سبيكة KIT الثورية: مستقبل الطيران مقاوم للحرارة!

سبيكة KIT الثورية: مستقبل الطيران مقاوم للحرارة!

قام فريق بحث من معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT) بتطوير سبيكة معدنية مقاومة للحرارة جديدة توفر خصائص واعدة للتطبيقات في درجات الحرارة القصوى. وهذه السبيكة، التي تتكون من الكروم والموليبدينوم والسيليكون، قابلة للطرق في درجة حرارة الغرفة وتظل مستقرة حتى حوالي 2000 درجة مئوية. تعد مقاومة الأكسدة أيضًا إحدى الخصائص البارزة لهذه الفئة الجديدة من المواد. هذا الاكتشاف في المجلة العلمية طبيعة تم نشره، ويمثل تقدما هاما في البحوث الأساسية. تعتبر المواد المقاومة للحرارة العالية ذات أهمية خاصة للاستخدام في محركات الطائرات وتوربينات الغاز وأجهزة الأشعة السينية.

تكون المعادن المقاومة للحرارة السابقة هشة عند درجة حرارة الغرفة وتتأكسد عند درجات حرارة تتراوح بين 600 و700 درجة مئوية. يتم استخدام سبائك النيكل الفائقة حاليًا والتي يمكنها فقط تحمل تقلبات درجات الحرارة التي تصل إلى 1100 درجة مئوية كحد أقصى. ومن ناحية أخرى، فإن سبيكة KIT الجديدة يمكن أن تجعل من الممكن تصنيع مكونات لدرجات حرارة أعلى من 1100 درجة مئوية، مما سيمكن من زيادة درجات حرارة التشغيل في التوربينات من أجل تقليل استهلاك الوقود بحوالي 5٪. ولا يعد هذا التطور ذا صلة من الناحية الفنية فحسب، بل يساهم أيضًا في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الطيران وتوربينات الغاز الثابتة.

التحديات وإمكانات التحسين

على الرغم من التقدم في مجال السبائك عالية الحرارة، لا تزال هناك تحديات يتعين التغلب عليها. وتتمثل المشكلة الرئيسية في مقاومة الأكسدة، خاصة عند درجات حرارة تتراوح بين 600 درجة مئوية و800 درجة مئوية، حيث يوجد خطر "الآفات". ومع ذلك، عند درجة حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية، تتشكل طبقة بوروسيليكات واقية تحمي المادة من الأكسدة. تظهر الأبحاث التي أجريت على سبائك Mo-Si-B القائمة على المعادن المقاومة للحرارة أنها تمثل بدائل واعدة للسبائك الفائقة القائمة على النيكل، لا سيما عندما يتعلق الأمر بتلبية متطلبات صناعة الطيران للخواص الميكانيكية ومقاومة الأكسدة، مثل أبحاث ساكسونيا أنهالت يحدد.

ومن أجل تحسين أداء هذه السبائك الجديدة بشكل أكبر، من الضروري إجراء عمليات تطوير وتحسين شاملة. يتضمن ذلك إنشاء طريق لتصنيع مسحوق المعادن الذي يستخدم السبائك الميكانيكية كأساس. تركز المشاريع الحالية على تطوير مواد Mo-40V-9Si-8B مع طلاء مناسب للتحقق من الخواص الميكانيكية ومقاومة الأكسدة لهذه المواد.

الآفاق المستقبلية

الهدف الآخر للبحث هو تطوير سبائك معدنية يمكنها تحمل الظروف القاسية، بما في ذلك درجات الحرارة المرتفعة والضغوط العالية والوسائط المسببة للتآكل. وينبغي أن تؤخذ في الاعتبار السبائك القائمة على الكروم، والتي لها خصائص فيزيائية وميكانيكية مفيدة. يعد استخدام موانع التسرب على شكل قرص العسل للإغلاق بين الجزء الدوار والجزء الثابت أيضًا طريقة لتقليل تسرب تدفق الهواء وزيادة كفاءة توربينات الطائرات، مما يساعد بدوره على تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، مثل جامعة المعادن في بايرويت يصف.

بشكل عام، يمثل تطوير هذه السبائك المعدنية المقاومة للحرارة الجديدة تقدمًا كبيرًا له آثار صناعية وبيئية. على المدى الطويل، يمكن لهذه المواد أن تلعب دورًا حاسمًا في مجال الطيران والصناعات الأخرى حيث درجات الحرارة المرتفعة والظروف الصعبة.