Self-healing ability of Nb-Si based alloys with boron for improved environmental performance

含硼铌硅基合金的自愈能力可改善环境绩效

基本信息

  • 批准号:
    2485434
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2020 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Materials in turbine engines are exposed to harsh in-service environments, resulting in the reduction in their integrity and performance. To improve efficiency of engines and to decrease emissions of NOx/CO2, turbine engine temperatures will be increased. Current turbine blade materials are approaching melting temperatures; hence new refractory materials are needed.Nb-Si based alloys are currently investigated to replace Ni-based superalloys used in the hottest part of a turbine engine. Although these materials have good mechanical properties, the oxidation resistance can be poor, which limits their application. Improving the oxidation resistance is the challenge to be addressed in this project.The issue is to be tackled utilising the unique nature of boron. Boron is one of the glass-forming elements. When added to Nb-Si alloys, a glassy self-healing layer may form on the surface upon oxidation of the alloy, improving oxidation resistance. The project investigates the effect of introducing boron on the properties of Nb-Si based alloys through materials characterisation and isothermal and cyclical oxidation tests. The project aims to determine the oxidation mechanism, the impacts of boron introduction and its synergy with commonly used additions e.g. Al, Sn, Ge etc. The experimental outcomes will be compared with computational models. This work will lead to the discovery of alloys with improved oxidation resistance and self-healing ability, which could save significant in-service costs. Once established, this knowledge may be extended to other alloy systems.
涡轮发动机中的材料暴露在恶劣的使用环境中,导致其完整性和性能下降。为了提高发动机的效率和减少NOx/CO2的排放,涡轮发动机的温度将会提高。目前涡轮叶片材料正在接近熔化温度;因此需要新的耐火材料。铌硅基合金目前正在研究取代镍基高温合金用于涡轮发动机的高温部件。虽然这些材料具有良好的机械性能,但抗氧化性较差,这限制了它们的应用。提高抗氧化性能是本项目需要解决的挑战。这个问题需要利用硼的独特性质来解决。硼是形成玻璃的元素之一。当添加到Nb-Si合金中时,合金氧化后表面可形成玻璃状自愈层,提高抗氧化性。该项目通过材料表征、等温和循环氧化试验,研究了引入硼对铌硅基合金性能的影响。该项目旨在确定氧化机理,硼的引入及其与常用添加剂(如Al, Sn, Ge等)的协同作用。实验结果将与计算模型进行比较。这项工作将导致发现具有更好的抗氧化和自愈能力的合金,这可以节省大量的使用成本。一旦建立,这种知识可以扩展到其他合金系统。

项目成果

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