Το επαναστατικό κράμα του KIT: το μέλλον της αεροπορίας είναι ανθεκτικό στη θερμότητα!

Το επαναστατικό κράμα του KIT: το μέλλον της αεροπορίας είναι ανθεκτικό στη θερμότητα!

Μια ερευνητική ομάδα από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καρλσρούης (KIT) ανέπτυξε ένα νέο πυρίμαχο κράμα μετάλλων που προσφέρει υποσχόμενες ιδιότητες για εφαρμογές σε ακραίες θερμοκρασίες. Το κράμα, το οποίο αποτελείται από χρώμιο, μολυβδαίνιο και πυρίτιο, είναι εύπλαστο σε θερμοκρασία δωματίου και παραμένει σταθερό μέχρι περίπου τους 2.000 βαθμούς Κελσίου. Η αντοχή στην οξείδωση είναι επίσης μια από τις εξαιρετικές ιδιότητες αυτής της νέας κατηγορίας υλικών. Αυτή η ανακάλυψη στο επιστημονικό περιοδικό Φύση δημοσιεύθηκε, σηματοδοτεί μια σημαντική πρόοδο στη βασική έρευνα. Τα υλικά ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες είναι ιδιαίτερα σημαντικά για χρήση σε κινητήρες αεροσκαφών, αεριοστρόβιλους και μηχανές ακτίνων Χ.

Τα προηγούμενα πυρίμαχα μέταλλα είναι εύθραυστα σε θερμοκρασία δωματίου και οξειδώνονται σε θερμοκρασίες μεταξύ 600 και 700 βαθμών Κελσίου. Επί του παρόντος χρησιμοποιούνται υπερκράματα νικελίου που αντέχουν μόνο διακυμάνσεις θερμοκρασίας έως και 1.100 βαθμούς Κελσίου το πολύ. Το νέο κράμα του KIT, από την άλλη πλευρά, θα μπορούσε να καταστήσει δυνατή την κατασκευή εξαρτημάτων για θερμοκρασίες άνω των 1.100 βαθμών Κελσίου, γεγονός που θα επέτρεπε την αύξηση των θερμοκρασιών λειτουργίας στις τουρμπίνες προκειμένου να μειωθεί η κατανάλωση καυσίμου κατά περίπου 5%. Αυτή η εξέλιξη δεν είναι μόνο τεχνικά σημαντική, αλλά συμβάλλει επίσης στη μείωση των εκπομπών CO₂ στις αερομεταφορές και τους σταθερούς αεριοστρόβιλους.

Προκλήσεις και δυνατότητες βελτίωσης

Παρά τις προόδους στα κράματα υψηλής θερμοκρασίας, υπάρχουν ακόμη προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν. Ένα βασικό πρόβλημα είναι η αντοχή στην οξείδωση, ιδιαίτερα σε θερμοκρασίες μεταξύ 600 °C και 800 °C, όπου υπάρχει κίνδυνος «παρασίτων». Ωστόσο, πάνω από τους 1.000 °C, σχηματίζεται ένα προστατευτικό βοριοπυριτικό στρώμα που προστατεύει το υλικό από την οξείδωση. Έρευνα για κράματα πυρίμαχων μετάλλων Mo-Si-B δείχνει ότι αντιπροσωπεύουν πολλά υποσχόμενες εναλλακτικές λύσεις στα υπερκράματα με βάση το νικέλιο, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για την ικανοποίηση των απαιτήσεων της αεροδιαστημικής βιομηχανίας για μηχανικές ιδιότητες και αντοχή στην οξείδωση, όπως π.χ. Έρευνα Σαξονίας-Άνχαλτ καθορίζει.

Προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω η απόδοση αυτών των νέων κραμάτων, απαιτούνται ολοκληρωμένες διαδικασίες ανάπτυξης και βελτιστοποίησης. Αυτό περιλαμβάνει τη δημιουργία μιας οδού παραγωγής μεταλλουργίας σκόνης που χρησιμοποιεί ως βάση μηχανικό κράμα. Τα τρέχοντα έργα επικεντρώνονται στην ανάπτυξη υλικών Mo-40V-9Si-8B με κατάλληλη επίστρωση για την επαλήθευση των μηχανικών ιδιοτήτων και της αντοχής στην οξείδωση αυτών των υλικών.

Μελλοντικές προοπτικές

Ένας άλλος στόχος της έρευνας είναι η ανάπτυξη μεταλλικών κραμάτων που να αντέχουν σε ακραίες συνθήκες, συμπεριλαμβανομένων υψηλών θερμοκρασιών, υψηλών πιέσεων και διαβρωτικών μέσων. Θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα κράματα με βάση το Cr, τα οποία έχουν πλεονεκτικές φυσικές και μηχανικές ιδιότητες. Η χρήση κυψελών δαχτυλιδιών δαχτυλιδιών για τη σφράγιση μεταξύ του ρότορα και του στάτη είναι επίσης μια προσέγγιση για την ελαχιστοποίηση της διαρροής αέρα και την αύξηση της απόδοσης των στροβίλων αεροσκαφών, η οποία με τη σειρά της συμβάλλει στη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, όπως π.χ. Πανεπιστήμιο Μετάλλων του Μπαϊρόιτ περιγράφει.

Συνολικά, η ανάπτυξη αυτών των νέων πυρίμαχων κραμάτων μετάλλων αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόοδο που έχει βιομηχανικές και περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Μακροπρόθεσμα, αυτά τα υλικά θα μπορούσαν να διαδραματίσουν κρίσιμο ρόλο στην αεροδιαστημική και σε άλλες βιομηχανίες όπου υπάρχουν υψηλές θερμοκρασίες και απαιτητικές συνθήκες.