Investigadores del Laboratorio Nacional de Idaho han descubierto cómo hacer que las "superaleaciones" sean aún más fantásticas, alargando la vida útil en miles de horas. El descubrimiento podría mejorar el rendimiento de los materiales para generadores eléctricos y reactores nucleares. La clave es calentar y enfriar la superaleación de una manera específica. Eso crea una microestructura dentro del material que puede soportar altas temperaturas más de seis veces más que una contraparte sin tratar.

"Se nos ocurrió una forma de hacer una superaleación que sea mucho más resistente a las fallas relacionadas con el calor. Esto podría ser útil en generadores de electricidad y en otros lugares, "dijo Subhashish Meher, un científico de materiales de INL. Fue el autor principal de un nuevo Avances de la ciencia artículo que describe la investigación.

Las aleaciones son combinaciones de dos o más elementos metálicos. Las superaleaciones son excepcionalmente fuertes y ofrecen otras características significativamente mejoradas debido a la adición de trazas de cobalto, rutenio, renio u otros elementos a un metal base. Comprender cómo construir una superaleación mejorada es importante para mejorar la mezcla metálica para un propósito particular.

Los científicos de INL han estado estudiando superaleaciones a base de níquel. Dado que estas superaleaciones pueden soportar altas temperaturas y fuerzas mecánicas extremas, son útiles para turbinas generadoras de electricidad y componentes de reactores nucleares de alta temperatura. Investigaciones anteriores habían demostrado que el rendimiento se puede mejorar si la estructura del material de la superaleación se repite de alguna manera desde tamaños muy pequeños hasta muy grandes. como una caja dentro de una caja dentro de una caja.

A esto se le llama microestructura jerárquica. En una superaleación, consta de una matriz metálica con precipitados, regiones donde la composición de la mezcla difiere del resto del metal. Incrustadas dentro de los precipitados hay partículas de escala más fina que tienen la misma composición que la matriz fuera de los precipitados, conceptualmente como cajas anidadas.

Meher y sus coautores estudiaron cómo se formaban estos precipitados dentro de una superaleación. También investigaron cómo esta estructura resistió el calor y otros tratamientos.

Descubrieron que con la receta correcta de calefacción y refrigeración, podrían hacer que los precipitados sean dos o más veces más grandes de lo que serían de otra manera, creando así la microestructura deseada. Estos precipitados más grandes duraron más cuando se sometieron a calor extremo. Es más, Los estudios de simulación por computadora sugieren que la superaleación puede resistir fallas inducidas por calor durante 20, 000 horas, en comparación con aproximadamente 3, 000 horas normalmente.

Una aplicación podrían ser los generadores eléctricos que duran mucho más porque la superaleación con la que están construidos sería más resistente. Y lo que es más, Los científicos de INL ahora pueden idear un procedimiento que se pueda aplicar a otras superaleaciones. Entonces, puede ser posible ajustar la resistencia de una superaleación, tolerancia al calor u otras propiedades para mejorar su uso en una aplicación particular.

"Ahora podemos ajustar mejor las propiedades y mejorar el rendimiento del material, "Dijo Meher.

La investigación apareció el 16 de noviembre en Avances de la ciencia , "El origen y la estabilidad de la jerarquía nanoestructural en sólidos cristalinos".