Hợp kim chịu nhiệt hay còn gọi là siêu hợp kim có ý nghĩa rất lớn đối với các phòng công nghiệp và lĩnh vực công nghệ ứng dụng trong điều kiện nhiệt độ cao.
Nói chung, điểm nóng chảy của vật liệu kim loại càng cao thì giới hạn nhiệt độ có thể sử dụng càng cao. Điều này là do với sự gia tăng nhiệt độ, tính chất cơ học của vật liệu kim loại giảm đáng kể và xu hướng ăn mòn oxy hóa tăng theo. Do đó, vật liệu kim loại nói chung chỉ có thể hoạt động ở 500 độ ~ 600 độ trong một thời gian dài. Kim loại có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 700 độ thường được gọi là hợp kim chịu nhiệt. "Khả năng chịu nhiệt" có nghĩa là nó có thể duy trì đủ độ bền và khả năng chống oxy hóa tốt ở nhiệt độ cao.
Có hai cách để cải thiện khả năng chống oxy hóa của thép: một là thêm Cr, Si, Al và các nguyên tố hợp kim khác vào thép, hoặc tiến hành xử lý hợp kim Cr, Si, Al trên bề mặt thép. Chúng có thể nhanh chóng tạo thành một màng oxit dày đặc trong môi trường oxy hóa và bám chắc vào bề mặt thép, do đó ngăn chặn quá trình oxy hóa tiếp tục một cách hiệu quả. Cách khác là tạo thành oxit, cacbua, nitrua và các lớp phủ chịu nhiệt độ cao khác trên bề mặt thép bằng nhiều phương pháp khác nhau.
Có nhiều cách để cải thiện độ bền nhiệt độ cao của thép. Từ quan điểm hóa học về cấu trúc và tính chất, có khoảng hai phương pháp chính:
Một là tăng lực liên kết giữa các nguyên tử trong thép ở nhiệt độ cao. Người ta chỉ ra rằng độ bền liên kết trong kim loại chủ yếu liên quan đến số lượng electron chưa ghép cặp trong nguyên tử. Từ bảng tuần hoàn, liên kết kim loại của nguyên tố VI B mạnh nhất trong cùng chu kỳ. Do đó, việc thêm các nguyên tử Cr, Mo, W vào thép có hiệu quả tốt nhất.
Cách khác là thêm các nguyên tố có thể tạo thành các cacbua khác nhau hoặc các hợp chất liên kim để tăng cường ma trận thép. Cacbua sinh ra từ một số kim loại chuyển tiếp và nguyên tử cacbon thuộc loại hợp chất xen kẽ. Chúng thêm các thành phần liên kết cộng hóa trị trên cơ sở liên kết kim loại nên có độ cứng lớn và nhiệt độ nóng chảy cao. Ví dụ, thêm W, Mo, V, Nb có thể tạo ra WC, W2C, MoC, Mo2C, VC, NbC và các cacbua khác, do đó làm tăng cường độ nhiệt độ cao của thép.
Ngoài các hợp kim chịu nhiệt dựa trên sắt, các hợp kim chịu nhiệt dựa trên niken, molypden, niobi và vonfram cũng có thể được điều chế bằng phương pháp hợp kim. Chúng có tính chất cơ học tốt và ổn định hóa học ở nhiệt độ cao. Trong số đó, hợp kim gốc niken là vật liệu kim loại siêu chịu nhiệt tốt nhất, và ma trận trong cấu trúc là Ni? Cr? Dung dịch rắn của hợp chất kim loại Co và Ni3Al có thể được sử dụng ở 1000 độ ~ 1100 độ sau khi xử lý.
