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長壽命高溫材料國家重點實驗室2020年開放課題申請指南


為貫徹實驗室開放、流動、聯合、競爭的運行方針,充分發揮并不斷加強實驗室在長壽命高溫材料及相關領域的科學研究、人才培養、技術創新和學術交流等方面的優勢,長壽命高溫材料國家重點實驗室面向國內外科研人員設立開放基金。現發布2020年度開放基金資助課題(以下簡稱開放課題)申請指南。


一、???? 開放基金資助課題


圍繞實驗室的發展目標與長壽命高溫材料開發與應用、重型燃機高溫葉片精確制備成形技術、大尺寸高溫部件服役性能及可靠性評價三個研究方向,實驗室本期擬支持的11個開放課題詳情如下:


研究方向一:長壽命高溫材料開發與應用


(一)課題名稱:重型燃機高溫部件用4716CC24777DS1合金表面氧化與熱腐蝕行為特征研究


研究內容:針對重型燃氣輪機用高溫合金等軸晶材料4716CC2,定向柱晶合金4777DS1長時高溫服役過程中對抗氧化性能的需求,開展各合金高溫靜態氧化行為研究、高溫循環氧化行為研究、氧化機理研究、合金靜態熱腐蝕行為研究,獲得在工況溫度下0~10000小時的合金表面氧化膜結構、氧化增重(失重)曲線、氧化減厚曲線、晶界氧化深度曲線,熱腐蝕減重及減厚曲線,系統分析合金成分、溫度及時間對表面氧化膜結構的影響,對比不同合金的熱腐蝕損傷程度,分析合金成分對熱腐蝕性能的影響,揭示合金成分對氧化及熱腐蝕的影響規律,提出兼顧抗氧化及抗熱腐蝕性能的高溫合金設計思路。


主要技術指標:基于合金在不同溫度及時間條件下的氧化和熱腐蝕規律,掌握合金在工況溫度下的氧化和熱腐蝕損傷內在機制,建立完整的氧化圖譜及氧化性能數據庫,可為葉片服役損傷評價、新型合金設計提供支撐;發表影響因子在1.0以上的1SCI論文。


項目經費:不超過18萬元


實施周期:24個月。


(二)課題名稱:超超臨界機組高溫高壓過熱蒸汽中Co3W3等材料的熱氧化腐蝕規律研究


研究內容:針對600℃、20MPa范圍超超臨界機組高溫高壓過熱蒸汽中運行的Co3W33種材料研發與長時服役壽命需求,開展三種材料的高溫高壓過熱蒸汽的熱氧化腐蝕研究。通過600℃、20MPa范圍高溫高壓水汽循環環境材料試驗裝置,獲得過熱蒸汽(干蒸氣)下Co3W33種材料的熱氧化腐蝕動力學規律,同時通過成分精細分析與微觀組織觀察,獲得微觀組織隨溫度、壓力、熱氧化時間的演變規律,為Co3W33種材料在600℃、20MPa范圍超超臨界機組高溫高壓過熱蒸汽中運行的熱氧化腐蝕與服役壽命量化關系的建立提供數據支撐。


主要技術指標:基于Co3W33種材料在600℃、20MPa高溫高壓過熱蒸汽條件下隨時間的熱氧化腐蝕動力學規律,掌握3種材料在高溫高壓過熱蒸汽中的腐蝕速度;獲得材料表面與內部微觀組織、成分隨熱氧化時間的演變規律;揭示材料在高溫高壓過熱蒸汽條件下熱氧化腐蝕的類型與內在機制;建立3種材料在600℃、20MPa高溫高壓過熱蒸汽中的熱氧化腐蝕與服役壽命的量化關系;可為高溫高壓過熱蒸汽超超臨界機組材料服役損傷評價提供支撐;發表影響因子在1.0以上的1SCI論文。


項目經費:不超過17萬元


實施周期:18個月


研究方向二:重型燃機高溫葉片精確制備成形技術


(一)課題名稱:重型燃機導葉片服役裂紋修復用粉末開發及修復特性研究


研究內容:針對重型燃氣輪機用復雜形狀多聯導葉片大間隙裂紋修復,以4716CC2合金為研究基體,基于等溫凝固和粉末冶金原理開展多元復雜活化劑粉末合金成分優化與篩選研究,開展基體粉末、活化劑粉末的制備技術研究,進行粉末物理性能和冶金特性分析,研究活化劑合金粉末成分、基體與活化劑粉末粒度、粉末混合比例對裂紋和缺陷修復效果的影響,探索活化劑關鍵元素W、Co、Ta、Cr、Zr、B等在修復過程中作用機理,研究等溫凝固過程中修復區顯微組織演化規律,揭示活化劑粉末合金成分對力學性能的影響規律。研究修復區域涂層恢復后的界面結合特性,并與基體合金/涂層間界面進行對比研究。


主要考核指標:完成基體粉末與活化劑粉末合金成分優化篩選并完成粉末制備,完成模擬缺陷的修復探索,在1180~1230℃之間闡明不同成分活化劑對修復效果的作用機制,建立活化劑合金成分選用的一般原則,可為其他類型合金葉片缺陷修復提供支撐;發表影響因子在1.0以上的1SCI論文。


項目經費:不超過18萬元


實施周期:24個月。


(二)課題名稱:燃機用單晶葉片氧化行為研究


研究內容:針對燃機用單晶葉片的研制需求,開展DF-2(1.5%Re)、4774DD1(3%Re)單晶葉片材料抗氧化性能研究。利用籽晶法開展不同取向下葉片樣品的制備,確保單晶晶粒的完整性,在950℃、980℃、1010℃大氣環境下開展不同取向條件下單晶材料的氧化行為研究,獲得氧化增重(失重)關系曲線、氧化減厚曲線及氧化膜結構。揭示不同Re含量條件下,合金的氧化機理及氧化動力學過程。


主要技術指標:


1、完成不同取向單晶葉片樣品制備,在950℃、980℃、1010℃下完成兩種合金0~8000小時氧化增重(失重)曲線、氧化減厚曲線。


2、完成氧化膜結構分析,闡明不同Re含量、不同晶體取向對氧化的影響規律;


3、完成氧化的機理和動力學過程分析;


4、發表影響因子在1.0以上的1SCI論文。


項目經費:不超過17萬元


實施周期24個月。


(三)課題名稱:先進J/H級重型燃機多元稀土氧化物摻雜YSZ熱障涂層高溫長時微觀組織演變研究


研究內容:針對先進J/H級重型燃氣輪機透平高溫部件的熱障涂層,開展多元稀土氧化物摻雜YSZ熱障涂層在熱--化多場耦合作用下的微觀組織結構演變規律的研究。研究多元稀土摻雜YSZ陶瓷材料的熱物理性能、機械性能和抗高溫燒結能力,獲得多元稀土摻雜YSZ陶瓷材料的性能數據;研究多元稀土摻雜YSZ陶瓷材料制備熱障涂層的工藝;利用高溫長時熱循環試驗模擬重型燃機在高溫下長時運行工作和頻繁啟停調峰工況,對多元稀土氧化物摻雜YSZ熱障涂層開展高溫長時熱循環性能檢測,研究其熱循環性能及熱障涂層失效機理,獲得在熱力化多場耦合作用下熱障涂層的微觀組織演變規律和化學成分的變化規律,為先進J/H級重型燃氣輪機透平高溫部件的熱障涂層提供數據支撐。


主要技術指標:獲得先進J/H級重型燃氣輪機透平高溫部件的熱障涂層用多元稀土摻雜YSZ陶瓷材料的熱物理性能、機械性能和抗高溫燒結能力數據;獲得多元稀土氧化物摻雜YSZ陶瓷材料制備熱障涂層的優化推薦工藝;獲得多元稀土氧化物摻雜YSZ熱障涂層高溫長時熱循環性能壽命,分析熱障涂層內在損傷機制和失效機理,揭示熱障涂層在熱力化多場耦合作用下涂層微觀組織演變規律和化學成分變化規律。發表影響因子在1.0以上的2SCI論文。


項目經費:不超過18萬元


實施周期:24個月。


研究方向三:大尺寸高溫部件服役性能及可靠性評價


(一)課題名稱:重型燃機葉片用4716CC2合金性能恢復處理探索研究


研究內容:針對重型燃氣輪機用大尺寸葉片,以4716CC2合金為研究對象,基于服役溫度下材料組織變化規律,分析材料性能的退化機制,基于蠕變孔洞愈合及合金組織恢復限度,開展性能恢復處理探索實驗,探討材料組織可逆向恢復的最大損傷限值(蠕變應變)及恢復處理時機;結合MCrAlYTBC涂層的重新噴涂工藝過程,探索恢復熱處理最優工序設置及最優恢復處理制度;探討力學性能恢復效果,闡明碳化物演變及晶界氧化對恢復效果的影響機制。


主要技術指標:完成4716CC2合金性能恢復處理探索研究,初步闡明葉片性能恢復處理時機選擇的一般原則,可為其他類型合金葉片性能恢復處理提供支撐;發表影響因子在1.0以上的1SCI論文。


項目經費:不超過18萬元


實施周期:18個月。


(二)三種高溫材料長期服役穩定性研究


研究內容:針對長期服役的耐熱鋼和高溫合金(P91、GH41691Cr12Ni3Mo2VN),研究材料長期服役的損傷機理,揭示結構損傷(加工缺陷、服役磨損、材料微觀損傷等)演化對部件長期服役穩定性的影響,重點研究以下兩個問題:(1)耐熱鋼材料在服役條件下結構損傷演化(加工缺陷、服役磨損和微觀損傷等)與材料服役性能穩定性的交互作用。重點研究結構特定缺陷導致材料損傷演化的模型規律,材料蠕變損傷、疲勞損傷對材料長期服役穩定性的影響;(2)服役條件下材料性能與結構缺陷的交互作用的跨尺度表征。


主要技術指標:通過理論研究、數值模擬、試驗驗證等方法,揭示材料微觀損傷演化(加工缺陷、服役磨損、材料微觀損傷等)與材料宏觀服役性能的關系;提出服役環境下,一種材料性能與結構缺陷交互作用的跨尺度表征方法;發表SCI論文一篇,影響因子在1.0以上。


項目經費:不超過15萬元


實施周期:24個月


(三)課題名稱:高參數汽輪機長壽命耐磨防護涂層劣化機理及摩擦學優化設計研究


研究內容:


1、以630~650℃等級高參數汽輪機組汽缸配套件(進汽管等)、閥芯部件(閥桿、襯套等閥芯件)、通流部件(隔板、噴嘴組等)高溫、長壽命涂層防護為背景,研制高性能耐磨、沖蝕防護涂層。研究對比不同制備方法(常規熱噴涂、等離子噴焊等)下涂層性能差異,研究不同熱力學耦合條件下,涂層力學特性、劣化規律和失效機理。揭示高性能涂層材料在極端惡劣工況下的失效機理。


2、結合摩擦學設計方法,以高溫磨損、沖蝕服役條件為背景,開展高性能涂層微動磨損、沖擊、沖蝕磨損等綜合復雜服役工況下性能研究。結合摩擦耗散能機理和微動圖(運行微動、損傷微動)理論,分析其損傷機理,優化涂層結構設計。探索高參數汽輪機長壽命高溫耐磨防護涂層的優化設計方法和新思路。


3、揭示630~650℃等級高參數長壽命高溫防護涂層在模擬服役條件下,腐蝕、磨損、沖蝕對工作界面的劣化關系和損傷機理,探索高溫潤滑相的作用機制;考察溫度、載荷、速度和時間、能量(機械能、熱能)等輸入參數等對涂層服役狀態下劣化規律和作用,并開展壽命預測研究。


主要技術指標:研發高參數汽輪機長壽命高溫防護涂層,研究對比不同制備方法(常規熱噴涂、等離子噴焊等)下涂層性能差異,揭示涂層在高溫服役環境下的界面破壞失效和防護機理。采用摩擦學設計方法,結合摩擦耗散能機理和二類微動圖理論,揭示涂層的高溫耐磨和劣化機理,優選出最佳涂層設計制備方案及摩擦配副建議。發表論文EISCI論文2篇,建立企業標準1項。


項目經費:不超過17萬元


實施周期:24個月。


(四)課題名稱:高熵化激光熔覆層形成機制及在役性能研究


研究內容:


針對FB2、F92等材質閥芯件服役后發生高溫氧化等問題,開展高熵化激光熔覆層形成機制及抗氧化等性能研究。針對閥芯件材質及使用工況,結合特定激光熔覆工藝,對熔覆層的宏觀成形、物相結構和轉變機制、顯微組織和演變規律、強化相微觀形貌和生長機制,以及復合高熵化熔覆層的耐磨損性能和耐高溫氧化性能等進行系統研究,揭示復合高熵化熔覆層的耐磨損機理和高溫氧化機理,并最終確定特定體系高熵合金體系熔覆材料及與之匹配的激光熔覆工藝。


主要技術指標:


1、確定特定體系高熵合金體系熔覆材料及與之匹配的激光熔覆(及熱處理)工藝;


2、揭示復合高熵化熔覆層的耐磨損機理和抗高溫長時氧化機理;


3、揭示復合高熵化熔覆層高溫工況下組織、物相和性能穩定性及其演化機制;


4、結合使用工況,獲得復合體系高熵化激光熔覆層結合強度,高溫硬度,高溫摩擦磨損,熱疲勞,尺寸及應力變化規律,脆性等級等性能;


5、發表2篇論文,其中1篇為影響因子大于1.0SCI文章。


項目經費:不超過18萬元


實施周期:24個月。


二、???? 開放課題的申請條件和流程


(一)開放課題申請者的條件


1)凡具有博士學位或高級職稱,希望在長壽命高溫材料領域開展研究工作的國內外科研人員,均可申請實驗室開放課題,每人限申請1項。


2)項目負責人正在承擔實驗室開放課題尚未結題的,不能再次申報。


3)實驗室固定人員不得承擔開放課題,但為了保障開放課題的順利進行,每項開放課題必須至少有一名實驗室固定人員作為課題聯系人。


(二)開放課題的申請程序


申請者須參照本指南中的開放課題要求,填寫并提交《長壽命高溫材料國家重點實驗室開放課題申請書》(格式見附件),經所在單位審核同意并蓋章后,將蓋章版申請書的pdf掃描件和相同內容的word文檔發送到實驗室郵箱。


自本指南發布之日起,開始接受課題申請,62312點后停止接受申請材料。課題起始時間為202091日。


三、???? 其他要求


1.開放課題資助經費用于開放課題研究所需的科研業務費、材料費和在本室工作期間的往來差旅費等費用,開放課題資助經費的使用應符合《國家重點研發計劃資金管理辦法》等相關科技計劃管理及經費管理辦法規定。


2.凡在實驗室開放課題資助下發表的論文或取得的其它成果,必須注明長壽命高溫材料國家重點實驗室開放課題資助(英文為:Supported by the fund of State Key Laboratory of Long-life High Temperature Materials)字樣,并加注課題批準號。在成果鑒定和申報各類獎勵時也必須做出同樣的標注。


3.每個項目至少發表1SCI2EI原刊收錄的論文,論文的第一作者單位必須注明為長壽命高溫材料國家重點實驗室(英文為:State Key Laboratory of Long-life High Temperature Materials, Dong Fang Turbine Co., Ltd. Deyang Sichuan, 61800, China)。


四、???? 聯系方式


通訊地址:四川省德陽市高新技術產業園區金沙江西路666號東汽6號門


郵政編碼:618000


聯系人:聶麗萍電話18783802113?郵箱:nieliping@dongfang.com


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長壽命高溫材料國家重點實驗室


202061


附件:開放課題申請書模板




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