Cientistas japoneses identificaram um metal que pode suportar pressão constante em temperaturas ultra-altas. Isso abre oportunidades para novos desenvolvimentos no campo de motores a jato e turbinas a gás para geração de energia.
O primeiro estudo desse tipo, publicado em Scientific Reports, descreve uma liga à base de carboneto de titânio (TiC) e molibdênio-silício-boro dopado (Mo-Si-B), ou MoSiBTiC, cuja resistência a altas temperaturas foi determinada por exposição constante a temperaturas de 1400 ° C a 1600 ° C.
"Nossos experimentos mostram que MoSiBTiC é incrivelmente forte quando comparado com as superligas de níquel de chip único avançadas frequentemente usadas em compartimentos quentes em motores térmicos, como motores a jato e turbinas a gás para gerar eletricidade", disse o autor principal, Professor Kyosuke Yoshimi, da Escola de Graduação em Engenharia da Universidade de Tohoku … "Este trabalho sugere que MoSiBTiC, como um material de alta temperatura fora da faixa de superligas à base de níquel, é um candidato promissor para esta aplicação."
Yoshimi e seus colegas relataram várias propriedades indicando que a liga pode suportar forças destrutivas em temperaturas ultra-altas sem deformação. Eles também observaram o comportamento da liga quando submetida a forças crescentes, quando as rachaduras começaram a se formar e crescer nela, até que finalmente quebrou.
Estrutura tridimensional da primeira geração da liga MoSiBTiC.
A eficiência dos motores térmicos é a chave para a futura extração de energia de combustíveis fósseis e sua posterior conversão em eletricidade e propulsão. Melhorar sua funcionalidade pode determinar a eficiência com que convertemos energia. Fluência - A capacidade de um material de resistir à exposição a temperaturas ultra-altas é um fator importante, pois temperaturas e pressões elevadas causam deformação. Compreender a fluência do material pode ajudar os engenheiros a projetar motores térmicos eficientes que podem suportar condições extremas de temperatura.
Os pesquisadores testaram a fluência da liga por 400 horas a pressões de 100 a 300 MPa. Todos os experimentos foram realizados em uma configuração de teste controlada por computador sob vácuo para evitar a oxidação do material e a entrada de umidade, o que poderia causar a formação de ferrugem na liga.
O estudo diz que a liga experimenta mais alongamento à medida que o impacto é reduzido. Os cientistas explicam que esse comportamento foi observado anteriormente apenas em materiais superplásticos que podem resistir a falhas prematuras.
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Essas detecções são um sinal importante para o uso do MoSiBTiC em sistemas operando em temperaturas extremamente altas, como sistemas de conversão de energia em automóveis, sistemas de propulsão e sistemas de propulsão na aviação e na ciência de foguetes. Os pesquisadores relatam que ainda precisam realizar várias análises microestruturais adicionais para entender completamente a mecânica da liga e sua capacidade de se recuperar de altas pressões em altas temperaturas.
“Nosso objetivo final é inventar um material inovador para ultra-alta temperatura que supere as superligas à base de níquel e substitua as lâminas da turbina de alta pressão feitas de superligas de níquel por novas lâminas da turbina para ultra-alta temperatura”, diz Yoshimi. “Portanto, devemos melhorar ainda mais a resistência à oxidação do MoSiBTiC desenvolvendo uma liga sem danificar suas propriedades mecânicas excepcionais. E esta é uma tarefa difícil."
Vladimir Guillen