《稀土在材料表/界面层改性微纳作用的设计理论及其摩擦学机理研究》

点击下载 ⇩

该项目属于摩擦学与机械设计、纳米技术、表面工程等研究领域,具有机械设计学、材料科学、摩擦学等交叉学科性质。材料表/界面层性质是决定机械零部件可靠性最重要的因素。随着机械设备向着高速、重载、精密等极端方向发展,对机械设备运营的要求越来越高,已有材料表/界面层改性技术难以适应其发展需要,严重制约了机械设备功能提升并限制了其应用范围。

针对这一难题,该项目利用稀土独特结构所具有的物理化学特性在材料表/界面层改性微纳作用,有效调控并增强材料表/界面层与其内部之间的界面结合力及韧性,提高了材料的力学性能及摩擦腐蚀性能,揭示了稀土的微纳作用所形成高性能表/界面层结构的机理。

主要发现点如下:

1.发现和证实了稀土原子在钢表层改性过程中具有显著的微纳效应;获得了稀土对钢表面扩渗作用的规律,建立了稀土扩渗及微纳合金化机理模型,突破了传统金属学理论的大于铁原子15%尺寸的原子无法渗入钢表层限制,丰富和发展了金属学扩散理论。

2.独创性地制定稀土多元素无机溶液及表面改性技术,并依据不同聚合物特性调整溶液中组元配比以适应产生稀土微纳作用需要,形成了高强韧性的聚合物复合材料界面层,实现了其界面层稀土微纳作用的可控设计。

3揭示了稀土改性微纳作用与材料的力学性能及摩擦腐蚀性能的影响规律,并阐明稀土微纳作用对材料改性的机理,为稀土在材料表面改性中的应用提供了理论基础和实验依据。

4.提出了稀土复合薄膜的可控设计制备方法,制备了稀土复合纳米薄膜,阐明了稀土自组装的作用机理,开拓了稀土在薄膜领域的应用。

研究成果得到了国际著名学者Edith Mader教授、Robert H. Davis教授、Jayashree Bijwe教授等国内外同行的正面引用和评价。8篇代表作被SCI他引116次,总他引174次;代表作发表于表面工程及摩擦学领域的国际权威期刊Applied Surface Science、Thin Solid Films、Wear等期刊;引文分布于30多种国内外工程技术领域核心期刊,被20多个国家学者正面引用及评价。

研究成果发展了一种制备工艺简单、效果好、无污染及成本低的稀土表面改性新技术,显著改善了材料表/界面层性质,提高了其力学性能及摩擦腐蚀性能,所提出新的技术路线及理论被许多国内外学者直接用于指导设计新材料。稀土显著改善了材料表/界面层性质,解决了聚合物基复合材料领域存在界面强韧性差的技术难题,成果已经在圣戈班高功能塑料(上海)有限公司等单位获得生产应用。基于稀土的微纳作用理论,成功研制了新型模具钢CH95及其热处理技术。CH95作为新一代模具钢在国内获得广泛应用,满足了机械工业领域高速精锻行业极端环境对工模具的服役要求,提高了其力学性能及摩擦腐蚀性能,提升了机械零部件服役的可靠性;推动了机械工业技术进步,具有重要的科学意义和工程价值。

  1. 下载详细PDF版/Doc版

提示:为方便大家复制编辑,博主已将PDF文件制作为Word/Doc格式文件。