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西安交通大学的研究团队成功开发出一种新型塑性合金,能够在 2000℃ 至 2400℃ 的超高温区域承受载荷,为开发下一代超高温合金提供了新的研究方向。这项突破性成果已在《自然》杂志上发表。

航空航天领域对金属结构材料在极高温度环境下的承载能力提出了极高的要求,部分关键耐热部件的工作温度甚至超过 2000℃,这远超大多数金属材料(包括镍基高温合金)的熔点。

目前,只有难熔金属有潜力满足超高温服役的需求。其中,钽合金因其高达约 3000℃ 的熔点和良好的综合性能,成为少数备选材料之一。然而,现有钽合金在高温下的强度不足,难以满足极端环境的承载需求。例如,美国国家航空航天局(NASA)早期开发的 T-222 合金,在 1926℃ 下的拉伸强度已低于 100 MPa。

为应对这一挑战,该团队采用了一种特殊的硼干预原位氧化反应,有效控制了第二相的尺寸和分布,从而设计并制造出一种新型的氧化物弥散强化钽合金(B-ODS 钽合金)。该合金同时展现出优异的室温拉伸塑性、超高温拉伸强度和热稳定性。

该 B-ODS 钽合金在室温下表现出良好的强塑性,其抗拉强度超过 800 MPa,拉伸延伸率达到 35%,具备良好的加工成形能力。更值得关注的是,该合金在 2000℃ 和 2400℃ 下的拉伸屈服强度分别达到 200 MPa 和 100 MPa,显著优于目前已报道的各类传统难熔合金和新兴的难熔多主元合金。

与传统钽合金相比,这种新型钽合金在 2000℃ 超高温下的拉伸屈服强度提升了一倍。同时,在承受相同的 100 MPa 载荷时,新合金能够承受的温度上限比现有钽合金提高了约 500℃。此外,蠕变测试结果显示,该合金比传统难熔合金具有更出色的长期服役潜力。

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