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长寿命高温材料国家重点实验室2020年开放课题申请指南


为贯彻实验室开放、流动、联合、竞争的运行方针,充分发挥并不断加强实验室在长寿命高温材料及相关领域的科学研究、人才培养、技术创新和学术交流等方面的优势,长寿命高温材料国家重点实验室面向国内外科研人员设立开放基金。现发布2020年度开放基金资助课题(以下简称开放课题)申请指南。


一、     开放基金资助课题


围绕实验室的发展目标与长寿命高温材料开发与应用、重型燃机高温叶片精确制备成形技术、大尺寸高温部件服役性能及可靠性评价三个研究方向,实验室本期拟支持的11个开放课题详情如下:


研究方向一:长寿命高温材料开发与应用


(一)课题名称:重型燃机高温部件用4716CC24777DS1合金表面氧化与热腐蚀行为特征研究


研究内容:针对重型燃气轮机用高温合金等轴晶材料4716CC2,定向柱晶合金4777DS1长时高温服役过程中对抗氧化性能的需求,开展各合金高温静态氧化行为研究、高温循环氧化行为研究、氧化机理研究、合金静态热腐蚀行为研究,获得在工况温度下0~10000小时的合金表面氧化膜结构、氧化增重(失重)曲线、氧化减厚曲线、晶界氧化深度曲线,热腐蚀减重及减厚曲线,系统分析合金成分、温度及时间对表面氧化膜结构的影响,对比不同合金的热腐蚀损伤程度,分析合金成分对热腐蚀性能的影响,揭示合金成分对氧化及热腐蚀的影响规律,提出兼顾抗氧化及抗热腐蚀性能的高温合金设计思路。


主要技术指标:基于合金在不同温度及时间条件下的氧化和热腐蚀规律,掌握合金在工况温度下的氧化和热腐蚀损伤内在机制,建立完整的氧化图谱及氧化性能数据库,可为叶片服役损伤评价、新型合金设计提供支撑;发表影响因子在1.0以上的1SCI论文。


项目经费:不超过18万元


实施周期:24个月。


(二)课题名称:超超临界机组高温高压过热蒸汽中Co3W3等材料的热氧化腐蚀规律研究


研究内容:针对600℃、20MPa范围超超临界机组高温高压过热蒸汽中运行的Co3W33种材料研发与长时服役寿命需求,开展三种材料的高温高压过热蒸汽的热氧化腐蚀研究。通过600℃、20MPa范围高温高压水汽循环环境材料试验装置,获得过热蒸汽(干蒸气)下Co3W33种材料的热氧化腐蚀动力学规律,同时通过成分精细分析与微观组织观察,获得微观组织随温度、压力、热氧化时间的演变规律,为Co3W33种材料在600℃、20MPa范围超超临界机组高温高压过热蒸汽中运行的热氧化腐蚀与服役寿命量化关系的建立提供数据支撑。


主要技术指标:基于Co3W33种材料在600℃、20MPa高温高压过热蒸汽条件下随时间的热氧化腐蚀动力学规律,掌握3种材料在高温高压过热蒸汽中的腐蚀速度;获得材料表面与内部微观组织、成分随热氧化时间的演变规律;揭示材料在高温高压过热蒸汽条件下热氧化腐蚀的类型与内在机制;建立3种材料在600℃、20MPa高温高压过热蒸汽中的热氧化腐蚀与服役寿命的量化关系;可为高温高压过热蒸汽超超临界机组材料服役损伤评价提供支撑;发表影响因子在1.0以上的1SCI论文。


项目经费:不超过17万元


实施周期:18个月


研究方向二:重型燃机高温叶片精确制备成形技术


(一)课题名称:重型燃机导叶片服役裂纹修复用粉末开发及修复特性研究


研究内容:针对重型燃气轮机用复杂形状多联导叶片大间隙裂纹修复,以4716CC2合金为研究基体,基于等温凝固和粉末冶金原理开展多元复杂活化剂粉末合金成分优化与筛选研究,开展基体粉末、活化剂粉末的制备技术研究,进行粉末物理性能和冶金特性分析,研究活化剂合金粉末成分、基体与活化剂粉末粒度、粉末混合比例对裂纹和缺陷修复效果的影响,探索活化剂关键元素WCoTaCrZrB等在修复过程中作用机理,研究等温凝固过程中修复区显微组织演化规律,揭示活化剂粉末合金成分对力学性能的影响规律。研究修复区域涂层恢复后的界面结合特性,并与基体合金/涂层间界面进行对比研究。


主要考核指标:完成基体粉末与活化剂粉末合金成分优化筛选并完成粉末制备,完成模拟缺陷的修复探索,在1180~1230℃之间阐明不同成分活化剂对修复效果的作用机制,建立活化剂合金成分选用的一般原则,可为其他类型合金叶片缺陷修复提供支撑;发表影响因子在1.0以上的1SCI论文。


项目经费:不超过18万元


实施周期:24个月。


(二)课题名称:燃机用单晶叶片氧化行为研究


研究内容:针对燃机用单晶叶片的研制需求,开展DF-2(1.5%Re)4774DD1(3%Re)单晶叶片材料抗氧化性能研究。利用籽晶法开展不同取向下叶片样品的制备,确保单晶晶粒的完整性,在950℃、980℃、1010℃大气环境下开展不同取向条件下单晶材料的氧化行为研究,获得氧化增重(失重)关系曲线、氧化减厚曲线及氧化膜结构。揭示不同Re含量条件下,合金的氧化机理及氧化动力学过程。


主要技术指标:


1、完成不同取向单晶叶片样品制备,在950℃、980℃、1010℃下完成两种合金0~8000小时氧化增重(失重)曲线、氧化减厚曲线。


2、完成氧化膜结构分析,阐明不同Re含量、不同晶体取向对氧化的影响规律;


3、完成氧化的机理和动力学过程分析;


4、发表影响因子在1.0以上的1SCI论文。


项目经费:不超过17万元


实施周期24个月。


(三)课题名称:先进J/H级重型燃机多元稀土氧化物掺杂YSZ热障涂层高温长时微观组织演变研究


研究内容:针对先进J/H级重型燃气轮机透平高温部件的热障涂层,开展多元稀土氧化物掺杂YSZ热障涂层在热--化多场耦合作用下的微观组织结构演变规律的研究。研究多元稀土掺杂YSZ陶瓷材料的热物理性能、机械性能和抗高温烧结能力,获得多元稀土掺杂YSZ陶瓷材料的性能数据;研究多元稀土掺杂YSZ陶瓷材料制备热障涂层的工艺;利用高温长时热循环试验模拟重型燃机在高温下长时运行工作和频繁启停调峰工况,对多元稀土氧化物掺杂YSZ热障涂层开展高温长时热循环性能检测,研究其热循环性能及热障涂层失效机理,获得在热力化多场耦合作用下热障涂层的微观组织演变规律和化学成分的变化规律,为先进J/H级重型燃气轮机透平高温部件的热障涂层提供数据支撑。


主要技术指标:获得先进J/H级重型燃气轮机透平高温部件的热障涂层用多元稀土掺杂YSZ陶瓷材料的热物理性能、机械性能和抗高温烧结能力数据;获得多元稀土氧化物掺杂YSZ陶瓷材料制备热障涂层的优化推荐工艺;获得多元稀土氧化物掺杂YSZ热障涂层高温长时热循环性能寿命,分析热障涂层内在损伤机制和失效机理,揭示热障涂层在热力化多场耦合作用下涂层微观组织演变规律和化学成分变化规律。发表影响因子在1.0以上的2SCI论文。


项目经费:不超过18万元


实施周期:24个月。


研究方向三:大尺寸高温部件服役性能及可靠性评价


(一)课题名称:重型燃机叶片用4716CC2合金性能恢复处理探索研究


研究内容:针对重型燃气轮机用大尺寸叶片,以4716CC2合金为研究对象,基于服役温度下材料组织变化规律,分析材料性能的退化机制,基于蠕变孔洞愈合及合金组织恢复限度,开展性能恢复处理探索实验,探讨材料组织可逆向恢复的最大损伤限值(蠕变应变)及恢复处理时机;结合MCrAlYTBC涂层的重新喷涂工艺过程,探索恢复热处理最优工序设置及最优恢复处理制度;探讨力学性能恢复效果,阐明碳化物演变及晶界氧化对恢复效果的影响机制。


主要技术指标:完成4716CC2合金性能恢复处理探索研究,初步阐明叶片性能恢复处理时机选择的一般原则,可为其他类型合金叶片性能恢复处理提供支撑;发表影响因子在1.0以上的1SCI论文。


项目经费:不超过18万元


实施周期:18个月。


(二)三种高温材料长期服役稳定性研究


研究内容:针对长期服役的耐热钢和高温合金(P91GH41691Cr12Ni3Mo2VN),研究材料长期服役的损伤机理,揭示结构损伤(加工缺陷、服役磨损、材料微观损伤等)演化对部件长期服役稳定性的影响,重点研究以下两个问题:(1)耐热钢材料在服役条件下结构损伤演化(加工缺陷、服役磨损和微观损伤等)与材料服役性能稳定性的交互作用。重点研究结构特定缺陷导致材料损伤演化的模型规律,材料蠕变损伤、疲劳损伤对材料长期服役稳定性的影响;(2)服役条件下材料性能与结构缺陷的交互作用的跨尺度表征。


主要技术指标:通过理论研究、数值模拟、试验验证等方法,揭示材料微观损伤演化(加工缺陷、服役磨损、材料微观损伤等)与材料宏观服役性能的关系;提出服役环境下,一种材料性能与结构缺陷交互作用的跨尺度表征方法;发表SCI论文一篇,影响因子在1.0以上。


项目经费:不超过15万元


实施周期:24个月


(三)课题名称:高参数汽轮机长寿命耐磨防护涂层劣化机理及摩擦学优化设计研究


研究内容:


1、以630~650℃等级高参数汽轮机组汽缸配套件(进汽管等)、阀芯部件(阀杆、衬套等阀芯件)、通流部件(隔板、喷嘴组等)高温、长寿命涂层防护为背景,研制高性能耐磨、冲蚀防护涂层。研究对比不同制备方法(常规热喷涂、等离子喷焊等)下涂层性能差异,研究不同热力学耦合条件下,涂层力学特性、劣化规律和失效机理。揭示高性能涂层材料在极端恶劣工况下的失效机理。


2、结合摩擦学设计方法,以高温磨损、冲蚀服役条件为背景,开展高性能涂层微动磨损、冲击、冲蚀磨损等综合复杂服役工况下性能研究。结合摩擦耗散能机理和微动图(运行微动、损伤微动)理论,分析其损伤机理,优化涂层结构设计。探索高参数汽轮机长寿命高温耐磨防护涂层的优化设计方法和新思路。


3、揭示630~650℃等级高参数长寿命高温防护涂层在模拟服役条件下,腐蚀、磨损、冲蚀对工作界面的劣化关系和损伤机理,探索高温润滑相的作用机制;考察温度、载荷、速度和时间、能量(机械能、热能)等输入参数等对涂层服役状态下劣化规律和作用,并开展寿命预测研究。


主要技术指标:研发高参数汽轮机长寿命高温防护涂层,研究对比不同制备方法(常规热喷涂、等离子喷焊等)下涂层性能差异,揭示涂层在高温服役环境下的界面破坏失效和防护机理。采用摩擦学设计方法,结合摩擦耗散能机理和二类微动图理论,揭示涂层的高温耐磨和劣化机理,优选出最佳涂层设计制备方案及摩擦配副建议。发表论文EISCI论文2篇,建立企业标准1项。


项目经费:不超过17万元


实施周期:24个月。


(四)课题名称:高熵化激光熔覆层形成机制及在役性能研究


研究内容:


针对FB2F92等材质阀芯件服役后发生高温氧化等问题,开展高熵化激光熔覆层形成机制及抗氧化等性能研究。针对阀芯件材质及使用工况,结合特定激光熔覆工艺,对熔覆层的宏观成形、物相结构和转变机制、显微组织和演变规律、强化相微观形貌和生长机制,以及复合高熵化熔覆层的耐磨损性能和耐高温氧化性能等进行系统研究,揭示复合高熵化熔覆层的耐磨损机理和高温氧化机理,并最终确定特定体系高熵合金体系熔覆材料及与之匹配的激光熔覆工艺。


主要技术指标:


1、确定特定体系高熵合金体系熔覆材料及与之匹配的激光熔覆(及热处理)工艺;


2、揭示复合高熵化熔覆层的耐磨损机理和抗高温长时氧化机理;


3、揭示复合高熵化熔覆层高温工况下组织、物相和性能稳定性及其演化机制;


4、结合使用工况,获得复合体系高熵化激光熔覆层结合强度,高温硬度,高温摩擦磨损,热疲劳,尺寸及应力变化规律,脆性等级等性能;


5、发表2篇论文,其中1篇为影响因子大于1.0SCI文章。


项目经费:不超过18万元


实施周期:24个月。


二、     开放课题的申请条件和流程


(一)开放课题申请者的条件


1)凡具有博士学位或高级职称,希望在长寿命高温材料领域开展研究工作的国内外科研人员,均可申请实验室开放课题,每人限申请1项。


2)项目负责人正在承担实验室开放课题尚未结题的,不能再次申报。


3)实验室固定人员不得承担开放课题,但为了保障开放课题的顺利进行,每项开放课题必须至少有一名实验室固定人员作为课题联系人。


(二)开放课题的申请程序


申请者须参照本指南中的开放课题要求,填写并提交《长寿命高温材料国家重点实验室开放课题申请书》(格式见附件),经所在单位审核同意并盖章后,将盖章版申请书的pdf扫描件和相同内容的word文档发送到实验室邮箱


自本指南发布之日起,开始接受课题申请,62312点后停止接受申请材料。课题起始时间为202091日。


三、     其他要求


1.开放课题资助经费用于开放课题研究所需的科研业务费、材料费和在本室工作期间的往来差旅费等费用,开放课题资助经费的使用应符合《国家重点研发计划资金管理办法》等相关科技计划管理及经费管理办法规定。


2.凡在实验室开放课题资助下发表的论文或取得的其它成果,必须注明长寿命高温材料国家重点实验室开放课题资助(英文为:Supported by the fund of State Key Laboratory of Long-life High Temperature Materials)字样,并加注课题批准号。在成果鉴定和申报各类奖励时也必须做出同样的标注。


3.每个项目至少发表1SCI2EI原刊收录的论文,论文的第一作者单位必须注明为长寿命高温材料国家重点实验室(英文为:State Key Laboratory of Long-life High Temperature Materials, Dong Fang Turbine Co., Ltd. Deyang Sichuan, 61800, China)。


四、     联系方式


通讯地址:四川省德阳市高新技术产业园区金沙江西路666号东汽6号门


邮政编码:618000


联系人:聂丽萍电话18783802113 邮箱:nieliping@dongfang.com


 


 


长寿命高温材料国家重点实验室


202061


附件:开放课题申请书模板




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