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面向氢经济的不锈钢
发布时间：
2026-02-17 01:23:18
作者：
管理员
长期以来，不锈钢在氢运输和储存应用中易受腐蚀与氢脆问题困扰。近期国际研究团队通过氮原子钝化晶界技术取得突破，新型合金设计成功攻克了腐蚀与氢脆双重挑战。
氢能是未来气候中和能源体系的基石，但其安全储存与运输仍是材料领域的重大挑战。不锈钢因其强度高、成本低且应用广泛成为理想候选材料，但即使是高级别不锈钢仍面临腐蚀与氢脆风险——氢原子渗入金属会削弱内部结合力，最终可能导致突发性失效。北京科技大学与马克斯·普朗克可持续材料研究所（MPI-SusMat）领导的国际团队在《科学进展》期刊发表最新研究，成功开发出同时解决这两大难题的新型奥氏体不锈钢。
氮元素构筑晶界防护盾
晶界是金属中最脆弱的缺陷区域，既是氢快速扩散的通道，也是电化学腐蚀反应的活跃位点。当游离氢在界面聚集形成局部应力集中，就会引发解聚开裂导致氢脆；而腐蚀则源于材料微观结构与周围环境的电化学相互作用。
“研发核心在于既要保证材料在氢环境中的机械可靠性，又要实现高耐腐蚀性，”研究通讯作者、MPI-SusMat所长迪尔克·拉贝解释道，“同时必须兼顾成本效益与现有制造工艺兼容性。由于晶界是最薄弱环节，我们重点聚焦于阻断氢在此处的渗透。”
原子级钝化实现长效防护
研究团队突破传统表面氧化膜防护思路，将氮原子直接引入钢的晶界。这种原子尺度的修饰能有效阻隔氢侵入，在损伤发生前抑制缺陷活性。
最终研发的合金（Fe-20Cr-9Ni-2.5Mn-1.6Mo-1Cu-0.2N）与商用316L不锈钢相比，耐腐蚀性提升3.8倍，抗氢脆能力增强1.35倍。
可规模化推广的可持续方案
相较于依赖析出相捕获氢（易快速饱和）的传统策略，晶界钝化技术能提供长效保护。该新型合金不仅成本效益突出、兼容现有工业加工路线，其碳足迹也低于多数高性能替代材料。通过融合耐久性、氢耐受性与经济性，为氢运输储存所需的管道、储罐及部件提供了切实可行的安全解决方案。
这项原子尺度设计策略可拓展至其他合金体系，为能源、化工及基础设施领域的耐久材料研发开辟新路径。
消息来源：马克斯·普朗克可持续材料研究所
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