Malzeme bilimindeki son gelişmeler, uzay ve deniz endüstrileri boyunca kullanılan iter bileşenlerin dayanıklılığı ve performansı devrime sahiptir. Bu atılımlar aşırı ortamlara dayanabilecek korozyona dayanıklı malzemelere odaklanır - okyanus tahrik sistemlerinin sert spreyi ile uzayın operasyonel ömrünü uzatarak, bu yenilikler bakım kesintiye uğratılır ve daha hırslı görevleri derin alana ve derin denizlere ve derin denizlere taşır.

Thruster Bileşenlerinde Korozyon Anlamak

Korozyon, metallerin ve diğer materyallerin çevreleriyle tepki verdiği bir elektrokimyasal bozulma sürecidir, maddi kayıplara yol açıyor, yapısal zayıflama ve olaysal başarısızlık.Depres sistemleri, problem agresif faktörlerle aşırı tartışıyor:

  • [FONT:0]Saltwater maruz kalma[[DÜT 1: 1) Deniz itkileri, ürperatif ortamlarda çalışır ve paslanmaz çelik ve alüminyum alaşımlarda çatlakları çatlakları önler.
  • [FONT:0) Yüksek sıcaklıklar) – Rocket iters ve gaz türbinleri motorları 1.000 °C (1,832 °F) üzerindeki sıcaklıkları artırır, sulfur, kullanım süresi veya sodyum bileşikleri sulfur olduğunda hızlanır.
  • [FONT:0]Oxidative ve reaktif türler[Dönder: 1) - Oksijen, su buharı ve asitler yüksek sıcaklıklarda metal yüzeylere saldırarak, zamanla flake ölçekler oluşturur.
  • [FONT:0]Mechanical stresler[[Dönemli: 1) Titreşim, termal bisiklet ve yüksek basınçlı yükler, korozyon yorgunluk için başlangıç siteleri haline gelen mikro-kırıklar yaratır.

ABD Savunma Bakanlığı, uçak ve deniz filosunda yıllık milyarlarca dolar için korozyonla ilgili bakım hesaplarının büyük olduğunu tahmin ediyor. Ticari operatörler için planlanmamış iter başarısızlıklar, gemileri veya gecikmeleri anlamına gelebilir, bu bozulma mekanizmaların onlara karşı direnç gösteren malzemeler tasarlamak için ilk adımdır.

Son Materyal Bilimi Yenilikçileri

Son on yılda, malzeme araştırmacılar, alaşımları, kompozitleri, kaplamaları ve mekanik özellikleri korumak veya geliştirmek için dramatik olarak korozyon direncini geliştiren veya geliştirmekte önemli adımlar attılar. Aşağıda inovasyonun temel kategorilerini araştırıyoruz.

Gelişmiş Kompozit Malzemeler Malzemeleri

Geleneksel metalik iterler ağırdır ve ıslak ortamlardaki disimilar metallerle eşleştirildiğinde galvanic korozyona eğilimlidir. Gelişmiş kompozitler - seramik veya polimer takviyeleri olan bir metal matrisi - daha hafif, daha korozyona dayanıklı bileşenlere bir yol açar.

[FONT:0) Metal Matrix Composites (MMC) ), silikon ile takviye edilen alüminyum bileşik (Al-SiC), deniz iterlerinde yüksek sıcaklıklara ve tuzuna karşı dirençli olan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, Al-SiC kompozitlerine karşı dirençliler, boron veya titanyum diborideleri dahil eden titanyum matrisler, her iki yüksek sıcaklıklara ve tuz-laden nemler ile birlikte yüksek sıcaklıklara karşı karşıya kalır.

[FONT=0)Ceramik Matrix Composites (CMC)[DÜDÜT 1:0) Karbon fiber-reinforced silikon lik (C/SiC) gibi, yanma odasında ve ya da miktarsız basınç direnci köklerinden daha fazla tasarruf sağlar.

[FONT=0)Polymer Matrix Composites (PMCs)) genellikle düşük sıcaklık uygulamaları ile sınırlı, ancak gelişmiş termoset ve termoplastik reçineler anti-kimalorlarla kullanılabilir ve yapısal yüklerin orta olduğu zeminler ve valf vücutları için kullanılabilir.

Gelişmiş Oxidation Direnişi ile Süperalloys

Süperalloys – açıkçası olarak nikel tabanlı, kobalt bazlı veya demir-nickel tabanlı – uzun zamandır yüksek sıcaklık iter bileşenlerinin iş yollarıydı. süperalloys'un son nesli özellikle üstün oxidasyon direnci için mühendisidir, daha yüksek sıcaklıklarda çalışmalarına ve daha uzun süreler için spallasyon veya intergranular saldırısı olmadan.

[FONT:0)Nickel tabanlı süperalloys[Dönetici:0) Inconel 740H, Haynes 282 ve René 65, hem yüksek sıcaklık oxidasyona karşı hem de sıcak korozyona karşı optimize edilmiştir.

[FONT=0]Cobalt- bazlı süperalloys[DDDDDDD) ve Stellite 6B daha az yaygındır, ancak sulfidasyon korozyon ve termal yorgunluk için daha fazla dirençlidir.

Reaktif elementler (ytrium, hafnium, lanthanum) gibi alıntılar, kontrafak olmayan büyümenin önlenmesi yoluyla ölçeklendirmeleri artırmaktadır.Bu mikro-tüm yaklaşım - RE (reaktif element) etkisi olarak bilinir - sonraki nesil roket nozulları ve deniz iter vanes.urs.

Yenilikçi Koruyucu Kaplamalar

En iyi süperalloylar bile sınırları vardır. Koruyucu kaplamalar, daha önce hiç olmadığı kadar dayanıklı, tamir edilebilir ve termal olarak istikrarlı olan temel metalleri koruyucu veya bariyer tabakaları olarak hareket ederler.

Seramik Termal Bariyer Kaplamalar (TBCs)

Roket ve gaz türbini iterlerinde, yanma odası liner ve nozlu duvarlar, yttria-stabilized zirconia (YSZ) hızlı ısınıcısı sırasında plazma sprey veya elektron-beam fiziksel buharı kesintisi ile uygulanır.

Polimer bazlı Anti-Corrosion Kaplamaları

Deniz itkileri daha düşük sıcaklıklarda (daha düşük 200 °C) çalışır, gelişmiş polimer kaplamaları, çatlakları kıran polimer formülasyonları ile yüklenen polimer inhibitörleri (örneğin, çinko fosfat, göksel molybdate) alüminyum ve çelik iter konutlara uygulanır. Self-healing kaplamaları, çatlakları ve çatlakları kıran kimyasallara dahil ederek, özellikle vaat edilen kostamine formülasyonları sunar.

Diffüzyon Kaplamaları

Kimyasal buhar (CVD) ve paket çimentolama yöntemleri, yüksek basınçlı türkücüler (NiAl, FeAl) ve kromitler gibi - bu, substratların bir parçası haline geldi. Diffüzyon kaplamaları metalurjik olarak bağlanmıştır, bu yüzden kaplama-küresel arayüzde ortaya çıkan formlar altında yayılmaz.

Nanoyapılı Malzemeler

Nanoteknoloji, nanometer ölçeğinde malzeme yapısını kontrol ederek, araştırmacılar elektrokimyasal davranışı, tahıl sınırı difüzyonunu ve pasif film formasyonunu değiştirebilirler.

[FONT:0]Nano Optik alaşımlar [Dönetici: 1) Birçok ortamda geleneksel koarse-grained meslektaşlarından önemli ölçüde daha yüksek korozyon direnci sergilemektedir. Yüksek miktarda sıvı katmanın hızlı bir şekilde oluşumu ve kromatografi veya zengin alüminyum için sayısız site sağlayabilir. Örneğin, nanokristal 316L paslanmaz çelik, standart 316L ile kıyaslanma susceptability ile 3-5 × azaltımı standart 316L. Deniz iter uygulamalarından yararlanabilir.

[FONT:0]Nanocomposite kaplamaları [DÜT:1], TiO2 gibi seramik nanopartikülleri, Al2O3 veya ZrO2'yi metal veya polimer matrisine çeviren nanopartiküller, yüksek seviyeli deniz su akışlarına kadar uzanır.

[FONT=0)Graphene ve 2D materyaller[DDD) ultratin korozyon bariyerleri ile ilgili olarak araştırılıyor.Bir tek grafik katmanı, atom ve moleküllerin çoğu için uygulanabilir. Erken çalışmalar, bakırın bir polimer matrixte daha yavaş bir şekilde dağıldığını gösterdi, iter kökler için çizen grafiklere entegre etmek ve sağlam bir şekilde baskı yapmak için umut verici sonuçlar verdi.[TFLT)

Endüstri ve Future Prospects'e Etkisi

Bu korozyona dayanıklı malzemelerin benimsenmesi zaten tahrik edilenlerin nasıl tasarlandığı, inşa edildiği ve hem de hem havacılık hem de deniz sektörlerinde muhafaza edildiğine dair yeniden şekillendirmek.

Havacılık Uygulamaları

roket motorlarında, CMC yanma odasına ve nozullara olan değişim, aktif soğutma olmadan yüksek yanmalı sıcaklıklara izin verdi. SpaceX'in Raptor motoruna, örneğin, turbopumps'taki Inconel parçaları ile bakır alaşım odaları kullanın ve yeniden aydınlatmadan devam eden araştırmalarda bulunabilir.

Uydu itkileri de faydalanıcılar. Elektrikli tahrik sistemleri (katkancılar, Hall etkisi itkiler) daha düşük sıcaklıklarda çalışır, ancak yüksek enerji iyonları tarafından yayılmak için uzun vadeli direniş gerektirir. Boron nitride ve karbon bazlı kompozitler birkaç tasarımda metal ızgaralar değiştirir, derin uzay araştırmaları ve uydu takımyıldızları için kritik bir faktör sunar.

Deniz Uygulamaları

Deniz gemileri ve deniz platformları, yıllarca tuzlu sularda güvenilir bir şekilde çalışabilecek güce güveniyor. Yüksek kromyumlu ve azot içeriği ile yüksek kromatları azaltan paslanmaz çeliklerin tanıtılması, fiber takviyeli polimer (CFRP) ile dayanıklı kaplamalarla inşa edilmiş ve daha sonra poliurethane kaplamaları test edilir, şimdi yüksek hızlı devriyelerde test edilir ve 40 galon ve korozyon yorulma problemlerinin azaltılması için umut verici ağırlık azaltılır.

Ticari nakliye, emisyonları azaltmak ve kuru-dokuz aralıkları genişletmek için baskı altında, aşırı gazlı bileşenler için aşırı gaz (LNG) veya mol. Seramik kaplamalar büyük deniz iki-stroke motorlarında 50 artış göstermiştir.

Future Research

Malzeme bilim adamları mevcut ilerlemelerde durmuyorlar. Birkaç umut verici araştırma cephesi korozyon direncini daha da ileri götürebilir:

  • [FONT:0) Yüksek-kantrik alaşımlar (HEPA)[FONTT:1) - Bu çok-principal-element alaşımlar (e.g., CoCrFeNiMn) mükemmel bir güç ve korozyon direnci ile tek fazlı sağlam bir çözüm oluşturabilir.
  • [FONT:0]Kendi kendine özgü malzemeler[Dönetici:0)[Dönetici) - Mikrovasküler ağlar veya form-memory alaşımları aracılığıyla, el eleme ihtiyacı ortadan kaldırılabilir. Örneğin, ısıtılmış bir süperalloy, sonsuza kadar ısınabilir.
  • [FONT:0) korozyona dayanıklı alaşımların ek imalatı[DD) - 3D baskı, karmaşık iter geometrilerin özel mikroyapılarla üretilmesini sağlar. Süreç parametreleri, geçiş yapan iyileştirilmiş yapıların elde edilmesi için optimize edilebilir.]
  • [FONT:0]Makine alaşım tasarımında öğrenilmesi[Döneticiler)[Dönetici test sonuçları veri tabanı, birkaç saniye içinde binlerce varsayımı tahmin edebilir.Bu yaklaşım zaten deneme ve hatayla keşfetmek için yıllar süren iter uygulamalar için birkaç yeni kaplama tespit etti.
  • [FONT:0)Biomimetic yüzeyler[[Dönetici:0)[Döneticiler[Döneticiler) – canlı organizmalardan ilham almak (örneğin, çok sayıda köpek, köpekbalığı derisi) sadece su ve kirleticileri yeniden şekillendiren süperhidrofbik kaplamaların gelişimini yönlendirmektir.

Bu teknolojilerin yakınlığı, iter bileşenlerinin on yıllardır bozulmadan çalışabileceği bir gelecek vaat ediyor, hatta en agresif ortamlarda bile. Deep-sea, hidrotermal vents, uydular, düşük Dünya yörüngesinde atomik oksijen saldırısının kalıcı yıllar boyunca uçuşuyor ve tüm görevlerin fayda sağlayacağını yeniden başlatıyor.

Malzeme bilimi araştırmalarında devam eden yatırım, endüstri işbirliği ile çiftleşmiş, laboratuvardan üretime kadar atılımlar geçmek için gerekli olacaktır.Bu yeni malzemeler olgun olarak, sadece yaşam döngüsü maliyetlerini azaltmayacaklar, ancak daha önce korozyon kısıtlamaları nedeniyle yeni tahrik mimarileri de sağlayacaktır. Sonuç virtual döngüsüdür: daha iyi malzemeler araştırma ve ticarette yeni sınırları açmakta daha iyi iterlere yol açıyor.