国际研究团队开发可扩展的氢经济铝合金。
铝合金因其低重量和耐腐蚀性而广为人知，使其成为低碳经济应用的理想候选者——从轻型汽车到储存绿色氢气的罐。然而，它们的广泛应用受到一个关键挑战的限制：在暴露于氢气时，它们会脆化，导致开裂和失效。到目前为止，抵抗氢脆的合金相对较软，限制了其在需要高强度的氢相关技术中的应用。现在，来自德国马克斯·普朗克可持续材料研究所（MPI-SusMat）的研究人员，与来自中国和日本的合作伙伴一起，开发了一种新的合金设计策略，以克服这一困境。他们的方法使得铝合金在氢经济中实现卓越的强度和优越的氢脆（HE）抗性，为更安全、更高效的铝部件铺平了道路。他们的研究成果已发表在期刊《Nature》上。
双重纳米析出物捕获氢气并增强强度
突破的核心是在添加钪的铝镁合金中采用复杂的、按尺寸筛分的析出策略。通过两步热处理，研究人员在其上形成结构高度复杂的Al3(Mg,Sc)2壳层的细小Al3Sc纳米析出物。这些双重纳米析出物分布在合金中，发挥两个关键作用：Al3(Mg,Sc)2相捕获氢气并增强氢脆抗性，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问题，” MPI-SusMat的“原子探针断层成像”研究组负责人，本文的新出版物之一的通讯作者巴蒂斯特·戈特教授解释道。“我们不再需要在高强度和氢抗性之间二选一——这种合金同时具备两者。”结果令人信服：相较于无钪的合金，强度提高了40%，氢脆抗性提升了五倍。这种材料甚至在氢充入的铝合金中获得了创纪录的均匀拉伸延伸率，达到7 ppmw——这是在氢暴露下优秀延展性的指标。在MPI-SusMat进行的原子探针断层测量对于验证Al3(Mg,Sc)2相在原子级别上捕获氢气的作用至关重要，提供了对合金设计如何在基础层面上工作的见解。合作机构进行的实验包括电子显微镜和模拟。
从实验室到工业
研究人员在各种铝合金系统中测试了他们的方法，并通过使用水冷铜模铸造和与当前工业标准相一致的热机械加工方法演示了可扩展性。这项研究为一代新的铝材料奠定了基础，旨在满足氢动力未来的需求——安全、强大，并准备好用于工业生产。
这项工作主要由来自西安交通大学（中国）、上海交通大学（中国）和MPI-SusMat的研究人员共同完成。
