Японські вчені визначили метал, який може витримувати постійні навантаження в надвисоких температурах, пропонуючи перспективні застосування, в тому числі в авіаційних реактивних двигунах і газових турбінах для вироблення електроенергії.
Перше в своєму роді дослідження, опубліковане в журналі «Scientific Reports», описує сплав на основі карбіду титану (TiC), молібден-кремній-борон (Mo-Si-B) або MoSiBTiC, чия високотемпceна міцність була ідентифікована при постійних зусиллях в температурних діапазонах 1400 - 1600oC.
«Наші експерименти показують, що сплав MoSiBTiC надзвичайно міцний порівняно з передовими монокристалічними суперсплавами на основі нікелю, які зазвичай використовуються в гарячих середовищах теплових двигунів, таких як реактивні двигуни літаків і газових турбін для вироблення електроенергії», - сказав професор Кесуке Йошимі з Вищої інженерної школи університету Тохоку.
«Наша робота передбачає, що MoSiBTiC, як матеріал надвисокої температури за межами суперсплавів на основі нікелю, є одним з перспективних кандидатів для цих додатків», - додав Йошимі.
Вчені повідомляють про кілька параметрів, які підкреслюють сприятливу здатність сплаву протистояти руйнівним силам при надвисоких температурах без деформації. Вони також спостерігали поведінку сплаву при впливі сил, що збільшуються, і при утворенні і зростанні порожнин всередині MoSiBTiC, що призводило до мікротріщин і остаточного розриву.
Продуктивність теплових двигунів є ключем до майбутнього збору енергії з викопного палива і подальшого перетворення в електроенергію. Підвищення їх функціональності може визначати, наскільки вони ефективні при перетворенні енергії. Поведінка повзучості або здатність матеріалу витримувати сили при надвисоких температурах - важливий фактор, оскільки підвищені температури і тиску призводять до деформації повзучості. Розуміння повзучості матеріалу може допомогти інженерам побудувати ефективні теплові двигуни, здатні витримувати екстремальні температурні умови.
Дослідники оцінили повзучість сплаву в діапазоні напружень 100-300 МПу протягом 400 годин. (МПа або мегапаскаль) - це одиниця, яка використовується для вимірювання надзвичайно високого тиску. Один МПа дорівнює 10.197162 кілограм сили на квадратний сантиметр.
Усі експерименти проводилися на випробувальній установці з комп'ютерним управлінням під вакуумом, щоб запобігти окисленню матеріалу або реакції з будь-якою потенційною вологістю повітря, що в кінцевому підсумку може призвести до утворення іржі.
Крім того, в роботі повідомляється, що, всупереч попереднім дослідженням, сплав відчуває більше подовження з зменшуються силами. Така поведінка, про яку пишуть дослідники, досі спостерігалася тільки з суперпластичними матеріалами, здатними протистояти несподіваному передчасному руйнуванню.
Ці результати є важливим показником застосовності MoSiBTiC в системах, які працюють при надзвичайно високих температурах, таких як системи перетворення енергії в автомобілях, електростанціях і силових установках в авіаційних двигунах і ракетах. Дослідники кажуть, що необхідні кілька додаткових мікроструктурних аналізів, щоб повністю зрозуміти механіку сплаву і його здатність відновлюватися після впливу високих напружень, таких як великі сили при високих температурах.
