У світі матеріалознавства відбувся прорив, який може змінити правила гри для авіації, енергетики та промисловості.
Читайте також:
Одне розв’язання двох проблем. Винахід з ОАЕ перетворює сміття на ефективний засіб уловлювання вуглецю Дослідники створилиновий металевий сплав, здатний витримувати екстремальні температури понад 1100 °C, не іржавіти, не тріскатися і залишатися пластичним навіть за кімнатної температури. Це поєднання властивостей вважається рідкісним і надзвичайно бажаним для високопродуктивних металів, особливо в умовах, коли сучасні турбіни та двигуни працюють на межі термічної витривалості.
Новий сплав складається з хрому, молібдену та невеликої кількості кремнію — лише 3 атомних відсотки. Саме ця добавка кремнію сприяє утворенню щільного шару оксиду хрому на поверхні металу, який діє як невидимий захисний бар'єр від кисню та азоту при високих температурах. Важливо, що цей шар формується без утворення крихких силіцидів, які раніше знижували пластичність подібних сплавів і робили їх схильними до тріщин.
За словами професора Мартіна Гайльмаєра з Інституту технологій Карлсруе,
який є одним із авторів дослідження, вченим вдалося досягти балансу між міцністю, пластичністю та стійкістю до окислення — це надзвичайно вузький простір для дизайну матеріалів. Лабораторні випробування показали, що сплав зберігає механічну цілісність після 100 годин впливу гарячого повітря при температурі 1100 °C і витримує багаторазові термічні цикли без видимих пошкоджень. Температура його плавлення наближається до 2000 °C, що забезпечує широкий діапазон робочих умов.
У сфері авіації кожен додатковий градус температури на вході в турбіну має значення. За даними Міністерства енергетики США, підвищення температури на 100 °C може покращити теплову ефективність приблизно на 5%, що означає суттєву економію пального для цілих авіапарків. Однак сучасні матеріали обмежують безпечний температурний режим. Новий сплав Cr-Mo-Si може розширити ці межі, дозволяючи конструкторам зменшити потребу в охолодженні та спростити виробництво деталей. Менше покриттів і складних внутрішніх каналів означає більшу надійність і потенційно нижчу вартість.
Крім авіації, новий матеріал може принести користь енергетичному сектору.
Газові турбіни, особливо ті, що працюють у поєднанні з відновлюваними джерелами енергії, також стикаються з термічними обмеженнями. Міцніші матеріали можуть продовжити термін служби компонентів і зменшити простої, що критично важливо для переходу до гнучких і декарбонізованих енергосистем.
Читайте також:
Прорив у водневій енергетиці. Нова мембрана здешевить паливо Сплав також стійкий до явища, відомого як «пестинг» — форми деградації молібдену, яка призводить до розпаду металу при помірному нагріванні. Це явище раніше обмежувало використання багатьох перспективних матеріалів. Архів Технічного товариства матеріалознавства (TMS) описував недоліки сплавів Mo-Si-B, які мали чудову стійкість до окислення, але низьку міцність за кімнатної температури. Тепер ця проблема, схоже, вирішена — принаймні в лабораторних умовах.
Попри успіх у лабораторії, масштабування виробництва сплаву для комерційного використання стане справжнім випробуванням. Дослідники визнають, що попереду ще багато роботи. Потрібно вивчити поведінку матеріалу при повзучості, можливості його обробки,
зварювання та сумісність з існуючими покриттями для турбін. Як зазначив Гайльмаєр, реальні двигуни працюють не в лабораторному вакуумі — вони стикаються з побічними продуктами згоряння, температурними градієнтами та циклами навантаження, які змінюються роками.
Втім, потенціал нового сплаву вже привернув увагу інженерів. Його однофазна кубічна структура спрощує виробництво і може бути адаптована до існуючих технологій порошкової металургії, як і сучасні суперсплави. Це може полегшити шлях до створення прототипів і подальших випробувань у реальних умовах. Важливо, що сплав був синтезований методом дугового плавлення — відносно простим способом — і залишався стабільним навіть після термообробки при 1600 °C. Простота виробничого процесу може стати ключовою перевагою, якщо матеріал вдасться масштабувати.
Читайте також:
Не треба нічого свердлити. Німецькі вчені створили розумну тканину для контролю стану доріг
