Ученые разработали 3D-печатный суперсплав для повышения эффективности работы турбин

Ученые из Сандийской национальной лаборатории в сотрудничестве с Национальной лабораторией Эймса, Университетом штата Айова и компанией Bruker Corp. использовали 3D-принтер для создания высокопроизводительного металлического суперсплава с необычным составом, который делает его прочнее и легче, чем современные материалы, используемые в настоящее время в газотурбинном оборудовании.

Эксперименты Сандийской национальной лаборатории показали, что новый суперсплав, состоящий из 42% алюминия, 25% титана, 13% ниобия, 8% циркония, 8% молибдена и 4% тантала, при температуре 800 градусов Цельсия оказался прочнее многих других высокоэффективных сплавов, включая те, которые в настоящее время используются в деталях турбин, и все еще прочнее, когда его возвращали обратно к комнатной температуре.

"Мы показываем, что этот материал может обеспечить ранее недостижимые комбинации высокой прочности, низкого веса и упругости при высоких температурах, - отметил исследователь Сандийской национальной лаборатории Эндрю Кустас. - Мы считаем, что отчасти мы добились этого благодаря аддитивному производству".

Созданный материал также представляет собой фундаментальный сдвиг в разработке сплавов, поскольку ни один из металлов не составляет более половины материала. "Железо и щепотка углерода изменили мир, - сказал Эндрю. - У нас есть много примеров того, как мы соединяли два или три элемента, чтобы получить полезный инженерный сплав. Теперь мы начинаем переходить к четырем, пяти и более элементам в одном материале. И вот тогда это действительно становится интересным и сложным с точки зрения материаловедения и металлургии".

По словам исследователей, расчеты по теории функционала плотности позволили получить термодинамическое объяснение наблюдаемой твердости, не зависящей от температуры. Работа опубликована в журнале Applied Materials Today.

По словам исследователей для практического применения этого сплава еще предстоит преодолеть ряд трудностей. Например, производство нового суперсплава в больших объемах без микроскопических трещин может быть затруднено, что является общей проблемой аддитивного производства. Кроме того, материалы, входящие в состав сплава, являются дорогостоящими, что ограничивает варианты для его применения.