原位生长Al2 O3 对NiAl高温氧化性能的调控机制研究

为解决NiAl合金在高温氧化环境下易发生氧化膜剥落、NiO生成等问题，研究人员通过热压烧结原位合成Al2 O3 颗粒（NiAl-S），显著提升其1050℃长期抗氧化性能。研究表明，Al2 O3 的钉扎效应抑制晶粒长大，降低保护性氧化膜形成的临界Al浓度，为高温合金设计提供新思路。

　　

在航空发动机和燃气轮机领域，NiAl合金因其优异的高温强度成为涡轮叶片的关键材料。然而，当温度超过1000℃时，氧化膜剥落、NiO非保护性氧化物形成等问题会显著降低其服役寿命。传统解决方案如掺杂稀土元素（REs）或预氧化处理存在工艺复杂、易导致界面脆化等局限。如何通过更可控的方法提升NiAl合金的高温抗氧化性能，成为材料科学领域的迫切需求。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地提出通过热压烧结（FHPS）原位合成Al₂
O₃
颗粒的策略。研究人员将NiAl粉末与蔗糖混合，利用蔗糖热解产生的氧与Al反应，在Al₃
Ni相中原位生成Al₂
O₃
。通过对比NiAl-S（含Al₂
O₃
）与纯NiAl合金在1050℃下的长期氧化行为，发现Al₂
O₃
的引入使合金氧化性能产生质的飞跃，相关成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

关键技术方法包括：1）气体雾化法制备NiAl粉末；2）蔗糖溶液包覆工艺实现均匀混合；3）快速热压烧结原位合成Al₂
O₃
；4）扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）表征微观结构；5）高温氧化实验评估性能。

研究结果

1. 微观结构特征
   热压后的NiAl-S合金呈现Al₃
   Ni₂
   、Al₃
   Ni和Al₂
   O₃
   多相结构，Al₂
   O₃
   颗粒优先在低熔点的Al₃
   Ni相中形成，并沿晶界均匀分布（图3i）。

2. 钉扎效应机制
   氧化后Al₂
   O₃
   颗粒通过钉扎晶界有效抑制晶粒长大（图10c,d），小晶粒合金更易形成致密氧化膜。

3. 抗氧化性能提升
   NiAl-S合金形成以α-Al₂
   O₃
   为主的多层保护膜，其临界Al浓度需求显著低于纯NiAl，从而阻止氧内扩散，减轻内氧化。

结论与意义
该研究证实原位Al₂
O₃
可通过双重机制提升NiAl抗氧化性：物理钉扎稳定微观结构，化学调控降低保护膜形成能垒。相比传统REs掺杂，该方法工艺更简单且避免界面脆化风险，为开发新一代高温合金提供重要理论支撑。jiayi peng等作者特别指出，Al₂
O₃
在Al₃
Ni相的选择性形成规律，为后续成分设计提供了明确方向。