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【研究进展】高温合金理论与方法取得突破

12月16日 12:00 分享到:

瑞典查尔姆斯理工大学Lars-Gunnar Johansson教授领导的研究团队对高温合金做了系统研究,解释了高温合金保护层形成的原理及其抗腐蚀的原因,并为提高合金性能提出了新的方法。研究人员首先对高温合金领域的两个经典问题做出了解释。高温合金中普遍存在的“活性元素”(通常为钇和锆)的影响;关于水蒸汽在防腐中的作用。研究人员还展示了这两种因素之间的联系,并演示了合金中的活性元素是如何促进氧化铝保护层生长的。他们认为,正是由于这些活性元素的存在,才导致了氧化铝防护层向内生长,从而促进了水蒸汽从周边环境向合金基底转移。活性元素和水之间的相互作用,又促进了亚稳态“杂乱”纳米氧化铝层的形成。

研究人员还提出了一种制备更耐蚀合金的方法。实验表明,活性元素颗粒存在一个临界尺寸,当其超过这个尺寸时,活性元素颗粒会引起氧化膜保护层的开裂,从而使合金基材更多的暴露于腐蚀环境中,导致腐蚀加剧。这也意味着通过控制合金中活性元素颗粒的尺寸,可以获得一种更耐腐蚀的高温氧化膜保护层。

该成果既可用于开发新的高温技术,也可用于提高现有合金的制备效率。例如,提高喷气式飞机发动机中的涡轮叶片的可承受温度,将为航空工业节约大量的燃料。或是能够生产出具有更优异性能的耐高温蒸汽管道,使生物质燃料发电厂大幅提升燃料的产热效率。腐蚀是高温材料开发的主要障碍之一,该研究为人们提供了开发耐高温腐蚀合金的新工具,为氧化物高温材料领域的研究开辟了新途径。

相关研究工作发表在Nature Materials