Forskere presser metaller til deres grænser

Moderne fly- og strømproduktionsturbiner er afhængige af præcisionsbearbejdede dele, der kan modstå hårde mekaniske kræfter i højtemperaturmiljøer. I mange tilfælde, højere driftstemperaturer fører til mere effektiv ydeevne. Dette motiverer søgningen efter nye ultrahøj temperatur metallegeringer, der kan bevare deres form og styrke ved temperaturer, hvor almindeligt stål ville smelte.

Bygger på deres forskning i en lovende blandet legering, et team af forskere ved Osaka University har lavet et nyt gennembrud ved at tilføje metaller for at generere en unik struktur, der viser enestående ydeevne.

"Vores tidligere legering var en blanding af forskellige disilicider af overgangsmetal, som var arrangeret i en lamelstruktur, " siger hovedforfatter Koji Hagihara. "Selvom legeringens ydeevne var god, den opfyldte ikke kravene til sejhed ved stuetemperatur og viste stadig en vis deformation ved meget høje temperaturer."

Overgangsmetal disilicider er letvægtslegeringer med god høj temperaturbestandighed, ideel til applikationer med ultrahøj temperatur. Osaka-teamet kombinerede tidligere to forskellige typer overgangsmetaldisilicider for at danne en mikroskopisk struktur med skiftende lag af forskellige legeringskrystal. Dette "lamellære" arrangement forbedrede legeringsstyrken, men nogle problemer forblev på grund af den lave styrke langs retningen parallelt med tofasegrænsefladen.

Nu, holdet har tilføjet to nye metaller til legeringsblandingen for at danne en "kryds-lamellær mikrostruktur." De tilsatte metaller får nye krystaller til at vokse, som trænger ind i krystallagets struktur, svarende til hæfteklammer, der gennemborer en stak papir. Denne effekt forhindrer deformation parallelt med den lamelformede grænseflade og forbedrer legeringens mekaniske ydeevne betydeligt.

"Andre forskere bør notere sig denne unikke tværlamellære mikrostruktur som en måde at forbedre højtemperaturkrybestyrke og brudsejhed i ultrahøjtemperaturlegeringer, " siger gruppeleder Takayoshi Nakano. "Ydeevnen af ​​vores legering er nu tættere på at opfylde kravene til praktiske tekniske applikationer. Effektivitetsgevinsterne ved at bruge materialer med ultrahøj temperatur i gasturbiner og jetmotorer kan have en reel indflydelse på CO2-emissioner og global opvarmning."