Blog

Aug 22, 2023

3D

Die Legierung könnte weitreichende Auswirkungen auf den Energiesektor sowie die Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie haben. Ein Forscherteam hat gezeigt, dass eine neue 3D-gedruckte Superlegierung Kraftwerken helfen könnte

Die Legierung könnte weitreichende Auswirkungen auf den Energiesektor sowie die Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie haben.

Ein Forscherteam hat gezeigt, dass eine neue 3D-gedruckte Superlegierung Kraftwerken dabei helfen könnte, mehr Strom zu erzeugen und gleichzeitig weniger Kohlenstoff zu produzieren.

Forscher der Sandia National Laboratories, des Ames National Laboratory, der Iowa State University und der Bruker Corp. verwendeten einen 3D-Drucker, um eine Hochleistungsmetalllegierung oder Superlegierung mit einer ungewöhnlichen Zusammensetzung herzustellen, die sie stärker und leichter macht als die derzeit in Gasturbinen verwendeten Materialien Maschinen.

Sie sagten, ihre Ergebnisse könnten weitreichende Auswirkungen auf den gesamten Energiesektor sowie die Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie haben.

Das Material ermögliche bisher unerreichte Kombinationen aus hoher Festigkeit, geringem Gewicht und Hochtemperaturbeständigkeit, sagte Sandia-Wissenschaftler Andrew Kustas. Er sagte, dieser Erfolg sei zum Teil auf den Ansatz des Teams im Bereich der additiven Fertigung zurückzuführen.

Die Effizienz von Kraftwerken wird typischerweise dadurch begrenzt, wie heiß die Metallteile der Turbine werden können. Wenn Turbinen bei höheren Temperaturen betrieben werden können, kann mehr Energie in Strom umgewandelt werden und gleichzeitig weniger Abwärme an die Umwelt abgegeben werden.

Experimente zeigten, dass die neue Superlegierung – 42 % Aluminium, 25 % Titan, 13 % Niob, 8 % Zirkonium, 8 % Molybdän und 4 % Tantal – bei 800 Grad Celsius (1.472 Grad Fahrenheit) fester war als viele andere Hochleistungslegierungen. einschließlich derjenigen, die derzeit in Turbinenteilen verwendet werden, und noch stärker, wenn es auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

Die Energiewirtschaft sei nicht die einzige Branche, die von den Erkenntnissen profitieren könnte, sagten die Forscher. Beispielsweise suchen Luft- und Raumfahrtforscher nach leichten Materialien, die auch bei großer Hitze stabil bleiben. Darüber hinaus wird derzeit daran gearbeitet, zu untersuchen, wie ähnliche Legierungen in der Automobilindustrie eingesetzt werden könnten.

Die Forschung wurde vom Energieministerium und dem laborgesteuerten Forschungs- und Entwicklungsprogramm von Sandia finanziert.

Mitglieder des Sandia-Teams nutzten außerdem einen 3D-Drucker, um pulverförmige Metalle zusammenzuschmelzen und anschließend sofort eine Probe davon zu drucken. Ihre Arbeit stellte einen Wandel in der Legierungsentwicklung dar, da kein einzelnes Metall mehr als die Hälfte des Materials ausmacht. Im Vergleich dazu besteht Stahl zu etwa 98 % aus Eisen, kombiniert mit Kohlenstoff und anderen Elementen.

3D-Drucktechniken ermöglichen die Kombination mehrerer Elemente zu einer potenziell nützlichen technischen Legierung.

Es bleiben jedoch Herausforderungen bestehen. Zum einen könnte es schwierig sein, die neue Superlegierung in großen Mengen ohne mikroskopische Risse herzustellen, was eine allgemeine Herausforderung bei der additiven Fertigung darstellt. Auch die Materialien, aus denen die Legierung besteht, sind teuer, was sie möglicherweise kommerziell unrentabel macht.