Japanske forskere har identifisert et metall som tåler konstant trykk ved ultrahøye temperaturer. Dette åpner for muligheter for nye utbygginger innen jetmotorer og gassturbiner for kraftproduksjon.
Den første studien i sitt slag, publisert i Scientific Reports, beskriver en legering basert på titankarbid (TiC) og dopet molybden-silisium-bor (Mo-Si-B), eller MoSiBTiC, hvis styrke ved høy temperatur ble bestemt ved konstant eksponering ved temperaturer fra 1400 ° C til 1600 ° C.
"Eksperimentene våre viser at MoSiBTiC er utrolig sterk sammenlignet med de avanserte singel-chip nikkel-superlegeringene som ofte brukes i varme kummer i varmemotorer som jetmotorer og gassturbiner for kraftproduksjon," sa hovedforfatter professor Kyosuke Yoshimi ved Tohoku University Graduate School of Engineering. … "Dette arbeidet antyder at MoSiBTiC, som er et høytemperaturmateriale utenfor det nikkelbaserte superlegeringsområdet, er en lovende kandidat for denne applikasjonen."
Yoshimi og kollegene rapporterte om flere egenskaper som indikerer at legeringen tåler ødeleggende krefter ved ekstremt høye temperaturer uten deformasjon. De observerte også legeringens oppførsel når de ble utsatt for økende krefter, da sprekker begynte å danne seg og vokse i den, til den til slutt brakk.
Tredimensjonal struktur av den første generasjonen av MoSiBTiC-legering.
Effektiviteten til varmemotorer er nøkkelen til fremtidig utvinning av energi fra fossile brensler og dens videre konvertering til elektrisitet og fremdrift. Forbedring av funksjonaliteten deres kan avgjøre hvor effektivt vi konverterer energi. Krypning - Materialets evne til å motstå eksponering for ultrahøye temperaturer er en viktig faktor siden høye temperaturer og trykk forårsaker deformasjon. Å forstå materialkryp kan hjelpe ingeniører med å designe effektive varmemotorer som tåler ekstreme temperaturforhold.
Forskerne testet legeringskryp i 400 timer ved trykk fra 100 til 300 MPa. Alle eksperimentene ble utført på et datastyrt kontrolloppsett under vakuum for å forhindre oksidasjon av materiale og fuktinntrenging, noe som kan føre til at det dannes rust på legeringen.
Undersøkelsen sier at legeringen opplever mer forlengelse etter hvert som virkningen reduseres. Forskere forklarer at denne atferden tidligere bare ble observert i superplastiske materialer som tåler for tidlig svikt.
Salgsfremmende video:
Disse påvisningene er et viktig tegn for MoSiBTiCs bruk i systemer som opererer ved ekstremt høye temperaturer, for eksempel energiomformingssystemer i biler, fremdriftssystemer og fremdriftssystemer innen luftfart og rakettvitenskap. Forskerne rapporterer at de ennå ikke har utført flere mikrostrukturelle analyser for å forstå mekanismen til legeringen og dens evne til å komme seg etter høye trykk ved høye temperaturer.
"Vårt endelige mål er å finne opp et innovativt materiale med ultrahøy temperatur som overgår nikkelbaserte superlegeringer og erstatte høytrykks turbinblader laget av nikkel superlegeringer med nye ultrahøy temperatur turbinblader," sier Yoshimi. “Derfor må vi forbedre oksidasjonsmotstanden til MoSiBTiC ytterligere ved å utvikle en legering uten å skade dens eksepsjonelle mekaniske egenskaper. Og dette er en vanskelig oppgave."
Vladimir Guillen