氫氣是未來(lái)氣候中性能源體系的基石。然而，如何安全地儲(chǔ)存和運(yùn)輸氫氣仍然是材料領(lǐng)域面臨的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。不銹鋼因其高強(qiáng)度、成本可控且應(yīng)用廣泛，被視為理想候選材料。但即便是先進(jìn)鋼種，也仍然容易受到腐蝕和氫脆的影響。氫脆是一種氫滲入金屬內(nèi)部、削弱內(nèi)部鍵合、并最終可能導(dǎo)致材料突然失效的過(guò)程。

    近日，由北京科技大學(xué)與馬克斯·普朗克可持續(xù)材料研究所（MPI-SusMat）牽頭的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出一種新型奧氏體不銹鋼，同時(shí)解決了不銹鋼材料的“腐蝕和氫脆”兩大難題。相關(guān)研究成果已發(fā)表在期刊Science Advances上。

    MPI-SusMat所長(zhǎng)Dierk Raabe解釋道：“挑戰(zhàn)在于開發(fā)一種在氫環(huán)境中依然保持機(jī)械可靠性，同時(shí)又具備高耐腐蝕性的奧氏體不銹鋼。與此同時(shí)，這種材料還必須具備成本優(yōu)勢(shì)，并能兼容現(xiàn)有的制造工藝。由于晶界是最脆弱的缺陷部位，我們將研究重點(diǎn)放在從源頭阻止氫在晶界處的侵入?！?

    研究人員并未僅依賴傳統(tǒng)的表面氧化膜，而是將氮原子直接引入鋼的晶界中。這種原子尺度的“裝飾”能夠有效阻斷氫的進(jìn)入，并在損傷發(fā)生之前抑制缺陷活性。其結(jié)果是一種成分為Fe-20Cr-9Ni-2.5Mn-1.6Mo-1Cu-0.2N的合金，與商業(yè)化316L不銹鋼相比，其耐腐蝕性能提高了3.8倍，抗氫脆能力提升了1.35倍。與通過(guò)析出相“捕獲”氫的策略不同，后者往往會(huì)迅速飽和，晶界鈍化提供了長(zhǎng)期、穩(wěn)定的防護(hù)效果。

    這種新型合金成本可控、兼容現(xiàn)有工業(yè)加工路線，并且相較許多高性能替代材料具有更低的碳足跡。通過(guò)將耐久性、耐氫性和經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合，該材料為更安全的氫氣管道、儲(chǔ)罐及運(yùn)輸與儲(chǔ)存部件提供了一條切實(shí)可行的路徑。

    另外，這種原子尺度設(shè)計(jì)策略還有望推廣至其他合金體系，為能源、化工及基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域開發(fā)更耐久的材料打開新的機(jī)遇。（出自：中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)不銹鋼分會(huì)）