Behandlede superlegeringer demonstrerer en hidtil uset varmebestandighed

Forskere ved Idaho National Laboratory har opdaget, hvordan man gør "superlegeringer" endnu mere super, forlænger levetiden med tusinder af timer. Opdagelsen kan forbedre materialernes ydeevne for elektriske generatorer og atomreaktorer. Nøglen er at opvarme og afkøle superlegeringen på en bestemt måde. Det skaber en mikrostruktur i materialet, der kan modstå høj varme mere end seks gange længere end et ubehandlet modstykke.

"Vi fandt på en måde at lave en superlegering, der er meget mere modstandsdygtig over for varmelaterede fejl. Dette kan være nyttigt i elproducenter og andre steder, "sagde Subhashish Meher, en INL -materialeforsker. Han var hovedforfatter til en ny Videnskab fremskridt papir, der beskriver forskningen.

Legeringer er kombinationer af to eller flere metalliske elementer. Superlegeringer er usædvanligt stærke og tilbyder andre væsentligt forbedrede egenskaber på grund af tilsætning af spormængder af kobolt, ruthenium, rhenium eller andre grundstoffer til et uædelt metal. At forstå, hvordan man bygger en forbedret superlegering, er vigtig for at gøre den metalliske blanding bedre til et bestemt formål.

INL-forskere har undersøgt nikkelbaserede superlegeringer. Da disse superlegeringer kan modstå høj varme og ekstreme mekaniske kræfter, de er nyttige til elproducerende møller og atomkraftreaktorkomponenter ved høj temperatur. Tidligere forskning havde vist, at ydeevnen kan forbedres, hvis superlegeringens materialestruktur på en eller anden måde gentager sig fra meget små størrelser til meget store, som en kasse i en kasse i en kasse.

Dette kaldes en hierarkisk mikrostruktur. I en superlegering, den består af en metallisk matrix med bundfald, områder, hvor sammensætningen af ​​blandingen adskiller sig fra resten af ​​metallet. Indlejret i bundfaldene er stadig partikler af finere skala, der er den samme sammensætning som matrixen uden for bundfaldene-konceptuelt som indlejrede kasser.

Meher og hans medforfattere studerede, hvordan disse bundfald dannedes i en superlegering. De undersøgte også, hvordan denne struktur stod op til varme og andre behandlinger.

De fandt ud af, at med den rigtige opskrift på varme og køling, de kunne gøre bundfaldene to eller flere gange større end ellers ville være tilfældet, derved skabe den ønskede mikrostruktur. Disse større bundfald varede længere, da de blev udsat for ekstrem varme. I øvrigt, computersimuleringsundersøgelser tyder på, at superlegeringen kan modstå varmeinduceret svigt i 20, 000 timer, sammenlignet med omkring 3, 000 timer normalt.

En applikation kan være elektriske generatorer, der holder meget længere, fordi superlegeringen, de er konstrueret af, ville være hårdere. Hvad mere er, INL -forskere kan nu komme med en procedure, der kan anvendes på andre superlegeringer. Så, det kan være muligt at justere en superlegerings styrke, varmetolerance eller andre egenskaber for at forbedre dets anvendelse i en bestemt applikation.

"Vi er nu bedre i stand til at indtaste egenskaber og forbedre materialets ydeevne, "Sagde Meher.

Forskningen viste sig 16. november i Videnskab fremskridt , "Oprindelse og stabilitet af nanostrukturelt hierarki i krystallinske faste stoffer."