弗吉尼亚大学领导的研究小组开发出了新的保护涂层，可以使涡轮发动机在部件开始出现故障之前在更高的温度下运行。涡轮发动机主要用于飞机推进，但固定式涡轮机有许多工业用途，包括发电。它们燃烧燃料来旋转涡轮叶片，将机械能转化为电能。“在更高的温度下，单位热量输入可以产生更多的功输出，”Opila 说道。“潜在的好处促使人们对涂层产生兴趣，这种涂层可以作为屏障，防止高温下燃烧产生的反应性气体损坏涡轮叶片。”效率意味着更少的燃料消耗、更少的排放和运营成本。他们在 Scripta Materialia 10 月刊上发表了他们的研究成果。
当今高温材料的极限
目前涡轮发动机的热部件主要使用两种材料系统：涂层镍基高温合金可耐受高达约 2,200°F 的温度——远低于美国能源部设定的近 3,300°F 的目标。陶瓷复合材料使用多层涂层来防止氧化降解，氧化是暴露在空气和水分中时发生的化学反应。然而，这些系统受到一层硅的熔化温度的限制，硅的熔化温度为 2,577°F。UVA 领导的团队专注于另一种材料选择，即难熔金属合金。难熔金属在 20 世纪 60 年代得到了广泛的研究。虽然它们耐用且耐热，但由于抗氧化性较差而被放弃。为了保护合金，研究人员尝试了稀土氧化物(天然具有强大保护性能的化合物)，以制作出一种万能涂层。“通过结合多种稀土氧化物，仅用一层就可以实现定制性能，以更好地保护底层基材，”Opila 实验室的博士毕业生、论文第一作者 Kristyn Ardrey 说道。“这使我们能够在不使用复杂的多层涂层的情况下实现更好的性能。”
作为首批试验多组分稀土氧化物的研究团队之一，该团队深知还需要进行更多测试和改进。使用计算机模拟将有助于他们继续改进涂层并分析最佳应用方法。
