钼元素添加对ZrNbTiAlMo难熔高熵合金高温氧化行为的影响机制研究

为解决难熔高熵合金(RHEAs)高温氧化性能不足的问题，研究人员系统探究了Mo含量对ZrNb(1.2-x) Ti0.4 Al0.3 Mox 合金相演变与氧化行为的影响。结果表明，适量Mo(0.3摩尔)可形成双层氧化膜(ZrO2 /AlNbO4 /Nb2 Zr6 O17 外层与Mo-Nb富集内层)，但过量Mo会加速MoO3 挥发，为设计1000℃耐氧化RHEAs提供理论依据。

　　

在航空航天和核反应堆材料领域，传统合金的高温性能已接近极限，难熔高熵合金(RHEAs)因其独特的固溶体结构和优异的热稳定性成为研究热点。然而，这类合金面临的核心挑战是高温氧化防护不足——氧化物层疏松多孔，导致材料快速失效。以Zr-Nb-Ti-Al为基体的RHEAs虽具备良好的机械性能，但氧化过程中易形成非保护性混合氧化物，而钼(Mo)作为关键合金元素，既能通过固溶强化提升性能，又可能因生成挥发性MoO₃
加剧氧化，这种"双刃剑"效应亟待系统解析。

为破解这一难题，河北工业大学等机构的研究团队采用CALPHAD(计算相图)模拟结合实验手段，设计出ZrNb_(1.2-x)
Ti_0.4
Al_0.3
Mo_x
（x=0-0.9）系列合金，通过差示扫描量热/热重分析(DSC/TGA)和微观表征技术，首次揭示了Mo含量对氧化行为的三阶段调控机制。相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

研究主要采用三项关键技术：1) 基于TCHEA7数据库的CALPHAD热力学模拟预测相组成；2) 电弧熔炼制备四组不同Mo含量(0/0.3/0.6/0.9摩尔比)合金；3) 结合X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)解析氧化层成分分布。

氧化动力学
TGA数据显示无Mo合金呈现典型抛物线型氧化规律，而添加0.3摩尔Mo后氧化增重速率骤增300%，对应DSC曲线在400-600℃出现显著放热峰。这种反常现象源于Mo诱导的三相BCC结构加速了氧扩散通道形成。

讨论
研究突破性地发现0.3摩尔Mo可促进AlNbO₄
生成——该氧化物具有1.5-1.7的理想Pilling-Bedworth比(衡量氧化膜致密度的指标)，其晶体结构中Nb⁵⁺
/Al³⁺
的协同作用能阻滞氧内扩散。但当Mo≥0.6摩尔时，MoO₃
挥发导致氧化层产生裂纹，使1000℃下的氧化速率提升5倍。

结论

1. 0.3摩尔Mo通过形成ZrO₂
   /AlNbO₄
   /Nb₂
   Zr₆
   O₁₇
   复合氧化层，使氧渗透率降低60%；
2. Mo过量引发Al₃
   Zr₅
   金属间化合物偏析，破坏氧化层连续性；
3. 首次建立Mo含量-相组成-氧化动力学的定量关系模型，为开发新一代耐1000℃级RHEAs提供设计准则。

该研究不仅阐明Mo在RHEAs中的复杂作用机制，更创新性提出通过调控AlNbO₄
/MoO₃
竞争生成来优化抗氧化性能的策略，对发展航空发动机热端部件材料具有重要指导价值。