即使在可再生能源迅速發(fā)展的情況下，提高化石或合成燃料的能源轉(zhuǎn)換效率仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。例如，在未來十年中，仍將需要遠(yuǎn)程飛機(jī)的內(nèi)燃機(jī)。提高其工作溫度（1050–1150℃）是一種選擇。這就需要用耐火材料取代汽輪機(jī)最熱部分的單晶鎳基高溫合金，耐火材料的固相線溫度高于2000 °C。

針對(duì)這一挑戰(zhàn)，來自德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)等單位的研究人員在《Nature》發(fā)表了題為“A ductile chromium–molybdenum alloy resistant to high-temperature oxidation”的最新成果，顯著提高了材料在高達(dá)1,100°C的高溫下對(duì)災(zāi)難性氧化、氮化及氧化層剝落的抵抗能力。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09516-8

本文介紹了一種單相Cr-36.1Mo-3Si（at.%）合金，該合金首次滿足耐火元件基材料的最重要關(guān)鍵要求：在高溫下具有抗粘砂、氮化和氧化皮剝落的相關(guān)性能，最低可達(dá)1100 °C；室溫下具有足夠的壓縮延展性。

雖然這種合金的強(qiáng)度和抗蠕變性能在某些情況下已經(jīng)優(yōu)于鎳基高溫合金，但抗氧化/耐腐蝕性（必須承受燃燒氣氛）和延性/韌性（損傷容限和裝置設(shè)置所需）仍然對(duì)基于耐火元素的候選材料的開發(fā)或應(yīng)用構(gòu)成障礙。以往任何成功解決氧化過程中Mo的災(zāi)難性氧化和Cr的氮化的嘗試都會(huì)在環(huán)境溫度下失去延展性。

圖1 難熔合金的顯微組織。 

圖2 材料性能的宏觀評(píng)價(jià)。  

 圖3 Cr-36.1Mo-3Si經(jīng)100 h循環(huán)氧化后，氧化層的微觀形貌。  

圖4 Cr-36.1Mo-3Si AC和H在壓縮至約6%塑性應(yīng)變時(shí)，力學(xué)測(cè)試引起的顯微組織變化。 

總的來說，本文的研究揭示了在高溫能源轉(zhuǎn)換材料領(lǐng)域，單相Cr–Mo–Si固溶體能夠?qū)崿F(xiàn)性能平衡的關(guān)鍵途徑。實(shí)驗(yàn)首次通過精確控制Cr/Mo比例及Si固溶含量，合成出既具備高溫下抗氧化、抗氮化和抗氧化層剝落能力，又能在室溫下保持足夠延展性的耐高溫元素基合金。這表明，通過調(diào)控固溶體成分和微觀結(jié)構(gòu)，可在傳統(tǒng)鎳基超高溫合金無法兼顧的氧化抗性與延展性之間實(shí)現(xiàn)突破。