Podczas gdy świat szuka sposobów na ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, naukowcy z Sandia National Laboratories opracowali nowy superstop metalu możliwy do druku 3D, który może pomóc elektrowniom wytwarzać więcej energii elektrycznej przy mniejszej emisji dwutlenku węgla. Wysokowydajny stop metalu powstał we współpracy naukowców z Sandii oraz Ames National Laboratory, Iowa State University i Bruker Corp. W projekcie wykorzystano drukarkę 3D, która jest w stanie stworzyć z niego mocniejsze i zarazem lżejsze elementy wykorzystywane w turbinach gazowych. Odkrycie może mieć szeroki wpływ na sektor energetyczny, a także przemysł lotniczy i motoryzacyjny.
Według US Energy Information Administration około 80% energii elektrycznej w USA pochodzi z paliw kopalnych lub elektrowni jądrowych. Oba typy obiektów wykorzystują ciepło do obracania turbin wytwarzających energię elektryczną. Wydajność elektrowni jest ograniczona przez stopień nagrzania metalowych części turbiny. Jeśli turbiny mogą pracować w wyższych temperaturach, więcej energii można przekształcić w energię elektryczną, jednocześnie zmniejszając ilość ciepła odpadowego uwalnianego do środowiska.
Eksperymenty przeprowadzone przez Sandię wykazały, że nowy nadstop składający się w 42% z aluminium, 25% z tytanu, 13% z niobu, 8% z cyrkonu, 8% z molibdenu i 4% z tantalu, był mocniejszy w temperaturze 800°C niż wiele innych wysokowydajnych stopów , w tym te stosowane obecnie w częściach turbin. Stop był jeszcze silniejszy, gdy został przywrócony do temperatury pokojowej.
Członkowie zespołu Sandia użyli drukarki 3D do metalu, do szybkiego stopienia sproszkowanych metali, a następnie natychmiast wydrukowali ich próbkę. Osiągnięcie Sandii stanowi również fundamentalną zmianę w rozwoju stopów, ponieważ żaden pojedynczy metal nie stanowi więcej niż połowy materiału. Dla porównania, stal to w około 98% żelazo połączone między innymi z węglem. Idąc dalej, zespół jest zainteresowany zbadaniem, czy zaawansowane techniki modelowania komputerowego mogą pomóc naukowcom odkryć nową klasą wysokowydajnych nadstopów, które są przyszłością w produkcji przyrostowej.
„Są to niezwykle złożone mieszaniny” – powiedział naukowiec z Sandii, Michael Chandross, ekspert w dziedzinie modelowania komputerowego w skali atomowej, który nie był bezpośrednio zaangażowany w badania. „Wszystkie te metale wchodzą w interakcje na poziomie mikroskopowym – nawet atomowym – i to właśnie te interakcje naprawdę decydują o tym, jak mocny jest metal, jak bardzo jest plastyczny, jaka będzie jego temperatura topnienia i tak dalej. Nasz model eliminuje wiele domysłów z metalurgii, ponieważ może to wszystko obliczyć i umożliwia przewidywanie wydajności nowego materiału, zanim go wyprodukujemy”.
Źródło: www.sandia.gov
