Nová superslitina přinese vynikající vlastnosti pro letectví a energetiku
Vědci použili novou techniku 3D tisku k vytvoření nové superslitiny s „dosud nedosažitelnou kombinací vysoké pevnosti, nízké hmotnosti a odolnosti vůči vysokým teplotám“. Podle nich by to mohlo mít obrovský přínos pro letecký průmysl a energetiku. Jedním z faktorů, které omezují výkon dnešních elektráren, jsou kovy používané v lopatkách, ložiscích a těsněních parních turbín, které mají tendenci měknout a prodlužovat se dříve, než dosáhnou bodu tání.
Výzkumníci z laboratoří Sandia Labs, Ames National Laboratory a univerzity v Iowa State tvrdí, že se jim podařilo vytvořit vysoce výkonnou superslitinu, kterou lze vytisknout 3D tiskem a která je pevnější a lehčí než nejmodernější vysokoteplotní slitiny používané v současnosti.
Své výsledky publikovali v časopise Applied Materials Today. Tento materiál se skládá ze 42 % hliníku, 25 % titanu, 13 % niobu, 8 % zirkonia, 8 % molybdenu a 4 % tantalu a je příkladem víceprvkové superslitiny (MPES).
Většina slitin se skládá převážně z jednoho primárního prvku v kombinaci s nízkými koncentracemi dalších prvků pro zlepšení určitých vlastností, ale slitiny s více primárními prvky mají vysoké koncentrace tří nebo více prvků.
Podle výzkumného týmu je široká škála těchto slitin slibná v mnoha ukazatelích, jako je poměr pevnosti k hmotnosti, lomová houževnatost, odolnost proti korozi a záření, odolnost proti opotřebení atd. Podskupina MPES, kterou tento tým zkoumal, se vyznačuje vysokou pevností v situacích, kdy je vysoká teplota.
Měrná pevnost MPES je na základě poměru tvrdosti a hustoty 1,8-2,6 GPa-cm3/g. Tato hodnota převyšuje všechny známé slitiny, včetně intermetalických sloučenin a starších aluminidů titanu. Materiál je speciálně navržen pro tisk na 3D tiskárně ve formě prášku, což umožňuje jeho distribuci v neobvyklých mikrostrukturách v nanorozměrech. Tým zjistil, že může být vystaven teplotě 800 °C po dobu jedné hodiny, aniž by došlo k jeho poškození. To je výrazně vyšší teplota než 570 °C, která se vyskytuje v typické uhelné elektrárně.
Vědci tvrdí, že jejich práce ukazuje na větší třídu materiálů MPES, které je třeba prozkoumat a které mohou mít zajímavý potenciál v letectví a kosmonautice i v energetice. Než se podaří spolehlivě vyrábět velké díly z těchto slitin bez mikroskopických trhlin, je třeba zapracovat také na procesu 3D tisku. Výchozí surovina navíc obsahuje některé relativně drahé kovy, a proto tento konkrétní MPES nebude vhodný pro širší použití v aplikacích, kde jsou náklady prioritou.
Zdroj: redakce, newatlas.com, sciencedirect.com