KIT-i revolutsiooniline sulam: lennunduse tulevik on kuumakindel!

KIT-i revolutsiooniline sulam: lennunduse tulevik on kuumakindel!

Karlsruhe Tehnoloogiainstituudi (KIT) uurimisrühm on välja töötanud uudse tulekindla metallisulami, mis pakub paljutõotavaid omadusi kasutamiseks äärmuslikel temperatuuridel. Kroomist, molübdeenist ja ränist koosnev sulam on toatemperatuuril tempermalmist ja püsib stabiilsena kuni umbes 2000 kraadi Celsiuse järgi. Oksüdatsioonikindlus on ka selle uue materjaliklassi üks silmapaistvamaid omadusi. See avastus teadusajakirjas Loodus avaldati, tähistab olulist edasiminekut alusuuringutes. Kõrgele temperatuurile vastupidavad materjalid on eriti olulised kasutamiseks lennukimootorites, gaasiturbiinides ja röntgeniseadmetes.

Varasemad tulekindlad metallid on toatemperatuuril rabedad ja oksüdeeruvad temperatuuril 600–700 kraadi Celsiuse järgi. Praegu on kasutusel nikli supersulamid, mis taluvad ainult maksimaalselt kuni 1100 kraadi Celsiuse järgi temperatuurikõikumisi. KITi uus sulam seevastu võimaldaks toota komponente temperatuuridele üle 1100 kraadi Celsiuse järgi, mis võimaldaks tõsta turbiinide töötemperatuure, et vähendada kütusekulu umbes 5%. See areng pole mitte ainult tehniliselt oluline, vaid aitab kaasa ka lennunduses ja statsionaarsetes gaasiturbiinides CO₂ heitkoguste vähendamisele.

Väljakutsed ja arengupotentsiaal

Vaatamata edusammudele kõrgtemperatuuriliste sulamite vallas, on veel probleeme, mida tuleb ületada. Põhiprobleemiks on oksüdatsioonikindlus, eriti temperatuurivahemikus 600 °C kuni 800 °C, kus on kahjuri tekkimise oht. Kuid üle 1000 °C tekib kaitsev borosilikaatkiht, mis kaitseb materjali oksüdeerumise eest. Tulekindlatel metallidel põhinevate Mo-Si-B sulamite uuringud näitavad, et need on paljulubavad alternatiivid niklipõhistele supersulamitele, eriti kui tegemist on kosmosetööstuse mehaaniliste omaduste ja oksüdatsioonikindluse nõuete täitmisega, nagu näiteks Uurige Saksi-Anhalti määrab.

Nende uute sulamite jõudluse edasiseks parandamiseks on vaja terviklikke arendus- ja optimeerimisprotsesse. See hõlmab pulbermetallurgilise tootmisviisi loomist, mis kasutab aluseks mehaanilist legeerimist. Praegused projektid keskenduvad sobiva kattega Mo-40V-9Si-8B materjalide väljatöötamisele, et kontrollida nende materjalide mehaanilisi omadusi ja oksüdatsioonikindlust.

Tuleviku väljavaated

Uuringu teine ​​eesmärk on välja töötada metallisulamid, mis taluvad äärmuslikke tingimusi, sealhulgas kõrgeid temperatuure, kõrgeid rõhku ja söövitavaid aineid. Arvesse tuleks võtta Cr-põhiseid sulameid, millel on soodsad füüsikalised ja mehaanilised omadused. Labürindi kärgstruktuuriga tihendite kasutamine rootori ja staatori vaheliseks tihendamiseks on samuti lähenemisviis õhuvoolu lekke minimeerimiseks ja lennuki turbiinide efektiivsuse suurendamiseks, mis omakorda aitab vähendada süsinikdioksiidi heitkoguseid, nagu näiteks Bayreuthi metalliülikool kirjeldab.

Üldiselt on nende uute tulekindlate metallisulamite väljatöötamine märkimisväärne edasiminek, millel on nii tööstuslik kui ka keskkonnamõju. Pikas perspektiivis võivad need materjalid mängida üliolulist rolli lennunduses ja muudes tööstusharudes, kus valitsevad kõrged temperatuurid ja nõudlikud tingimused.