纳米结构WC-Co金属陶瓷涂层抗汽蚀性能及其机理研究

汽蚀是水力机械破坏的主要方式之一，近年来的研究表明，提高材料的硬度和韧性可大幅度提高材料的抗汽蚀性能，但传统材料难以同时满足这两个要求，国外在对纳米材料的研究中发现纳米材料的硬度和韧性可以同时提高，但对纳米结构涂层的抗汽蚀性能还未进行研究。本项目拟采用高速火焰喷涂工艺，制备出不同纳米结构的WC-Co金属陶瓷复合涂层，通过对涂层显微组织结构、机械性能及抗汽蚀性能的试验研究，分析涂层显微组织结构与其机械性能之间的关系，以及涂层在清水和含泥沙水流中的抗汽蚀性能及机理，并深入研究涂层中纳米结构的数量、尺寸、形态及分布对涂层抗汽蚀性能及机理的影响；为抗汽蚀纳米结构WC-Co喷涂材料制造、涂层结构及喷涂工艺优化设计提供理论依据；为高速火焰喷涂纳米结构WC-Co涂层应用于水力机械中水轮机及其它过流部件、显著提高它们的抗汽蚀性能奠定理论基础。

以近断层高地震风险地区建设的高墩桥梁结构为研究对象，针对强地震动场模型和近断层破坏性效应，高墩桥强震损伤破坏机理，抗倒塌性能评估，以及高墩桥的减震措施和基于延性的抗震设防方法等，进行了一系列深入的研究。提出了近断层空间多点、多维地震动场人工模拟方法，建立了近断层脉冲型地震动定量提取和合成方法，揭示了近断层潜在破坏性效应及其对高墩桥的影响规律；提出了考虑地基－桥梁基础动力相互作用的分析模型，对高墩桥强震作用下破坏、体系失效和倒塌进行分析，阐明了近断层高墩桥的失效模式和倒塌机制；基于IDA和易损性分析方法，揭示近断层区高墩桥梁强震作用下抗倒塌性能，提出基于等效延性的抗倒塌优化设计方法，建立了近断层高地震风险性环境下高墩桥结构倒塌模式控制方法。部分研究成果对近断层地区高墩桥抗震设计与安全性提升具有极其重要的科学意义和经济价值，为“一带一路”沿线桥梁生命线工程的建设与抗震设防提供科学建议。 2100433B

利用表面机械研磨技术制备奥氏体不锈钢的梯度纳米结构块体样品，为揭示梯度纳米结构金属的应变硬化行为及微结构机理，进行拉伸、循环应力松弛和显微压入等力学性能测试，研究表层的强度和塑性等力学性能；利用有限元模拟，研究表层与粗晶基体塑性协调的微观力学过程；利用X射线衍射、透射电子显微镜等研究梯度纳米结构表层的晶粒尺寸、孪晶和相组成的梯度分布特征，重点关注不同拉伸应变下梯度纳米结构表层中位错、层错、孪晶和相变的形成、发生及交互作用，揭示(1)梯度纳米结构表层应变硬化的微结构机理；(2)表层与粗晶基体塑性协调的微观力学过程。通过本项目的研究，阐明梯度纳米结构金属高拉伸伸长率的微观机制，建立梯度纳米结构金属宏观力学性能与关键梯度参量的关联，为澄清纳米金属本征力学性能、突破纳米金属低塑性瓶颈提供思路。

金属陶瓷是由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的结构材料。其通过热喷涂或激光熔敷，气相沉积，湿法沉积等涂层技术形成的涂层为金属陶瓷涂层。

金属陶瓷涂层的应用

金属陶瓷涂层应用在水轮机密封转动支架上，可以提高转动支架密封表面的耐磨损能力,改善密封效果、降低维护费用,减少停机维修时间。在水电行业具有应用推广价值。 2100433B