Изследване на UPV/EHU

В авиационната и космическата индустрия целта е не само да се подобри ефективността на двигателите като такива, но също така да се намалят емисиите на CO2 и разходът на гориво в абсолютно изражение. Намаляването на теглото на самолетните двигатели допринася значително за последното. „Титаниево-алуминиевите сплави (TiAl) показват голям потенциал да отговорят на тези изисквания“, казва Leire Usategui Frias, изследовател в UPV/EHU.

самолетен

Досега суперсплавите на основата на никел са били преобладаващият материал в производството на лопатки на въздухоплавателни турбини, поради способността им да издържат на високите механични и термични натоварвания, на които са подложени в условията на експлоатация. Недостатък на тези суперсплави е тяхната висока плътност и следователно тяхното тегло, което в TiAl е намалено почти до половината.

„Освен че са по-леки, основните предимства на TiAl сплавите са добра устойчивост на окисляване, прегряване и особено пълзене (деформация, която възниква, когато материалите работят под напрежение при висока температура и което е необходимо да се избягва на всяка цена)“, обяснява д-р. Усатеги. Поради тази причина „сплавите TiAl се превърнаха в най-добрата алтернатива за заместване на използваните досега в авиационни турбини, тъй като те биха намалили теглото на двигателите с между 20 и 30%, като по този начин постигнаха значително увеличение на производителността на самия двигател . двигател и по-голяма горивна ефективност ”, казва изследователят на UPV/EHU.

За да повиши работната температура на въздухоплавателните компоненти, Usategui е проучил ефектите от включването на различни химични елементи в TiAl сплави. „Една от най-подходящите и най-новите сплави, освен основните химически елементи (титан и алуминий), има балансирано съдържание на ниобий и молибден и малки количества силиций и въглерод“, обяснява авторът.

За тези нови сплави са необходими висока структурна стабилност и добра устойчивост на пълзене, за да отговорят на изискванията на авиационното инженерство. Тези свойства се контролират от процесите на дифузия и деформация, така че е от решаващо значение да се идентифицират атомните механизми, които контролират тези процеси. "Определихме например, че наличието на процеси на дифузия на въглеродни забавяния", посочва Усатеги. „Говорим - добавя изследователят - за движения на атомно ниво, които не е лесно да се открият или анализират, но в тази работа успяхме да проучим успешно, използвайки сложна експериментална техника, наречена механична спектроскопия. Също така проверихме как материалът се държи при различни температури, тоест какво би се случило с него, когато двигателят на самолета се загрее. Тази информация е абсолютно необходима, за да се гарантира надеждността и ефективността на остриетата, които ще бъдат произведени с този материал, както в полет, така и в условия на покой “, казва лекарят.

По този начин, „получените резултати ни позволиха да знаем ефектите от добавянето на молибден, ниобий, въглерод и силиций в TiAl сплави и да открием кога и как се активира дифузията на тези химични елементи. Тези знания са от съществено значение, за да може да се забавят дифузионните процеси, което би гарантирало забавяне на деформацията, както и да се повишат температурите, при които тези сплави биха могли да работят “, обяснява изследователят на UPV/EHU. „Освен това - заключава той, - механичното и термично поведение, измерено в една от изследваните сплави, сплав с наноламинарна микроструктура, ни накара да я идентифицираме като силен кандидат за използване в самолетни турбини през следващите години ".

L. Usategui et al (2017) Процеси на вътрешно триене и атомна релаксация в интерметален богат на Mo Ti-44Al-7Mo (γ + βo) модел сплав Материали Наука и инженерство: A doi: 10.1016/j.msea.2017.06.014

T. Klein, L. Usategui et al (2017) Механично поведение и свързани микроструктурни аспекти на нано-ламеларна TiAl сплав при повишени температури Acta Materialia doi: 10.1016/j.actamat.2017.02.050

Издание, направено от César Tomé López от материали, доставени от UPV/EHU Komunikazioa