《金屬材料表面機械合金化改性的基礎研究》是依託南京航空航天大學，由沈以赴擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬材料表面機械合金化改性的基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：沈以赴
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研究機械合金化表面改性過程中，粉末材料與基體金屬的相互作用及合金塗層的形成機理。建立機械合金化表面改性塗層生長的物理模型；研究不同種類粉末與不同性質基體材料之間的相互作用規律（如塑性粉體的變形、扁平化，硬質粉體的擠入過程與破碎等）；研究粉體材料與基體的結合界面在機械合金化過程中的形成規律以及塗層與基體的界面控制及近結合界面基體塑性變形層對界面擴散和結合性質的影響；研究粉末成分設計及球磨工藝對塗層形成過程及塗層成分、性能的影響，可望通過控制球磨能量和球磨時間等多元參數調控合金化進程，從而達到控制塗層組織、性能的目的；表征機械合金化塗層界面的結合性質與結合力，界面組織應力、基體塑性變形情況及塗層整體性能與合金設計、球磨工藝的相關性。本申請選擇可用於石油化工、能源動力、武器裝備等領域的各類金屬管的內壁耐熱、耐氧化及耐磨損等特種塗層製備為研究對象，具有重要的科學意義，並將產生顯著的社會經濟效益。
結題摘要
本項目致力於金屬材料機械合金化表面改性的研究，建立了機械合金化表面改性塗層生長的物理模型，通過計算機數值模擬研究了機械合金化表面塗層製備過程中磨球撞擊基板的力學回響機制以及磨球撞擊對基體與塗層界面形貌的影響。選用合適的內壁耐熱、抗氧化及耐磨損塗層體系配置初始粉末體系，將金屬管狀部件的局部鑲嵌於改裝球磨罐的內壁凹槽內，運用高能行星式球磨機對金屬管狀部件進行表面塗覆處理。結合顯微分析方法（XRD，SEM，EDS，TEM等）研究了不同粉末特性對塗覆效率及微觀組織的影響規律；同時，結合塗層顯微硬度測試、腐蝕性能測試、高溫抗氧化實驗及摩擦磨損實驗等對塗層性能進行表征。研究了塑性粉末-硬質基體（Ti-Cu/TC4，Ti-Cr/TC4，Ti-Al/TC4，Ti-Al-Cr/TC4，Ti-Cu-Al/TC4， NiCrAlY/Q235、Ni-Al/Q235、Al基陶瓷/SUS304）、硬質粉末-塑性基體（W/Cu）、塑性粉末-塑性基體（W-Cu/Cu）等組合體系在機械合金化過程中粉末與基體材料之間的相互作用規律（如塑性粉體材料的變形、扁平化與粘接、擴散，硬質粉體的擠入過程與破碎等）；研究了粉體材料與基體的結合界面在機械合金化過程中的形成規律以及塗層與基體的界面控制及近結合界面基體塑性變形層對界面擴散和結合性質的影響；研究了粉體材料的合金化行為以及粉體材料在連續高能機械作用下與基體材料的合金化行為對機械合金化塗層物相、組織及形貌的影響，從而分析並研究了採用混合金屬粉體作為預製塗層體系時出現的塗層分層的現象，進而在研究機械合金化過程中界面增厚動力學以及合金形成動力學的基礎上分析並總結了不同粉末-基體組合體系機械合金化過程中塗層形成的基本機制。同時，研究了粉末成分設計及球磨工藝對塗層形成過程及塗層成分、性能的影響，探討粉末成分以及球磨工藝參數對塗層組織、性能的影響機制，進而通過控制球磨能量和球磨時間等多元參數調控合金化進程，選擇性最佳化塗層組織、性能；研究並表征了機械合金化塗層界面的結合性質與結合力，並對界面組織應力、基體塑性變形情況及塗層整體性能與合金設計、球磨工藝的相關性進行了探討。本項目不僅完成了申請書提出的相關研究內容，而且還在此基礎上擴充了部分陶瓷表面金屬化的研究，通過對比分析更深層次地理解了金屬材料表面機械合金化改性塗層的形成機制。
