工程师制造出复杂的浓缩合金用作氢内燃机的高温涂层

阿尔伯塔大学的一个工程研究小组发现了一种新型涂层材料，可为氢内燃机等高温应用带来希望。

该涂层由铝和镍等金属组成的新型超级合金制成。这种新材料被称为复杂浓缩合金，非常适合涂覆必须承受高温的表面，例如燃气轮机、发电站、汽车和飞机发动机。

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、抗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生存。

该项研究“一种由阀金属基复合浓缩合金热生长的新型熵稳定氧化物涂层”发表在《今日材料》上。

项目主管、化学与材料工程系助理教授刘静表示，与目前用于高温应用的商用合金涂层相比，这种新型涂层材料比其他任何材料都更胜一筹。这种涂层材料在氢发动机中的应用将发挥重要作用。

氢气被认为是最清洁的能源之一，因为它在燃烧或在燃料电池中使用时只会产生水。氢气在加拿大和阿尔伯塔省的减排目标中发挥着重要作用，可用于交通、家庭供暖和重工业等多种用途。

但氢气应用的挑战之一是其燃烧温度很高，范围从600°C到1500°C。这些极端温度意味着参与氢气燃烧的任何机械部件都必须能够承受高温并抵抗蒸汽腐蚀。

“如果你想使用100%氢燃料内燃机，火焰温度会非常高，”刘说。“到目前为止，现有的金属涂层都无法在100%氢燃料内燃机中发挥作用。”

目前，大多数商业应用中的氢内燃机都采用混合燃料，例如天然气和氢气、柴油和氢气，但随着越来越多的行业致力于采用氢气作为主要燃料来源，刘认为有必要为全氢燃料发动机的超高温条件做好准备。

“随着我们向100%氢燃料内燃机迈进，我们想知道哪些合金能够承受这些条件。现有的合金都没有做到这一点，但我们从这些失败中获得了宝贵的见解，”她说。

研究团队确定了每种现有商用合金的优缺点，然后使用理论模拟来确定可能具有所需强度和耐久性的潜在新组合。该团队与工程学院的张浩等同事合作，使用计算机建模来了解每种潜在新合金的特性。

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