高级合金将诞生!耐高温,抗腐蚀,蕴含活性因素

高级合金将诞生!耐高温,抗腐蚀,蕴含活性因素

▲聚焦离子束铣削显微镜中的样品架,可用于制造透射电镜研究使用的薄箔。

《自然?材料》6月11日出版的文章称,瑞典查尔莫斯理工大学(Chalmers University of Technology)的研究人员诺辛?莫塔扎维(Nooshin Mortazavi)等在对合金高温下的腐蚀行为研究中取得突破性发现。这将为制造耐腐蚀性更好的高级合金指明方向,进而对涉及合金应用的诸多技术产生重大影响。

合金的耐高温和耐腐蚀性能是影响其应用(如燃料电池、航空材料等)的关键因素之一。在高温下,合金可与环境产生剧烈反应,进而迅速导致其腐蚀失效。为了防止腐蚀,所有的高温合金均会在其表面形成氧化保护膜。氧化膜通常由氧化铝或氧化铬构成。由于氧化膜在防止金属高温腐蚀时扮演着决定性角色,因此合金的高温腐蚀研究主要集中于氧化膜——如何形成、高温性能以及如何失效。

《自然?材料》刊载的这篇论文对高温腐蚀研究领域中的两个经典问题进行了解答。首先是合金中的微量添加剂[“活性元素(通常是钇和锆)”]的作用,接着是水蒸气的作用。查尔莫斯理工大学物理系材料研究员、论文第一作者莫塔扎维说:“在合金中加入活性元素可以显著增强合金性能,但没人能为此提供可靠的证明。此外,人们对于水蒸气对合金的作用也知之甚少。我们的论文将有助于为大家解释这些问题。”在论文中,查尔莫斯大学的研究人员们展示了两种活性元素之间的关联方式,证实了其对氧化铝保护膜形成的促进和导向(内向)作用——导向作用又促进了水由环境向合金基体的转移。在活性元素和水的协同作用下,快速生长的纳米晶保护膜最终形成。查尔莫斯大学无机化学教授、高温腐蚀能力中心(HTC)主任、论文合著者拉斯?贡纳尔?乔纳森(Lars Gunnar Johansson)认为,他们的论文挑战了高温腐蚀学中公认的“真理”,将为新合金制造开辟新天地。

研究人员们还提出了一种更为实用的方式来制造耐腐蚀合金。他们证实,活性元素粒子存在临界尺寸:当超过一定尺寸后,活性元素颗粒反而会导致氧化膜产生裂纹,进而为腐蚀气体接触合金基体打开通道。因此,合理控制合金中活性元素颗粒的尺寸分布,将提高氧化膜的保护性能。

编译:雷鑫宇 审稿:alone

责编:南熙

来源:https://h5.scimall.net.cn/register?from=xh005

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