Japońscy naukowcy zidentyfikowali metal, który może wytrzymać stałe ciśnienie w bardzo wysokich temperaturach. Otwiera to możliwości dla nowych osiągnięć w dziedzinie silników odrzutowych i turbin gazowych do wytwarzania energii.
Pierwsze tego rodzaju badanie, opublikowane w Scientific Reports, opisuje stop na bazie węglika tytanu (TiC) i domieszkowanego molibdenu-krzemu-boru (Mo-Si-B), czyli MoSiBTiC, którego wytrzymałość w wysokich temperaturach określano poprzez ciągłą ekspozycję w temperaturach od 1400 ° C. C do 1600 ° C
„Nasze eksperymenty pokazują, że MoSiBTiC jest niewiarygodnie mocny w porównaniu z zaawansowanymi, jednoukładowymi superstopami niklu, często używanymi w gorących komorach silników cieplnych, takich jak silniki odrzutowe i turbiny gazowe, do wytwarzania energii elektrycznej” - powiedział główny autor, profesor Kyosuke Yoshimi z Tohoku University Graduate School of Engineering. … „Ta praca sugeruje, że MoSiBTiC, jako materiał wysokotemperaturowy spoza gamy superstopów na bazie niklu, jest obiecującym kandydatem do tego zastosowania”.
Yoshimi i jego koledzy opisali kilka właściwości wskazujących na to, że stop może wytrzymać siły niszczące w bardzo wysokich temperaturach bez deformacji. Zaobserwowali również zachowanie stopu pod wpływem wzrastających sił, kiedy zaczęły się w nim tworzyć i rosnąć pęknięcia, aż w końcu się złamał.
Trójwymiarowa struktura pierwszej generacji stopu MoSiBTiC.
Sprawność silników cieplnych jest kluczem do przyszłego wydobycia energii z paliw kopalnych i dalszego jej przekształcania w energię elektryczną i napęd. Poprawa ich funkcjonalności może decydować o tym, jak efektywnie przetwarzamy energię. Pełzanie - zdolność materiału do wytrzymywania bardzo wysokich temperatur jest ważnym czynnikiem, ponieważ podwyższone temperatury i ciśnienia powodują deformację. Zrozumienie pełzania materiału może pomóc inżynierom w projektowaniu wydajnych silników cieplnych, które są odporne na ekstremalne temperatury.
Naukowcy testowali pełzanie stopu przez 400 godzin pod ciśnieniem od 100 do 300 MPa. Wszystkie eksperymenty przeprowadzono na kontrolowanej komputerowo konfiguracji testowej pod próżnią, aby zapobiec utlenianiu materiału i wnikaniu wilgoci, co mogłoby spowodować tworzenie się rdzy na stopie.
Badanie wskazuje, że stop ulega większemu wydłużeniu, gdy wpływ jest zmniejszony. Naukowcy wyjaśniają, że takie zachowanie obserwowano wcześniej tylko w materiałach nadplastycznych, które mogą wytrzymać przedwczesne uszkodzenie.
Film promocyjny:
Te detekcje są ważnym sygnałem dla zastosowania MoSiBTiC w systemach pracujących w ekstremalnie wysokich temperaturach, takich jak systemy konwersji energii w samochodach, układy napędowe i układy napędowe w lotnictwie i rakietach. Naukowcy podają, że nie wykonali jeszcze kilku dodatkowych analiz mikrostrukturalnych, aby w pełni zrozumieć mechanikę stopu i jego zdolność do regeneracji po wysokich ciśnieniach w wysokich temperaturach.
„Naszym ostatecznym celem jest wynalezienie innowacyjnego materiału do ultra wysokich temperatur, który przewyższa nadstopy na bazie niklu i zastąpienie łopatek turbin wysokociśnieniowych wykonanych z superstopów niklu nowymi łopatkami turbin wysokotemperaturowymi” - mówi Yoshimi. „Dlatego musimy dalej poprawiać odporność MoSiBTiC na utlenianie, opracowując stop bez niszczenia jego wyjątkowych właściwości mechanicznych. A to trudne zadanie”.
Vladimir Guillen