Revolučná zliatina KIT: budúcnosť letectva je odolná voči teplu!

Revolučná zliatina KIT: budúcnosť letectva je odolná voči teplu!

Výskumný tím z Karlsruhe Institute of Technology (KIT) vyvinul novú žiaruvzdornú kovovú zliatinu, ktorá ponúka sľubné vlastnosti pre aplikácie pri extrémnych teplotách. Zliatina, ktorá pozostáva z chrómu, molybdénu a kremíka, je tvárna pri izbovej teplote a zostáva stabilná až do teploty približne 2 000 stupňov Celzia. Odolnosť voči oxidácii je tiež jednou z vynikajúcich vlastností tejto novej triedy materiálov. Tento objav vo vedeckom časopise Príroda bol publikovaný, predstavuje dôležitý pokrok v základnom výskume. Materiály odolné voči vysokým teplotám sú obzvlášť dôležité pre použitie v leteckých motoroch, plynových turbínach a röntgenových prístrojoch.

Predchádzajúce žiaruvzdorné kovy sú pri izbovej teplote krehké a oxidujú pri teplotách medzi 600 a 700 stupňami Celzia. V súčasnosti sa používajú niklové superzliatiny, ktoré odolávajú teplotným výkyvom maximálne do 1100 stupňov Celzia. Nová zliatina KIT by na druhej strane mohla umožniť výrobu komponentov pre teploty nad 1 100 stupňov Celzia, čo by umožnilo zvýšiť prevádzkové teploty v turbínach s cieľom znížiť spotrebu paliva približne o 5 %. Tento vývoj nie je len technicky relevantný, ale prispieva aj k zníženiu emisií CO₂ v letectve a stacionárnych plynových turbínach.

Výzvy a potenciál na zlepšenie

Napriek pokroku vo vysokoteplotných zliatinách stále existujú výzvy, ktoré treba prekonať. Kľúčovým problémom je odolnosť voči oxidácii, najmä pri teplotách medzi 600 °C a 800 °C, kde existuje riziko „škodlivosti“. Nad 1 000 °C sa však vytvorí ochranná borosilikátová vrstva, ktorá chráni materiál pred oxidáciou. Výskum žiaruvzdorných zliatin Mo-Si-B na báze kovu ukazuje, že predstavujú sľubné alternatívy k superzliatinám na báze niklu, najmä pokiaľ ide o splnenie požiadaviek leteckého priemyslu na mechanické vlastnosti a odolnosť proti oxidácii, ako napr. Výskum Sasko-Anhaltsko určuje.

Na ďalšie zlepšenie výkonu týchto nových zliatin sú potrebné komplexné procesy vývoja a optimalizácie. To zahŕňa vytvorenie postupu výroby práškovej metalurgie, ktorý využíva mechanické legovanie ako základ. Aktuálne projekty sa zameriavajú na vývoj materiálov Mo-40V-9Si-8B s vhodným povlakom na overenie mechanických vlastností a odolnosti týchto materiálov voči oxidácii.

Vyhliadky do budúcnosti

Ďalším cieľom výskumu je vyvinúť kovové zliatiny, ktoré vydržia extrémne podmienky vrátane vysokých teplôt, vysokého tlaku a korozívnych médií. Treba brať do úvahy zliatiny na báze Cr, ktoré majú výhodné fyzikálne a mechanické vlastnosti. Použitie labyrintových voštinových tesnení na utesnenie medzi rotorom a statorom je tiež prístup k minimalizácii úniku vzduchu a zvýšeniu účinnosti leteckých turbín, čo následne pomáha znižovať emisie oxidu uhličitého, ako napr. Kovová univerzita v Bayreuthe opisuje.

Celkovo vývoj týchto nových žiaruvzdorných kovových zliatin predstavuje významný pokrok, ktorý má priemyselné aj environmentálne dôsledky. Z dlhodobého hľadiska by tieto materiály mohli hrať kľúčovú úlohu v leteckom a kozmickom priemysle a iných priemyselných odvetviach, kde existujú vysoké teploty a náročné podmienky.