关键金属摩擦副激光熔覆高温耐磨耐蚀特种涂层基础研究.DOC

国家自然科学奖提名书 (2018 年度) 一、项目基本情况 学科评审组： 序号： 编号： 教育部 项目名称 关键金属摩擦副激光熔覆高温耐磨耐蚀特种涂层基础研究 Basic research on laser clad special wear- and corrsion- resistant coatings for critical metallic tribological components 主要完成人 王华明，陈瑶，汤海波，刘栋，张述泉 学科分类 名称 1 机械摩擦、磨损及润滑 代码 4601540 2 3 任务来源 具体计划、基金的名称和编号：国家杰出青年基金(材料制备加工科学与工程；863 计划2项（863 计划（钛合金表面激光熔覆金属硅化物高温耐磨涂层及应用 2002AA331030、难熔金属硅化物高耐磨抗氧化抗热腐蚀多功能涂层技术2003AA305750)；国家自然科学基金面上项目2项（Cr13Ni5Si2 金属硅化物高温耐磨涂层组织与性能MC 碳化物非平衡凝固形态选择规律研究等。 项目起止时间 起始：1992 年 1 月 1 日 完成：2010 年4 月 30 日 国家科学技术奖励工作办公室制 、提名意见 （） 教育部 邮政编码 联 系 人 联系电话 电子邮箱 传 真 提名意见： 航空航天、石化冶金、能源动力、海洋工程等重大装备中大量关键金属摩擦副零部件，在高温、重载、腐蚀、冲刷等极端恶劣服役环境下因磨损而过早失效。因此，研究出同时具有耐磨、耐蚀、耐高温等优异综合性能的多功能耐磨涂层设计新思想并开发出特种涂层材料新体系 该项目创新性提出多元多相难熔金属硅化物高温耐磨耐蚀涂层、难熔硬质间隙相原位增强复相金属铝化物）基复合材料耐磨涂层的设计思想，揭示了其摩擦磨损机理，发展出Cr13Ni5Si2/Cr3Ni5Si2、TiC/(NiAl-Ni3Al) 等综合性能优异的配合的十大特种耐磨涂层新体系；发现有关小面晶体“液/固界面结构和生长机制转化”的经典凝固理论对典型小面晶体不成立。项目成果被国际期刊专题报道，学术思想和国内外十余家团队借鉴跟踪，产生了重要国际影响，开拓并引领了多元金属硅化物等多功能特种耐磨涂层国际研究新领域。成果已成功应用于航空发动机刷式封严装置及矢量喷管驱动机构及钢铁冶金、煤化工行业的高温高压耐磨耐蚀球阀等关键摩擦副零部件，为我国先进航空发动机等重大装备制造做出了重要贡献。 声明： 法人代表签名： 单位（盖章） 年 月 日 年 月 日 三、项目简介 本项目属机械工程领域机械摩擦、磨损及润滑学科。航空航天、石化冶金、能源动力、海洋工程等重大装备和工业生产中，大量泵、阀、轴承等关键摩擦副金属零部件在高温、重载、腐蚀、冲刷等极端恶劣服役环境下因磨损而过早失效，不仅造成极大浪费，严重降低装备性能，而且频繁停产降低效率甚至引发重大事故。先进涂层技术被公认是提高其服役性能和寿命的有效方法此前，国内外广泛应用的NiCoCrAlY等合金、Si3N4等陶瓷及其复合材料涂层往往仅某一“单项”性能突出，无法同时具备优异的耐磨、耐蚀、耐高温等“综合”性能。因此，创新高温耐磨耐蚀特种涂层设计方法、涂层材料新体系及其优质涂层制备技术，在国家杰青基金、863计划等项目支持下，经20余年研究，发现难熔金属硅化物及铝化物因金属键与共价键共存而兼备金属和陶瓷性能，具有耐磨、耐蚀、耐高温等优异“综合”性能，提出难熔硬质相原位增强重要科学发现如下：1. 发现“多元多相”过渡金属硅化物涂层具有优异的高温耐磨耐蚀综合性能“反常”的磨损-温度特性（性质，出“多元多相”过渡金属硅化物涂层新领域出Cr等6大多元多相金属硅化物耐磨涂层新体系并建立其优质涂层激光熔覆制备技术。2. 综合利用金属铝化物低密度、反常硬度-温度关系及TiC难熔硬质相原位增强发展出TiC/(Ni3Al-NiAl)TiC/(Ti3Al-TiAl-CaF2)、Cr7C3/NiCr-Ni3Al-G) 等4大高温低摩擦/自润滑耐磨涂层新体系，阐明了难熔硬质增强相与复相金属铝化物基体的耦合抗磨机制及涂层低摩擦自润滑机理。3. TiC等难熔硬质小面相原位增强特种耐磨涂层中，发现在101-105k/s的凝固冷却速度范围内，尽管TiC等小面晶体呈现出一系列独特的凝固生长新形态，但其光滑的液/固界面结构和侧向