熱に耐える金属合金(Metal Alloys that Can Take the Heat)

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2024-06-12 パシフィック・ノースウェスト国立研究所(PNNL)

科学者たちは、極限環境に耐える合金の開発を目指している。これには、原子規模の実験と理論を組み合わせて高温酸化環境下での高エントロピー合金の挙動を予測するツールの開発が含まれる。研究は、クロムとマンガンが酸化物層を形成し、アルミニウムを加えることで酸化を抑制できることを発見した。これにより、航空宇宙や原子力産業などでの次世代合金の迅速な設計が可能になる。研究は原子プローブトモグラフィーや電子顕微鏡を用いて行われ、DOEの科学オフィスによって支援された。

<関連情報>

高エントロピー合金における特定酸化物成長のメカニズム解明 Mechanistic understanding of speciated oxide growth in high entropy alloys

Bharat Gwalani,Andrew Martin,Elizabeth Kautz,Boyu Guo,S. V. Lambeets,Matthew Olszta,Anil Krishna Battu,Aniruddha Malakar,Feipeng Yang,Jinghua Guo,Suntharampillai Thevuthasan,Ruipeng Li,Aram Amassian,Martin Thuo & Arun Devaraj
Nature Communications  Published:12 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-49243-8

熱に耐える金属合金(Metal Alloys that Can Take the Heat)

Abstract

Complex multi-element alloys are gaining prominence for structural applications, supplementing steels, and superalloys. Understanding the impact of each element on alloy surfaces due to oxidation is vital in maintaining material integrity. This study investigates oxidation mechanisms in these alloys using a model five-element equiatomic CoCrFeNiMn alloy, in a controlled oxygen environment. The oxidation-induced surface changes correlate with each element’s interactive tendencies with the environment, guided by thermodynamics. Initial oxidation stages follow atomic size and redox potential, with the latter becoming dominant over time, causing composition inversion. The study employs in-situ atom probe tomography, transmission electron microscopy, and X-ray absorption near-edge structure techniques to elucidate the oxidation process and surface oxide structure evolution. Our findings deconvolute the mechanism for compositional and structural changes in the oxide film and will pave the way for a predictive design of complex alloys with improved resistance to oxidation under extreme conditions.

0703金属材料
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