强度提升40%: 科学家开发出具有更高强度和卓越抗氢脆性的铝合金
新方法为氢经济中更安全、更高效的铝合金部件铺平道路。
科学家们开发出具有更高强度和卓越抗氢脆性的铝合金。
由马克斯·普朗克研究所（Max Planck Institute）研究人员领导的团队，通过将钪（Sc）与铝合金混合，实现了强度提升40%。他们的合金在保持相同延展性的同时，抗氢脆能力还提高了五倍。
科学家们的创新方法同时实现了卓越的强度和优异的抗氢脆性，为氢经济中更安全、更高效的铝合金部件铺平了道路。
卓越的强度和优异的抗氢脆性
研究人员揭示，具有铝、镁和钪外壳的纳米颗粒能够捕获氢原子，降低脆化风险；而铝和钪的纳米颗粒则能提高强度。
他们的方法同时实现了卓越的强度和优异的抗氢脆性，为氢经济中更安全、更高效的铝合金部件铺平了道路。
研究人员在含钪的铝镁合金中采用了一种复杂的尺寸筛选沉淀策略。通过两步热处理，研究人员制备出细小的Al3Sc纳米沉淀相，并在其上原位形成了一个结构高度复杂的Al3（Mg, Sc）2外壳。
方法在多种铝合金体系中得到验证
研究人员表示，这些双重纳米沉淀相分布在合金中，起到两个关键作用：Al3（Mg, Sc）2相捕获氢原子并增强抗氢脆性，而细小的Al3Sc颗粒则提高强度。
“我们的新设计策略解决了这一典型的权衡取舍问题。我们不再需要在高强度和高抗氢性之间做选择 —— 这种合金两者兼备，”马克斯·普朗克可持续材料研究所的课题组组长巴蒂斯特·高尔特（Baptiste Gault）说。
与不含钪的合金相比，所得材料的强度提高了40%，抗氢脆能力提升了五倍。
研究人员强调，他们的方法已在多种铝合金体系中得到测试，并通过使用符合当前工业标准的水冷铜模铸造和热机械加工方法，证明了其可扩展性。
这项研究为新一代铝合金铺平了道路，这些合金专为氢动力未来的需求而设计 —— 安全、坚固且已为工业应用做好准备。
马克斯·普朗克可持续材料研究所进行的原子探针层析技术（Atom Probe Tomography）测量，对于在原子层面验证Al3（Mg, Sc）2相在氢捕获中的作用至关重要，为理解合金设计在基础尺度上的工作原理提供了见解。根据新闻稿，合作研究机构进行的实验还包括电子显微镜和模拟。
研究人员强调，他们的工作展示了一条提高高强度铝合金抗氢性的可行途径，并且能够轻松适应大规模工业生产。
这项发表在《自然》期刊上的研究指出，氢脆（HE）会损害铝合金的耐久性，并阻碍其在氢经济中的应用。铝合金中的金属间化合物颗粒可以捕获氢并减轻氢脆，但这些颗粒的数量密度通常低于传统的强化纳米沉淀相。
研究人员在论文中表示：“在此，我们报道了在添加钪的铝镁合金中采用尺寸筛选的复合沉淀策略，实现了高密度分散的细小Al3Sc纳米沉淀相，以及原位形成的、具有高氢捕获能力的核壳结构Al3（Mg, Sc）2/Al3Sc纳米相。”
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