Japanska forskare har identifierat en metall som tål konstant tryck vid ultrahöga temperaturer. Detta öppnar möjligheter för ny utveckling inom jetmotorer och gasturbiner för kraftproduktion.
Den första studien i sitt slag, publicerad i Scientific Reports, beskriver en legering baserad på titankarbid (TiC) och dopad molybden-kisel-bor (Mo-Si-B) eller MoSiBTiC, vars högtemperaturstyrka bestämdes genom konstant exponering vid temperaturer från 1400 ° C till 1600 ° C.
”Våra experiment visar att MoSiBTiC är oerhört stark jämfört med de avancerade nickel-superlegeringarna med en chip som ofta används i heta avdelningar i värmemotorer som jetmotorer och gasturbiner för kraftproduktion,” säger huvudförfattare professor Kyosuke Yoshimi från Tohoku University Graduate School of Engineering. … "Detta arbete antyder att MoSiBTiC, som ett högtemperaturmaterial utanför det nickelbaserade superlegeringsområdet, är en lovande kandidat för denna applikation."
Yoshimi och hans kollegor rapporterade flera egenskaper som indikerar att legeringen kan motstå destruktiva krafter vid ultrahöga temperaturer utan deformation. De observerade också legeringens beteende när de utsattes för ökande krafter, när sprickor började bildas och växa i den tills den så småningom brast.
Tredimensionell struktur för den första generationen av MoSiBTiC-legering.
Effektiviteten hos värmemotorer är nyckeln till framtida utvinning av energi från fossila bränslen och dess ytterligare omvandling till el och framdrivning. Att förbättra deras funktionalitet kan avgöra hur effektivt vi konverterar energi. Krypning - Förmågan hos ett material att motstå exponering för ultrahöga temperaturer är en viktig faktor eftersom förhöjda temperaturer och tryck orsakar deformation. Att förstå materialkryp kan hjälpa ingenjörer att utforma effektiva värmemotorer som tål extrema temperaturförhållanden.
Forskarna testade legeringskrypningen i 400 timmar vid tryck från 100 till 300 MPa. Alla experiment utfördes på en datorstyrd testuppsättning under vakuum för att förhindra materialoxidation och fuktinträngning, vilket kan orsaka rost bildas på legeringen.
Undersökningen säger att legeringen upplever mer förlängning när effekten påverkas. Forskare förklarar att detta beteende tidigare observerades endast i superplastiska material som tål för tidigt misslyckande.
Kampanjvideo:
Dessa upptäckter är ett viktigt tecken för MoSiBTiC: s användning i system som arbetar vid extremt höga temperaturer, såsom energiomvandlingssystem i bilar, framdrivningssystem och framdrivningssystem inom flyg- och raketvetenskap. Forskarna rapporterar att de ännu inte har gjort flera mikrostrukturella analyser för att fullt ut förstå mekanismen hos legeringen och dess förmåga att återhämta sig från högt tryck vid höga temperaturer.
"Vårt ultimata mål är att uppfinna ett innovativt material med ultrahög temperatur som överträffar nickelbaserade superlegeringar och ersätter högtrycksturbinblad tillverkade av nickel superlegeringar med nya ultrahög temperatur turbinblad," säger Yoshimi.”Därför måste vi förbättra MoSiBTiCs oxidationsmotstånd genom att utveckla en legering utan att skada dess exceptionella mekaniska egenskaper. Och detta är en svår uppgift."
Vladimir Guillen