阿尔伯塔大学(University of Alberta)的一个工程研究团队发现了一种新型涂层材料，有望用于氢燃料发动机等高温应用。
这种涂层是由一种由铝和镍等金属组成的新型超级合金制成的。这种新材料被称为复杂的浓缩合金，非常适合用于必须承受高温的表面涂层，例如燃气轮机、发电站、车辆和飞机发动机。
新开发的合金alcrtivni5具有优异的热机械性能，包括高稳定性，低膨胀，耐断裂，以及强度和延展性的宝贵组合，使其能够在高温和高压环境中站立。
这项名为“一种新型的熵稳定氧化物涂层，由一种阀门金属基复合浓缩合金热生长而成”的研究发表在《今日材料》杂志上。
据项目主管、化学与材料工程系助理教授刘静介绍，与现有的用于高温应用的涂层的商用合金相比，这种新型涂层材料比其他任何涂层材料都要耐用。它可能对氢发动机的使用很重要。
氢被认为是最清洁的能源之一，因为它燃烧或在燃料电池中使用时只产生水。它在加拿大和阿尔伯塔省的减排目标中发挥着重要作用，用于交通、家庭供暖和重工业等一系列用途。
但采用氢气的挑战之一是它燃烧时的高温，从600°C到1500°C不等。这些极端温度意味着任何涉及氢燃烧的机械部件都必须能够承受高温以及蒸汽的腐蚀。
刘说:“如果你想使用100%氢燃料燃烧的发动机，火焰温度是非常高的。”“到目前为止，没有一种现有的金属涂层能够在100%的氢燃烧发动机上工作。”
目前，商业应用中的大多数氢燃料发动机都是混合燃料——比如天然气和氢，或者柴油和氢——但随着越来越多的行业采用氢作为主要燃料来源，刘认为有必要为全氢燃料发动机的超高温条件做好准备。
“随着我们朝着100%氢燃烧发动机的方向发展，我们想知道哪种合金可以承受这些条件。但我们从这些失败中学到了宝贵的见解。”她说。
研究小组确定了每种现有商用合金的优点和缺点，然后使用理论模拟来确定可能具有他们所寻找的强度和耐用性的潜在新组合。该团队与工程学院的张浩等同事合作，利用计算机建模来了解每种潜在新合金的特性。
“我们了解物体升温时的反应，”张解释说。“因此，我们使用这些模拟和计算来了解如果我们改变成分，物质和环境之间的界面会如何变化。”
在确定了AlCrTiVNi5之后，研究小组对这种新合金进行了与现有商用合金相同的高温测试。所有现有的合金在高温、腐蚀性环境下，在24小时或更短时间内就会失效，但新的复杂浓缩合金经受住了挑战。
张说:“我们在这些腐蚀性环境中在900°C下进行了长达100小时的实验，它存活了下来，所以这是一个很大的进步。”
尽管这种新合金有望承受高百分比氢燃烧发动机的热量，但刘指出，在广泛采用之前，还需要进一步的研究。尽管如此，她仍对其潜力持乐观态度。
刘说:“这种合金的性能优于目前市场上的任何其他合金。”“它为新的可能性打开了大门，并有望推动加拿大氢经济的发展。”
更多信息:李梅峰等，一种新型的熵稳定氧化物涂层，由阀门金属基复合浓缩合金热生长，材料今日(2024)。DOI: 10.1016/j.m attd .2024.02.005期刊信息:今日材料由阿尔伯塔大学提供引文:工程师们创造了复杂的浓缩合金，用作氢燃烧发动机的高温涂层(2024,6月5日)检索自2024年6月5日https://techxplore.com/news/2024-06-complex-alloy-high-temperature-coating.html。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
