Scienziati giapponesi hanno identificato un metallo in grado di sopportare una pressione costante a temperature estremamente elevate. Ciò apre opportunità per nuovi sviluppi nel campo dei motori a reazione e delle turbine a gas per la generazione di energia.
Il primo studio nel suo genere, pubblicato su Scientific Reports, descrive una lega a base di carburo di titanio (TiC) e molibdeno-silicio-boro drogato (Mo-Si-B), o MoSiBTiC, la cui resistenza alle alte temperature è stata determinata dall'esposizione costante a temperature di 1400 ° C a 1600 ° C.
"I nostri esperimenti dimostrano che MoSiBTiC è incredibilmente forte rispetto alle avanzate superleghe di nichel a chip singolo spesso utilizzate nei compartimenti caldi dei motori termici come motori a reazione e turbine a gas per la generazione di energia", ha affermato l'autore principale, il professor Kyosuke Yoshimi della Tohoku University Graduate School of Engineering. … "Questo lavoro suggerisce che MoSiBTiC, come materiale ad alta temperatura al di fuori della gamma di superleghe a base di nichel, è un candidato promettente per questa applicazione".
Yoshimi ei suoi colleghi hanno riportato diverse proprietà che indicano che la lega può resistere a forze distruttive a temperature estremamente elevate senza deformarsi. Hanno anche osservato il comportamento della lega quando sottoposta a forze crescenti, quando hanno iniziato a formarsi e crescere delle crepe, fino a quando alla fine si è rotta.
Struttura tridimensionale della prima generazione di lega MoSiBTiC.
L'efficienza dei motori termici è la chiave per la futura estrazione di energia dai combustibili fossili e la sua ulteriore conversione in elettricità e propulsione. Il miglioramento della loro funzionalità può determinare l'efficienza con cui convertiamo l'energia. Creep - La capacità di un materiale di resistere all'esposizione a temperature ultra elevate è un fattore importante poiché temperature e pressioni elevate causano la deformazione. Comprendere lo scorrimento del materiale può aiutare gli ingegneri a progettare motori termici efficienti in grado di resistere a condizioni di temperatura estreme.
I ricercatori hanno testato lo scorrimento della lega per 400 ore a pressioni da 100 a 300 MPa. Tutti gli esperimenti sono stati eseguiti su una configurazione di prova controllata da computer sotto vuoto per prevenire l'ossidazione del materiale e l'ingresso di umidità, che potrebbero causare la formazione di ruggine sulla lega.
Lo studio afferma che la lega subisce un maggiore allungamento quando l'impatto è ridotto. Gli scienziati spiegano che questo comportamento è stato precedentemente osservato solo in materiali superplastici in grado di resistere a guasti prematuri.
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Questi rilevamenti sono un segno importante per l'uso di MoSiBTiC in sistemi che operano a temperature estremamente elevate, come i sistemi di conversione dell'energia nelle automobili, i sistemi di propulsione e i sistemi di propulsione nell'aviazione e nella scienza missilistica. I ricercatori riferiscono che devono ancora eseguire diverse analisi microstrutturali aggiuntive per comprendere appieno la meccanica della lega e la sua capacità di riprendersi da pressioni elevate ad alte temperature.
"Il nostro obiettivo finale è inventare un materiale innovativo ad altissima temperatura che superi le superleghe a base di nichel e sostituire le pale di turbina ad alta pressione realizzate con superleghe di nichel con nuove pale di turbina ad altissima temperatura", afferma Yoshimi. “Pertanto, dobbiamo migliorare ulteriormente la resistenza all'ossidazione del MoSiBTiC sviluppando una lega senza danneggiarne le eccezionali proprietà meccaniche. E questo è un compito difficile ".
Vladimir Guillen