Japanse wetenschappers hebben een metaal geïdentificeerd dat bestand is tegen constante druk bij ultrahoge temperaturen. Dit biedt kansen voor nieuwe ontwikkelingen op het gebied van straalmotoren en gasturbines voor energieopwekking.
De eerste studie in zijn soort, gepubliceerd in Scientific Reports, beschrijft een legering op basis van titaniumcarbide (TiC) en gedoteerd molybdeen-silicium-boor (Mo-Si-B), of MoSiBTiC, waarvan de hoge temperatuursterkte werd bepaald door constante blootstelling bij temperaturen vanaf 1400 ° C. C tot 1600 ° C.
"Onze experimenten tonen aan dat MoSiBTiC ongelooflijk sterk is in vergelijking met de geavanceerde nikkel-superlegeringen met één chip die vaak worden gebruikt in hete compartimenten in warmtemotoren zoals straalmotoren en gasturbines voor energieopwekking", zei hoofdauteur professor Kyosuke Yoshimi van de Tohoku University Graduate School of Engineering. … "Dit werk suggereert dat MoSiBTiC, een materiaal voor hoge temperaturen buiten het bereik van superlegeringen op nikkelbasis, een veelbelovende kandidaat is voor deze toepassing."
Yoshimi en zijn collega's rapporteerden verschillende eigenschappen die erop wijzen dat de legering destructieve krachten bij ultrahoge temperaturen kan weerstaan zonder vervorming. Ze observeerden ook het gedrag van de legering wanneer deze aan toenemende krachten werd blootgesteld, toen er zich scheuren begonnen te vormen en erin groeiden, totdat deze uiteindelijk brak.
Driedimensionale structuur van de eerste generatie MoSiBTiC-legering.
Het rendement van warmtemotoren is de sleutel tot de toekomstige winning van energie uit fossiele brandstoffen en de verdere omzetting daarvan in elektriciteit en voortstuwing. Het verbeteren van hun functionaliteit kan bepalen hoe efficiënt we energie omzetten. Kruipen - Het vermogen van een materiaal om blootstelling aan ultrahoge temperaturen te weerstaan is een belangrijke factor, aangezien hoge temperaturen en drukken vervorming veroorzaken. Door materiaalkruip te begrijpen, kunnen ingenieurs efficiënte warmtemotoren ontwerpen die bestand zijn tegen extreme temperaturen.
De onderzoekers testten de legeringkruip gedurende 400 uur bij drukken van 100 tot 300 MPa. Alle experimenten werden uitgevoerd op een computergestuurde testopstelling onder vacuüm om oxidatie van materiaal en binnendringen van vocht te voorkomen, wat roestvorming op de legering zou kunnen veroorzaken.
De studie zegt dat de legering meer rek ervaart naarmate de impact wordt verminderd. Wetenschappers leggen uit dat dit gedrag voorheen alleen werd waargenomen in superplastische materialen die bestand zijn tegen vroegtijdig falen.
Promotie video:
Deze detecties zijn een belangrijk teken voor het gebruik van MoSiBTiC in systemen die werken bij extreem hoge temperaturen, zoals energieconversiesystemen in auto's, voortstuwingssystemen en voortstuwingssystemen in de luchtvaart en raketwetenschap. De onderzoekers melden dat ze nog verschillende aanvullende microstructurele analyses hebben uitgevoerd om de mechanica van de legering en het vermogen om te herstellen van hoge drukken bij hoge temperaturen volledig te begrijpen.
"Ons uiteindelijke doel is om een innovatief materiaal uit te vinden met een ultrahoge temperatuur dat beter presteert dan superlegeringen op basis van nikkel, en om hogedruk-turbinebladen gemaakt van nikkelsuperlegeringen te vervangen door nieuwe turbinebladen met ultrahoge temperatuur", zegt Yoshimi. “Daarom moeten we de oxidatiebestendigheid van MoSiBTiC verder verbeteren door een legering te ontwikkelen zonder de uitzonderlijke mechanische eigenschappen te beschadigen. En dit is een moeilijke taak."
Vladimir Guillen