A KIT forradalmi ötvözete: a repülés jövője hőálló!

A KIT forradalmi ötvözete: a repülés jövője hőálló!

A Karlsruhe Institute of Technology (KIT) kutatócsoportja új tűzálló fémötvözetet fejlesztett ki, amely ígéretes tulajdonságokat kínál szélsőséges hőmérsékleteken történő alkalmazásokhoz. A krómból, molibdénből és szilíciumból álló ötvözet szobahőmérsékleten alakítható, és körülbelül 2000 Celsius-fokig stabil marad. Az oxidációállóság is az egyik kiemelkedő tulajdonsága ennek az új anyagosztálynak. Ez a felfedezés a tudományos folyóiratban Természet megjelent, fontos előrelépést jelent az alapkutatásban. A magas hőmérsékletnek ellenálló anyagok különösen fontosak repülőgép-hajtóművekben, gázturbinákban és röntgenkészülékekben.

A korábbi tűzálló fémek szobahőmérsékleten törékenyek, és 600 és 700 Celsius fok közötti hőmérsékleten oxidálódnak. Jelenleg olyan nikkel-szuperötvözetek használatosak, amelyek legfeljebb 1100 Celsius-fokos hőmérséklet-ingadozást képesek csak elviselni. A KIT új ötvözete viszont lehetővé tenné az 1100 Celsius-fok feletti hőmérsékletű alkatrészek gyártását, ami lehetővé tenné a turbinák üzemi hőmérsékletének emelését az üzemanyag-fogyasztás mintegy 5%-os csökkentése érdekében. Ez a fejlesztés nemcsak műszakilag releváns, hanem hozzájárul a légi közlekedés és a helyhez kötött gázturbinák CO₂-kibocsátásának csökkentéséhez is.

Kihívások és fejlesztési lehetőségek

A magas hőmérsékletű ötvözetek terén elért fejlődés ellenére még mindig vannak kihívások, amelyeket le kell küzdeni. A fő probléma az oxidációval szembeni ellenállás, különösen 600 °C és 800 °C közötti hőmérsékleten, ahol fennáll a „pesting” veszélye. 1000 °C felett azonban boroszilikát védőréteg képződik, amely megvédi az anyagot az oxidációtól. A tűzálló fém alapú Mo-Si-B ötvözetekkel kapcsolatos kutatások azt mutatják, hogy ezek ígéretes alternatívát jelentenek a nikkel alapú szuperötvözetek helyett, különösen, ha a repülőgépipar mechanikai tulajdonságokkal és oxidációval szembeni ellenállásával kapcsolatos követelményeit teljesítik, mint pl. Kutatás Szász-Anhalt meghatározza.

Ezen új ötvözetek teljesítményének további javítása érdekében átfogó fejlesztési és optimalizálási folyamatokra van szükség. Ez magában foglalja egy olyan porkohászati ​​gyártási útvonal kialakítását, amely a mechanikai ötvözetet veszi alapul. A jelenlegi projektek a megfelelő bevonattal ellátott Mo-40V-9Si-8B anyagok fejlesztésére összpontosítanak, amelyek igazolják ezen anyagok mechanikai tulajdonságait és oxidációval szembeni ellenállását.

Jövőbeli kilátások

A kutatás másik célja olyan fémötvözetek kifejlesztése, amelyek ellenállnak a szélsőséges körülményeknek, beleértve a magas hőmérsékletet, a nagy nyomást és a korrozív közegeket. Figyelembe kell venni az előnyös fizikai és mechanikai tulajdonságokkal rendelkező Cr-alapú ötvözeteket. A labirintus méhsejt tömítések használata a forgórész és az állórész közötti tömítéshez szintén egy megközelítés a légáramlás szivárgásának minimalizálására és a repülőgép-turbinák hatékonyságának növelésére, ami viszont segít csökkenteni a szén-dioxid-kibocsátást, mint pl. Bayreuthi Metals Egyetem leírja.

Összességében ezeknek az új tűzálló fémötvözetek fejlesztése jelentős előrelépést jelent, amelynek ipari és környezetvédelmi vonatkozásai is vannak. Hosszú távon ezek az anyagok kulcsfontosságú szerepet játszhatnak a repülőgépiparban és más iparágakban, ahol magas hőmérséklet és nehéz körülmények uralkodnak.