向表面聚集,与氧元素在涂层表面形成了一层均匀的TGO层,阻止了氧元素向涂层内部的进一步扩散和涂层内部氧化失效。采用SPS方法制备了不同比例NiCoCrAlY-YSZ电极,进行了电火花沉积实验,获得了小稀释率和均匀致密的NiCoCrAlY/YSZ复合涂层。开展了SHPB实验,建立了高应变率下激光熔覆NiCoCrAlY应力应变曲线,研究了激光熔覆NiCoCrAlY材料高应变率下的变形机制,并建立了激光熔覆NiCoCrAlY本构模型。研究了叶片基体或涂层修复的自适应定位问题,提出了一种基于散斑视觉测量的叶片修复自适应定位方法,搭建了自适应定位系统的软硬件平台,实现了叶片类复杂零部件的自适应定位。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Evaluation and mechanisms on heat damage of WC particles in Ni60/WC composite coatings by laser induction hybrid cladding
激光感应混合熔覆NI60/WC复合涂层中WC颗粒热损伤评价及机理
  • DOI:
    10.1016/j.ijrmhm.2016.11.001
  • 发表时间:
    2017-04-01
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF REFRACTORY METALS & HARD MATERIALS
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Wang, Xiaoyin;Zhou, Shengfeng;Wang, Tao
  • 通讯作者:
    Wang, Tao
激光修复TC4钛合金材料动态力学性能
  • DOI:
    10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180268
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    机械科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王涛;乔伟林;李战;王盛;王宁;王浩
  • 通讯作者:
    王浩
激光熔覆TC4钛合金加工轨迹对表面形貌的影响
  • DOI:
    10.14158/j.cnki.1001-3814.2019.08.034
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    热加工工艺
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王涛;李阳;王宁;张立峰;唐杰
  • 通讯作者:
    唐杰
采用散斑测量的复杂曲面叶片修复自适应定位
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    光子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王涛;李战;乔伟林;王盛;吴军
  • 通讯作者:
    吴军
激光熔覆钴基合金涂层的组织与耐磨性
  • DOI:
    10.13251/j.issn.0254-6051.2017.05.017
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    金属热处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王涛;姚有才;王宁;李阳;雷剑波
  • 通讯作者:
    雷剑波

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其他文献

子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究
  • DOI:
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  • 期刊:
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    --
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王涛;彭烨;李潇;贾国荣;王秋虎;程超;孙高峰;左长京
  • 通讯作者:
    左长京
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通过视觉技术向学生介绍聚集诱导发射,用薄层色谱法演示胶束形成
  • DOI:
    10.1021/acs.jchemed.9b00552
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Journal of Chemical Education
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    王涛;尹伟东;张少雄;李兆;张生俊;张博;马恒昌
  • 通讯作者:
    马恒昌
基于行为的非合作目标多航天器编队轨迹规划
  • DOI:
    10.16708/j.cnki.1000-758x.2017.0006
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国空间科学技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王涛;许永生;张迎春;谢成清
  • 通讯作者:
    谢成清
知识链关系治理机制及其对组织合作绩效影响
  • DOI:
    10.19571/j.cnki.1000-2995.2018.10.014
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    科研管理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡园园;顾新;王涛
  • 通讯作者:
    王涛

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民航发动机燃烧室损伤机理及高速激光修复研究
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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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