KIT revolucionārais sakausējums: aviācijas nākotne ir karstumizturīga!

KIT revolucionārais sakausējums: aviācijas nākotne ir karstumizturīga!

Pētnieku grupa no Karlsrūes Tehnoloģiju institūta (KIT) ir izstrādājusi jaunu ugunsizturīgu metālu sakausējumu, kas piedāvā daudzsološas īpašības lietošanai ekstremālās temperatūrās. Sakausējums, kas sastāv no hroma, molibdēna un silīcija, ir kaļams istabas temperatūrā un saglabājas stabils līdz aptuveni 2000 grādiem pēc Celsija. Oksidācijas izturība ir arī viena no šīs jaunās klases materiālu izcilajām īpašībām. Šis atklājums zinātniskajā žurnālā Daba tika publicēts, iezīmē nozīmīgu progresu fundamentālajos pētījumos. Augstas temperatūras izturīgi materiāli ir īpaši svarīgi izmantošanai lidmašīnu dzinējos, gāzes turbīnās un rentgena iekārtās.

Iepriekšējie ugunsizturīgie metāli ir trausli istabas temperatūrā un oksidējas temperatūrā no 600 līdz 700 grādiem pēc Celsija. Pašlaik tiek izmantoti niķeļa supersakausējumi, kas spēj izturēt tikai temperatūras svārstības līdz maksimāli 1100 grādiem pēc Celsija. Savukārt KIT jaunais sakausējums ļautu ražot komponentus temperatūrām virs 1100 grādiem pēc Celsija, kas ļautu paaugstināt darba temperatūru turbīnās, lai samazinātu degvielas patēriņu par aptuveni 5%. Šī attīstība ir ne tikai tehniski nozīmīga, bet arī palīdz samazināt CO₂ emisijas aviācijā un stacionārajās gāzes turbīnās.

Izaicinājumi un uzlabojumu iespējas

Neskatoties uz progresu augstas temperatūras sakausējumu ražošanā, joprojām ir jāpārvar problēmas. Galvenā problēma ir izturība pret oksidēšanu, jo īpaši temperatūrā no 600 °C līdz 800 °C, kur pastāv „kaitēkļu” risks. Taču virs 1000 °C veidojas aizsargājošs borsilikāta slānis, kas pasargā materiālu no oksidēšanās. Pētījumi par ugunsizturīgo metālu bāzes Mo-Si-B sakausējumiem liecina, ka tie ir daudzsološas alternatīvas supersakausējumiem uz niķeļa bāzes, jo īpaši attiecībā uz aviācijas un kosmosa nozares prasību izpildi attiecībā uz mehāniskajām īpašībām un oksidācijas izturību, piemēram, Saksijas-Anhaltes izpēte nosaka.

Lai vēl vairāk uzlabotu šo jauno sakausējumu veiktspēju, ir nepieciešami visaptveroši izstrādes un optimizācijas procesi. Tas ietver pulvermetalurģijas ražošanas maršruta izveidi, kas par pamatu izmanto mehānisko sakausējumu. Pašreizējie projekti ir vērsti uz Mo-40V-9Si-8B materiālu izstrādi ar atbilstošu pārklājumu, lai pārbaudītu šo materiālu mehāniskās īpašības un oksidācijas izturību.

Nākotnes izredzes

Vēl viens pētījuma mērķis ir izstrādāt metāliskus sakausējumus, kas spēj izturēt ekstremālus apstākļus, tostarp augstu temperatūru, augstu spiedienu un korozīvu vidi. Jāņem vērā sakausējumi uz Cr bāzes, kuriem ir izdevīgas fizikālās un mehāniskās īpašības. Labirinta šūnveida blīvējumu izmantošana rotoru un statora blīvēšanai ir arī pieeja gaisa plūsmas noplūdes samazināšanai un gaisa kuģu turbīnu efektivitātes palielināšanai, kas savukārt palīdz samazināt oglekļa dioksīda emisijas, piemēram, Baireitas Metālu universitāte apraksta.

Kopumā šo jauno ugunsizturīgo metālu sakausējumu izstrāde ir ievērojams progress, kam ir gan rūpnieciska, gan vides ietekme. Ilgtermiņā šiem materiāliem varētu būt izšķiroša nozīme aviācijā un citās nozarēs, kur pastāv augsta temperatūra un sarežģīti apstākļi.