科学家研发新型超合金，有望革新喷气发动机与发电厂技术革命

科学家成功研发新型超合金，有望对喷气发动机和发电厂技术带来革新性变革，这种超合金具有出色的物理性能和耐腐蚀性，能够提高发动机效率和发电能力，同时降低能耗和环境污染，这种新型材料的应用将有望推动航空和能源领域的进一步发展，为人类社会带来更多的经济效益和环境效益。

近日，卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）与鲁尔大学波鸿的研究人员成功研制出一种具有突破性性能的铬-钼-硅合金，能够在比传统超合金更高的温度下长期保持稳定。这一材料展示出在高温环境下出色的耐受性，有望应用于更高效的航空涡轮和工业燃气轮机。

高温耐受金属广泛应用于喷气发动机、燃气轮机和X射线设备等领域。其中耐火金属如钨、钼和铬的熔点可达2000摄氏度以上，但这些金属在室温下易脆，暴露于空气时又会迅速氧化，一般在600到700摄氏度就会失效。因此，它们通常只能在真空条件下使用，如X射线旋转阳极等。为解决这些障碍，工程师们一直依赖镍基超合金，在高温、含氧或燃烧环境下作为涡轮等关键部件。镍基超合金成为高温应用的行业标准。

KIT应用材料科学与工程研究所的Martin Heilmaier教授介绍：“现有的超合金由多种金属元素组成，兼具室温韧性、高温稳定性和抗氧化性。但它们的安全工作温度上限大约是1100摄氏度，无法充分发挥涡轮和其他高温设备的效率。实际上，燃烧过程温度越高，效率越高。”

正是由于材料性能的瓶颈，Heilmaier教授带领的团队在德国研究基金会（DFG）资助下，开展了“极端环境复合材料应用材料研究小组”项目，成功研制出以铬、钼和硅为主要成分的新型耐火合金。这一合金在Dr. Alexander Kauffmann（现在任职于鲁尔大学波鸿）的重要推动下问世，具备迄今未有的卓越性能。

Kauffmann博士表示：“该超合金在室温下具备一定韧性，熔点高达2000摄氏度，并且——与已知的耐火合金不同——即使在关键高温区也仅缓慢氧化。我们有望制造出能在远高于1100摄氏度环境下运行的部件。此次研究成果有潜力实现真正的技术飞跃。”目前，抗氧化性与韧性依然难以通过计算机辅助材料设计进行精准预测，这一成果尤为引人注目。

Heilmaier教授指出：“在涡轮结构中，温度每提高100摄氏度，燃料消耗可降低约5%。这对航空业尤为关键，预计未来几十年，电动飞机难以实现长距离飞行，因此减少燃料消耗将是核心需求。发电厂中，如果能用更坚固的材料，燃气轮机也将有助于减少二氧化碳排放。但要让这种合金实现工业化应用，还需进一步开发。”

“不过，我们在基础研究方面已迈出重要一步，全世界的研究团队现在都可在此基础上继续推进。”

编译自/ScitechDaily