Des scientifiques japonais ont identifié un métal capable de résister à une pression constante à des températures extrêmement élevées. Cela ouvre des opportunités pour de nouveaux développements dans le domaine des moteurs à réaction et des turbines à gaz pour la production d'électricité.
La première étude du genre, publiée dans Scientific Reports, décrit un alliage à base de carbure de titane (TiC) et de molybdène-silicium-bore dopé (Mo-Si-B), ou MoSiBTiC, dont la résistance à haute température a été déterminée par une exposition constante à des températures de 1400 °. C à 1600 ° C
«Nos expériences montrent que MoSiBTiC est incroyablement fort par rapport aux superalliages de nickel à puce unique avancés souvent utilisés dans les compartiments chauds des moteurs thermiques tels que les moteurs à réaction et les turbines à gaz pour la production d'électricité», a déclaré l'auteur principal, le professeur Kyosuke Yoshimi de la Graduate School of Engineering de l'Université de Tohoku. … "Ces travaux suggèrent que le MoSiBTiC, en tant que matériau à haute température en dehors de la gamme des superalliages à base de nickel, est un candidat prometteur pour cette application."
Yoshimi et ses collègues ont rapporté plusieurs propriétés indiquant que l'alliage peut résister aux forces destructrices à des températures ultra-élevées sans déformation. Ils ont également observé le comportement de l'alliage lorsqu'il était soumis à des forces croissantes, lorsque des fissures ont commencé à se former et à s'y développer, jusqu'à ce qu'il se brise.
Structure tridimensionnelle de la première génération d'alliage MoSiBTiC.
L'efficacité des moteurs thermiques est la clé de la future extraction d'énergie à partir de combustibles fossiles et de sa conversion ultérieure en électricité et propulsion. L'amélioration de leur fonctionnalité peut déterminer l'efficacité avec laquelle nous convertissons l'énergie. Fluage - La capacité d'un matériau à résister à une exposition à des températures ultra-élevées est un facteur important car des températures et des pressions élevées provoquent une déformation. Comprendre le fluage des matériaux peut aider les ingénieurs à concevoir des moteurs thermiques efficaces capables de résister à des températures extrêmes.
Les chercheurs ont testé le fluage de l'alliage pendant 400 heures à des pressions de 100 à 300 MPa. Toutes les expériences ont été réalisées sur une configuration de test contrôlée par ordinateur sous vide pour empêcher l'oxydation du matériau et la pénétration d'humidité, ce qui pourrait provoquer la formation de rouille sur l'alliage.
L'étude indique que l'alliage subit plus d'allongement à mesure que l'impact est réduit. Les scientifiques expliquent que ce comportement n'était auparavant observé que dans les matériaux superplastiques qui peuvent résister à une défaillance prématurée.
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Ces détections sont un signe important de l'utilisation de MoSiBTiC dans des systèmes fonctionnant à des températures extrêmement élevées, tels que les systèmes de conversion d'énergie dans les automobiles, les systèmes de propulsion et les systèmes de propulsion dans l'aviation et la science des fusées. Les chercheurs rapportent qu'ils n'ont pas encore effectué plusieurs analyses microstructurales supplémentaires pour comprendre pleinement la mécanique de l'alliage et sa capacité à récupérer des pressions élevées à des températures élevées.
«Notre objectif ultime est d'inventer un matériau innovant à ultra-haute température qui surpasse les superalliages à base de nickel et de remplacer les aubes de turbine haute pression en superalliages de nickel par de nouvelles aubes de turbine à ultra-haute température», déclare Yoshimi. «Par conséquent, nous devons encore améliorer la résistance à l'oxydation du MoSiBTiC en développant un alliage sans endommager ses propriétés mécaniques exceptionnelles. Et c'est une tâche difficile."
Vladimir Guillen