KIT's revolutionaire legering: de toekomst van de luchtvaart is hittebestendig!

KIT's revolutionaire legering: de toekomst van de luchtvaart is hittebestendig!

Een onderzoeksteam van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) heeft een nieuwe vuurvaste metaallegering ontwikkeld die veelbelovende eigenschappen biedt voor toepassingen bij extreme temperaturen. De legering, die bestaat uit chroom, molybdeen en silicium, is kneedbaar bij kamertemperatuur en blijft stabiel tot ongeveer 2.000 graden Celsius. Oxidatieweerstand is ook een van de uitstekende eigenschappen van deze nieuwe klasse materialen. Deze ontdekking in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur werd gepubliceerd, markeert een belangrijke vooruitgang in fundamenteel onderzoek. Materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen zijn vooral belangrijk voor gebruik in vliegtuigmotoren, gasturbines en röntgenapparatuur.

Eerdere vuurvaste metalen zijn bros bij kamertemperatuur en oxideren bij temperaturen tussen 600 en 700 graden Celsius. Momenteel worden nikkelsuperlegeringen gebruikt die slechts temperatuurschommelingen tot maximaal 1.100 graden Celsius kunnen weerstaan. De nieuwe legering van KIT zou het daarentegen mogelijk kunnen maken om componenten te vervaardigen voor temperaturen boven de 1.100 graden Celsius, waardoor de bedrijfstemperaturen in turbines zouden kunnen worden verhoogd om het brandstofverbruik met ongeveer 5% te verminderen. Deze ontwikkeling is niet alleen technisch relevant, maar draagt ​​ook bij aan het terugdringen van de CO₂-uitstoot in de luchtvaart en stationaire gasturbines.

Uitdagingen en potentieel voor verbetering

Ondanks de vooruitgang op het gebied van legeringen voor hoge temperaturen zijn er nog steeds uitdagingen die moeten worden overwonnen. Een belangrijk probleem is de weerstand tegen oxidatie, vooral bij temperaturen tussen 600 °C en 800 °C, waar het risico bestaat op “plagen”. Boven de 1.000 °C vormt zich echter een beschermende borosilicaatlaag die het materiaal beschermt tegen oxidatie. Uit onderzoek naar vuurvaste Mo-Si-B-legeringen op metaalbasis blijkt dat deze veelbelovende alternatieven bieden voor op nikkel gebaseerde superlegeringen, vooral als het gaat om het voldoen aan de eisen van de lucht- en ruimtevaartindustrie op het gebied van mechanische eigenschappen en oxidatieweerstand, zoals Onderzoek Saksen-Anhalt bepaalt.

Om de prestaties van deze nieuwe legeringen verder te verbeteren, zijn uitgebreide ontwikkelings- en optimalisatieprocessen noodzakelijk. Dit omvat onder meer het opzetten van een poedermetallurgische productieroute die gebruik maakt van mechanische legering als basis. Lopende projecten richten zich op de ontwikkeling van Mo-40V-9Si-8B-materialen met een geschikte coating om de mechanische eigenschappen en oxidatieweerstand van deze materialen te verifiëren.

Toekomstperspectieven

Een ander doel van het onderzoek is het ontwikkelen van metaallegeringen die bestand zijn tegen extreme omstandigheden, waaronder hoge temperaturen, hoge drukken en corrosieve media. Er moet rekening worden gehouden met legeringen op basis van Cr, die gunstige fysische en mechanische eigenschappen hebben. Het gebruik van labyrint-honingraatafdichtingen om de rotor en de stator af te dichten, is ook een manier om luchtstroomlekkage te minimaliseren en de efficiëntie van vliegtuigturbines te vergroten, wat op zijn beurt helpt de uitstoot van kooldioxide te verminderen, zoals Metaaluniversiteit van Bayreuth beschrijft.

Over het geheel genomen vertegenwoordigt de ontwikkeling van deze nieuwe vuurvaste metaallegeringen een aanzienlijke vooruitgang die zowel industriële als ecologische implicaties heeft. Op de lange termijn zouden deze materialen een cruciale rol kunnen spelen in de lucht- en ruimtevaartindustrie en andere industrieën waar hoge temperaturen en veeleisende omstandigheden bestaan.