Los científicos japoneses han identificado un metal que puede resistir fuerzas constantes en temperaturas ultra altas, ofreciendo aplicaciones prometedoras, incluso en motores a reacción de aviones y turbinas de gas para la generación de energía eléctrica.

El primer estudio de su tipo, publicado en la revista de acceso abierto Informes científicos en julio de 2018, describe un carburo de titanio (TiC) reforzado, aleación a base de molibdeno-silicio-boro (Mo-Si-B), o MoSiBTiC, cuya resistencia a altas temperaturas se identificó bajo fuerzas constantes en los rangos de temperatura de 1400 ^o C-1600 ^o C.

"Nuestros experimentos muestran que la aleación MoSiBTiC es extremadamente fuerte en comparación con las superaleaciones de cristal único a base de níquel de última generación, que se utilizan comúnmente en secciones calientes de motores térmicos, como motores a reacción de aviones y turbinas de gas para la generación de energía eléctrica, ", 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, como materiales de temperatura ultra alta más allá de las superaleaciones a base de níquel, es un candidato prometedor para esas aplicaciones, "añadió Yoshimi.

Yoshimi y sus colegas informan de varios parámetros que destacan la capacidad favorable de la aleación para resistir fuerzas disruptivas bajo temperaturas ultra altas sin deformarse. También observaron el comportamiento de la aleación cuando se exponen a fuerzas crecientes y cuando se forman y crecen cavidades dentro de MoSiBTiC. dando lugar a microfisuras y ruptura final.

El rendimiento de los motores térmicos es clave para la futura recolección de energía a partir de combustibles fósiles y la posterior conversión en energía eléctrica y fuerza de propulsión. La mejora de su funcionalidad puede determinar qué tan eficientes son en la conversión de energía. El comportamiento de fluencia, o la capacidad del material para resistir fuerzas a temperaturas ultra altas, es un factor importante ya que el aumento de temperaturas y presiones conduce a la deformación por fluencia. Comprender la fluencia del material puede ayudar a los ingenieros a construir motores térmicos eficientes que puedan soportar entornos de temperaturas extremas.

Los investigadores evaluaron la fluencia de la aleación en un rango de tensión de 100 a 300 MPa durante 400 horas. (MPa, o megapascal, es una unidad que se utiliza para medir presiones extremadamente altas. Un MPa equivale aproximadamente a 145 psi, o libra por pulgada cuadrada).

Todos los experimentos se realizaron en un banco de pruebas controlado por computadora al vacío para evitar que el material se oxidara. o reaccionando con la humedad potencial del aire, que en última instancia podría resultar en la formación de óxido.

Es más, el estudio informa que, contrariamente a estudios previos, la aleación experimenta un mayor alargamiento con fuerzas decrecientes. Este comportamiento, escriben, Hasta ahora solo se ha observado con materiales superplásticos que son capaces de resistir contra fallas prematuras inesperadas.

Estos hallazgos son un indicador importante de la aplicabilidad de MoSiBTiC en sistemas que funcionan a temperaturas extremadamente altas. como los sistemas de conversión de energía en aplicaciones automotrices, plantas de energía, y sistemas de propulsión en motores de aeronaves y cohetes. Los investigadores dicen que se necesitan varios análisis microestructurales adicionales para comprender completamente la mecánica de la aleación y su capacidad para recuperarse de la exposición a tensiones elevadas, como grandes fuerzas a altas temperaturas.

Esperan seguir perfeccionando sus hallazgos en sus esfuerzos futuros. "Nuestro objetivo final es inventar un nuevo material de temperatura ultra alta superior a las superaleaciones a base de níquel y reemplazar los álabes de turbina de alta presión hechos de superaleaciones a base de níquel por nuevos álabes de turbina de nuestro material de temperatura ultra alta, "dijo Yoshimi." Para ir allí, como el siguiente paso, La resistencia a la oxidación del MoSiBTiC debe mejorarse mediante un diseño de aleación sin deteriorar sus excelentes propiedades mecánicas. Pero es realmente un desafío ".