Los científicos japoneses han identificado un metal que puede soportar una presión constante a temperaturas ultra altas. Esto abre oportunidades para nuevos desarrollos en el campo de los motores a reacción y las turbinas de gas para la generación de energía.
El primer estudio de este tipo, publicado en Scientific Reports, describe una aleación a base de carburo de titanio (TiC) y molibdeno-silicio-boro dopado (Mo-Si-B), o MoSiBTiC, cuya resistencia a altas temperaturas se determinó mediante exposición constante a temperaturas de 1400 °. C hasta 1600 ° C.
“Nuestros experimentos muestran que MoSiBTiC es increíblemente fuerte en comparación con las superaleaciones avanzadas de níquel de un solo chip que se usan a menudo en compartimentos calientes en motores térmicos como motores a reacción y turbinas de gas para la generación de energía”, dijo el autor principal, el profesor Kyosuke Yoshimi de la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Tohoku. … "Este trabajo sugiere que MoSiBTiC, al ser un material de alta temperatura fuera del rango de superaleaciones a base de níquel, es un candidato prometedor para esta aplicación".
Yoshimi y sus colegas informaron varias propiedades que indican que la aleación puede soportar fuerzas destructivas a temperaturas ultra altas sin deformarse. También observaron el comportamiento de la aleación cuando se sometió a fuerzas crecientes, cuando comenzaron a formarse y crecer grietas en ella, hasta que finalmente se rompió.
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Estructura tridimensional de la primera generación de aleación MoSiBTiC.
La eficiencia de los motores térmicos es la clave para la futura extracción de energía de los combustibles fósiles y su posterior conversión en electricidad y propulsión. Mejorar su funcionalidad puede determinar qué tan eficientemente convertimos la energía. Fluencia: la capacidad de un material para resistir la exposición a temperaturas ultra altas es un factor importante, ya que las temperaturas y presiones elevadas provocan deformaciones. Comprender la fluencia del material puede ayudar a los ingenieros a diseñar motores térmicos eficientes que puedan soportar condiciones de temperatura extremas.
Los investigadores probaron la fluencia de la aleación durante 400 horas a presiones de 100 a 300 MPa. Todos los experimentos se realizaron en una configuración de prueba controlada por computadora al vacío para evitar la oxidación del material y la entrada de humedad, lo que podría causar la formación de óxido en la aleación.
El estudio dice que la aleación experimenta un mayor alargamiento a medida que se reduce el impacto. Los científicos explican que este comportamiento se observó anteriormente solo en materiales superplásticos que pueden resistir fallas prematuras.
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Estas detecciones son una señal importante del uso de MoSiBTiC en sistemas que operan a temperaturas extremadamente altas, como los sistemas de conversión de energía en automóviles, los sistemas de propulsión y los sistemas de propulsión en la aviación y la ciencia espacial. Los investigadores informan que todavía tienen que realizar varios análisis microestructurales adicionales para comprender completamente la mecánica de la aleación y su capacidad para recuperarse de altas presiones a altas temperaturas.
“Nuestro objetivo final es inventar un material innovador de temperatura ultra alta que supere a las superaleaciones a base de níquel y reemplace las palas de turbina de alta presión hechas de superaleaciones de níquel por nuevas palas de turbina de temperatura ultra alta”, dice Yoshimi. “Por lo tanto, debemos mejorar aún más la resistencia a la oxidación de MoSiBTiC desarrollando una aleación sin dañar sus excepcionales propiedades mecánicas. Y esta es una tarea difícil.
Vladimir Guillén
