納米表面工程
納米改性材料
先進耐磨抗蝕材料
研究方向簡介:
磨損、腐蝕、疲勞是機械零部件的三大主要失效破壞形式。節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保、高效、長壽是對機械零部件提出的基本要求。據(jù)統(tǒng)計,80%的機械零部件因磨損失效。中國工程院相關(guān)統(tǒng)計表明我國因為磨損和腐蝕造成的損失約占GDP的9.5%。為此,王鈾教授的研究就是要解決材料的磨損和腐蝕問題。如他研究開發(fā)了熱噴涂納米結(jié)構(gòu)陶瓷涂層。這種納米結(jié)構(gòu)熱噴涂陶瓷涂層在大量的需要耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞性能的零部件上有著廣闊的應(yīng)用前景,為解決零部件的失效破壞問題開辟了新途徑。這種納米結(jié)構(gòu)熱噴涂陶瓷涂層被美國海軍譽為一種革命性的新涂層、是目前世界上在該領(lǐng)域首次(也是目前唯一)成功獲得應(yīng)用的納米技術(shù),與傳統(tǒng)陶瓷涂層相比,該納米陶瓷涂層的韌性、結(jié)合強度、抗熱震性能高1-2倍,耐磨性能高4-8倍, 抗疲勞性能提高10倍。目前,該技術(shù)已經(jīng)用于美國海軍裝備系統(tǒng)中的數(shù)百種零部件上。2001年,該技術(shù)獲得被譽為“應(yīng)用技術(shù)奧斯卡獎”和“研究發(fā)明諾貝爾獎”的“世界研究開發(fā)百項獎”,美國國防部“軍民兩用研究開發(fā)技術(shù)獎”。2004年獲世界經(jīng)濟論壇 “技術(shù)先驅(qū)獎”。與該工作有關(guān)的一篇文章發(fā)表在《Wear》雜志上,成為納米結(jié)構(gòu)涂層方面最早的文字文獻,幾年來,該篇文章已被SCI他引160多次?,F(xiàn)在,王鈾教授已經(jīng)將納米結(jié)構(gòu)熱噴涂陶瓷涂層技術(shù)移植國內(nèi)進行了再創(chuàng)新,于是,2008年王鈾榮獲了黑龍江省第三屆留學(xué)人員報國獎、2011年王鈾榮獲了黑龍江省科學(xué)技術(shù)獎自然科學(xué)二等獎和黑龍江省冶金行業(yè)科技進步獎一等獎。
近幾年,王鈾在材料的納米改性方面進行了卓有成效的研究。他與企業(yè)合作,利用納米材料的小尺寸效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)等特征,采用先進納米改性技術(shù)生產(chǎn)出了綜合性能優(yōu)良的用于加工鋼球、合金球、陶瓷球、瑪瑙球、工藝品球等球體材料的耐磨合金鑄鐵磨板(包括光球板、粗磨板、精研板等)。改性后的耐磨合金鑄鐵磨板的強度、硬度和斷裂韌性等均得到明顯改善,使得最終產(chǎn)品的磨削加工效率和使用壽命大幅度提高,一副納米改性耐磨合金鑄鐵磨板可以抵得上幾副國內(nèi)外現(xiàn)行的耐磨合金鑄鐵磨板。
王鈾還通過向WC-Co硬質(zhì)合金中加入包括納米稀土在內(nèi)的納米改性劑并優(yōu)化制備工藝參數(shù),制出了綜合性能優(yōu)良的硬質(zhì)合金。改性后的硬質(zhì)合金材料的強度、硬度和斷裂韌性等均得到明顯改善,使得最終產(chǎn)品的使用性能和壽命明顯提高。如納米改性硬質(zhì)合金材料與同類傳統(tǒng)硬質(zhì)合金相比,硬度提高1HRA以上,抗彎強度提高20%左右,沖擊韌性提高將近40-50%,斷裂韌性提高約10-30%,沖擊磨損性能提高100%以上。在小批量生產(chǎn)階段,將生產(chǎn)的“納米改性高性能礦用硬質(zhì)合金球齒”提供給客戶試用,根據(jù)客戶的反饋信息,“納米改性高性能礦用硬質(zhì)合金球齒”的綜合力學(xué)性能明顯提高,使用壽命顯著增加,穩(wěn)定性明顯提高。2013年王鈾又榮獲了黑龍江省科學(xué)技術(shù)獎自然科學(xué)二等獎和黑龍江省高校科技進步獎一等獎。
最近,王鈾教授通過在納微尺度上調(diào)控粉體的組織結(jié)構(gòu)以提高結(jié)構(gòu)陶瓷材料的強韌性能,現(xiàn)已取得非常顯著的效果。調(diào)控粉體制備陶瓷的彎曲強度、斷裂韌性、維氏硬度和彈性模量比未調(diào)控粉體制備陶瓷分別提高51.1%、21.6%、31.1%和18.1%。
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