Onderzoekers van het Idaho National Laboratory hebben ontdekt hoe ze 'superlegeringen' nog superiever kunnen maken, levensduur met duizenden uren verlengen. De ontdekking zou de materiaalprestaties voor elektrische generatoren en kernreactoren kunnen verbeteren. De sleutel is om de superlegering op een specifieke manier te verwarmen en te koelen. Dat creëert een microstructuur in het materiaal die meer dan zes keer langer bestand is tegen hoge hitte dan een onbehandelde tegenhanger.

"We hebben een manier bedacht om een ​​superlegering te maken die veel beter bestand is tegen hittegerelateerde storingen. Dit kan nuttig zijn in elektriciteitsgeneratoren en elders, " zei Subhashish Meher, een INL materiaalwetenschapper. Hij was hoofdauteur van een nieuwe wetenschappelijke vooruitgang paper waarin het onderzoek wordt beschreven.

Legeringen zijn combinaties van twee of meer metalen elementen. Superlegeringen zijn uitzonderlijk sterk en bieden andere aanzienlijk verbeterde eigenschappen dankzij de toevoeging van sporenhoeveelheden kobalt, ruthenium, renium of andere elementen tot een onedel metaal. Begrijpen hoe u een verbeterde superlegering kunt bouwen, is belangrijk om het metaalmengsel voor een bepaald doel beter te maken.

INL-wetenschappers hebben superlegeringen op nikkelbasis bestudeerd. Aangezien deze superlegeringen hoge hitte en extreme mechanische krachten kunnen weerstaan, ze zijn nuttig voor elektriciteitsopwekkingsturbines en componenten van kernreactoren op hoge temperatuur. Eerder onderzoek had aangetoond dat de prestaties kunnen worden verbeterd als de materiaalstructuur van de superlegering zich op de een of andere manier herhaalt van zeer kleine afmetingen tot zeer grote, als een doos in een doos in een doos.

Dit wordt een hiërarchische microstructuur genoemd. In een superlegering, het bestaat uit een metalen matrix met precipitaten, gebieden waar de samenstelling van het mengsel verschilt van de rest van het metaal. Ingebed in de precipitaten zijn nog fijnere deeltjes die dezelfde samenstelling hebben als de matrix buiten de precipitaten - conceptueel als geneste dozen.

Meher en zijn co-auteurs bestudeerden hoe deze precipitaten zich vormden in een superlegering. Ze onderzochten ook hoe deze structuur bestand was tegen hitte en andere behandelingen.

Ze ontdekten dat met het juiste recept voor verwarming en koeling, ze zouden de precipitaten twee of meer keer groter kunnen maken dan anders het geval zou zijn, waardoor de gewenste microstructuur ontstaat. Deze grotere precipitaten gingen langer mee als ze werden blootgesteld aan extreme hitte. Bovendien, computersimulatiestudies suggereren dat de superlegering 20, 000 uur, vergeleken met ongeveer 3, 000 uur normaal.

Een toepassing zou kunnen zijn elektrische generatoren die veel langer meegaan omdat de superlegering waaruit ze zijn gemaakt, sterker zou zijn. Bovendien, INL-wetenschappers kunnen nu misschien een procedure bedenken die ook op andere superlegeringen kan worden toegepast. Dus, het kan mogelijk zijn om de sterkte van een superlegering aan te passen, hittetolerantie of andere eigenschappen om het gebruik ervan in een bepaalde toepassing te verbeteren.

"We zijn nu beter in staat om eigenschappen in te stellen en de materiaalprestaties te verbeteren, ' zei Meher.

Het onderzoek verscheen op 16 november in wetenschappelijke vooruitgang , "De oorsprong en stabiliteit van nanostructurele hiërarchie in kristallijne vaste stoffen."