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瑞典开发出一种制备耐高温、抗腐蚀合金新技术

         高温合金在很多领域都有着极其重要的应用,它们对新型和可再生能源技术也至关重要,如生物质“绿色”能源、生物质气化、碳捕获和储存生物能源、聚光太阳能和固体氧化物燃料电池等。它们在许多其他重要技术领域如喷气发动机、石油化学和材料加工领域也发挥着极大的作用。在高温下,合金会与其环境剧烈反应,导致材料因腐蚀而失效。为了防止腐蚀,通常会在高温合金表面镀上氧化铝或氧化铬保护层。这种保护层对防止金属腐蚀起着决定性的作用。瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员对高温合金做了系统的研究,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。①高温合金中普遍存在的“活性元素”(通常为钇和锆)的影响;②关于水蒸汽在防腐中的作用。研究人员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,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,从而促进了水蒸汽能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。

        除此之外,查尔姆斯的研究人员还提出了一种制备更耐蚀合金的方法。经试验表明,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。
       随着对耐高温材料需求的不断增长,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,而查尔姆斯的研究人员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。(北方科技信息研究所 白子龙)