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初夏的科研楼会议室里,阳光透过百叶窗洒下斑驳光影,长条会议桌旁坐满了人。周教授坐在主位,左手边是材料学院的两位资深教授——研究高温合金多年的张教授、专注于金属表面工程的刘教授,右手边是三位博学长和李薇,林荞坐在靠近门口的位置,面前摊着厚厚的笔记和画满标注的文献,心里既有些紧张又充满期待。这是“高温抗氧化金属材料”课题的第一次正式团队讨论,核心是确定研究方向和初步实验方案。

“今天把大家召集过来,就是想听听各位的想法,为这个新课题定个调子。”周教授开门见山,语气沉稳,“航空发动机关键部件的高温氧化问题,是行业痛点,咱们的目标是研发出自主可控的材料,打破进口依赖。之前已经让大家做了些文献调研,现在谁先来说说自己的思路?”

会议室里短暂沉默了几秒,博一的学长陈明率先发言:“我查阅了国内外的相关研究,目前主流的高温抗氧化材料主要是镍基高温合金,通过添加铬、铝、钇等元素提升性能。我觉得咱们可以在现有镍基合金的基础上,优化元素配比,重点提升氧化膜的稳定性。”

“这个思路可行,但不够创新。”张教授微微摇头,“现有镍基合金的优化空间已经比较小了,要想实现突破,得找个新的切入点。”

另一位博学长王浩接着说:“我关注到陶瓷基复合材料,抗氧化性能很好,但脆性太大,高温强度不足,很难应用在发动机旋转部件上。或许可以尝试金属基复合材料,结合金属的韧性和陶瓷的抗氧化性?”

刘教授点点头:“这个方向有潜力,但金属和陶瓷的界面结合问题很难解决,容易出现剥离,后续实验难度不小。”

大家你一言我一语,讨论热烈却始终没有形成统一的方向。林荞捏了捏手里的笔,深吸一口气,鼓起勇气说道:“周教授,各位老师、学长,我有个想法想跟大家分享。”

所有人的目光都集中到她身上,林荞稍微平复了一下心情,缓缓说道:“我在查阅文献时发现,很多高温金属材料的失效,都是因为表面氧化膜不致密、易剥落,导致基体持续氧化。既然如此,我们能不能主动在金属材料表面形成一层稳定的抗氧化涂层?”

她翻开笔记,指着上面的示意图:“我想以镍为基体,通过合金化的方式,在材料中加入适量的铝和铬。这两种元素与氧的亲和力很强,在高温环境下,会优先扩散到材料表面,形成一层Al?o?和cr?o?复合氧化膜。这层膜结构致密,能有效阻挡氧气和燃气与基体接触,从而达到抗氧化的目的。”

“而且,铝和铬的添加还能提升材料的高温强度。”林荞补充道,“我查了热力学数据,Al?o?的生成吉布斯自由能很低,在1200c高温下依然能稳定存在;cr?o?的耐磨性和附着力很好,两者结合,既能保证抗氧化性,又能增强涂层与基体的结合力,避免剥落。”

她的话音刚落,会议室里就响起了低声的讨论。张教授眼前一亮,身体微微前倾:“这个思路很有意思!主动形成复合氧化膜,比单纯优化合金配比更有针对性。你有没有具体的元素添加比例?”

“目前还没有确定具体比例,但我做了些初步测算。”林荞说道,“铝的添加量大概在8%-12%,铬的添加量在10%-15%比较合适。添加量太少,形成的氧化膜不连续;太多则会影响材料的韧性和加工性能。”

刘教授皱了皱眉:“铝和铬的扩散速度不同,怎么保证它们能同时在表面形成均匀的复合氧化膜?而且,高温下氧化膜会不会因为热膨胀系数与基体不匹配而开裂?”

这正是林荞思考过的问题,她立刻回应:“我查过资料,钇、铈等稀土元素能细化晶粒,促进铝和铬的均匀扩散,还能改善氧化膜的附着力。我们可以适量添加0.2%-0.5%的稀土元素,解决扩散不均和膜基结合的问题。至于热膨胀系数的问题,我们可以通过调整基体成分,尽量缩小氧化膜与基体的热膨胀系数差异,减少高温下的内应力。”

“这个补充很关键。”周教授点点头,“稀土元素的协同作用,在之前的耐磨合金课题中已经得到了验证,用在这里应该可行。”

陈明学长提出疑问:“如果通过合金化的方式添加铝和铬,成本会不会很高?而且,批量生产时,怎么保证涂层的均匀性?”

“成本方面,铝和铬都是常见的合金元素,价格相对亲民,不会大幅增加生产成本。”林荞解释道,“批量生产时,我们可以采用真空熔炼工艺,精确控制元素添加比例,确保成分均匀;后续还可以通过热处理工艺,促进铝和铬向表面扩散,形成厚度均匀的氧化膜。”

大家围绕这个思路展开了更深入的讨论。张教授从热力学角度分析:“Al?o?和cr?o?的复合氧化膜,在1200c高温下的稳定性确实很好,理论上能满足氧化增重不超过0.5mg\/cm2的要求。但要注意,铝含量过高会形成脆性的金属间化合物,影响材料的韧性,这一点在后续实验中要重点关注。”

刘教授则关注表面工程的细节:“我建议在形成氧化膜后,进行一次低温扩散处理,进一步提升膜基结合力。另外,可以通过扫描电子显微镜和x射线衍射仪,实时观察氧化膜的微观结构和物相组成,及时调整工艺参数。”

周教授认真听着大家的讨论,时不时点头补充。两个小时后,他抬手示意大家安静:“刚才林荞提出的‘添加铝、铬元素形成抗氧化涂层’的思路,经过大家的讨论和补充,已经比较成熟了。这个方向既符合理论逻辑,又有实践可行性,还能充分发挥我们之前在稀土元素应用上的经验,就以这个方向为基础,制定初步实验方案。”

他接着分配任务:“林荞负责牵头设计具体的合金配方,包括铝、铬、稀土元素的添加比例,制定三组不同的配方方案;李薇协助林荞,收集相关热力学数据,建立氧化膜形成的理论模型;陈明和王浩负责联系实验室,准备真空熔炼炉、高温氧化炉等设备,制定实验操作规程;张教授和刘教授负责技术指导,解决实验中遇到的理论和技术难题。”

“我们的初步计划是,先通过真空熔炼制备三组不同配方的合金试样,进行1200c、100小时的高温氧化测试,对比氧化增重、氧化膜结构和高温强度等指标,筛选出最优配方;然后针对最优配方,优化制备工艺和热处理参数,进行更长时间的高温稳定性测试,确保材料能满足实际应用需求。”周教授补充道。

林荞看着分配给自己的任务,心里充满了动力。这是她第一次在重要的团队讨论中提出核心思路,并且得到了各位老师和学长的认可,这让她更加坚定了信心。她知道,接下来的实验任务会很艰巨,需要不断调整配方、优化工艺,可能还会遇到各种意想不到的问题,但她有信心和团队一起,攻克这些难关。

讨论结束后,林荞没有立刻离开会议室,而是留下来和李薇、陈明、王浩一起,进一步细化实验方案。“我打算设计三组配方,第一组铝10%、铬12%、钇0.3%;第二组铝11%、铬13%、铈0.4%;第三组铝9%、铬14%、钇0.2%+铈0.2%,通过对比测试,看看哪种配方的抗氧化性能和高温强度最好。”林荞说道。

“这个配方设计很合理,覆盖了不同的元素比例和稀土添加方式。”陈明说道,“我明天就去实验室协调设备,争取下周就能开始熔炼试样。”

李薇也表示:“我今晚就开始收集热力学数据,建立氧化膜形成的理论模型,为实验提供理论支持。”

看着团队成员们积极投入的样子,林荞心里暖暖的。她知道,科研不是孤军奋战,需要团队成员之间的密切配合和相互支持。这个新课题虽然难度很大,但有这么多优秀的老师和学长一起努力,她相信一定能取得突破。

离开科研楼时,天色已经暗了下来,晚风带着初夏的凉意,吹在脸上格外舒服。林荞抬头看着夜空中的星星,心里充满了对未来的期待。她想起了之前做耐磨合金课题时的点点滴滴,从最初的思路提出,到实验中的反复尝试,再到最终的成功推广,每一步都离不开团队的支持和自己的坚持。现在,面对新的课题、新的挑战,她会带着这份坚持和热情,继续在科研的道路上前行,为研发出自主可控的高温抗氧化金属材料,为国家的航空航天事业贡献自己的一份力量。

回到宿舍,林荞立刻打开电脑,开始整理实验方案的详细文档。她把三组配方的设计依据、热力学分析、实验步骤和预期结果都一一写下来,还绘制了实验流程图,方便团队成员参考。窗外的月光透过窗户洒在书桌上,照亮了她认真的脸庞,也照亮了她心中的科研梦想。她知道,这只是新课题的开始,未来还有很长的路要走,但她已经做好了准备,迎接每一个挑战。

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