KIT:s revolutionerande legering: framtidens flyg är värmebeständig!

KIT:s revolutionerande legering: framtidens flyg är värmebeständig!

En forskargrupp från Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har utvecklat en ny eldfast metallegering som erbjuder lovande egenskaper för applikationer vid extrema temperaturer. Legeringen, som består av krom, molybden och kisel, är formbar i rumstemperatur och håller sig stabil upp till cirka 2 000 grader Celsius. Oxidationsbeständighet är också en av de enastående egenskaperna hos denna nya klass av material. Denna upptäckt i den vetenskapliga tidskriften Natur publicerades, markerar ett viktigt framsteg inom grundforskningen. Högtemperaturbeständiga material är särskilt viktiga för användning i flygplansmotorer, gasturbiner och röntgenmaskiner.

Tidigare eldfasta metaller är spröda vid rumstemperatur och oxiderar vid temperaturer mellan 600 och 700 grader Celsius. För närvarande används nickelsuperlegeringar som endast tål temperaturfluktuationer på upp till maximalt 1 100 grader Celsius. KIT:s nya legering skulle däremot kunna göra det möjligt att tillverka komponenter för temperaturer över 1 100 grader Celsius, vilket skulle göra det möjligt att höja driftstemperaturerna i turbiner för att minska bränsleförbrukningen med cirka 5 %. Denna utveckling är inte bara tekniskt relevant, utan bidrar också till att minska CO₂-utsläppen från flyg och stationära gasturbiner.

Utmaningar och förbättringspotential

Trots framsteg inom högtemperaturlegeringar finns det fortfarande utmaningar att övervinna. Ett nyckelproblem är oxidationsbeständighet, särskilt vid temperaturer mellan 600 °C och 800 °C, där det finns risk för ”pest”. Men över 1 000 °C bildas ett skyddande borsilikatskikt som skyddar materialet från oxidation. Forskning om eldfasta metallbaserade Mo-Si-B-legeringar visar att de representerar lovande alternativ till nickelbaserade superlegeringar, särskilt när det gäller att möta flygindustrins krav på mekaniska egenskaper och oxidationsbeständighet, som t.ex. Forskning Sachsen-Anhalt bestämmer.

För att ytterligare förbättra prestandan hos dessa nya legeringar krävs omfattande utvecklings- och optimeringsprocesser. Detta inkluderar att etablera en pulvermetallurgisk tillverkningsväg som använder mekanisk legering som bas. Pågående projekt fokuserar på utvecklingen av Mo-40V-9Si-8B-material med en lämplig beläggning för att verifiera de mekaniska egenskaperna och oxidationsbeständigheten hos dessa material.

Framtidsutsikter

Ett annat mål med forskningen är att utveckla metallegeringar som tål extrema förhållanden, inklusive höga temperaturer, höga tryck och korrosiva medier. Cr-baserade legeringar, som har fördelaktiga fysikaliska och mekaniska egenskaper, bör beaktas. Användningen av labyrintbikaketätningar för att täta mellan rotor och stator är också ett tillvägagångssätt för att minimera luftflödesläckage och öka effektiviteten hos flygplansturbiner, vilket i sin tur hjälper till att minska koldioxidutsläppen, som t.ex. Metalluniversitetet i Bayreuth beskriver.

Sammantaget representerar utvecklingen av dessa nya eldfasta metallegeringar ett betydande framsteg som har både industriella och miljömässiga konsekvenser. På lång sikt kan dessa material spela en avgörande roll i flyg- och rymdindustrier där höga temperaturer och krävande förhållanden råder.