Исследователи из Киотского университета обнаружили, что силициды молибдена могут повысить эффективность турбинных лопаток в сверхвысокотемпературных системах сгорания.

Газовые турбины — это двигатели, которые вырабатывают электроэнергию на электростанциях. Рабочая температура их систем сгорания может превышать 1600 °C. Лопатки турбин на основе никеля, используемые в этих системах, плавятся при температуре на 200 °C ниже, и поэтому для их работы требуется воздушное охлаждение. Лопатки турбин, изготовленные из материалов с более высокими температурами плавления, потребуют меньшего расхода топлива и приведут к снижению выбросов CO2.

Ученые-материаловеды японского Киотского университета исследовали свойства различных составов силицидов молибдена с дополнительными тройными элементами и без них.

Предыдущие исследования показали, что изготовление композитов на основе силицида молибдена путем прессования и нагрева их порошков – известное как порошковая металлургия – улучшило их устойчивость к разрушению при температуре окружающей среды, но снизило их высокотемпературную прочность из-за образования слоев диоксида кремния внутри материала.

Команда Киотского университета изготовила материалы на основе силицида молибдена, используя метод, известный как «направленная затвердевание», при котором расплавленный металл постепенно затвердевает в определенном направлении.

Команда обнаружила, что однородный материал можно получить, контролируя скорость затвердевания композита на основе силицида молибдена во время изготовления и регулируя количество тройного элемента, добавляемого в композит.

Полученный материал начинает пластически деформироваться при одноосном сжатии выше 1000 °С. Кроме того, за счет улучшения микроструктуры повышается жаропрочность материала. Добавление тантала в композит более эффективно, чем добавление ванадия, ниобия или вольфрама, для повышения прочности материала при температурах около 1400 °С. Сплавы, изготовленные командой Киотского университета, намного прочнее при высоких температурах, чем современные суперсплавы на основе никеля, а также недавно разработанные сверхвысокотемпературные конструкционные материалы, сообщают исследователи в своем исследовании, опубликованном в журнале Science and Technology of Advanced Materials.