新型核壳结构WC-Cr2(C,N)-Co纳米复合粉的设计、制备及其合金强韧化机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51804202
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0413.粉末冶金与粉体工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

How to controllable fabricate the nanocrystalline hardmetals, of which the key challenge is to control the rapid grain growth during the fully densifying, have become an international problem in the field of high-end cutting tools. Therefore, in this project, the innovation is proposed that through design novel WC-Cr2(C,N)-Co core-shell structure (WC as the core, Cr2(C,N) as the inner rim, Co as the outer rim) nanocomposite powders, in order to improve the distribution of grain growth inhibitors, nitrogen and binder Co in hardmetals, which will enhance the inhibition performance on WC grain growth, optimize the microstructure and mechanical properties, and strengthen and toughen the nanocrystalline hardmetals. The main research in this work focus on: (1) controllable preparing the WC-Cr2(C,N)-Co core-shell structure nanocomposite powders, by using the hydrothermal synthesis, spray transformation method and the carbon thermal reduction nitride technology; (2) unfolding the formation mechanism of the WC-Cr2(C,N)-Co core-shell structure; (3) revealing the sintering densification behavior and metallurgy mechanism of the core-shell structure nanocomposites; (4) explaining the acting mechanism of the core-shell structure in inhibiting the WC grain growth and the strengthening-toughening hardmetals, combining with the calculations and simulations. This project will provide theoretical basis and technical support for the preparation of high-performance nanocrystalline hardmetals.
纳米硬质合金的可控制备是高端切削工具领域面临的国际难题,如何有效调控致密化过程中晶粒长大是制备纳米硬质合金的关键所在。为此,本项目提出了通过设计具有核壳结构(WC为核、Cr2(C,N)为内壳层、Co为外壳层)的WC-Cr2(C,N)-Co纳米复合粉,改善晶粒长大抑制剂、N元素和粘接相Co在合金组织中的分布,来抑制WC-Cr2(C,N)-Co合金中WC晶粒长大,优化合金的微观结构与性能,实现合金强韧化的新思路。并着重研究:(1)采用水热合成、喷雾转化技术、并结合碳热还原氮化工艺,可控制备核壳结构WC-Cr2(C,N)-Co纳米复合粉;(2)探讨WC-Cr2(C,N)-Co核壳结构的形成机理;(3)揭示该核壳结构复合体系的烧结致密化行为与冶金机制;(4)结合计算机模拟计算,阐明核壳结构抑制WC晶粒长大、强韧化合金的作用机理。本项研究将为高性能纳米硬质合金的可控制备提供有效的理论依据和技术支撑。

结项摘要

高性能硬质合金是先进制造业快速发展所必需的关键基础材料,如何有效调控致密化过程中晶粒长大、改善界面结合强度是实现其高性能化的关键所在。本项目在冶金热力学分析的基础上,系统研究了核壳结构WC-Cr2(C,N)-Co纳米复合粉末可控制备技术及其机理,分析了其致密化行为,进而阐明了其硬质合金强韧化机理,制备出了高性能硬质合金,发现:(1)通过反应热力学分析,论证了碳热还原氮化法制备Cr2(C,N)的可行性,且提高N2、降低CO分压,促进反应正向进行。WC-Cr2(C,N)-Co纳米复合粉末制备物相演变遵循:非晶态→(CoWO4、WO2、CrWO3、WO2.72)→(CoWO4、WO2、CrWO3、Co6W6C)→(W2C、Co3W3C、WC)→(WC、Co、Cr2(C,N))的规律。(2)当水热温度为180℃,水热时间为10h,葡萄糖含量为理论值140%,热处理温度1050℃,热处理时间为60min时,综合制备条件最优,制备的WC-Cr2(C,N)-Co纳米复合粉末粒径范围在25~75nm,颗粒分散均匀,粉末呈WC为内核、Cr2(C,N)为内壳层、Co为外壳层的结构。(3)反应温度、碳含量和保温时间对产物影响较大,是三个重要影响参数,适当提高反应温度,增加碳含量,延长保温时间,有助于WC-Cr2(C,N)-Co的形成。(4)氮可提高Cr在粘结相中的溶解度,并与Cr协同降低W在粘结相中的溶解量,有效限制WC的“溶解-析出”行为,显著抑制WC的晶粒生长,阻碍(W,Cr)Cx脆性层的形成,强化界面的同时强韧化粘结相,从而显著改善硬质合金的强度和硬度等力学性能,但对韧性略有降低。(5)随着WC-Cr2(C,N)-Co中Cr2(C,N)含量的增加,合金微观组织逐渐细小均匀,合金的密度不断降低,致密度先基本保持不变、后降低,抗弯强度先增加后降低,维氏硬度不断升高,断裂韧性逐渐降低。当Cr2(C,N)含量为1.00 wt.%时,硬质合金具有最优的综合力学性能。这为核壳结构纳米复合粉末及其合金的制备提供了理论基础,并为新结构高性能硬质合金的创新研制及应用提供了关键技术支撑。

项目成果

期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Synthesis of high-entropy boride powders via boro/carbothermal reduction method
硼/碳热还原法合成高熵硼化物粉末
  • DOI:
    10.1080/21870764.2021.1966978
  • 发表时间:
    2021-07
  • 期刊:
    JOURNAL OF ASIAN CERAMIC SOCIETIES
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Zhigang Yang;Yubo Gong;Shaolei Song;Gang Yu;Shiqing Ma
  • 通讯作者:
    Shiqing Ma
Microstructure and mechanical behaviour of CMT-welded Mg/Al dissimilar joint using Inconel 625 as filler metal
以Inconel 625为填充金属的CMT焊接Mg/Al异种材料接头的显微组织和力学行为
  • DOI:
    10.1080/13621718.2019.1603186
  • 发表时间:
    2019-04-10
  • 期刊:
    SCIENCE AND TECHNOLOGY OF WELDING AND JOINING
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Wang, Peng;Zhang, Hanzheng;Ma, Shiqing
  • 通讯作者:
    Ma, Shiqing
Effects of microstructural heterogeneity on fatigue properties of cast aluminum alloys
微观结构不均匀性对铸造铝合金疲劳性能的影响
  • DOI:
    10.1007/s11771-020-4323-0
  • 发表时间:
    2020-03-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF CENTRAL SOUTH UNIVERSITY
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Jiao Yi-nan;Zhang Yi-fan;Yang Shao-pu
  • 通讯作者:
    Yang Shao-pu
前驱体法制备纳米VC晶须的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    稀有金属与硬质合金
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋小朗;金永中;马世卿;周锐;郑婷
  • 通讯作者:
    郑婷
卤化剂对纳米VC晶须制备的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    稀有金属与硬质合金
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周锐;金永中;马世卿;蒋小朗;房勇;唐章恒
  • 通讯作者:
    唐章恒

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

Effects of microstructural heterogeneity on the fatigue properties of cast aluminum alloys: a review
微观结构不均匀性对铸造铝合金疲劳性能的影响:综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Central South University
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    焦忆南;张依凡;马世卿;桑德利;张洋;吴圣川;赵晋津;刘永强;杨绍普
  • 通讯作者:
    杨绍普

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

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]
      
关闭
close
客服二维码