Lawrence Berkeley National Laboratory ekibi, aşırı sıcaklık ve soğukta dayanıklılık gösteren yeni metal alaşımlar geliştirdi.
Aşırı Koşullara Uygun Malzemeler Geliştiriliyor
Enerji sistemleri, uzay araçları ve jet motorları gibi yüksek performans gerektiren uygulamalar, aşırı sıcaklık ve soğukta dayanıklılık gösteren ileri malzemelere ihtiyaç duymaktadır. Berkeley Lab tarafından yürütülen araştırmalar, bu alandaki sınırları yeniden tanımlamaktadır.
Bilim insanları, son yayınladıkları çalışmada, “body-centered cubic” (BCC) atomik yapısına sahip iki yeni alaşımın, -423 derece Fahrenheit (20 Kelvin) gibi düşük sıcaklıklarda bile çatlama direnci gösterdiğini ortaya koydular.
Alaşımların Özellikleri
Genel olarak metaller, soğukta kırılgan hale gelir. Ancak bu çalışmada incelenen iki alaşım, BCC yapısına sahip olup, biri basit bir bileşime, diğeri ise orta-yüksek entropi alaşımı (MHEA) olarak bilinen yeni bir metal sınıfına aittir. Geleneksel BCC alaşımlarının çoğu, yüksek sıcaklıklarda bile çatlama eğilimindedir. Ancak bu yeni alaşımlar, 1.300 derece Santigrat’a kadar dayanıklılık göstermektedir.
Berkeley Lab’dan Robert Ritchie, “Bu alaşımlar, aşırı ortamlar için bir sonraki nesil alaşım olarak görülüyordu, ancak kırılganlıkları nedeniyle umut verici değillerdi. Şimdi, bu iki alaşım, sıvı helyum sıcaklıklarından 1.300 dereceye kadar dayanıklılık gösteriyor,” dedi.
Gelecek Araştırma İhtiyacı
Bu alaşımların gerçek dünya uygulamaları için benimsenmesi öncesinde daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir. Bilim insanları, bu alaşımların oksidasyon gibi dış etkenlerden nasıl etkileneceğini henüz bilmiyorlar. Ancak, mevcut çalışmaları, yüksek sıcaklık BCC alaşımlarının daha önce pratik olmayan kırılganlık sorununu aşabileceğini göstermektedir.
David Cook, “Alaşımlarımız, 20K’da 100 MPa√m, oda sıcaklığında ise 250 MPa√m dayanıklılık göstermektedir. Bu, mevcut BCC malzemelerin çok üzerinde bir değerdir,” ifadelerini kullandı.
Alaşımların Üretimi ve Testleri
Berkeley Lab’da üretilen alaşımlar, UC Irvine ve bir Hava Kuvvetleri malzeme laboratuvarı iş birliği ile büyük parçalar halinde test edilmiştir. Aşırı sıcaklıklarda ve sıvı nitrojen sıcaklıklarında (77 K veya -321 F) yapılan testler, Berkeley Lab’da gerçekleştirilmiştir.
Elde edilen numuneler, National Center for Electron Microscopy’de mikroskoplarla incelenerek, alaşımların iç yapısındaki deformasyon mekanizmaları belirlenmiştir. Ritchie, “Bu alaşımlar, mevcut nikel bazlı süper alaşımların sıcaklık sınırlarını aşmamıza yardımcı olabilir,” dedi.
Sonuçlar ve Gelecek Potansiyeli
Bu araştırma, Enerji Bakanlığı tarafından finanse edilmiştir. Berkeley Lab, bilimsel araştırmaların öncüsü olan uluslararası bir laboratuvardır ve 1931 yılından beri büyük sorunlara çözümler bulmayı amaçlamaktadır. Geliştirilen yeni alaşımlar, aşırı sıcaklık ve soğukta dayanıklılıkları ile gelecekteki enerji sistemleri için büyük bir potansiyele sahiptir.
