Bilim insanları erimeyi reddeden süper alaşım üretti

Yeni nesil ısıya dayanıklı malzeme, enerji tasarruflu uçak türbinleri gibi uygulamalar için büyük potansiyel göstermektedir.

Almanya’daki Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü’nden (KIT) bilim adamlarından oluşan bir ekip, bir krom-molibden-silikon Aşırı ısıya dayanıklı, sünek ve oksidasyona karşı dayanıklı kalan ve yaklaşık 1100°C ile sınırlı olan nikel bazlı süper alaşımların yerini alabilecek bir malzeme.

Yeni malzeme, türbinleri ve motorları önemli ölçüde daha verimli hale getirebilir ve bu da önemli bir adım olabilir. daha temiz enerji sistemleri ve güçlü.

İşletim sistemi yüksek sıcaklık metalleri uçak motorlarına, gaz türbinlerine, röntgen sistemlerine ve diğer ileri teknolojilere güç sağlamak için gereklidirler. Isıya en dayanıklı olanlar arasında refrakter metaller vardır. tungstenmolibden ve krom, hepsinin erime noktaları 2000 santigrat derece (~3600 Fahrenheit) civarında veya üzerinde.

Olağanüstü ısı toleranslarına rağmen bu metaller büyük zorluklarla karşı karşıyadır: normal sıcaklıklarda kırılgandır ve hızla oksitlenir oksijene maruz kaldığında 600 veya 700 santigrat derecede (~1100 ila 1300 Fahrenheit) bile arızaya yol açar. Bu nedenle yalnızca dönen X-ışını anotları gibi özel vakum ortamlarında kullanılabilirler.

Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için mühendisler genellikle nikel bazlı süper alaşımlar Sıcak havaya veya yanma gazlarına dayanması gereken bileşenler için. Bu malzemeler standart Gaz türbinlerinde ve diğer yüksek sıcaklık sistemlerinde.

Araştırma sonuçları bir raporda sunuldu. madde yakın zamanda dergide yayınlandı Doğa.

“Mevcut süper alaşımlar, çeşitli özellikleri bir araya getirmek amacıyla nadir bulunanlar da dahil olmak üzere birçok farklı metalik elementten oluşur. Oda sıcaklığında sünektirler, yüksek sıcaklıklarda stabildirler ve oksidasyona karşı dayanıklıdırlar”, diye açıklıyor Martin Heilmaier, KIT Uygulamalı Malzemeler Enstitüsü’nde araştırmacı, ifade.

“Ancak – ve sorun burada – çalışma sıcaklıkları, yani güvenli bir şekilde kullanılabilecekleri sıcaklıklar, Maksimum 1100 santigrat dereceye kadar aralık“diye ekliyor.

Araştırmacı, “Bu, türbinlerde veya diğer yüksek sıcaklık uygulamalarında daha fazla verimlilik elde etmek için tam potansiyelden yararlanmak için çok düşük. Gerçek şu ki, yanma süreçlerindeki verimlilik sıcaklıkla birlikte artıyor” diye açıklıyor.

Teknolojik bir sıçrama

Bu performans limitinin farkına varan Heilmaier’in ekibi, yeni bir çözümve birleştiren yeni bir metalik alaşım geliştirdi. krom, molibden ve silikon.

Refrakter metallerin bu süper alaşımı, keşfiyle Alexander KauffmanŞu anda Bochum’daki Ruhr Üniversitesi’nde profesör olan ve temel bir rol oynayan Dr. daha önce hiç görülmemiş özellikler.

“Oda sıcaklığında sünektir, erime noktası çok yüksek ne kadar 2000°C. Ayrıca bugüne kadar bilinen refrakter alaşımlardan farklı olarak, sadece yavaşça oksitlenirKritik sıcaklık aralığında bile” diye açıklıyor Kauffman.

“Bu, şu olasılığı ortaya çıkarıyor: uygun bileşenler üretin 1100 °C’nin önemli ölçüde üzerindeki çalışma sıcaklıkları için. Dolayısıyla çalışmamızın sonucu, buna olanak sağlayacak potansiyele sahiptir. gerçek bir teknolojik sıçrama“Kauffmann’ı onaylıyorum.

Oksidasyon direnci ve süneklik hala düşük olduğundan bu özellikle dikkate değerdir. yeterince tahmin edilemiyor Bilgisayar destekli malzeme geliştirmede kaydedilen büyük ilerlemeye rağmen, hedeflenen malzeme tasarımını mümkün kılmak.

“Bir türbinde sadece 100 santigrat derecelik bir sıcaklık artışı bile yakıt tüketimini yaklaşık yüzde beş oranında azaltmak“açıklama Heilmaier.

“Bu özellikle havacılıkla ilgiliÇünkü elektrikle çalışan uçakların önümüzdeki yıllarda uzun mesafeli uçuşlara uygun olması pek mümkün görünmüyor. Bu nedenle yakıt tüketiminde önemli bir azalma hayati bir konu olacaktır” diye ekliyor.

Araştırmacı, “Keşifimizle önemli bir dönüm noktasına ulaştık. Dünyanın her yerindeki araştırma grupları artık bu başarının üzerine inşa edebilir” diye bitiriyor.