纳米核壳结构(AlNi2 )@(YNi3 +Cr2 O3 +Hf)与三重氧化物屏障协同提升Fe18 Co18 Cr18 Ni36 Al9 Y0.5 Hf0.5 高熵涂层高温稳定性的创新研究

为解决传统高熵合金(HEAs)涂层在极端高温环境下氧化膜缺陷多、粘附性差及单一结构防护不足等问题，研究人员通过激光熔覆技术制备了非等摩尔比Fe18 Co18 Cr18 Ni36 Al9 Y0.5 Hf0.5 高熵涂层，创新性构建了(AlNi2 )@(YNi3 +Cr2 O3 +Hf)纳米异质核壳结构与Cr2 O3 /Al2 O3 /Y2 O3 三重氧化物屏障，显著降低氧化速率并提升热稳定性，为开发耐高温腐蚀新材料提供理论依据。

　　

在极端高温环境下，材料氧化腐蚀是制约航空航天、能源装备等领域发展的核心难题。传统高熵合金(High-entropy alloys, HEAs)虽具有多主元协同效应，但其单一结构氧化膜易产生裂纹和孔隙，且与基体粘附性差，导致防护失效。更棘手的是，超高温、强腐蚀介质等极端条件会加速氧化膜剥落，引发材料内部腐蚀。2016年以来，核壳结构氧化物因其"外壳防护+内核稳定"的特性被引入HEAs研究，但如何精准设计成分、调控结构以协同提升抗氧化性与热稳定性仍是未解之谜。

针对这一挑战，武汉科技大学的研究团队在《Journal of Rare Earths》发表了一项突破性研究。他们摒弃传统等摩尔比设计思路，通过理论计算指导成分优化，采用激光熔覆技术制备出Fe₁₈
Co₁₈
Cr₁₈
Ni₃₆
Al₉
Y_0.5
Hf_0.5
高熵涂层，首次揭示了(AlNi₂
)@(YNi₃
+Cr₂
O₃
+Hf)纳米异质核壳结构的形成机制，并创新性提出Cr/Y/Al三重氧化物屏障设计。该涂层在1200°C下氧化速率降低70%，展现出卓越的热稳定性。

研究团队运用多项关键技术：通过真空熔炼-气体雾化法制备高纯度金属粉末；采用激光熔覆技术实现涂层快速成形；结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)解析微观结构；利用VASP软件进行氧吸附行为的分子动力学模拟；通过高温氧化实验评估性能。

Sample preparation
研究采用高纯金属粉末经激光熔覆制备涂层，通过调控工艺参数获得致密无缺陷的涂层结构，为核壳结构形成奠定基础。

Design principles for component selection
通过计算混合熵(ΔS_mix
)、混合焓(ΔH_mix
)、原子半径失配度(δ)等参数，证实非等摩尔比设计可促进FCC固溶体相稳定，且Y/Hf的添加能优化稀土元素分布。

Discussion
分子动力学模拟显示，核壳结构中外层Cr₂
O₃
能有效阻隔氧扩散，中间层Al₂
O₃
+Y₂
O₃
通过钉扎效应增强膜基结合力，而Hf的均匀分布进一步延缓α-Al₂
O₃
相变。

Conclusions
该研究实现了三大突破：(1)首次在HEAs中构建(AlNi₂
)核与(YNi₃
+Cr₂
O₃
+Hf)壳的纳米异质结构；(2)三重氧化物屏障使氧化激活能提升2.3倍；(3)稀土元素协同作用使涂层在1200°C下仍保持结构完整性。这项研究为开发新一代耐超高温材料提供了原创性设计策略，其核壳结构组合理念可拓展至其他合金体系。