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）
文章来源：中国国防科技信息网
