安徽工程大學(xué)聯(lián)合大連理工大學(xué)、蘭州理工大學(xué)等單位的研究團(tuán)隊(duì)，在《材料科學(xué)雜志》發(fā)表研究成果，系統(tǒng)揭示了一種新型銅基多主元合金在高溫環(huán)境下的微觀組織演變與抗氧化機(jī)制。該合金通過(guò)引入L1?型納米析出相強(qiáng)化，在650至750攝氏度長(zhǎng)期熱暴露下保持優(yōu)異的體相熱穩(wěn)定性，并在850至990攝氏度極端條件下形成致密多層自生成氧化膜，有效抑制了傳統(tǒng)銅合金高溫軟化與快速氧化的致命缺陷。

與傳統(tǒng)以單一金屬為主的合金不同，該銅基多主元合金將多種主量元素按比例混合，依靠高密度分布的L1?有序結(jié)構(gòu)納米析出相獲得高強(qiáng)度。這些析出相與銅基體共格匹配，能高效阻礙位錯(cuò)滑移，同時(shí)幾乎不增加電子流動(dòng)阻力，契合燃燒室襯里、聚變反應(yīng)堆部件及先進(jìn)功率電子器件等高熱流密度應(yīng)用場(chǎng)景的需求。研究團(tuán)隊(duì)在650至750攝氏度區(qū)間進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間熱處理追蹤發(fā)現(xiàn)，得益于多組元合金特有的遲滯擴(kuò)散效應(yīng)，原子傳輸受阻，體相L1?析出相粗化過(guò)程極為緩慢，展現(xiàn)出卓越的熱力學(xué)穩(wěn)定性。

研究也指出了需進(jìn)一步優(yōu)化的工程隱患：盡管晶內(nèi)析出相保持穩(wěn)定，但位于晶界的析出相在長(zhǎng)期熱暴露下發(fā)生了不連續(xù)粗化，細(xì)密的強(qiáng)化結(jié)構(gòu)被粗大層狀團(tuán)簇吞噬。作者明確指出，未來(lái)需精準(zhǔn)調(diào)控合金體系，重點(diǎn)控制長(zhǎng)壽命服役過(guò)程中的晶界行為。在抗氧化方面，該合金在850至990攝氏度的氧化動(dòng)力學(xué)嚴(yán)格遵循拋物線規(guī)律，表明其表面形成了致密且生長(zhǎng)緩慢的保護(hù)性氧化層。通過(guò)選擇性氧化熱力學(xué)排序，鋁和鉻優(yōu)先富集于表面，構(gòu)建出由底層連續(xù)氧化鋁（Al?O?）阻擋層、中間多組分流體相以及外層復(fù)雜氧化物組成的復(fù)合多層結(jié)構(gòu)。該協(xié)同架構(gòu)同時(shí)阻斷氧氣向內(nèi)擴(kuò)散與金屬離子向外遷移，使原本易快速氧化的銅基體系獲得了類(lèi)似鎳基高溫合金的抗高溫氧化能力。

此項(xiàng)工作填補(bǔ)了成分復(fù)雜共格強(qiáng)化銅合金缺乏高溫服役數(shù)據(jù)的關(guān)鍵空白。研究團(tuán)隊(duì)采用第一性原理計(jì)算與熱力學(xué)模擬相結(jié)合的方法，從量子力學(xué)層面揭示了多組元析出相的能量與動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定機(jī)制，并通過(guò)多尺度實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型預(yù)測(cè)，成功識(shí)別出純理論計(jì)算難以捕捉的晶界不連續(xù)粗化失效模式。隨著航空航天、核能與能源領(lǐng)域?qū)δ透邷貙?dǎo)電材料需求的提升，兼具高強(qiáng)度、高導(dǎo)電與抗氧化特性的銅基多主元合金正成為極具潛力的候選材料，下一步工程化突破將聚焦于晶界組織的調(diào)控。

資料來(lái)源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-12。本文為資料編譯。