Rewolucyjny stop KIT: przyszłość lotnictwa jest odporna na ciepło!

Rewolucyjny stop KIT: przyszłość lotnictwa jest odporna na ciepło!

Zespół badawczy z Instytutu Technologii w Karlsruhe (KIT) opracował nowatorski ogniotrwały stop metalu, który oferuje obiecujące właściwości w zastosowaniach w ekstremalnych temperaturach. Stop składający się z chromu, molibdenu i krzemu jest plastyczny w temperaturze pokojowej i pozostaje stabilny do około 2000 stopni Celsjusza. Odporność na utlenianie jest również jedną z wyjątkowych właściwości tej nowej klasy materiałów. To odkrycie w czasopiśmie naukowym Natura została opublikowana, stanowi ważny postęp w badaniach podstawowych. Materiały odporne na wysoką temperaturę są szczególnie ważne w przypadku stosowania w silnikach lotniczych, turbinach gazowych i aparatach rentgenowskich.

Dotychczasowe metale ogniotrwałe są kruche w temperaturze pokojowej i utleniają się w temperaturach od 600 do 700 stopni Celsjusza. Obecnie w użyciu są nadstopy niklu, które wytrzymują wahania temperatury jedynie do maksymalnie 1100 stopni Celsjusza. Z kolei nowy stop KIT mógłby umożliwić wytwarzanie komponentów pracujących w temperaturach powyżej 1100 stopni Celsjusza, co umożliwiłoby podniesienie temperatur pracy w turbinach w celu zmniejszenia zużycia paliwa o około 5%. Rozwój ten ma znaczenie nie tylko techniczne, ale także przyczynia się do zmniejszenia emisji CO₂ w lotnictwie i stacjonarnych turbinach gazowych.

Wyzwania i możliwości doskonalenia

Pomimo postępu w dziedzinie stopów wysokotemperaturowych nadal istnieją wyzwania, którym należy stawić czoła. Kluczowym problemem jest odporność na utlenianie, szczególnie w temperaturach od 600°C do 800°C, gdzie istnieje ryzyko „zagrożenia”. Jednakże powyżej 1000°C tworzy się ochronna warstwa borokrzemowa, która chroni materiał przed utlenianiem. Badania nad ogniotrwałymi stopami Mo-Si-B na bazie metali pokazują, że stanowią one obiecującą alternatywę dla nadstopów na bazie niklu, szczególnie jeśli chodzi o spełnienie wymagań przemysłu lotniczego w zakresie właściwości mechanicznych i odporności na utlenianie, takich jak Badania Saksonii-Anhalt określa.

Aby jeszcze bardziej poprawić właściwości tych nowych stopów, konieczne są kompleksowe procesy rozwoju i optymalizacji. Obejmuje to ustanowienie metody produkcji metalurgii proszków, która opiera się na mechanicznym tworzeniu stopów. Obecne projekty skupiają się na opracowaniu materiałów Mo-40V-9Si-8B z odpowiednią powłoką w celu sprawdzenia właściwości mechanicznych i odporności na utlenianie tych materiałów.

Perspektywy na przyszłość

Kolejnym celem badań jest opracowanie stopów metali odpornych na ekstremalne warunki, w tym wysokie temperatury, wysokie ciśnienia i media korozyjne. Należy wziąć pod uwagę stopy na bazie chromu, które charakteryzują się korzystnymi właściwościami fizyko-mechanicznymi. Zastosowanie labiryntowych uszczelek o strukturze plastra miodu do uszczelnienia pomiędzy wirnikiem a stojanem to także sposób na zminimalizowanie wycieków powietrza i zwiększenie wydajności turbin lotniczych, co z kolei pomaga zmniejszyć emisję dwutlenku węgla, np. Uniwersytet Metali w Bayreuth opisuje.

Ogólnie rzecz biorąc, rozwój tych nowych ogniotrwałych stopów metali stanowi znaczący postęp, który ma konsekwencje zarówno dla przemysłu, jak i dla środowiska. W dłuższej perspektywie materiały te mogą odegrać kluczową rolę w przemyśle lotniczym i kosmicznym oraz innych gałęziach przemysłu, w których panują wysokie temperatury i wymagające warunki.