Podczas pracy turbin gazowych wytwarzane są wielkie ilości ciepła. Stopy matali nadające się do pracy w takich warunkach nazywamy superstopami. Zwykle ich skład opiera się na niklu lub kobalcie. Wytrzymują one temperatury nawet do 1000 °C.
Specjaliści od inżynierii materiałowej z Ames National Laboratory opracowali nowy stop, stanowiący potencjalną alternatywę dla superstopów niklu i kobaltu w zastosowaniach turbinach lotniczych i energetycznych. W tym celu posłużyli się narzędziem komputacyjnym, zdolnym prognozować stabilność faz metalicznych, wytrzymałość i ciągliwość stopu – na podstawie informacji o użytych składnikach stopowych.
Jak wyjaśnia Nicholas Argibay, który kierował zespołem badawczym w ANL – efektywność turbiny gazowej jest wyższa w wyższych temperaturach, na poziomie 1400 °C. W tej sytuacji wytrzymałość temperaturowa stopów metali stanowi czynnik hamujący w zakresie efektywności energetycznej. Wykorzystuje się chłodzenie i i inne rozwiązania, aby silniki mogły pracować w wyższych temperaturach, ale ostatecznie ogranicza nas temperatura topnienia stosowanych stopów. Poza niklem i kobaltem jest jeszcze dziewięć innych metali, topiących się w wyższych temperaturach. Są to tak zwane metale refrakcyjne. Ich wykorzystanie jest utrudnione ze względu na to, że są one kruche w niższych temperaturach, a co za tym idzie – są trudnoobrabialne.
Obiecującym rozwiązaniem jest uwzględnienie metali refrakcyjnych w kompozycjach wieloskładnikowych typu MPEA (multi-principal metal alloy), zawierających co najmniej trzy pierwiastki stopowe, których zawartość nie przekracza 50% całości składu. W przypadku zespołu badawczego z ANL, dobór i badanie potencjalnych kombinacji stopowych ułatwiło stosowanie zaawansowanych narządzi komputacyjnych. Dzięki temu możliwe było uzyskanie stopu, który zarówno wytrzymuje wyższe temperatury od dotychczasowych materiałów, jak i nadaje się do obróbki konwencjonalnymi metodami – w tym obróbki plastycznej na zimno.
ameslab.gov
