次世代航空宇宙車両用超合金組成物の高まり

大気空間技術は、高音波飛行から深宇宙推進まで境界線をプッシュし続けています。重要なコンポーネントで使用される材料は、これまでにない要求を満たすように進化しなければなりません。スーパー合金、ジェットエンジン、ガスタービン、ロケットノズルのワークホース材料が長持ちするスーパー合金は、1200 °Cを超える温度、腐食性燃焼環境、および循環式機械的負荷を生き残るために、新しい組成物と再エンジニアリングされています。研究者やメーカーは、金属加工や廃棄物のメカニズムを強化し、さらなる車両の構成を強化し、さらなる性能を向上させます。

スーパーロイスの進化と基本

スーパー合金は、0.6 T[_{]]の上の温度で強度、安定性、および耐食性を保持するように設計された金属材料のユニークなクラスです。m}]](温度を溶かす)。彼らは、ニッケル、コバルト、または鉄 - ニッケル - ニッケルマトリックスに基づいて主に、それらに顕著なクリープ抵抗と疲労寿命を与える複雑な降水硬化。砲弾例は、次のマイクロ LT を増加させる(FCC)。

主要なマイクロ構造の特徴

[]ガンマプライム(γ′)は、予期:[ Ni_]3[高温での変位運動を妨げるAl-ベースの注文フェーズ。
禁止と横たわみ:[ 滑走およびキャビテーションを防ぐグライン境界線を強化します。
]固体の解決の増強:[のマトリックスで溶解するタングステン、レン、およびモリブデンのような要素は、裂きに対する格子緊張および抵抗を高めます。
排ガス境界工学:[] 粒径と向きを制御する熱機械加工、方向の凝固または単結晶鋳造によって、多くの場合。

従来のニッケル系スーパーロイ(Inconel 718、René 88など)は温度制限に達しました。高い動作温度、密度の低下、長寿命化に向けたドライブは、まったく新しい組成物の開発を完遂しました。

構成および合金の設計戦略を新興化して下さい

現代の合金設計は、クロムとアルミニウムの含有量の増分調整を超えて行きます。研究者は、あまりにも反応的または処理が困難と見なされ、計算式熱力学(CALPHAD)を活用して、極端な条件で相安定性を予測しています。

耐火金属添加:タンタル、タングステン、レニウム、ルテニウム

耐火金属は、非常に高い融点を持ち、固体の溶液強化と二次沈殿に貢献しています。タンタルとタングステンは、1000 °Cを超えるクリープ強度を向上させるために、弱火処理要素を交換します。レンチウムは、単一結晶刃(例えば、CMSX-4およびCMSX-10)で10年間使用されてきましたが、その密度とコストは、靭性です。 CMSX-10Kなどの最新の生成物は、化学的強度を低下させ、その強度を低下させると、その強度を低下させる。

酸化分散強化(ODS)スーパーアロイ

ODSスーパー合金は、酸化物ナノ粒子(典型的にイットリア、Y_]]]2]O₃])を金属マトリックス内で微分散させます。これらの酸化物は高温で粗くなり、降水剤-硬化合金のそれを超える安定したクリープ抵抗を提供します。ほとんどのODS合金は、そのような材料が1400°C以上の合金を添加する(ISO-ISO)、およびISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-ISO-

ハイ・エントロピー・スーパーアロイ(HESA)

従来の単一‐プリンシパル‐エレメントの設計からパラダイムシフト、HESAは、通常、ほぼ-等量比で5つ以上の要素が含まれています。AlCoCrFeNiなどの組成物とその誘導体は、2相マイクロ構造(FCCマトリックス+B2またはL1_2[)の形成物であり、優れた高温強度と酸化抵抗を発揮します。TennesseenesseeとOak Ridgeの大学の研究者は、最大で800Cの強度と試験を試験するために、75°C以上の試験を試験することができます。

異金属強化合金とそれを超えて

ガンマ・プライムなどのインターメタルフェーズは、ガンマ・ダブル・プライム(Ni_]]3]Nb)、デルタ(Ni_3[]]]]Nb)、L1_{]--タイプ降水器(Co_{]- と、アルト・アルト・アルト(Alt:Alt:)、およびL1[FLT:]の強度が、およびL[FLT]の強度が、および、または、または、R(R(R)の強度が、R(R(R)、R(R)、R(R)、R(R(R)、R(R)、R(R)は、R(R(R)、R)、R(R(R)、R(R)、R(R(R(R)、R)、R)、R(R(R(R(R)、R(R)、R(R(R)、R(R}}

極限環境のための高度なコーティングと表面工学

極上インテリアであっても、保護なしでガスへの直接暴露に耐えることはできません。熱燃焼バリアコーティング(TBC)とボンドコートは、すべての現代のタービンブレードに不可欠です。

熱バリアコーティング(TBC)

状態-of-the-art TBCs は、電子ビーム物理蒸気沈着(EB-PVD)またはプラズマ噴霧によって適用される yttria-stabilized zirconia (YSZ) から作られています。新世代は、ガドリンジルコネート(Gd[_{2_]Zr₂OO_{O_{4] および低層構造(25°C) より大きい)。}}}

ボンドコートと拡散バリア

ボンドコートは、通常、MCrAlY(M = Ni、Co、Fe)またはプラチナアミド(Platinum-aluminide)が、酸化防止層として機能し、金属基質とセラミックトコート間の接着性を兼ね備えています。最近の研究では、ボンドコートとスーパーアロイ間の干渉を防ぐため、反応性要素の追加(例えば、Hf、Zrat)が付着力を高めるために、Re-ベースの拡散障壁を導入しました。

製造・加工イノベーション

新規組成物は、新しい加工方法を必要とします。方向の凝固と単結晶鋳造は、タービンブレードのためによく確立されていますが、添加剤製造(AM)は、複雑な内部冷却チャネルと材料廃棄物を減らすための近-net-形状部品への開口部です。レーザー‐粉ベッドの融合(LPBF)と電子ビーム溶融(EBM)は、Inconel 718のようなスーパー合金に適応していますが、耐摩耗性組成物に苦しむことは、それは、高温硬化性亀裂および高温硬化性亀裂の硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化性硬化

利点および性能のメートル

新興スーパー合金組成物の利点を定量化するには、ベースライン合金と比較してください。例えば:

Creepの破裂の生命:[ニッケルベースのスーパーアロイを含む新しいrutheniumはCMSX-4より1100 °C/100 MPaで50%のより長いクリープの生命を示します。
]酸化抵抗:[] 10 wt%アルミニウムのコバルト系HESAは、連続Al[₂O[_]]]3[[])を最大1200 °C保護するスケールを数百時間。
密度の減少:]] ODS鉄系合金(例、14YWT)は、約1000°Cを超える張力を維持しながら、ニッケル系対向よりも10リットルの密度を達成します。
疲労抵抗:] グレーン境界線のエンジニアードマイクロ構造を持つファイングラインドシングルクリスタルブレードは、高サイクル疲労寿命の30%改善を示しています。

課題と今後の研究の方向性

驚くべき進歩にもかかわらず、これらの新しいスーパー合金が生産の信頼性に達する前にいくつかのハードルは残っています。耐火金属は、汚染なしで溶融する高価で困難です。低密度HESAの単一結晶鋳造の収量は20%未満であることができます。 ODS合金コンポーネントは、HIPedパウダー冶金学のルートによるサイズに制限されています。さらに、多くの新しい組成物は悪いです。タービンブレードの修理は、このような熱伝導性燃料を増加させる必要がある場合があります。耐衝撃性は、または耐衝撃性を低減する。

次世代の展望

計算された合金の設計、高度な特徴化(原子プローブトーマグラフィー、シンクロトロンX線回折)、および新規製造の結婚は、前例のない能力を持つスーパーアロイの展開を加速します。ハイパーソニック車は、1500 °Cでマッシュ5 +飛行に耐えることができるエアフレームとエンジン材料を必要とします。ハイブリッド複合材料(スーパー合金)と、金属から次のチップを転送する機能的にグレードされた材料が、次のステップに進むことができます[F]。 [F] または [F] は、NASFORT] の先端技術が、または [FORT] の先端技術] を[F] または [F] は、または [F] は、または [FORT] の先端技術] の先端技術は、または [F] の先端技術は、または [F] の先端技術は、または [F] の材料を[F] の先端技術は、または [F] の[FORT] の[F] を[F] を[F] の[F] の[F] を[F] の[