Moderna flygplan och kraftgenereringsturbiner är beroende av precisionsbearbetade delar som kan motstå hårda mekaniska krafter i högtemperaturmiljöer. I många fall, högre driftstemperaturer leder till effektivare prestanda. Detta motiverar sökandet efter nya ultrahögtemperaturmetallegeringar som kan behålla sin form och styrka vid temperaturer där vanligt stål skulle smälta.

Bygger på sin forskning om en lovande blandad legering, ett team av forskare vid Osaka University har gjort ett nytt genombrott genom att lägga till metaller för att skapa en unik struktur som visar exceptionell prestanda.

"Vår tidigare legering var en blandning av olika disilicider för övergångsmetaller, som var arrangerade i en lamellstruktur, " säger huvudförfattaren Koji Hagihara. "Även om legeringens prestanda var bra, den uppfyllde inte kraven på seghet vid rumstemperatur och visade fortfarande viss deformation vid mycket höga temperaturer."

Övergångsmetalldisilicider är lätta legeringar med bra motstånd mot höga temperaturer, idealisk för applikationer med ultrahöga temperaturer. Osaka-teamet kombinerade tidigare två olika typer av övergångsmetalldisilicider för att bilda en mikroskopisk struktur med omväxlande lager av olika legeringskristaller. Detta "lamellära" arrangemang förbättrade legeringshållfastheten, men vissa problem kvarstod på grund av den låga hållfastheten längs riktningen parallellt med tvåfasgränssnittet.

Nu, teamet har lagt till två nya metaller till legeringsblandningen för att bilda en "korslamellär mikrostruktur." De tillsatta metallerna får nya kristaller att växa, som penetrerar kristallskiktets struktur, liknande häftklamrar som sticker hål i en pappersbunt. Denna effekt förhindrar deformation parallellt med lamellgränsytan och förbättrar avsevärt legeringens mekaniska prestanda.

"Andra forskare bör notera denna unika korslamellära mikrostruktur som ett sätt att förbättra kryphållfastheten vid hög temperatur och brottseghet i legeringar med ultrahög temperatur, " säger gruppledare Takayoshi Nakano. "Prestandan hos vår legering är nu närmare att möta kraven från praktiska tekniska tillämpningar. Effektivitetsvinsterna från att använda material med ultrahög temperatur i gasturbiner och jetmotorer kan ha en verklig inverkan på CO2-utsläpp och global uppvärmning."