Створено витримує надвисокі температури сплав металів

Перше у своєму роді дослідження, опубліковане в журналі Scientific Reports, описує сплав на основі карбіду титану (TiC) і легованого молібден-кремній-бору (Mo-Si-B), або MoSiBTiC, високотемпературна міцність якого визначили постійним впливом при температурах від 1400°C до 1600°C.

“Наші експерименти показують, що сплав MoSiBTiC неймовірно міцний, порівняно з передовими однокристальними нікелевими суперсплавами, часто використовуваними в гарячих відсіках теплових двигунів, на зразок авіаційних реактивних двигунів і газових турбін для генерації електроенергії, - говорить провідний автор дослідження професор Киосуке Йосими з Вищої інженерної школи Університету Тохоку. – Ця робота припускає, що MoSiBTiC, будучи високотемпературним матеріалом, що не входять у число суперсплавов на основі нікелю, - перспективний кандидат для застосування в цій області“.

Йосими і його колеги повідомили про кілька властивості, які вказують на витримування сплавом руйнівних сил при надвисоких температурах без деформації. Вони також спостерігали поведінку сплаву при впливі на нього зростаючих сил, коли в ньому стали утворюватися і рости тріщини до тих пір, поки він у результаті не розламався.

Ефективність теплових двигунів – ключ до майбутньої видобутку енергії із викопного палива та його подальшого перетворення в електроенергію і рухову силу. Поліпшення їх функціональності може визначити, наскільки ефективно ми перетворимо енергію. Повзучість – здатність матеріалу витримувати дію при надвисоких температурах – є важливим чинником, так як підвищені температури і тиск призводять до деформації. Розуміння повзучості матеріалу може допомогти інженерам сконструювати ефективні теплові двигуни, здатні витримувати екстремальні температурні умови.

Дослідники випробовували повзучість сплаву протягом 400 годин при тисках від 100 до 300 МПа. Всі експерименти проводилися на керованою комп'ютером випробувальній установці в вакуумі для попередження окислення матеріалу та потрапляння на нього вологи, з-за якої на сплаві могла утворитися іржа.

Також, у дослідженні говориться, що сплав відчуває більшу подовження при зменшенні впливу. Вчені пояснюють, що раніше така поведінка спостерігалося тільки у надпластичних матеріалів, здатних протистояти передчасного руйнування.

Ці виявлення є важливим знаком для застосовності MoSiBTiC в системах, що функціонують на екстремально високих температурах, начебто систем перетворення енергії в автомобілях, силових установок і рухових систем в авіаційних двигунах і ракетах. Дослідники повідомляють, що їм ще необхідно провести кілька додаткових мікроструктурному аналізів для повного розуміння механіки сплаву і його здатності відновлюватися після впливу високих тисків при високих температурах.

“Наша кінцева мета – створити новаторський сверхвысокотемпературный матеріал, що перевершує суперсплавы на основі нікелю, і замінити лопаті турбін високого тиску, зроблені з нікелевих суперсплавов, новими турбінними лопатями з сверхвысокотемпературного матеріалу, - говорить Йосими. – Щоб зробити це, наступним кроком ми повинні поліпшити стійкість MoSiBTiC до окислення, розробивши сплав, не пошкодивши його виняткові механічні властивості. Але, це дійсно складне завдання“.

Нагадаємо, раніше повідомлялося про створення шкіри з рідкого металу.

Категория: Наука