KIT:n vallankumouksellinen metalliseos: ilmailun tulevaisuus on lämmönkestävää!

KIT:n vallankumouksellinen metalliseos: ilmailun tulevaisuus on lämmönkestävää!

Karlsruhen teknologiainstituutin (KIT) tutkimusryhmä on kehittänyt uuden tulenkestävän metalliseoksen, joka tarjoaa lupaavia ominaisuuksia sovelluksiin äärimmäisissä lämpötiloissa. Seos, joka koostuu kromista, molybdeenistä ja piistä, on muokattava huoneenlämmössä ja pysyy vakaana noin 2 000 celsiusasteeseen asti. Hapettumisenkestävyys on myös yksi tämän uuden materiaaliluokan erinomaisista ominaisuuksista. Tämä löytö tieteellisessä lehdessä Luonto julkaistiin, on tärkeä edistysaskel perustutkimuksessa. Korkeaa lämpötilaa kestävät materiaalit ovat erityisen tärkeitä käytettäväksi lentokoneiden moottoreissa, kaasuturbiineissa ja röntgenlaitteissa.

Aiemmat tulenkestävät metallit ovat hauraita huoneenlämmössä ja hapettavat 600-700 celsiusasteen lämpötiloissa. Tällä hetkellä käytössä on nikkelisuperseoksia, jotka kestävät vain korkeintaan 1 100 celsiusasteen lämpötilanvaihteluita. KIT:n uudella metalliseoksella sen sijaan voitaisiin valmistaa komponentteja yli 1 100 celsiusasteen lämpötiloihin, mikä mahdollistaisi turbiinien käyttölämpötilojen nostamisen polttoaineenkulutuksen vähentämiseksi noin 5 %. Tämä kehitys ei ole vain teknisesti merkityksellistä, vaan se myös vähentää CO₂-päästöjä ilmailussa ja kiinteissä kaasuturbiineissa.

Haasteita ja parannusmahdollisuuksia

Huolimatta korkean lämpötilan metalliseosten edistymisestä, haasteita on edelleen voitettavana. Keskeinen ongelma on hapettumisenkestävyys, erityisesti 600–800 °C:n lämpötiloissa, joissa on olemassa ”tuhoamisen” riski. Kuitenkin yli 1000 °C:ssa muodostuu suojaava borosilikaattikerros, joka suojaa materiaalia hapettumiselta. Tulenkestäviä metallipohjaisia ​​Mo-Si-B-seoksia koskevat tutkimukset osoittavat, että ne edustavat lupaavia vaihtoehtoja nikkelipohjaisille superseoksille, etenkin kun on kyse ilmailuteollisuuden mekaanisten ominaisuuksien ja hapettumisenkestävyyden vaatimusten täyttämisestä, kuten esim. Tutki Saksi-Anhaltia määrittää.

Näiden uusien metalliseosten suorituskyvyn parantamiseksi edelleen tarvitaan kattavat kehitys- ja optimointiprosessit. Tähän sisältyy jauhemetallurgisen valmistusreitin luominen, joka käyttää perustana mekaanista seostamista. Nykyiset projektit keskittyvät Mo-40V-9Si-8B-materiaalien kehittämiseen, joissa on asianmukainen pinnoite näiden materiaalien mekaanisten ominaisuuksien ja hapettumisenkestävyyden tarkistamiseksi.

Tulevaisuuden näkymät

Toinen tutkimuksen tavoite on kehittää metalliseoksia, jotka kestävät äärimmäisiä olosuhteita, kuten korkeita lämpötiloja, korkeita paineita ja syövyttäviä aineita. Cr-pohjaiset seokset, joilla on edulliset fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet, tulee ottaa huomioon. Labyrinttikennotiivisteiden käyttö roottorin ja staattorin väliseen tiivistykseen on myös tapa minimoida ilmavirtavuodot ja lisätä lentokoneen turbiinien tehokkuutta, mikä puolestaan ​​auttaa vähentämään hiilidioksidipäästöjä, kuten esim. Bayreuthin metalliyliopisto kuvailee.

Kaiken kaikkiaan näiden uusien tulenkestävien metalliseosten kehittäminen on merkittävä edistysaskel, jolla on sekä teollisia että ympäristövaikutuksia. Pitkällä aikavälillä näillä materiaaleilla voi olla ratkaiseva rooli ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, joissa vallitsee korkeita lämpötiloja ja vaativia olosuhteita.