愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如何使“超級(jí)合金”更加超級(jí)，將使用壽命延長(zhǎng)數(shù)千小時(shí)。該發(fā)現(xiàn)可以改善發(fā)電機(jī)和核反應(yīng)堆的材料性能。關(guān)鍵是以特定方式加熱和冷卻高溫合金。這在材料內(nèi)產(chǎn)生了一種微觀結(jié)構(gòu)，能夠承受比未經(jīng)處理的對(duì)應(yīng)物長(zhǎng)六倍以上的高溫。

INL材料科學(xué)家Subhashish Meher說：“我們想出了一種制造高溫合金的方法，這種方法可以更好地抵抗與熱有關(guān)的故障。這在發(fā)電機(jī)和其他地方都很有用。” 他是一篇描述該研究的新科學(xué)進(jìn)展論文的主要作者。

合金是兩種或更多種金屬元素的組合。由于在基體金屬中添加了痕量的鈷，釕，錸或其他元素，超合金非常堅(jiān)固并具有其他顯著改善的特性。了解如何構(gòu)建改進(jìn)的高溫合金對(duì)于使金屬混合物更好地用于特定目的是重要的。

INL的科學(xué)家們一直在研究鎳基高溫合金。由于這些超級(jí)合金可以承受高熱和極端的機(jī)械力，因此它們可用于發(fā)電渦輪機(jī)和高溫核反應(yīng)堆部件。先前的研究表明，如果超合金的材料結(jié)構(gòu)以某種方式從非常小的尺寸重復(fù)到非常大的形狀，例如盒子內(nèi)的盒子內(nèi)的盒子，則性能可以得到改善。

這被稱為分層微觀結(jié)構(gòu)。在超合金中，它由具有沉淀物的金屬基質(zhì)組成，其中混合物的組成與金屬的其余部分不同。嵌入沉淀物中的仍然是更細(xì)的顆粒，其與沉淀物外部的基質(zhì)具有相同的組成 - 概念上類似于嵌套盒。

Meher和他的共同作者研究了這些沉淀物是如何在超合金中形成的。他們還研究了這種結(jié)構(gòu)如何經(jīng)受住加熱和其他治療。

他們發(fā)現(xiàn)，采用正確的加熱和冷卻配方，它們可以使沉淀物比其他情況下的沉淀物大兩倍或更多倍，從而產(chǎn)生所需的微觀結(jié)構(gòu)。當(dāng)受到極端高溫時(shí)，這些較大的沉淀物持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。此外，計(jì)算機(jī)模擬研究表明，與正常情況下約3000小時(shí)相比，高溫合金可以抵抗熱誘導(dǎo)失效20,000小時(shí)。

一種應(yīng)用可以是發(fā)電機(jī)，其持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，因?yàn)樗鼈儤?gòu)造的超合金將更加堅(jiān)固。更重要的是，INL科學(xué)家現(xiàn)在可以提出一種可以應(yīng)用于其他高溫合金的程序。因此，有可能調(diào)整超合金的強(qiáng)度，耐熱性或其他性能，以增強(qiáng)其在特定應(yīng)用中的使用。

“我們現(xiàn)在能夠更好地?fù)艽蚍慨a(chǎn)并改善材料性能，”Meher說。