Ученые Технологического института Карлсруэ (Германия) разработали сплав хрома, молибдена и кремния, способный выдерживать экстремальные температуры, сохраняя при этом пластичность и устойчивость к окислению, что может стать прорывом в изготовлении «горячей части» авиационных турбин.
«Существующие суперсплавы содержат множество различных элементов, в том числе редких, благодаря чему сочетают в себе ряд свойств. Они пластичны при комнатной температуре, стабильны при высоких температурах и устойчивы к окислению», — объясняет профессор Мартин Хайльмайер из Института прикладных материалов и материаловедения при Технологическом институте Кельна. «Однако — и в этом-то и заключается проблема — рабочие температуры, то есть температуры, при которых их можно безопасно использовать, находятся в диапазоне до 1100 градусов Цельсия. Это слишком низко, чтобы полностью раскрыть потенциал повышения эффективности турбин или других высокотемпературных применений. Дело в том, что эффективность процессов сгорания возрастает с повышением температуры».
Считается, что повышение разницы температур газов на входе и выходе из турбины на 100 градусов может увеличить ее КПД на величину до 5%. Соответственно, это можно использовать для повышения мощности либо экономичности устройства.
В рамках исследовательской группы «Материалы и соединения из композиционных материалов для применения в экстремальных условиях» (MatCom-ComMat) Немецкого исследовательского фонда (DFG) команда разработала новый сплав, сочетающий хром, молибден и кремний. В сплаве формируются устойчивые силициды, которые создают на поверхности защитную пленку из оксида кремния. Она работает как естественный «тепловой щит», не давая кислороду разрушать металл при нагреве.
Как отмечает соавтор исследования доктор Александр Кауфманн, ныне профессор Рурского университета в Бохуме, новый материал сохраняет пластичность при комнатной температуре и остается механически прочным при нагреве выше 1400 градусов Цельсия, его температура плавления достигает 2000 градусов Цельсия. Ключевым же преимуществом является медленное окисление даже при критических температурах, что позволяет надеяться на возможность создания компонентов, пригодных для работы при температурах, значительно превышающих 1100 градусов Цельсия.
Впрочем, стоит отметить, что это далеко не первое (и, вероятно, не последнее) сообщение о разработке «прорывной» технологии производства деталей «горячей» части турбин. Так, еще в 2018 году ученые японского Университета Тохоку заявляли о создании сплава на основе карбида титана и легированного молибден-кремний-бора. Новый сплав имел высокую прочность при температурах 1400-1800 градусов Цельсия и, как ожидалось, позволил бы создать новые типы реактивных двигателей. На текущий момент исследования продолжаются, однако о применении в промышленных масштабах информации нет.
«Существующие суперсплавы содержат множество различных элементов, в том числе редких, благодаря чему сочетают в себе ряд свойств. Они пластичны при комнатной температуре, стабильны при высоких температурах и устойчивы к окислению», — объясняет профессор Мартин Хайльмайер из Института прикладных материалов и материаловедения при Технологическом институте Кельна. «Однако — и в этом-то и заключается проблема — рабочие температуры, то есть температуры, при которых их можно безопасно использовать, находятся в диапазоне до 1100 градусов Цельсия. Это слишком низко, чтобы полностью раскрыть потенциал повышения эффективности турбин или других высокотемпературных применений. Дело в том, что эффективность процессов сгорания возрастает с повышением температуры».
Считается, что повышение разницы температур газов на входе и выходе из турбины на 100 градусов может увеличить ее КПД на величину до 5%. Соответственно, это можно использовать для повышения мощности либо экономичности устройства.
В рамках исследовательской группы «Материалы и соединения из композиционных материалов для применения в экстремальных условиях» (MatCom-ComMat) Немецкого исследовательского фонда (DFG) команда разработала новый сплав, сочетающий хром, молибден и кремний. В сплаве формируются устойчивые силициды, которые создают на поверхности защитную пленку из оксида кремния. Она работает как естественный «тепловой щит», не давая кислороду разрушать металл при нагреве.
Как отмечает соавтор исследования доктор Александр Кауфманн, ныне профессор Рурского университета в Бохуме, новый материал сохраняет пластичность при комнатной температуре и остается механически прочным при нагреве выше 1400 градусов Цельсия, его температура плавления достигает 2000 градусов Цельсия. Ключевым же преимуществом является медленное окисление даже при критических температурах, что позволяет надеяться на возможность создания компонентов, пригодных для работы при температурах, значительно превышающих 1100 градусов Цельсия.
Впрочем, стоит отметить, что это далеко не первое (и, вероятно, не последнее) сообщение о разработке «прорывной» технологии производства деталей «горячей» части турбин. Так, еще в 2018 году ученые японского Университета Тохоку заявляли о создании сплава на основе карбида титана и легированного молибден-кремний-бора. Новый сплав имел высокую прочность при температурах 1400-1800 градусов Цельсия и, как ожидалось, позволил бы создать новые типы реактивных двигателей. На текущий момент исследования продолжаются, однако о применении в промышленных масштабах информации нет.
Источник: metaltorg.ru