“超级合金”将熔点提升至2000摄氏度

新型合金性能有望超越当前涡轮机和喷气发动机中使用的镍基合金。

“现有超级合金在室温下具有延展性，在高温下保持稳定，并具备抗氧化能力。但其安全使用温度上限最高仅为1100摄氏度，这个温度对于充分发挥涡轮机或其他高温应用的效率潜力而言实在太低。”为此，德国卡尔斯鲁厄理工学院教授Martin Heilmaier团队开始寻求新的解决方案，并开发出由铬、钼和硅组成的新型合金。日前，相关研究成果发表于《自然》。

高温金属对驱动飞机发动机、燃气轮机、X射线系统及其他先进技术至关重要。其中最耐热的当数难熔金属，如钨、钼和铬，它们的熔点均在2000摄氏度（约华氏3600度）左右或更高。尽管具有卓越的耐热性，这些金属仍存在重大缺陷：在常温下质地脆硬，暴露于氧气中会迅速氧化，导致在600至700摄氏度（约华氏1100至1300度）时就会失效。正因如此，它们只能用于特殊真空环境。

“这款新型合金在室温下具备延展性，熔点约为2000摄氏度，且与已知难熔合金不同，即使在临界温度区间也仅缓慢氧化。这为实现部件适用温度显著超越1100摄氏度的愿景奠定了基础。”德国波鸿鲁尔大学的Alexander Kauffmann博士表示。

研究发现，尽管计算机辅助材料开发已取得长足进步，但抗氧化性和延展性仍无法被充分预测以实现靶向材料设计。

“在涡轮机中，仅100摄氏度的温升就能降低约5%的燃料消耗。”Heilmaier解释道，“这对航空业尤为重要，因为未来数十年内电力驱动的飞机仍难以实现长途飞行。发电厂的固定式燃气轮机可凭借更坚实的材料实现更低的二氧化碳排放。要将该合金投入工业应用，仍需完成诸多开发步骤。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09516-8