La lega rivoluzionaria di KIT: il futuro dell'aviazione è resistente al calore!

La lega rivoluzionaria di KIT: il futuro dell'aviazione è resistente al calore!

Un gruppo di ricerca del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ha sviluppato una nuova lega metallica refrattaria che offre proprietà promettenti per applicazioni a temperature estreme. La lega, composta da cromo, molibdeno e silicio, è malleabile a temperatura ambiente e rimane stabile fino a circa 2.000 gradi Celsius. La resistenza all'ossidazione è anche una delle proprietà eccezionali di questa nuova classe di materiali. Questa scoperta sulla rivista scientifica Natura è stato pubblicato, segna un importante passo avanti nella ricerca di base. I materiali resistenti alle alte temperature sono particolarmente importanti per l'uso nei motori degli aerei, nelle turbine a gas e nelle macchine a raggi X.

I precedenti metalli refrattari sono fragili a temperatura ambiente e si ossidano a temperature comprese tra 600 e 700 gradi Celsius. Attualmente vengono utilizzate superleghe di nichel che resistono a sbalzi di temperatura solo fino a un massimo di 1.100 gradi Celsius. La nuova lega di KIT, invece, potrebbe consentire di realizzare componenti per temperature superiori a 1.100 gradi Celsius, il che consentirebbe di aumentare la temperatura di esercizio delle turbine in modo da ridurre il consumo di carburante di circa il 5%. Questo sviluppo non è solo rilevante dal punto di vista tecnico, ma contribuisce anche a ridurre le emissioni di CO₂ nell’aviazione e nelle turbine a gas fisse.

Sfide e potenziale di miglioramento

Nonostante i progressi nel campo delle leghe ad alta temperatura, ci sono ancora sfide da superare. Un problema fondamentale è la resistenza all’ossidazione, in particolare a temperature comprese tra 600 °C e 800 °C, dove esiste il rischio di “infestazione”. Tuttavia, al di sopra dei 1.000 °C si forma uno strato protettivo di borosilicato che protegge il materiale dall'ossidazione. La ricerca sulle leghe Mo-Si-B a base metallica refrattarie mostra che rappresentano alternative promettenti alle superleghe a base di nichel, in particolare quando si tratta di soddisfare i requisiti dell'industria aerospaziale in termini di proprietà meccaniche e resistenza all'ossidazione, come Ricerca Sassonia-Anhalt determina.

Per migliorare ulteriormente le prestazioni di queste nuove leghe sono necessari processi completi di sviluppo e ottimizzazione. Ciò include la creazione di un percorso di produzione metallurgica delle polveri che utilizzi come base la lega meccanica. I progetti attuali si concentrano sullo sviluppo di materiali Mo-40V-9Si-8B con un rivestimento appropriato per verificare le proprietà meccaniche e la resistenza all'ossidazione di questi materiali.

Prospettive future

Un altro obiettivo della ricerca è sviluppare leghe metalliche in grado di resistere a condizioni estreme, tra cui alte temperature, alte pressioni e mezzi corrosivi. Dovrebbero essere prese in considerazione le leghe a base di cromo, che hanno proprietà fisiche e meccaniche vantaggiose. L'uso di guarnizioni a labirinto a nido d'ape per sigillare tra il rotore e lo statore è anche un approccio per ridurre al minimo le perdite del flusso d'aria e aumentare l'efficienza delle turbine degli aerei, che a sua volta aiuta a ridurre le emissioni di anidride carbonica, come Università dei metalli di Bayreuth descrive.

Nel complesso, lo sviluppo di queste nuove leghe metalliche refrattarie rappresenta un progresso significativo che ha implicazioni sia industriali che ambientali. A lungo termine, questi materiali potrebbero svolgere un ruolo cruciale nel settore aerospaziale e in altri settori in cui esistono temperature elevate e condizioni impegnative.