高温合金在很多领域都有着极其重要的应用，开发可承受高温且不会腐蚀的合金是很多领域的关键挑战。它们对新型和可再生能源技术的升级也是至关重要的，如生物质“绿色”能源，生物质气化、碳捕获和储存生物能源、新型追日聚光太阳能和固体氧化物燃料电池等。在许多重要技术领域如喷气航空发动机、石油化学和材料加工领域，耐高温抗腐蚀合金也发挥着极大的作用。
发展迅猛的聚光太阳能清洁能源系统迫切需要高强度、耐高温腐蚀合金
在高温下，很多合金会反应剧烈，导致材料因腐蚀而失效。为了防止腐蚀，高温合金表面通常会形成一层致密的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。近日，瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员，对高温合金做了一些系统的研究，解释了高温合金保护层形成的原理、失效的原因以及其抗腐蚀的原理，并为提高合金性能提出了新的方法。该重大进展成果被发表在了《Nature Materials》杂志上，其采用理论和计算的方法观察和分析氧化铝生长过程中元素和水的相互作用。原文题目为“Ground-breaking discoveries could create superior alloys with many applications”。
《Nature Materials》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。在这篇文章中，查尔姆斯的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。
“这篇报道推翻了高温腐蚀科学界中几个被公认的'真理'，并为新合金的研究和开发开辟了令人振奋的新途径，”高温腐蚀中心主任Lars Gunnar Johansson教授说。“业界所有人都在期待这一发现，这是高温氧化领域的一个里程碑”，查尔姆斯大学物理系材料研究员，也是该研究的第一作者Nooshin Mortazavi说，“我们现在正在制定新的理论，以便在非常高的温度下了解这类材料的降解机理。”
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。可以这样理解，通过控制合金中活性元素颗粒的尺寸，可获得稳定的、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。
该成果既可用于开发新的高温技术，也可用于提高现有技术的制备效率。例如，如果飞机喷气式发动机中的涡轮叶片可以承受更高的温度，则发动机便可以更高效地运转，从而为航空工业节约大量的燃料。如果人们能够生产出具有更优异性能的耐高温蒸汽管道，那么生物质燃料发电厂便可大幅提升每千克燃料的产热效率。
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。让我们持续关注该新技术的实际应用于推广。最新的耐腐蚀钢材信息，最广的特钢行业应用，关注“特钢100秒”知识百科，持续更新，真实、有用，喜欢就多多转发吧！
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