公示信息
成果名称：新型Nb-Si基超高温合金定向凝固组织性能调控理论及应用基础
完成单位：西北工业大学
完成人：郭喜平，张松，乔彦强，马晓，郭海生，唐晔，王寅，傅茂森
成果简介：航空技术的发展要求发动机具有更高的推重比，必然要求涡轮叶片材料能承受更高温度和拥有优异的综合力学性能及抗氧化性能。Nb-Si基超高温合金具有高熔点、低密度及较好的室温、高温力学性能，是一种有希望在1200℃以上温度使用的高温结构材料，用以制备下一代飞机发动机叶片等热端结构部件。然而，这些合金较差的抗氧化性能限制了其在航空等领域的应用。合金化是提高Nb-Si基超高温合金的综合性能、尤其是高温抗氧化性能的重要手段。定向凝固是制备涡轮叶片的关键技术，可显著提高高温结构材料的力学性能，目前普遍应用于航空发动机领域。以前对Nb-Si基超高温合金进行定向凝固的方法主要有水冷铜坩埚内的晶体提拉法和无坩埚的悬浮区熔法。这些方法的定向凝固效果普遍较差。特别是，用这些方法不能制备变截面及形状复杂的涡轮叶片。
本项目在3个国家自然科学基金面上项目及1项国家重点研发计划项目的支持下，经过22年的研究，取得了以下创造性成果：（1）发展了经过多元合金化的Nb-Si基超高温合金的成分体系，揭示了Ti, Zr, Hf, Cr, Mo, B及Y的合金化机理；明晰了合金化元素对合金相组成、组织形貌、凝固路径的影响机制，优化了多元体系下合金化元素的适宜加入量及其交互作用。（2）研发了能够在2150℃以上温度进行定向凝固的惰性防反应特制陶瓷坩埚，开发了熔体温度达2150℃的超高温整体定向凝固技术，成功制备了定向凝固效果优良的Nb-Si基超高温合金叶片。（3）揭示了Nb-Si基超高温合金的定向凝固组织调控机理及共晶耦合生长机制，明晰了初生相以及共晶层片的竞争生长机制以及抽拉速率对共晶层片取向的影响规律。（4）通过合金化及定向凝固组织调控，显著提高了Nb-Si基超高温合金的室温及高温力学性能，室温抗拉强度达到了832MPa，室温断裂韧性达到了28.5MPam1/2，1250℃/75MPa的拉伸持久寿命在≥216 h。阐明了定向凝固Nb-Si基超高温合金的变形机理，为Nb-Si基超高温合金在航空及航天领域热端部件的应用奠定了基础。
本项目的8篇代表性论文均在金属间化合物方面的著名期刊Scripta Materialia, Materials Science and Engineering A, Materials Characterization, Intermetallics上发表，共被SCI他引375次。在2018年获得陕西省优秀博士学位论文1篇，应邀在本学科领域有重要影响的国际及国内学术会议上作邀请报告20余次。
主要知识产权（标准、规范）目录
序号 | 知识产权 类别 | 知识产权 名称 | 国家 （地区） | 授权号 （批准号） | 授权日期 | 证书编号 | 权利人 | 发明人 |
1 | 发明专利 | 一种Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的制备方法 | 中国 | ZL202011013077.4 | 2021年1月8日 | 5076125 | 郭喜平，王寅 | 郭喜平，王寅 |
2 | 发明专利 | 一种氧化物掺杂改性的Y2O3+YSZ耐高温型壳的制备方法 | 中国 | ZL201410199005.1 | 2016年6月29日 | 2130173 | 郭喜平,王寅,乔彦强 | 郭喜平,王寅,乔彦强 |
承诺：上述知识产权未曾在已获或正在申报国家级、省（部）级和厅局（地市）级奖励项目中作为支撑材料出现。用于推荐陕西高校科学技术研究优秀成果的情况，已征得未列入成果主要完成人和主要完成单位的权利人（专利指发明人）的同意。
代表性论文专著目录
序号 | 论文专著名称 | 刊名 | 发表 时间 | 年卷页码（xx年xx卷xx页） | 作者 | 通讯作者（含共同作者） | 第一作者（含共同作者） | 国内 作者 （中文名） | 他引 总次数 | 检索 数据库 | 参与人（成果完成人） | 知识产权是否归 国内所有 |
1 | Alloying effects on the microstructure and properties of Nb-Si based ultrahigh temperature alloys | Intermetallics | 2016.03 | 2016年70卷33-44页 | SongZhang, XipingGuo | Xiping Guo | Song Zhang | 张松，郭喜平 | 70 | SCI Expanded Web | 郭喜平，张松 | 是 |
2 | Microstructure evolution and room temperature fracture toughness of an integrally directionally solidified Nb-Ti-Si based ultrahigh temperature alloy | Scripta Materialia
| 2011.04 | 2011年64卷7期637-640页 | HaishengGuo,XipingGuo | Xiping Guo | Haisheng Guo | 郭海生，郭喜平 | 56 | SCI Expanded Web | 郭喜平，郭海生 | 是 |
3 | Study of the effects of Zr addition on the microstructure and properties of Nb-Ti-Si based ultrahigh temperature alloys | Intermetallics
| 2017.09 | 2017年88卷19-27页 | YanqiangQiao, XipingGuo, Yuxiang Zeng | YanqiangQiao, XipingGuo | YanqiangQiao | 乔彦强，郭喜平，曾宇翔 | 55 | SCI Expanded Web | 郭喜平，乔彦强 | 是 |
4 | High temperature deformation behavior of an optimized Nb-Si based ultrahigh temperature alloy | Scripta Materialia
| 2016.04 | 2016年116卷16-20页 | YeTang, XipingGuo | Xiping Guo | Ye Tang | 唐晔，郭喜平 | 50 | SCI Expanded Web | 郭喜平，唐晔 | 是 |
5 | Effects of B addition on the microstructure and properties of Nb silicide based ultrahigh temperature alloys | Intermetallics
| 2015.02 | 2015年57卷83-92页 | SongZhang, XipingGuo | XipingGuo | SongZhang | 张松，郭喜平 | 41 | SCI Expanded Web | 郭喜平，张松 | 是 |
6 | Effects of Cr and Hf additions on the microstructure and properties of Nb silicide based ultrahigh temperature alloys | Materials Science and EngineeringA
| 2015.06 | 2015年638卷121-131页 | SongZhang, XipingGuo | XipingGuo | SongZhang | 张松，郭喜平 | 39 | SCI Expanded Web | 郭喜平，张松 | 是 |
7 | In-situ TEM observation of hcp-Ti to fcc-Ti phase transformation in Nb-Ti-Si based alloys | Materials Characterization
| 2018.08 | 2018年142卷332-339页 | Xiao Ma, Xiping Guo,Maosen Fu,Yanqiang Qiao | Xiping Guo | Xiao Ma | 马晓，郭喜平，傅茂森，乔彦强 | 38 | SCI Expanded Web | 郭喜平，乔彦强，马晓，傅茂森 | 是 |
8 | Crystallographic characteristics of an integrally directionally solidified Nb-Ti-Si based in-situ composite | Scripta Materialia | 2017.10 | 2017年139卷108-113页 | Xiao Ma, Xiping Guo, Maosen Fu, Haisheng Guo | Xiping Guo | Xiao Ma | 马晓，郭喜平，傅茂森，郭海生 | 26 | SCI Expanded Web | 郭喜平，郭海生马晓，傅茂森 | 是 |
承诺：该表所列论文专著的知识产权归国内所有且无争议，未曾在已获或正在申报国家级、省（部）级和厅局（地市）级奖励项目中作为支撑材料出现。用于推荐陕西高校科学技术研究优秀成果的情况，已征得未列入成果主要完成人和主要完成单位的作者的同意，其中，未列入成果主要完成人的第一作者、通讯作者（含共同第一作者、共同通讯作者）已出具知情同意书面签字意见。因未如实告知上述情况而引争议，且不能提供相应存档备查的证件，本人愿意承担相应责任，并接受处理。
完成人合作关系情况汇总表
序号 | 合作方式 | 合作关系人 及排名 | 合作时间 | 合作成果 | 证明材料 |
1 | 论文 | 郭喜平（1），张松（2） | 2016年3月 | Song Zhang, Xiping Guo: Alloying effects on the microstructure and properties of Nb-Si based ultrahigh temperature alloys, Intermetallics, 2016; 70: 33-44. | 论文1 |
2 | 论文 | 郭喜平（1），郭海生（4） | 2011年4月 | Haisheng Guo, Xiping Guo: Microstructure evolution and room temperature fracture toughness of an integrally directionally solidified Nb-Ti-Si based ultrahigh temperature alloy, Scripta Materialia, 2011; 64 (7): 637-640. | 论文2 |
3 | 论文 | 郭喜平（1），乔彦强（3） | 2017年9月 | Yanqiang Qiao, Xiping Guo, Yuxiang Zeng: Study of the effects of Zr addition on the microstructure and properties of Nb-Ti-Si based ultrahigh temperature alloys, Intermetallics, 2017; 88: 19-27. | 论文3 |
4 | 论文 | 郭喜平（1），唐晔（6） | 2016年4月 | Ye Tang, Xiping Guo: High temperature deformation behavior of an optimized Nb-Si based ultrahigh temperature alloy, Scripta Materialia, 2016; 116: 16-20. | 论文4 |
5 | 论文 | 郭喜平（1），张松（2） | 2015年2月 | Song Zhang, Xiping Guo: Effects of B addition on the microstructure and properties of Nb silicide based ultrahigh temperature alloys, Intermetallics, 2015; 57: 83-92. | 论文5 |
6 | 论文 | 郭喜平（1），张松（2） | 2015年6月 | Song Zhang, Xiping Guo: Effects of Cr and Hf additions on the microstructure and properties of Nb silicide based ultrahigh temperature alloys, Materials Science and Engineering A, 2015; 638: 121-131. | 论文6 |
7 | 论文 | 郭喜平（1），乔彦强（3），马晓（4），傅茂森（8） | 2018年8月 | Xiao Ma, Xiping Guo, Maosen Fu, Yanqiang Qiao: In-situ TEM observation of hcp-Ti to fcc-Ti phase transformation in Nb-Ti-Si based alloys, Materials Characterization, 2018; 142: 332-339. | 论文7 |
8 | 论文 | 郭喜平（1），马晓（4），郭海生（5），傅茂森（8） | 2017年10月 | Xiao Ma, Xiping Guo, Maosen Fu, Haisheng Guo: Crystallographic characteristics of an integrally directionally solidified Nb-Ti-Si based in-situ composite, Scripta Materialia, 2017; 139: 108-113. | 论文8 |
9 | 发明专利 | 郭喜平（1），王寅（7） | 郭喜平，王寅，一种Nb-Si基超高温合金定向凝固叶片模拟件的制备方法，中国发明专利，2021年；ZL202011013077.4。 | 发明专利1 | |
10 | 发明专利 | 郭喜平（1），乔彦强（3），王寅（7） | 郭喜平，王寅，乔彦强，一种氧化物掺杂改性的Y2O3+YSZ耐高温型壳的制备方法，中国发明专利，2016年；ZL201410199005.1。 | 发明专利2 |
承诺：本人作为第一完成人，对本成果完成人合作关系及上述内容的真实性负责，特此声明。