近日，美国能源部先进能源研究计划署（ARPA-E）宣布资助万美元，支持17个航空和发电用燃气轮机超高温材料项目，旨在通过开发可承受℃高温以及经过涂层和冷却处理可在℃环境下连续运行的超高温材料以及新的制造工艺，使涡轮机叶片不仅能承受超高温，还可承受航空和发电行业中燃气轮机的常见极端运行环境，进而提升燃气轮机效率。本次资助项目为“超高温防渗材料提高涡轮机效率”（ULTIMATE）计划第一阶段的部分项目，将通过建模和对基本性能的实验室拉伸测试来进行合金成分、涂层和制造工艺的概念验证，主要研究内容参见表1所示。

表1航空和发电用燃气轮机超高温材料项目具体研究内容

研究内容

资助金额/万美元

开发一种可在℃下运行的铌（Nb）基合金，还将开发新型抗氧化粘结涂层和高耐久性的隔热涂层，使合金可运行于℃高温环境，此外还将开发可扩大规模的制造工艺，该项目开发的技术应用于现有的联合循环燃气轮机可将热效率提高约7%

通过测试表征，提供ULTIMATE计划将开发的合金和涂层相关的技术性能目标数据，包括室温和℃下的合金及涂层机械性能，以及热膨胀和导热率等物理性能数据

采用增材制造技术生产试样，并将使用增强型高熵合金结合氧化物弥散强化颗粒制造典型涡轮机叶片，可提高高温强度和抗蠕变性，从而能够在℃下运行，远超过当前的单晶镍超合金性能

80

为难熔金属合金开发一种环保涂层系统，以从根本上改善在恶劣的燃气轮机运行环境中的使用寿命

70

利用一种新发明的超快高温烧结法，快速合成适用于℃的耐高温合金用的新型环境热障涂层

60

开发一种新型高温合金涂层，能够随合金一起膨胀，防止燃烧气体渗透到合金中，并具有超低导热率，以保护合金免受表面高温影响

60

使用物理冶金原理和人工智能来识别新型铌（Nb）基耐火合金的化学性质，确保其具有出色的高温性能且不会在低温下变脆，以用来确定合适的合金成分和加工条件

80

通过物理建模、机器学习和人工智能及高通量合成和表征平台，探索可经受燃气轮机极端环境、保持与涂层相容性并适合增材制造的耐火高熵合金成分

开发一种新型的超高温难熔复合材料浓缩合金复合材料，由难熔复合浓缩合金与难熔高熵硬质合金的纳米颗粒混合而成，可提高强度承受℃的极端条件，同时将开发特殊的3D金属打印工艺，用于生产测试试样

70

将激光粉末床熔融增材制造和先进粉末冶金制造开发一系列难熔复合浓缩合金及其工艺参数，并针对涂料开发优化的中间层材料

80

开发用于增材制造的轻质、高性价比、沉淀强化的耐火高熵合金，将通过高通量、多尺度计算机建模和机器学习识别合金成分

开发适合难熔合金的新型增材制造方法，解决当前难熔合金制造过程中熔化温度较高对传统制造工艺的挑战

65

使用计算建模工具和先进的特性来开发Nb基合金，使燃气轮机进口温度超过℃

70

开发一种具有双重功能的新型热障涂层，可充当常规热障且具有改变燃气轮机热叶片表面辐射光的波长的能力，使燃气轮机输出提高6%

60

开发一种新型增材制造工艺，能够生产用于高温、抗氧化涡轮叶片的难熔复合材料

60

开发用于设计和制造超高温耐火合金的计算和实验集成框架，将具备如下功能：通过高通量计算和机器学习模型生成合金性能数据；通过神经网络逆向设计方法设计超高温耐火合金；利用现场辅助烧结技术和/或增材制造方法制造合金；通过与行业合作进行系统表征来示范性能

应用计算材料设计、增材制造、涂层技术以及涡轮机设计/制造技术，为能够在℃持续运行的下一代涡轮机叶片合金和涂层系统开发一个全面的解决方案。设计一种Nb基多材料合金系统，由可延展、沉淀强化的抗蠕变合金制成

感谢喜欢先进能源科技战略情报研究中心

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkyy/370.html