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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
激光重熔方法實(shí)現(xiàn)制備硼鋁鎂三元合金涂層的關(guān)鍵技術(shù)研究
小類(lèi)：
能源化工
簡(jiǎn)介：
BAM比聚四氟乙烯光滑，摩擦系數(shù)只有0.02。但目前制備BAM方法均不適合大規(guī)模生產(chǎn)，且制備方法成本高，我們采用激光快速重熔技術(shù)實(shí)現(xiàn)。利用激光熔覆技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)約具有戰(zhàn)略價(jià)值且昂貴的合金元素，獲得不受常規(guī)條件下的溶解度和平衡相圖所確定的相規(guī)律限制的新合金、非晶態(tài)和表面涂層，這種合金涂層具有高的耐磨性、耐蝕性和良好的電磁和熱性能。該技術(shù)目前已較為成熟，相關(guān)理論也有很大發(fā)展。
詳細(xì)介紹：
Cook等通過(guò)脈沖激光沉積方法對(duì)比研究了室溫和573K下形成的BAM的性能差異，進(jìn)一步通過(guò)將Si、TiB2、Fe3O4等摻加到BAM中改變其硬度等性能。2009年，Roberts等通過(guò)脈沖電流燒結(jié)方法制備了BAM。但以上方法均不適合大規(guī)模生產(chǎn)，且制備方法成本高，如何實(shí)現(xiàn)BAM的快速制備已成為該技術(shù)發(fā)展的瓶頸。 技術(shù)方面我們采用激光快速重熔技術(shù)實(shí)現(xiàn)。利用激光熔覆技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)約具有戰(zhàn)略價(jià)值且昂貴的合金元素，獲得不受常規(guī)條件下的溶解度和平衡相圖所確定的相規(guī)律限制的新合金、非晶態(tài)和表面涂層，這種合金涂層具有高的耐磨性、耐蝕性和良好的電磁和熱性能。與傳統(tǒng)噴涂工藝相比，激光表面熔覆技術(shù)具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：(1)熔覆層組織致密，晶粒細(xì)小，具有較好的抗氧化、耐腐蝕、耐磨損等性能；(2)熔覆層與基材呈良好的冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較高；(3)對(duì)基材的熱輸入量小，基材的熱影響區(qū)較?。?4)基材對(duì)涂層的稀釋度較?。?5)激光表面熔覆過(guò)程可精確控制，后續(xù)機(jī)械加工量??；6)可對(duì)工件進(jìn)行局部熔覆處理，處理部位變形小，熔覆過(guò)程可控性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。該技術(shù)目前已較為成熟，相關(guān)理論也有很大發(fā)展。 激光掃描合金化經(jīng)過(guò)努力，我們找到了兩種制備BAM合金涂層的方法。其關(guān)鍵參數(shù)如下： 1、調(diào)和液法制備制備初樣、激光重熔制備BAM合金涂層的贅疣參數(shù)為，乙醇溶液作為調(diào)和液，真空干燥充分烘干調(diào)和液，激光加工功率未400w, 掃描速率80mm/s，光斑直徑2mm,正離焦； 2、壓片法制備初樣，激光重熔制備BAM合金涂層的贅疣參數(shù)為，壓片壓強(qiáng)為20Mpa,停留時(shí)間為3min,激光加工功率未200w, 掃描速率35mm/s，光斑直徑2mm,正離焦。

作品專(zhuān)業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

(1）我們的創(chuàng)新點(diǎn)在于國(guó)內(nèi)首次研究新材料BAM涂層，該涂層具有超硬超光滑的特性。用新興的激光重熔技術(shù)來(lái)制備BAM，尚屬首次，具有創(chuàng)新性。 2）在基本的激光重熔法制備BAM涂層的基礎(chǔ)上我們擬用添加稀土元素這種新方法來(lái)提高BAM的性能。 3）高溫熔融法制備BAM需要1670K以上的高溫持續(xù)30個(gè)小時(shí)，制備出的產(chǎn)品多為塊狀；激光重熔法是使用高能激光一次掃描而成，適于涂層的制備。 4）脈沖激光濺射沉淀法、直流電離子濺射法制備BAM需要超真空壞境，對(duì)靶材要求高，只能形成毫米級(jí)以下厚度的BAM涂層；激光重熔法只需流動(dòng)He氣保護(hù)，且能制備出毫米級(jí)BAM涂層。 主要技術(shù)指標(biāo)：硬度，表面粗糙度即摩擦系數(shù)，導(dǎo)電能力，制備成本。

科學(xué)性、先進(jìn)性

硼鋁鎂合金(BAM)，它比聚四氟乙烯光滑，摩擦系數(shù)只有0.02。這種材料的出現(xiàn)為解決低摩擦和耐高溫的問(wèn)題提供了一種全新的思路。BAM具有一個(gè)復(fù)雜的低對(duì)稱(chēng)性的64原子的斜方晶系結(jié)構(gòu)，在它的結(jié)構(gòu)中存在空位，這與具有簡(jiǎn)單的、高對(duì)稱(chēng)性的晶體結(jié)構(gòu)的超硬材料不同，主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面：(1)通過(guò)添加一些像Si、TiB2等物質(zhì)可以使得BAM的硬度增大，而一般的超硬材料則恰恰相反；(2) BAM具有很好的電導(dǎo)性。BAM的獨(dú)特性能為其的改性提供了有利的條件。該材料是國(guó)外近十年發(fā)現(xiàn)和起步研究的，而在國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)研究報(bào)道。 我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索，運(yùn)用激光重融技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，探索出了最佳的參數(shù)。獲得了性能較好的樣品。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

獲得西北工業(yè)大學(xué)“2010年大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目校級(jí)一般項(xiàng)目”資金支持

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

有償轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

實(shí)物

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

圖層將會(huì)提高應(yīng)用涂層器件的壽命和性能，該涂層的研制對(duì)航空航天產(chǎn)品的應(yīng)用具有重要的軍事意義，本項(xiàng)目在工程應(yīng)用中也同樣具有深遠(yuǎn)的影響。在鉆頭和其他切削工具外表涂一層堅(jiān)硬的BAM涂層也具有非常大的應(yīng)用前景，原本用于此的金剛石雖然更堅(jiān)硬，但它會(huì)與鋼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此會(huì)受到腐蝕，而B(niǎo)AM涂層更廉價(jià)且不會(huì)受到鋼的腐蝕。另外據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，給飛機(jī)的旋翼葉片涂一層BAM涂層，僅2微米后的涂層就可以減少葉片與外罩之間的摩擦，這意味著該涂層可以每年為國(guó)家節(jié)約12億元。

同類(lèi)課題研究水平概述

目前，國(guó)內(nèi)外研究人員利用類(lèi)金剛石、cBN等超硬涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)低摩擦系數(shù)、減阻等不粘效果，制備方法較多，主要包括濺射沉積、離子束輔助沉積、離子鍍、等離子體輔助CVD和氣相沉積等物理和化學(xué)方法。但是制備過(guò)程復(fù)雜，需要有離子的轟擊,并且制備的涂層為非晶態(tài)結(jié)構(gòu),應(yīng)力非常大,與襯底的結(jié)合很差，很難在器件上進(jìn)行有效的附著。研究人員綜合兩類(lèi)涂層的優(yōu)點(diǎn)利用等離子體氣相沉積在納米金剛石上沉積立方氮化硼(cBN)薄膜涂層。這些材料雖然在實(shí)驗(yàn)條件下效果很好，但是均遠(yuǎn)低于實(shí)際的應(yīng)用指標(biāo)。硼鋁鎂合金(BAM)，它是美國(guó)能源部 Ames Laboratory實(shí)驗(yàn)室的研究人員1999年在無(wú)意中制備得到的。 美國(guó)Cook教授等通過(guò)脈沖激光沉積方法對(duì)比研究了室溫和573K下形成的BAM的性能差異，進(jìn)一步通過(guò)將Si、TiB2、Fe3O4等摻加到BAM中改變其硬度等性能。2009年，Roberts等通過(guò)脈沖電流燒結(jié)方法制備了BAM。 該項(xiàng)目研究背景是，該材料是國(guó)外近十年發(fā)現(xiàn)和起步研究的，而在國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)研究報(bào)道。
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