محققان ترکیبات جدیدی از عناصر کمیاب زمین مانند ایتریم، اربیوم و ایتربیوم را ایجاد و آزمایش کردند، این پوشش های اکسید از عناصر کمیاب به توربین موتورهای هواپیما اجازه می دهد تا در دمای 3300 درجه فارنهایت - رکورد تحمل دما - کار کنند.
یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه ویرجینیا پوشش‌های محافظ جدیدی ایجاد کرده‌اند که به توربین موتورهای هواپیما اجازه می‌دهد تا قبل از شروع خرابی اجزا (پوسیدگی و خوردگی ناشی از دما و حرارت) در دمای بالاتر کار کنند.
الیزابت جی اوپیلا، استاد و رئیس دپارتمان علوم و مهندسی مواد در UVA و محقق اصلی این پروژه، گفت: موتورهای داغ‌تر کارآمدتر هستند.
توربین موتورهای هواپیما برای نیروی محرکه هواپیما شناخته شده اند، اما توربین های ثابت کاربردهای صنعتی زیادی از جمله تولید برق دارند، آنها سوخت را برای چرخاندن پره های توربین می سوزانند و انرژی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می کنند.
Opila گفت: در دماهای بالاتر به ازای هر ورودی گرما خروجی کار بیشتری دریافت می کنید.
مزایای بالقوه باعث علاقه به پوشش هایی می شود که به عنوان مانعی در برابر گازهای واکنشی تولید شده توسط احتراق در این دماهای بالا عمل می کنند که می تواند به پره های توربین آسیب برساند، بهره وری به معنای مصرف سوخت کمتر، کاهش آلاینده ها و هزینه های عملیاتی کمتر است.
اکسیدهای (عناصر) کمیاب زمین
امروزه از دو سیستم مواد اولیه در بخش داغ موتورهای توربین استفاده می شود، سوپرآلیاژی که با پایه نیکل پوشش داده شده می توانند تا حدود 2200 درجه فارنهایت دما را تحمل کنند که بسیار کمتر از هدف وزارت انرژی ایالات متحده برای نزدیک به 3300 درجه فارنهایت است.
یکی دیگر از کامپوزیت های سرامیکی است که از چندین لایه پوشش برای محافظت در برابر تخریب ناشی از اکسیداسیون استفاده می کند، یک واکنش شیمیایی که با قرار گرفتن در معرض هوا و رطوبت رخ می دهد.
با این حال، این سیستم ها توسط دمای ذوب یک لایه، سیلیکون، که در 2577 درجه فارنهایت ذوب می شود، محدود می شوند، تیم تحت رهبری UVA بر روی گزینه ماده دیگری به نام آلیاژهای فلزی نسوز متمرکز شد. (فلزات نسوز در دهه 1960 به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفتند)
در حالی که بادوام و مقاوم در برابر حرارت بودند، به دلیل مقاومت در برابر اکسیداسیون ضعیف رها شدند، برای محافظت از این آلیاژ، محققان با اکسیدهای خاکی کمیاب - ترکیبات شیمیایی که به طور طبیعی دارای خواص محافظتی قوی هستند - آزمایش کردند تا یک پوشش یک اندازه برای همه ایجاد کنند.
دکترای کریستین آردری، می گوید: با ترکیب چندین اکسید خاکی کمیاب می توان خواص مناسب برای محافظت بهتر از بستر زیرین را تنها با یک لایه به دست آورد، این به ما امکان داد بدون پوشش های چند لایه پیچیده به عملکرد بهتری دست یابیم.
ساخت توربین در دمای بالا
آزمایشگاه اوپیلا ترکیبات جدیدی از عناصر کمیاب زمین مانند ایتریم، اربیوم و ایتربیوم را ایجاد و آزمایش کرد، این تیم با استفاده از دو روش استاندارد تولید، پوشش‌ها را روی آلیاژها اعمال کردند.
یک روش این است که مواد را قبل از اسپری کردن روی سطح به حالت مذاب گرم کنید
روش دوم به عنوان یک مخلوط مایع استفاده می شود که خشک و سفت می شود.
محققان میزان عملکرد هر روش را در شرایط گرمای شدید و واکنش‌پذیری، مانند قرار گرفتن در معرض بخار با دمای بالا، آزمایش و مقایسه کردند.
اوپیلا گفت: این یک تلاش مشترک بود.
استفاده از یادگیری ماشین و روش‌های محاسباتی به ما این امکان را می‌دهد که طیف وسیعی از ترکیبات احتمالی مواد را کشف کنیم و آزمایشگاه پاتریک کلید درک ویژگی‌های فیزیکی موادی بود که ما توسعه دادیم، این تیم به عنوان یکی از اولین گروه‌های تحقیقاتی که اکسیدهای کمیاب زمین چند جزئی را آزمایش کرد، می‌دانست که به آزمایش و اصلاح بیشتری نیاز است.
شبیه سازی های کامپیوتری به آنها کمک می کند تا به بهبود پوشش ها ادامه دهند و بهترین روش های کاربردی را تجزیه و تحلیل کنند.
این فناوری همچنین به معنای محیطی تمیزتر و هزینه های کمتر برای مصرف کنندگان است.
لینک سایت مرجع
مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.
