Дослідження УПВ/ЄГУ

У аеронавігаційній та аерокосмічній промисловості метою є не тільки підвищення ефективності роботи двигунів як таких, але також зменшення викидів CO2 та споживання палива в абсолютних величинах. Зменшення ваги авіаційних двигунів суттєво сприяє останньому. "Титано-алюмінієві сплави (TiAl) демонструють великий потенціал для задоволення цих потреб", - говорить Лейр Усатегі Фріас, науковий співробітник UPV/EHU.

авіаційного

До цього часу суперсплави на основі нікелю були переважним матеріалом у виробництві лопаток авіаційних турбін завдяки своїй здатності витримувати високі механічні та теплові навантаження, яким вони піддаються в умовах експлуатації. Недоліком цих суперсплавів є їх висока щільність і, отже, їх вага, яка в TiAl знижується майже до половини.

"Окрім того, що вони легші, основними перевагами сплавів TiAl є хороша стійкість до окислення, перегріву та особливо повзучості (деформація, яка має місце, коли матеріали працюють в умовах високих температурних навантажень, і їх потрібно уникати будь-якою ціною", - пояснює д-р Усатегі . З цієї причини «сплави TiAl стали найкращою альтернативою для заміни тих, що використовувались до цього часу в авіаційних турбінах, оскільки вони зменшили б вагу двигунів на 20-30%, досягнувши тим самим значного збільшення продуктивності самого двигуна двигун і більша економія палива ", - говорить дослідник UPV/EGU.

Для того, щоб підвищити робочу температуру повітряних компонентів, Усатегі вивчав ефекти включення різних хімічних елементів у сплави TiAl. "Один із найбільш актуальних та останніх сплавів, крім основних хімічних елементів (титан та алюміній), має збалансований вміст ніобію та молібдену та невелику кількість кремнію та вуглецю", - пояснює автор.

Для задоволення вимог авіаційної техніки для цих нових сплавів потрібна висока структурна стійкість і хороша стійкість до повзучості. Ці властивості контролюються процесами дифузії та деформації, тому надзвичайно важливо визначити атомні механізми, які контролюють ці процеси. "Ми визначили, наприклад, що наявність процесів дифузії вуглецю затримує", - зазначає Усатегі. "Ми говоримо", - додає дослідник, про рухи на атомному рівні, які непросто виявити або проаналізувати, але в цій роботі нам вдалося успішно вивчити, використовуючи складну експериментальну техніку, яка називається механічною спектроскопією. Ми також перевірили, як поводиться матеріал при різних температурах, тобто що з ним буде, коли двигун літака прогріється. Ця інформація є абсолютно необхідною для забезпечення надійності та ефективності лопатей, які збираються виготовляти з цим матеріалом, як у польоті, так і в умовах відпочинку ”, - каже лікар.

Таким чином, «отримані результати дозволили нам знати ефекти додавання молібдену, ніобію, вуглецю та кремнію в сплави TiAl та виявити, коли і як активується дифузія цих хімічних елементів. Ці знання є важливими для того, щоб затримати дифузійні процеси, що забезпечить затримку деформації, а також підвищить температури, при яких ці сплави можуть працювати ”, пояснює дослідник UPV/EGU. "Крім того, - робить він висновок, - механічна та термічна поведінка, яка була виміряна в одному із досліджуваних сплавів, сплаві з наноламінарною мікроструктурою, змусила нас визначити його як сильного кандидата, який буде використовуватися в авіаційних турбінах у найближчі роки ".

L. Usategui та співавт. (2017) Процеси внутрішнього тертя та атомної релаксації в інтерметалевому багатому Mo-Ti-44Al-7Mo (γ + βo) модельному сплаві Матеріалознавство та техніка: A doi: 10.1016/j.msea.2017.06.014

Т. Кляйн, Л. Усатегі та співавт. (2017) Механічна поведінка та супутні мікроструктурні аспекти нанопластинчастого сплаву TiAl при підвищених температурах Acta Materialia doi: 10.1016/j.actamat.2017.02.050

Видання, виготовлене Сезаром Томе Лопесом із матеріалів, поставлених UPV/EHU Komunikazioa