喜热的轻质超级合金有望提高涡轮机效率

2023-02-10 15:38:28 来源：cnBeta

研究人员已经使用一种新的3D打印技术创造了一种新的超级合金，它具有"以前无法实现的高强度、低重量和高温弹性的组合"--他们说这对航空航天和能源的影响是巨大的。限制当今发电站产量的一个因素是用于蒸汽涡轮机的叶片、轴承和密封件的金属，这些金属往往在其熔点之前就已经软化和拉长。解决了这些问题后就可以设想提高任何使用蒸汽涡轮机将热能转化为电能的设备的温度，从而提高效率并减少废热的流失。

(资料图)

桑迪亚实验室、艾姆斯国家实验室和爱荷华州立大学的研究人员说，他们已经创造了一种可3D打印的高性能超级合金，比今天使用的最先进的高温合金更强、更轻。他们已经在《今日应用材料》杂志上发表了他们的研究结果。

这种材料由42%的铝、25%的钛、13%的铌、8%的锆、8%的钼和4%的钽组成，是"多主元素超级合金"或MPES的一个例子。大多数合金主要由一种主要元素制成，并与低浓度的其他元素结合以提高某些特性，但多主元素合金具有三种或更多元素的高浓度。

据该研究小组称，各种各样的这些合金在一些指标上显示出巨大的前景；强度-重量、断裂韧性、耐腐蚀和耐辐射性、耐磨性等。但是这个团队探索的MPES子集在高温情况下的高强度方面表现出色。

与其他高温材料相比，这种新的超级合金具有一些突出的特性

"基于硬度和密度之比的MPES的比强度为1.8-2.6GPa-cm3/g，"研究报告中写道，"这一数值超过了所有已知的合金，包括金属间化合物和遗留的钛铝化物、难熔的MPEA以及传统的镍基超合金。根据测得的4.5GPa的峰值硬度[28]和8.2g/cm3的密度，这一特定强度比Inconel 718提高了300%，其比率为0.55GPa-cm3/g。"

它还被专门设计成可3D打印的粉末状，使其能够被布置成"不寻常的纳米级微结构"，研究小组发现其"对在800℃[1472°F]下暴露一小时不敏感"--比典型的煤基发电厂运行时的570多℃（1058°F）温度高得多。

事实上，3D打印过程接受了"成分分离的高纯度"粉末状原料--打印机本身在熔化成分金属时混合了合金。

原材料被分别放入激光工程网成形增材制造机中

研究人员说，这项工作引出了一个更大的MPES材料类别，在航空航天和能源领域有着有趣的潜力。不过，在他们能够可靠地用这些合金生产出没有微观裂缝的大型部件之前，还需要对3D打印过程做进一步的工作，而且原料包括一些相当昂贵的金属，这将使这种特殊的MPES难以扩大规模，在成本是高度优先的应用中得到广泛使用。

桑迪亚公司的科学家Andrew Kustas在一份新闻稿中说："有了所有这些注意事项，如果这是可扩展的，并且我们可以用它制造出一个大宗的零件，这将改变游戏规则。研究显示，这种材料可以获得以前无法实现的高强度、低重量和高温弹性的组合。。"

该研究在《今日应用材料》杂志上公开发表。

关键词： 3D打印国创上头条