Forskare vid Idaho National Laboratory har upptäckt hur man gör "superlegeringar" ännu mer super, förlänger livslängden med tusentals timmar. Upptäckten kan förbättra materialprestanda för elektriska generatorer och kärnreaktorer. Nyckeln är att värma och kyla superlegeringen på ett specifikt sätt. Det skapar en mikrostruktur i materialet som tål hög värme mer än sex gånger längre än en obehandlad motsvarighet.

"Vi kom på ett sätt att göra en superlegering som är mycket mer motståndskraftig mot värmerelaterade fel. Detta kan vara användbart i elproducenter och på andra ställen, "sa Subhashish Meher, en INL -materialvetare. Han var huvudförfattare till en ny Vetenskapliga framsteg papper som beskriver forskningen.

Legeringar är kombinationer av två eller flera metalliska element. Superlegeringar är exceptionellt starka och erbjuder andra väsentligt förbättrade egenskaper på grund av tillsatsen av spårmängder kobolt, rutenium, rhenium eller andra element till en basmetall. Att förstå hur man bygger en förbättrad superlegering är viktigt för att göra den metalliska blandningen bättre för ett visst syfte.

INL-forskare har studerat nickelbaserade superlegeringar. Eftersom dessa superlegeringar tål hög värme och extrema mekaniska krafter, de är användbara för elproducerande turbiner och högtemperaturkärnreaktorkomponenter. Tidigare forskning har visat att prestandan kan förbättras om superlegeringens materialstruktur på något sätt upprepas från mycket små storlekar till mycket stora, som en låda i en låda i en låda.

Detta kallas en hierarkisk mikrostruktur. I en superlegering, den består av en metallisk matris med fällningar, regioner där blandningens sammansättning skiljer sig från resten av metallen. Inbäddade i fällningarna är fortfarande partiklar av finare skala som har samma sammansättning som matrisen utanför fällningarna-begreppsmässigt som kapslade lådor.

Meher och hans medförfattare studerade hur dessa fällningar bildades i en superlegering. De undersökte också hur denna struktur tål värme och andra behandlingar.

De fann att med rätt recept för uppvärmning och kylning, de kan göra fällningarna två eller flera gånger större än vad som annars skulle vara fallet, därigenom skapar den önskade mikrostrukturen. Dessa större fällningar varade längre när de utsattes för extrem värme. Dessutom, datorsimuleringsstudier tyder på att superlegeringen kan motstå värmeinducerat fel under 20, 000 timmar, jämfört med cirka 3, 000 timmar normalt.

En applikation kan vara elektriska generatorer som håller mycket längre eftersom superlegeringen som de är konstruerade av skulle vara tuffare. Vad mer, INL -forskare kan nu komma på ett förfarande som kan appliceras på andra superlegeringar. Så, det kan vara möjligt att justera en superlegerings styrka, värmetolerans eller andra egenskaper för att förbättra dess användning i en viss applikation.

"Vi kan nu ringa in egenskaper och förbättra materialprestanda, "Sa Meher.

Forskningen dök upp 16 november Vetenskapliga framsteg , "Ursprunget och stabiliteten för nanostrukturell hierarki i kristallina fasta ämnen."