《Ni3Al基單晶合金高溫強化機理與合金化設計研究》是依託北京航空航天大學，由宮聲凱擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：Ni3Al基單晶合金高溫強化機理與合金化設計研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：宮聲凱
- 項目類別：聯合基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
未來先進燃氣渦輪發動機性能的提高，材料和製造技術的貢獻將占到50%～70%。Ni3Al金屬間化合物基合金由於具有低密度、高承溫能力的特點，有望發展成為新型超高溫結構材料。但由於長期沿用傳統高溫合金的高溫強化機理進行合金化設計，導致其諸多特點未能得到充分發揮。.本項目擬在前期研究基礎上，開展Ni3Al基單晶合金高溫強化機理與合金化設計研究，通過開展合金化元素在Ni3Al基單晶合金中的分布與作用、合金化元素對高有序度γ'相的高溫強化效果與機制、γ'相有序度和回溶溫度影響、γ/γ'相界面錯配度和相界面強化效果及高溫演變規律、熱力耦合作用下位錯運動機制、高溫強約束條件下韌性γ相的強化行為等研究，揭示Ni3Al基單晶合金高溫強化機理及其與傳統Ni基單晶高溫合金的異同；在此基礎上，採用計算材料工程學的研究思路，最佳化成分與組織結構，發展具有更高承溫能力的新一代低成本、低密度Ni3Al基單晶合金。
結題摘要
未來先進燃氣渦輪發動機性能的提高，材料和製造技術的貢獻將占到50%～70%。Ni3Al金屬間化合物基合金由於具有低密度、高承溫能力的特點，有望發展成為新型超高溫結構材料。本項目針對進一步挖掘Ni3Al基單晶合金高溫/超高溫強度的需求，深入開展了Ni3Al 基單晶合金中強化元素的分布規律、影響Ni3Al 基單晶合金高溫強化行為的主要因素、Ni3Al 基單晶合金的高溫強化機理和新一代Ni3Al 基單晶合金及其力學性能等課題研究。取得研究成果如下： 1、揭示了合金化元素在γ′-Ni3Al中的原子占位規律與鍵合特徵，提出了“Mo-Re”共合金化強化γ’相的合金化方法。 2、建立了超高溫下（高於1150℃）高溫合金組織結構演變規律。尤其針對兩相錯配行為進行了深入系統的研究，闡明了其與γ’相熱穩定性、固溶元素兩相偏析、兩相固溶強化作用之間的內稟聯繫。 3、確定地給出了可獲得承溫 1200°C單晶合金的主要控制因素的權重。合理使用 γ' 相形成元素來有效控制 γ'相高溫回溶的合金化設計對高溫強度的貢獻度大於長期以來添加 γ 相固溶強化元素 Re 的合金化設計。 4、基於以上結果，研發了1120°C承溫Ni3Al基單晶高溫合金IC21，實現了高承溫、低密度、低成本的綜合目標，與國際上同等承溫能力的Ni基單晶高溫合金比較，其具有突出的低密度（密度低10%）、低成本（成本降低2/3）的優勢；同時，研發了承溫1200°C的新型Ni3Al基單晶合金IC31。該合金 1200°C /80MPa 持久壽命可達 110 小時以上，為目前見刊單晶合金的最高承溫水平。 所研發合金於2018年3月21日通過了由中國航空學會主持召開的“高承溫低密度****單晶高溫合金研究”科技成果鑑定會（鑑定證書編號：2018[057]）。形成鑑定意見為：該項目成功研發出高承溫、低密度、低成本的Ni3Al金屬間化合物基單晶高溫合金。該成果總體技術達到國際領先水平。 目前該項目研發的Ni3Al金屬間化合物基單晶合金的成熟度可達到三級，選用為我國正在研製的推重比**級航空發動機高壓******葉片材料；同時，該項目研究的合金化設計思路，對其他單晶高溫合金的研發也具有促進作用。
