新型合金性能有望超越當前渦輪機和噴氣發動機中使用的鎳基合金。

“現有超級合金在室溫下具有延展性,在高溫下保持穩定,并具備抗氧化能力。但其安全使用溫度上限最高僅為1100攝氏度,這個溫度對于充分發揮渦輪機或其他高溫應用的效率潛力而言實在太低。”為此,德國卡爾斯魯厄理工學院教授Martin Heilmaier團隊開始尋求新的解決方案,并開發出由鉻、鉬和硅組成的新型合金。日前,相關研究成果發表于《自然》。

高溫金屬對驅動飛機發動機、燃氣輪機、X射線系統及其他先進技術至關重要。其中最耐熱的當數難熔金屬,如鎢、鉬和鉻,它們的熔點均在2000攝氏度(約華氏3600度)左右或更高。盡管具有卓越的耐熱性,這些金屬仍存在重大缺陷:在常溫下質地脆硬,暴露于氧氣中會迅速氧化,導致在600至700攝氏度(約華氏1100至1300度)時就會失效。正因如此,它們只能用于特殊真空環境。

“這款新型合金在室溫下具備延展性,熔點約為2000攝氏度,且與已知難熔合金不同,即使在臨界溫度區間也僅緩慢氧化。這為實現部件適用溫度顯著超越1100攝氏度的愿景奠定了基礎。”德國波鴻魯爾大學的Alexander Kauffmann博士表示。

研究發現,盡管計算機輔助材料開發已取得長足進步,但抗氧化性和延展性仍無法被充分預測以實現靶向材料設計。

“在渦輪機中,僅100攝氏度的溫升就能降低約5%的燃料消耗。”Heilmaier解釋道,“這對航空業尤為重要,因為未來數十年內電力驅動的飛機仍難以實現長途飛行。發電廠的固定式燃氣輪機可憑借更堅實的材料實現更低的二氧化碳排放。要將該合金投入工業應用,仍需完成諸多開發步驟。

相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-025-09516-8