KITs revolusjonerende legering: fremtidens luftfart er varmebestandig!

KITs revolusjonerende legering: fremtidens luftfart er varmebestandig!

Et forskerteam fra Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har utviklet en ny ildfast metallegering som tilbyr lovende egenskaper for bruk ved ekstreme temperaturer. Legeringen, som består av krom, molybden og silisium, er formbar ved romtemperatur og holder seg stabil opp til rundt 2000 grader Celsius. Oksidasjonsmotstand er også en av de enestående egenskapene til denne nye klassen av materialer. Denne oppdagelsen i det vitenskapelige tidsskriftet Natur ble publisert, markerer et viktig fremskritt innen grunnforskning. Høytemperaturbestandige materialer er spesielt viktige for bruk i flymotorer, gassturbiner og røntgenmaskiner.

Tidligere ildfaste metaller er sprø ved romtemperatur og oksiderer ved temperaturer mellom 600 og 700 grader Celsius. Nikkelsuperlegeringer er for tiden i bruk som kun tåler temperatursvingninger på opptil maksimalt 1100 grader Celsius. KITs nye legering kan derimot gjøre det mulig å produsere komponenter for temperaturer over 1100 grader Celsius, noe som vil gjøre det mulig å øke driftstemperaturene i turbiner for å redusere drivstofforbruket med rundt 5 %. Denne utviklingen er ikke bare teknisk relevant, men bidrar også til å redusere CO₂-utslipp i luftfart og stasjonære gassturbiner.

Utfordringer og forbedringspotensial

Til tross for fremskritt innen høytemperaturlegeringer, er det fortsatt utfordringer som må overvinnes. Et sentralt problem er oksidasjonsmotstanden, spesielt ved temperaturer mellom 600 °C og 800 °C, hvor det er fare for "pesting". Men over 1000 °C dannes det et beskyttende borsilikatlag som beskytter materialet mot oksidasjon. Forskning på ildfaste metallbaserte Mo-Si-B-legeringer viser at de representerer lovende alternativer til nikkelbaserte superlegeringer, spesielt når det gjelder å møte luftfartsindustriens krav til mekaniske egenskaper og oksidasjonsmotstand, som f.eks. Forskning Sachsen-Anhalt bestemmer.

For å ytterligere forbedre ytelsen til disse nye legeringene, er omfattende utviklings- og optimaliseringsprosesser nødvendig. Dette inkluderer å etablere en pulvermetallurgisk produksjonsrute som bruker mekanisk legering som grunnlag. Nåværende prosjekter fokuserer på utvikling av Mo-40V-9Si-8B materialer med et passende belegg for å verifisere de mekaniske egenskapene og oksidasjonsmotstanden til disse materialene.

Fremtidsutsikter

Et annet mål med forskningen er å utvikle metalliske legeringer som tåler ekstreme forhold, inkludert høye temperaturer, høyt trykk og korrosive medier. Cr-baserte legeringer, som har fordelaktige fysiske og mekaniske egenskaper, bør tas i betraktning. Bruken av labyrint bikaketetninger for å tette mellom rotoren og statoren er også en tilnærming for å minimere luftstrømlekkasje og øke effektiviteten til flyturbiner, som igjen bidrar til å redusere karbondioksidutslipp, som f.eks. Metals University of Bayreuth beskriver.

Samlet sett representerer utviklingen av disse nye ildfaste metallegeringene et betydelig fremskritt som har både industrielle og miljømessige implikasjoner. På lang sikt kan disse materialene spille en avgjørende rolle i romfart og andre industrier der høye temperaturer og krevende forhold eksisterer.