微合金化元素对Cu-Cr-Nb系合金的相变和高温蠕变行为的影响规律

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项目介绍
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基本信息

  • 批准号：
    51901250
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    22.0万
  • 负责人：
    雷前
  • 依托单位：
    中南大学
  • 学科分类：
    E0101.金属材料设计、计算与表征
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

For the current high strength, high thermal conductivity copper alloys, it is increasingly difficult to meet the requirements of high strength, high thermal conductivity and high creep resistance of thermal sinking materials for rocket engines and nuclear reactors. This proposal intends to take high thermal conductivity, high creep resistance Cu-Cr-Nb copper alloy as the object. This project is proposed to reveal the mechanisms of micro-alloying elements to improve the strength and the creep resistance of Cu-Cr-Nb alloy through the micro-alloying combined with the first principle calculation, ultrastructure characterization at the atomic level, performance testing, and et al. The main research contents include: ① the optimal design of composition and preparation process; ② the influence of micro-alloying elements on the behavior of Cr2Nb precipitation in rapid solidification and the behavior of nanophase precipitation during aging, and ③ the influence mechanisms of Cr2Nb phase and precipitates on high temperature creep behavior of the designed alloys. The project intends to solve two key scientific problems: ① the effects of alloying elements on the Cr2Nb phase solidification behavior and the phase transition behavior during aging; and ② the influence of alloying elements on the size and distribution of Cr2Nb phase formed during solidification, the influence on the heat resistance stability of nanoscale phase precipitated by aging precipitation, and its influence on the high temperature creep behaviors. The completion of this project will lay a theroretical and experimental foundation for developing new high strength, high thermal conductivity, high temperature creep resistant copper alloys.
目前的高强高导铜合金难以满足火箭发动机和核反应堆用热沉材料的高强、高导热和高抗蠕变性能要求。本项目拟以高导热、高抗蠕变Cu-Cr-Nb系合金为研究对象，通过微合金化进一步提升其综合性能，结合第一性原理计算、超微结构表征和性能测试揭示微合金化元素提高强度和抗蠕变性能的机理。主要研究内容包括：①微合金化成分优化设计和喷射沉积制备工艺优化；②揭示微合金化元素对快速凝固Cr2Nb相析出行为和时效纳米相析出行为的影响规律；③阐明微合金化耐热合金快速凝固析出相Cr2Nb和时效析出纳米相对合金高温蠕变行为的影响机理。拟解决两个关键科学问题：①微合金化元素对凝固析出Cr2Nb相和时效析出相变行为的影响规律；②合金化元素对凝固析出Cr2Nb相的尺寸和分布、时效沉淀析出纳米相的耐热稳定性、以及合金高温蠕变行为的影响机理。项目的完成将为新型高强、高导热、高抗蠕变耐热铜合金材料提供理论和实验基础。

结项摘要

项目以Cu-Cr-Nb系耐热铜合金为研究对象，通过计算结合实验验证优化合金化元素的成分与配比，采用粉末冶金法制备坯锭，结合性能测试和超微结构表征优化制备工艺。充分利用微合金化合金的Cr2Nb相以及时效析出纳米相提升材料综合性能。. 项目周期内已经完成项目研究内容、研究目标，解决了关键科学问题，揭示了微合金化元素对合金凝固析出Cr2Nb相和时效析出相变行为的影响规律，探索了合金化元素对凝固析出Cr2Nb相的尺寸和分布、时效沉淀析出纳米相的耐热稳定性。制备出新型高强度、高导热、高抗蠕变耐热铜合金；建立基于第一性原理计算与实验验证相结合的成分设计和组织结构设计原则；阐明了合金化元素交互作用及其影响耐热铜合金快速凝固过程和沉淀析出相变过程的规律；探明凝固析出的Cr2Nb相和沉淀析出纳米相对合金性能的影响机理；获得了高强度、高导热、高抗蠕变耐热铜合金的成分设计、制备工艺、组织结构与性能的关系。. 项目周期内发表SCI论文14篇（均有标注资助），中文论文1篇，申请并获得国家发明专利2项，培养研究生2人。. 项目采用大气熔炼法和粉末冶金法制备了Cu-4.06Cr-1.25Nb (wt.%) 合金，经950 ℃/4 h均匀化+900 ℃热轧80%+940 ℃/4 h固溶处理+冷轧50%+400 ℃时效处理2 h后，大气熔炼法制备的Cu-4.06Cr-1.25Nb合金的电导率为77.8% IACS，在室温、400 ℃、450 ℃、500 ℃下的抗拉强度分别为440 MPa、285 MPa、266 MPa、230 MPa。经950 ℃/4 h均匀化+900 ℃热轧80%+940 ℃/4 h固溶处理+冷轧50%+400 ℃时效处理2 h后，SPS烧结粉末冶金法制备的Cu-4.06Cr-1.25Nb合金的电导率为68.1% IACS，在室温、400 ℃、450 ℃、500 ℃下的抗拉强度分别为496 MPa、256 MPa、212 MPa、165 MPa。. 该项目目前还未体现出直接经济价值和效益，但是为后续的CuCrNb合金的产业化提供了试验和技术基础，有望为我国高端热沉零部件（如火箭发动机燃烧室）提供新的高性能铜合金候选材料。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Cr-based second phases in a high conductivity Cu-Cr-Nb alloy with high high-temperature strength
具有高高温强度的高导率 Cu-Cr-Nb 合金中的 Cr 基第二相
  • DOI：
    10.1016/j.matdes.2022.110784
  • 发表时间：
    2022-05
  • 期刊：
    Materials & Design
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Yihai Yang;Qian Lei;Huan Liu;Ji;a Hong;Zhen Han;Qi An;Jimin Shan;Xi Chen;Haoran Xu;Zhu Xiao;Shen Gong
  • 通讯作者：
    Shen Gong
Microstructure and properties of a Cu-6Cr alloy with high friction and wear resistance
高摩擦磨损Cu-6Cr合金的组织与性能
  • DOI：
    10.1016/j.wear.2022.204553
  • 发表时间：
    2022-11
  • 期刊：
    Wear
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Yaxing Ma;Qian Lei;Jinjuan Cheng;Yang Gao;Xiangpeng Meng;Solomon-Oshioke Agbedor;Zhu Xiao
  • 通讯作者：
    Zhu Xiao
Effect of fabrication methods on the microstructure and properties of a Cu–Cr–Nb alloy
制备方法对CuCrNb合金组织和性能的影响
  • DOI：
    10.1016/j.msea.2022.144159
  • 发表时间：
    2022-10
  • 期刊：
    Materials Science and Engineering A-structural Materials Properties Microstructure and Processing
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Shuang Zhou;Yihai Yang;Qian Lei;Ruxuan Chen;Shen Gong
  • 通讯作者：
    Shen Gong
A novel neural network-based alloy design strategy: Gated recurrent unit machine learning modeling integrated with orthogonal experiment design and data augmentation
一种新颖的基于神经网络的合金设计策略：门控循环单元机器学习建模与正交实验设计和数据增强相结合
  • DOI：
    10.1016/j.actamat.2022.118420
  • 发表时间：
    2022-10
  • 期刊：
    Acta Materialia
  • 影响因子：
    9.4
  • 作者：
    Jie Yin;Qian Lei;Xiang Li;Xiaoyan Zhang;Xiangpeng Meng;Yanbin Jiang;Liang Tian;Shuang Zhou;Zhou Li
  • 通讯作者：
    Zhou Li
Microstructure and mechanical properties of a CuNiTi alloy with a large product of strength and elongation
大强伸长积CuNiTi合金的显微组织与力学性能
  • DOI：
    10.1016/j.jmrt.2019.12.061
  • 发表时间：
    2020-03
  • 期刊：
    Journal of Materials Research and Technology-JMR&T
  • 影响因子：
    6.4
  • 作者：
    Zhang Ping;Li Yunping;Lei Qian;Tan Hui;Shi Runkun;She Junlin;Li Shengyao;Zhu Jialun;Sheng Xiaofei;Zhang Jian;Li Zhou
  • 通讯作者：
    Li Zhou

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其他文献

Ti-Ni形状记忆合金表面PVA/SiO_2复合涂层的制备
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  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    李周;雷前;许彬;邢岩
  • 通讯作者：
    邢岩
超高强导电Cu-Ni-Si-Al 合金的TTP 曲线
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    中国有色金属学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    李思;邢岩;申雷诺;雷前
  • 通讯作者：
    雷前
超高强弹性铜合金材料的研究进展与展望
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  • 发表时间：
    2015
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  • 作者：
    雷前;黎三华;申镭诺;李思
  • 通讯作者：
    李思

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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