Sakslased leiutasid erakordselt kuumuskindla metallisulami

Samuti võib sulam aidata tõhustada seda, kuidas gaasiturbiinid fossiilkütuseid tarbivad. Sulami autorid on Karlsruhe tehnoloogiainstituudi (KIT) teadlased ja nad ütlevad, et nad on valmis saanud midagi tõeliselt ainulaadset. Uus sulam, mis on kroomi, molübdeeni ja räni kombinatsioon, püsib sulamiskindel kuni 2000 Celsiuse kraadini ja on stabiilne väga kõrgetel temperatuuridel. Samal ajal on sulam oksüdeerumiskindel.

Kõrgele temperatuurile vastu pidavaid metallmaterjale on vaja lennukimootorites, gaasiturbiinides, röntgeniaparaatides ja paljudes teistes tehnilistes rakendustes. Tulekindlad metallid, nagu volfram, molübdeen ja kroom, mille sulamispunkt on 2000 Celsiuse kraadi juures või üle selle, on küll kõrgetele temperatuuridele vastupidavad, aga nende praktilisel kasutamisel on omad piirid: need metallid on toatemperatuuril rabedad ja kokkupuutel hapnikuga hakkavad kiiresti oksüdeeruma. Seetõttu saab neid kasutada ainult tehniliselt keerukates vaakumtingimustes, nagu näiteks röntgeniaparaatide anoodidena.

Nende probleemide tõttu on aastakümneid kasutatud niklipõhiseid sulameid, kui on tarvis valmistada komponente, mis kõrgele temperatuurile vastu peavad ja samas oksüdeerumiskindlad on. Niisugused sulamid on näiteks praegu standardmaterjalideks gaasiturbiinides.

„Praegu kasutusel olevad supersulamid koosnevad paljudest erinevatest metallidest, sealhulgas haruldastest elementidest, et ühendada nende mitu omadust. Need on toatemperatuuril plastilised, kõrgetel temperatuuridel stabiilsed ja oksüdatsioonikindlad,” selgitab professor Martin Heilmaier KIT-i materjaliteaduse ja -tehnika instituudist pressiteates. „Kuid maksimaalsed temperatuurid, mille juures neid saab ohutult kasutada, ulatuvad umbes 1100 kraadini. See on liiga madal, et täielikult ära kasutada turbiinide või teiste kõrgel temperatuurilil töötavate rakenduste potentsiaali. Fakt on see, et põlemisprotsesside efektiivsus kasvab koos temperatuuriga.”

Saksamaa Teadusfondi (DFG) rahastatud uurimisrühma raames õnnestus teadlastel nüüd selle probleemi lahendamiseks välja töötada uus sulam, mis koosneb kroomist, molübdeenist ja ränist. Sel on seninägematud omadused. „See on toatemperatuuril plastiline, selle sulamispunkt on umbes 2000 kraadi Celsiuse ning erinevalt seni tuntud tulekindlatest sulamitest oksüdeerub see isegi kriitilises temperatuurivahemikus vaid aeglaselt. See annab lootust, et tulevikus on võimalik valmistada sellest niisuguseid komponente, mis taluvad oluliselt kõrgemaid töötemperatuure kui 1100 kraadi. Seega on meie uurimistöö tulemusel potentsiaali võimaldada tõeline tehnoloogiline läbimurre,” ütleb Ruhris asuva Bochumi ülikooli professor Andreas Kauffmann.

„Turbiinis võib isegi vaid 100 kraadi Celsiuse võrra kõrgem temperatuur vähendada kütusekulu umbes viis protsenti,” selgitab Heilmaier. See on eriti oluline lennunduses, kuna elektrilennukid ei sobi eeldatavasti veel lähikümnenditel kauglendudeks. Seetõttu on kütusekulu märkimisväärne vähendamine elulise tähtsusega. Ka statsionaarsed gaasiturbiinid elektrijaamades võiksid tänu vastupidavamatele materjalidele töötada väiksemate CO₂-heitega.

„Et uut sulamit saaks tööstuslikult kasutada, on vaja veel palju arendusetappe,” lisab Heilmaier. „Kuid oma alusuuringuga oleme jõudnud olulise verstapostini. Nüüd saavad teadlased üle maailma sellele saavutusele tugineda.”