金属搪瓷复合材料高温自润滑与抗氧化耦合机制的研究

基本信息
批准号:51871051
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:陈明辉
学科分类:
依托单位:东北大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王群昌,余中狄,于志涛,廖依敏,孔轩,卢振天
关键词:
防护机理自润滑高温氧化高温合金金属搪瓷复合材料
结项摘要

Under the co-effect of oxidation and wear, oxides developed upon metal matrix composites are able to transform to a glaze layer by consecutive extrusion and crushing. An intact and stable glaze layer on surface can play a role of self-lubrication and oxidation protection. Previous study has proved that adding SiO2 in composites favors the nucleation and stabilization of such a glaze layer. Enamel has the similar network microstructure with SiO2, enabling it with high oxidation resistance. We have studied and demonstrated that the thermo physical properties of enamel can be adjusted to a large extent by controlling the composition and percentage of network modifiers, making the enamel more compatible with the metal matrix. Therewith, self-lubricating and oxidation protective metal-enamel composites can be designed and prepared. However, there is still no detail study and discussion of the mechanisms of the enamel and SiO2 phase affecting the formation of glaze layer on the metal matrix composites. In this project, metal-enamel composites will be prepared by spark plasma sintering (SPS). Thereafter, compatibility between enamel and the alloy phase and its oxides is studied, and the formation thermodynamic and kinetic characteristics of glaze layer on wear surface are researched. Though that, the underlying regulation of enamel affecting self-lubrication and oxidation resistance of the metal matrix composites are explored, and the broking mechanisms of the composites by the synergistic actions of high-temperature oxidation and wear are revealed. This systematic study helps to establish the theoretic foundation to design novel high-temperature self-lubricating and oxidation protective metal matrix composites. It shows significant scientific importance and broaden application prospect.

在氧化与摩擦的共同作用下,金属基复合材料表面的氧化产物经不断挤压、碾碎后可形成釉质层。完整稳定的釉质层能起到自润滑与抗氧化的作用。研究发现,SiO2的添加有利于复合材料表面釉质层的形核与稳定。搪瓷具有与SiO2类似的网络结构,抗高温氧化性能优异。我们前期已证实,通过网络中助溶剂组元与含量的调整,可大幅度调控搪瓷的热物理性能,使其与合金匹配,进而设计制备抗氧化、自润滑的金属搪瓷复合材料。然而,搪瓷相以及SiO2在复合材料中的作用机制,目前尚欠详细的研究与探讨。本项目拟通过放电等离子烧结制备镍基合金与搪瓷的复合材料,开展搪瓷相与合金及其氧化物的相容性、釉质层的形成热力学与动力学等方面内容的研究,探讨搪瓷影响复合材料自润滑与抗氧化性能的内在规律,揭示金属搪瓷复合材料的高温氧化与摩擦磨损耦合破坏机理,为新型耐高温抗氧化金属基自润滑复合材料的设计奠定理论基础,具有重要的科学意义及广阔的应用前景。

项目摘要

在高温摩擦时,一些金属基复合材料表面可形成釉质层,发挥自润滑与抗氧化的作用。研究发现,SiO2的添加有利于复合材料表面釉质层的形核与稳定。搪瓷具有与SiO2类似的网络结构,抗高温氧化性能优异。我们前期已证实,通过网络中助溶剂组元与含量的调整,可大幅度调控搪瓷的热物理性能,使其与合金匹配,进而设计制备抗氧化、自润滑的金属搪瓷复合材料。然而,搪瓷相以及SiO2在复合材料中的作用机制,目前尚欠详细的研究与探讨。本项目通过放电等离子烧结制备镍基合金与搪瓷的复合材料,开展搪瓷相与合金及其氧化物的相容性、釉质层的形成热力学与动力学等方面内容的研究,探讨搪瓷影响复合材料自润滑与抗氧化性能的内在规律,揭示金属搪瓷复合材料的高温氧化与摩擦磨损耦合破坏机理,为新型耐高温抗氧化金属基自润滑复合材料的设计奠定了理论基础,具有重要的科学意义及广阔的应用前景。.通过该项目的资助,在搪瓷高温自润滑机理研究的基础之上,掌握了金属搪瓷高温自润滑复合材料的设计原理,并与中航发沈阳发动机研究所合作,研制了可用于发动机工况的高温自润滑复合材料及其零部件产品。项目执行四年时间内,发表了SCI收录论文共19篇,培养博士毕业研究生4名,硕士研究生3名。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
3

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

DOI:
发表时间:2018
4

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

DOI:10.15986/j.1006-7930.2017.06.014
发表时间:2017
5

丙二醛氧化修饰对白鲢肌原纤维蛋白结构性质的影响

丙二醛氧化修饰对白鲢肌原纤维蛋白结构性质的影响

DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190411-143
发表时间:2020

相似国自然基金

1

搪瓷涂层对高温合金的高温氧化防护机理研究

批准号:51471177
批准年份:2014
负责人:陈明辉
学科分类:E0103
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
2

纳米ZrO2-Al2O3/碱土金属铬酸盐复合材料的制备与高温自润滑机理研究

批准号:51572061
批准年份:2015
负责人:欧阳家虎
学科分类:E0205
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
3

高温自润滑涂层微观组织优化与性能调控机制研究

批准号:51405497
批准年份:2014
负责人:袁晓静
学科分类:E0505
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

钴基高温自润滑复合材料的设计、制备及其摩擦磨损机理研究

批准号:51775365
批准年份:2017
负责人:崔功军
学科分类:E0505
资助金额:58.00
项目类别:面上项目