Japanische Wissenschaftler haben ein Metall identifiziert, das bei extrem hohen Temperaturen einem konstanten Druck standhält. Dies eröffnet Möglichkeiten für neue Entwicklungen im Bereich der Düsentriebwerke und Gasturbinen zur Stromerzeugung.
Die erste Studie dieser Art, die in Scientific Reports veröffentlicht wurde, beschreibt eine Legierung auf der Basis von Titancarbid (TiC) und dotiertem Molybdän-Silizium-Bor (Mo-Si-B) oder MoSiBTiC, deren Hochtemperaturfestigkeit durch konstante Exposition bei Temperaturen ab 1400 ° bestimmt wurde C bis 1600 ° C.
"Unsere Experimente zeigen, dass MoSiBTiC im Vergleich zu den fortschrittlichen Ein-Chip-Nickel-Superlegierungen, die häufig in heißen Kompartimenten von Wärmekraftmaschinen wie Strahltriebwerken und Gasturbinen zur Stromerzeugung verwendet werden, unglaublich stark ist", sagte der Hauptautor Professor Kyosuke Yoshimi von der Tohoku University Graduate School of Engineering. … "Diese Arbeit legt nahe, dass MoSiBTiC, ein Hochtemperaturmaterial außerhalb des Superlegierungsbereichs auf Nickelbasis, ein vielversprechender Kandidat für diese Anwendung ist."
Yoshimi und seine Kollegen berichteten über verschiedene Eigenschaften, die darauf hinweisen, dass die Legierung zerstörerischen Kräften bei ultrahohen Temperaturen ohne Verformung standhalten kann. Sie beobachteten auch das Verhalten der Legierung, wenn sie zunehmenden Kräften ausgesetzt war, als sich Risse bildeten und darin wuchsen, bis sie schließlich brach.
Dreidimensionale Struktur der ersten Generation der MoSiBTiC-Legierung.
Der Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen ist der Schlüssel für die künftige Gewinnung von Energie aus fossilen Brennstoffen und deren weitere Umwandlung in Elektrizität und Antrieb. Durch die Verbesserung ihrer Funktionalität kann bestimmt werden, wie effizient wir Energie umwandeln. Kriechen - Die Fähigkeit eines Materials, extrem hohen Temperaturen standzuhalten, ist ein wichtiger Faktor, da erhöhte Temperaturen und Drücke Verformungen verursachen. Das Verständnis des Materialkriechens kann Ingenieuren helfen, effiziente Wärmekraftmaschinen zu entwickeln, die extremen Temperaturbedingungen standhalten.
Die Forscher testeten das Kriechen der Legierung 400 Stunden lang bei Drücken von 100 bis 300 MPa. Alle Experimente wurden an einem computergesteuerten Testaufbau unter Vakuum durchgeführt, um eine Oxidation des Materials und das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern, wodurch sich Rost auf der Legierung bilden könnte.
Die Studie besagt, dass die Legierung eine stärkere Dehnung erfährt, wenn der Aufprall verringert wird. Wissenschaftler erklären, dass dieses Verhalten bisher nur bei superplastischen Materialien beobachtet wurde, die einem vorzeitigen Versagen standhalten können.
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Diese Erkennungen sind ein wichtiges Zeichen für den Einsatz von MoSiBTiC in Systemen, die bei extrem hohen Temperaturen arbeiten, wie z. B. Energieumwandlungssystemen in Kraftfahrzeugen, Antriebssystemen und Antriebssystemen in der Luftfahrt- und Raketenwissenschaft. Die Forscher berichten, dass sie noch einige zusätzliche Mikrostrukturanalysen durchführen müssen, um die Mechanik der Legierung und ihre Fähigkeit, sich von hohen Drücken bei hohen Temperaturen zu erholen, vollständig zu verstehen.
„Unser oberstes Ziel ist es, ein innovatives Ultrahochtemperatur-Material zu erfinden, das Superlegierungen auf Nickelbasis übertrifft und Hochdruckturbinenschaufeln aus Nickel-Superlegierungen durch neue Ultrahochtemperatur-Turbinenschaufeln ersetzt“, sagt Yoshimi. „Daher müssen wir die Oxidationsbeständigkeit von MoSiBTiC weiter verbessern, indem wir eine Legierung entwickeln, ohne ihre außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Und das ist eine schwierige Aufgabe."
Vladimir Guillen