突破性的发现可以用于制造高级合金

▲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。

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 编译：雷鑫宇 审稿：alone 编辑： 张梦

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