新型铬-钼-硅合金：突破强度与稳定性之间的权衡

来自 实验室仪器网

一种新型铬-钼-硅合金克服了数十年来强度和稳定性之间的权衡。该合金由研究人员开发，具有罕见的室温延展性和高达1100°C温度下的抗氧化性，这是高效涡轮机和航空航天发动机中耐用材料的重要品质。

该研究解决了镍基高温合金在现代能源系统所需的极端温度下降解的趋势。新型合金Cr-36.1Mo-3Si具有单相体心立方结构，在恶劣条件下具有机械强度和环境稳定性。

涡轮机和内燃机部件必须承受超过1000°C的温度而不会变形或氧化。传统的镍基合金在这种极端情况下会遭受钼（Mo）氧化、铬（Cr）氧化和脆性的影响。之前使用铝或硅等元素提高抗氧化性的尝试通常以牺牲机械延展性为代价。

研究人员制造了两种合金，Cr-36.1Mo-3Si和一种无硅Cr-37.2Mo对照，采用电弧熔化和1600°C均质化。他们使用XRD、SEM、EBSD和原子探针断层扫描等技术分析了结构、氧化行为和机械响应。

在800°C和1100°C下循环氧化100h，结果表明Cr-36.1Mo-3Si形成稳定的Cr2O3水化，而无硅版本会产生多孔、非保护性氧化物，并因MoO而遭受质量损失3蒸发。只添加三个原子百分比的硅就产生了影响;这一部分硅促进了纳米级SiO2金属-氧化物界面处的层，降低局部氧压，有利于保护性铬氧化而不是挥发性氧化钼的形成。

在1100°C时，合金保持了其几何形状，没有发生灾难性氧化。虽然观察到内部氧化和复杂的氧化物分层，但整体结构完整性得以保留，这标志着与以前的铬基或富钼设计相比有了明显的改进。

力学试验证实，从室温到700°C，延展性和屈服强度超过900MPa，在900°C下仍能保持70%以上的强度。位错滑移和变形孪生的结合实现了较高的加工硬化能力，有助于提高合金的损伤耐受性。

该研究揭示了铸态（AC）和均质（H）微观结构之间的关键差异。H条件下晶粒粗化导致强度和延展性降低。至关重要的是，粗晶在塑性变形开始时促进了变形孪生，突出了如何利用晶粒尺寸来调整滑移和孪晶之间的平衡，并最终提高机械性能。

未来的研究将侧重于晶粒细化和热机械加工，以进一步提高延展性和韧性，特别是在拉伸载荷下。了解应力、温度和微观结构如何相互作用对于优化这些合金的商业用途至关重要。

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