【据科学探索网站2024年6月5日报道】加拿大阿尔伯塔大学开发出一种适用于氢内燃机等高温应用的新型合金涂层——AlCrTiVNi5。该材料由铝、镍等金属组成的新型高温合金制成，具有优异的热机械性能，包括高稳定性、低膨胀、抗断裂和理想的强度与延展性组合，能够在高温高压环境中表现出色，非常适合用于需要耐高温的表面（如燃气轮机、发电站、车辆和飞机发动机）。相关研究成果发表在《今日材料》（Materials Today）期刊上。

氢燃烧的高温（600℃~1500℃）对机械部件提出了挑战，要求其能够承受高温并且能够承受蒸汽腐蚀。项目负责人表示，目前没有成熟金属涂层能在100%氢燃料发动机中工作。大多数商用氢燃料发动机使用混合燃料，但随着更多行业采用氢作为主要燃料，因此有必要为全氢燃料发动机的超高温条件做好准备。

研究团队通过分析现有商业合金的优缺点，利用理论模拟确定可能的新组合，并找到所需的强度和耐久性，通过计算机建模来理解每种潜在新合金的特性。通过筛选阀金属（一类具有优异耐腐蚀性能的金属，常用于制造阀门和管道等需要在苛刻环境下工作的部件，包括钛、铌、钽、锆和铪等）的物理化学性质，如价电子浓度、二元对的混合焓、扩散速率系数和对氧的亲和力等，开发出一种新型共晶复杂集中合金AlTiVCrNi5。随后通过实验和DFT（密度泛函理论）模拟，详细阐述了新材料的微观结构和热机械性能。新材料显示出独特的多层结构，包含致密的NiO外层、中熵氧化物中层和独特的高熵氧化物/纳米NiO内层，这些层在高温下通过熵稳定介导，在低温下通过焓驱动。这种独特多层材料的卓越热力学和机械性能使其成为各种应用的有力候选者，特别是在高温涂层材料及其他领域表现突出。

这项研究不仅为未来氢燃料发动机的发展提供了关键材料，也为推进氢能源的广泛应用铺平了道路，对航空和军事领域具有重要意义。