Ruvzdorné slitiny umožní leteckým motorům odolat teplotám až 1000 °C – Indikátor

Vědci prokázali, že tepelná odolnost a pevnost žáruvzdorných slitin nezávisí na počtu složek obsažených v jejich složení, jak se dříve myslelo. Nejvyšší tepelnou odolnost při 1000°C vykazovala slitina tří kovů, a to niobu, titanu a chrómu, naopak nejlepší pevnost vykázala slitina niobu a chrómu. Tento objev umožní vyvinout slibné slitiny pro výrobu motorů nové generace, které nevyžadují chladicí systémy. Výsledky studie podpořené grantem Ruské vědecké nadace byly zveřejněny v časopise Scripta Materialia.

Niob, titan, chrom a zirkonium mají velmi vysoký bod tání – přes 1600 °C – proto se jim říká žáruvzdorné kovy. Žáruvzdorné kovy v čisté formě se používají jen zřídka, zatímco jejich slitiny mohou sloužit jako perspektivní materiály pro výrobu dílů leteckých motorů, které se za provozu zahřívají až na 1600 °C, a proto vyžadují chladicí systémy a ochranné povlaky, které zabraňují roztavení. Protože mnohé žáruvzdorné kovy mají řadu nevýhod – jsou například nestabilní vůči oxidaci a zůstávají křehké i při zahřívání – vznikají z nich slitiny s větší pevností a tepelnou odolností pro použití při vysokých teplotách. Dříve se věřilo, že čím více žáruvzdorných prvků slitina obsahuje, tím lepší jsou její vlastnosti. Například chrom a niob mají vysoké teploty tání (1857 °C a 2477 °C) a předpokládalo se, že přidání titanu a zirkonia k nim vytvoří slitiny s vynikající pevností při vysokých teplotách (přes 1000 °C) a zlepšenými odolnost proti oxidaci. Vědci z Belgorodské státní národní výzkumné univerzity (Belgorod), MISIS University of Science and Technology (Moskva) a St. Petersburg State Marine Technical University (St. Petersburg) studovali tepelnou odolnost a pevnost různých žáruvzdorných kovových slitin, aby ověřili tuto hypotézu. Za tímto účelem autoři vyrobili 12 slitin s různými kombinacemi čtyř kovů – niobu, chrómu, titanu a zirkonia – a jejich sloučeniny vzájemně porovnali a provedli řadu experimentů ke studiu pevnosti a tepelné odolnosti při teplotách do 1000 ° C – teplota potenciálních strukturních aplikací těchto slitin.

Pro testování pevnosti materiálů výzkumníci komprimovali vzorky v experimentálním nastavení při teplotách v rozmezí od pokojové teploty do 800 °C. Nejvyšší pevnost vykazovala slitina niobu a chrómu. Ukázalo se, že je třikrát pevnější než jiné slitiny. Pro posouzení tepelné odolnosti materiálů vědci měřili, jak moc se hmotnost vzorku zvětší vzhledem k jeho ploše, když je udržován v peci při teplotě 1000 °C. Přírůstek hmotnosti lze použít k posouzení, jak materiál oxiduje, protože oxid je těžší než původní sloučenina. Zejména můžeme podmíněně rozdělit slitiny na žáruvzdorné (mají nízký hmotnostní přírůstek) a ty, které jsou náchylné na agresivní účinky kyslíku (velký hmotnostní přírůstek a destrukce vzorku). Ten nelze použít při vysokých teplotách bez ochranných nátěrů.

V tomto testu prokázala nejnižší hmotnostní přírůstek – tedy nejvyšší tepelnou odolnost – třísložková slitina niobu, titanu a chrómu. Ve srovnání se slitinou niobu a titanu byl její hmotnostní nárůst 18krát menší. Vědci také zjistili, že přídavek zirkonia má negativní vliv na tepelnou odolnost, protože zabraňuje tvorbě ochranné vrstvy na povrchu materiálu. V tomto případě byl nárůst hmotnosti 6krát větší než u slitiny niobu, titanu a chrómu. „Nyní pokračujeme ve studiu navrhovaných slitin, abychom kriticky posoudili možnost jejich praktického použití. Spekuluje se, že slitina niob-titan-chrom nebo slitina niob-chrom by mohla být použita při výrobě motorů nové generace pro letecký a kosmický průmysl, stejně jako pro další oblasti, které vyžadují materiály, které vydrží vysoké zatížení při zvýšených teplotách. . To umožní stabilní provoz motorů při zahřátí na 1000 °C a v budoucnu nahradí stávající méně žáruvzdorné materiály a sníží energetické ztráty pro nucené chlazení dílů,“ říká Nikita Jurčenko, účastník projektu podpořeného grantem. z Ruské vědecké nadace, kandidát technických věd, vedoucí výzkumný pracovník v laboratoři volumetrických nanostrukturovaných materiálů, Belgorod State National Research University.

Tento přednastavený syntetický elastomer je pokročilá chemie založená na arylech, akrylech nebo acylech kombinovaných s komplexními nebo jednoduchými vazbami. Podle toho, jak má být polyuretan žáruvzdorný nebo mrazuvzdorný, se určí přesný vzorec polymerních složek a modifikátorů. Většina odrůd poskytuje široký rozsah zatížení během dlouhých provozních cyklů, díky čemuž je tento materiál žádaný v celé řadě průmyslových odvětví. Zvažme podrobně, jakou teplotu polyuretan vydrží.

Hlavní typy polyuretanu: provozní teploty

U „nejodolnějších“ elastomerů je teplotní rozsah od –60 0 C do +120 0 C, přičemž polymer si může zachovat počáteční vlastnosti tvrdosti a pružnosti bez následků při normalizaci klimatických podmínek. Existují i ​​speciální odrůdy, u kterých se provozní teploty polyuretanu mohou rovnat +150 0 C a –70 0 C. Ke křehkosti nebo nevratné deformaci začíná docházet po překročení maximální přípustné značky o více než 1–10 %, v závislosti na úroveň vlhkosti. Navíc v některých případech polyuretan při nízkých teplotách v popsaném rozsahu kritického zatížení nemění svou strukturu, pokud jsou krátkodobé.

Podívejme se blíže na vlastnosti nejoblíbenějších značek polyuretanu:

• SKU-7Lpoužívá se k výrobě dílů provozovaných za podmínek abrazivního opotřebení. Je vysoce odolný vůči ropným produktům a mazivům. Tento polyuretan se nejčastěji používá v zimě a/nebo v chladných klimatických pásmech. Rozsah provozních teplot je od –50 0 C do +80 0 C.
• SKU PFL-100Mjeden z „nejodolnějších“ a nejtvrdších typů materiálů, o kterých se uvažuje. Je určen pro nejagresivnější provozní podmínky a po stlačení nebo roztažení si pevně zachovává svůj původní tvar, díky čemuž je žádaný při výrobě dílů pro automobilový průmysl. Pracovní rozsah tohoto polyuretanu při nízkých teplotách a přehřátí je od –70 0 C do +150 0 C.
• LUR-ST je široce žádaný pro výrobu produktů s vysokou tažností až do přetržení. Provozní teplota tohoto typu polyuretanu je od –30 0 C do +110 0 C.
• “VIBRATAAN” je skupina materiálů řady 6060 a 8000. První jmenované mají nízkou úroveň tvrdosti, odolnost proti opotřebení a nízký stupeň zbytkové deformace při stlačení, což je činí optimálními pro výrobu elastických dílů. Ty se vyznačují vysokou elasticitou a odolností proti nárazu. Teplota pro použití polyuretanu tohoto typu je od –60 do +120 0 C.
• SKU-PL-60 jeden z nejpružnějších a nejpružnějších typů, ale výrazně horší než konkurenti v pevnosti v tahu. Lze jej používat při teplotách od –30 0 C do +90 0 C.
• TT–129 má jeden z nejvyšších parametrů pevnosti v tahu. Provozní teplota polyuretanu se pohybuje od –60 0 C do +110 0 C. Používá se pro výrobu široké škály produktů a jako vstupní surovina.

Existují další typy polymerních sloučenin, které úspěšně nahrazují pryž v různých průmyslových odvětvích. Jejich popularita je dána četnými výhodami oproti podobným materiálům na bázi pryže, včetně nízké hmotnosti, zjednodušených výrobních postupů, zvýšené pevnosti a odolnosti proti opotřebení a odolnosti vůči chemikáliím a agresivnímu prostředí.

Stojí za zmínku, že vlastnosti polyuretanu pod vlivem teploty jsou určeny při výběru určitého typu polyuretanu. Při zadávání objednávky nezapomeňte zkontrolovat informace o technických vlastnostech výchozího materiálu pro výrobu potřebných produktů.

Objednat si můžete standardní polyuretanové produkty nebo šarži unikátních komponentů od firmy Polimertehprom. V případě potřeby je možné kompletní vypracování projektové dokumentace.