3Dプリンターで作られた「超合金」は発電所からの排出量を削減できる可能性がある

画像クレジット: Craig Fritz、サンディア国立研究所

E&T編集部より

2023 年 2 月 20 日月曜日発行

3D プリントされた新しい「超合金」は、発電所が二酸化炭素の排出量を減らしながら、より多くの電力を生成するのに役立つ可能性があります。

米国のサンディア国立研究所、エイムズ国立研究所、アイオワ州立大学、ブルカー社の科学者グループは、3D プリンターを使用して、強度を高める珍しい組成を持つ高性能金属合金、つまり超合金を作成しました。現在ガスタービン機械に使用されている最先端の材料よりも軽量です。

この発見は、航空宇宙産業や自動車産業だけでなく、エネルギー分野全体に広範な影響を与える可能性があり、まだ発見されていない新しい種類の同様の合金を示す可能性があります。

サンディアの科学者アンドリュー・クスタス氏は、「この材料が、これまでは得られなかった高強度、軽量、高温弾性の組み合わせにアクセスできることを示している」と述べた。 「これを達成できた理由の一部は積層造形アプローチによるものだと考えています。」

化石燃料発電所も原子力発電所も、電力を生成するタービンを回すために熱に依存しています。 しかし、発電所の効率は、タービン部品がどれだけ高温になるかによって制限されます。

画像クレジット: Craig Fritz、サンディア国立研究所

タービンがより高い温度で動作できれば、環境に放出される廃熱の量を削減しながら、より多くのエネルギーを電気に変換できます。

この新しい超合金は、アルミニウム 42 パーセント、チタン 25 パーセント、ニオブ 13 パーセント、ジルコニウム 8 パーセント、モリブデン 8 パーセント、タンタル 4 パーセントで構成されており、他の多くの高性能合金よりも 800°C での強度が高かった。現在タービン部品に使用されている合金を含め、室温に戻すとさらに強度が増します。

研究には参加していないサンディアの原子力技術者サル・ロドリゲス氏は、「したがって、これはより経済的なエネルギーと環境にとって双方に利益をもたらすことになる」と述べた。

高温でも強度を保つ軽量材料を探している航空宇宙研究者も、超合金の恩恵を受ける可能性がある。

3D プリンティングは、多用途でエネルギー効率の高い製造方法としてすでに広く使用されています。 高出力レーザーを使用して材料 (通常はプラスチックまたは金属) をフラッシュ溶融し、溶融した材料が急速に冷却して固化するときに層状に堆積させて物体を構築します。

研究者らは、3D プリンターを使用して粉末金属を溶かし、すぐにそのサンプルを作成することで、新しい合金を作成するための迅速かつ効率的な方法としてこの技術を再利用しました。

「2 つまたは 3 つの元素を組み合わせて有用なエンジニアリング合金を作成した例はたくさんあります」と Kusta 氏は言います。 「現在、私たちは 1 つのマテリアル内で 4 つ、5 つ、あるいはそれ以上のことを始めています。 そしてそれが、材料科学と冶金学の観点から本当に興味深く、挑戦的なものになり始めるときです。」

今後、研究チームは、高度なコンピュータモデリング技術が、積層造形によって製造される新しい種類の高性能超合金の可能性があるものをさらに多く発見するのに役立つかどうかを探ることに興味を持っています。

「これらは非常に複雑な混合物です」と、この研究には直接関与していないサンディアの科学者マイケル・チャンドロス氏は述べた。 「これらの金属はすべて、顕微鏡レベル、さらには原子レベルで相互作用しており、金属の強さ、展性、融点などを決定するのはこれらの相互作用です。

「私たちのモデルは冶金学から多くの当て推量を排除しています。なぜなら、このモデルはすべてを計算でき、新しい材料を製造する前にその性能を予測できるからです。」

E&T News の電子メールにサインアップすると、このような素晴らしい記事が毎日受信箱に届きます。

イングランド、バークシャー / バークシャー、イングランド、読書

年間 £44,990 ～ £67,400