Το νέο σύστημα καλύπτει ένα κρίσιμο κενό στην ικανότητα των ΗΠΑ να προμηθεύουν υλικά σε μορφή σκόνης για κράματα υψηλού σημείου τήξης.
Ερευνητές στις Ηνωμένες Πολιτείες αναπτύσσουν ένα νέο σύστημα ψεκασμού μεταλλικών σκονών από πυρίμαχα μέταλλα, το οποίο θα βοηθήσει τους ερευνητές να αναπτύξουν υλικά για εφαρμογές σε ακραία περιβάλλοντα, όπως αεριοστρόβιλοι και συστήματα ενέργειας σύντηξης.
«Το Ames Lab έχει μακρά ιστορία στην παραγωγή εξειδικευμένων σκονών που άλλα μέρη απλώς δεν μπορούν να παράγουν», δήλωσε ο επιστήμονας του Ames Lab, Jordan Tiarks.
«Αυτό το σύστημα βασίζεται σε αυτή τη βάση, αλλά μας μεταφέρει σε ένα νέο καθεστώς θερμοκρασιών και υλικών που μέχρι τώρα ήταν σε μεγάλο βαθμό απρόσιτο».
Οι μεταλλικές σκόνες επιτρέπουν την ακριβή κατασκευή σύνθετων εξαρτημάτων
Η ερευνητική ομάδα αποκάλυψε επίσης ότι οι μεταλλικές σκόνες είναι ζωτικής σημασίας για την αμερικανική βιομηχανία, καθώς επιτρέπουν την ακριβή κατασκευή σύνθετων εξαρτημάτων και εξειδικευμένων κραμάτων που είναι δύσκολο ή ακόμη και αδύνατο να δημιουργηθούν με τη χρήση παραδοσιακών μεθόδων.
Το νέο σύστημα καλύπτει ένα κρίσιμο κενό στην ικανότητα της χώρας να προμηθεύει υλικά σε μορφή σκόνης για κράματα υψηλού σημείου τήξης.
Mπορεί να επεξεργάζεται υλικά σε θερμοκρασίες έως και 3.400 °C, με ρυθμούς παραγωγής έως ένα κιλό ανά λεπτό. Αυτές οι δυνατότητες επιτρέπουν στους ερευνητές να παράγουν τις ποσότητες σκόνης που απαιτούνται για την ανάπτυξη, τη δοκιμή και την κλιμάκωση νέων υλικών για ακραία περιβάλλοντα, συμβάλλοντας στην επιτάχυνση της υιοθέτησής τους από την αμερικανική βιομηχανία, σύμφωνα με δελτίο Τύπου.
Οι αεριοστρόβιλοι κατασκευάζονται από υπερκράματα με βάση το νικέλιο ή το κοβάλτιο
Αποκαλύφθηκε επίσης ότι σήμερα οι χερσαίοι αεριοστρόβιλοι και οι αεριοστρόβιλοι αεροδιαστημικών εφαρμογών κατασκευάζονται από υπερκράματα με βάση το νικέλιο ή το κοβάλτιο. Απαιτούν περίπλοκα συστήματα ψύξης και ακριβές θερμικά φράγματα για να λειτουργούν στις εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες που είναι απαραίτητες για τη βέλτιστη απόδοση.
Για τη βελτίωση της απόδοσης και τη μείωση των απαιτήσεων ψύξης, οι ερευνητές στρέφονται σε νέα κράματα που μπορούν να αντέξουν ακραίες συνθήκες θερμοκρασίας.
«Οι ομάδες είχαν εξαιρετικές ιδέες στα χαρτιά, αλλά περίμεναν περισσότερο από έναν χρόνο μόνο και μόνο για να αποκτήσουν τις σκόνες που χρειάζονταν για τις δοκιμές», δήλωσε ο Tiarks.
«Η ARPA-E αναγνώρισε ότι αυτό που έλειπε δεν ήταν μόνο νέα κράματα, αλλά και πρόσβαση σε εξοπλισμό ικανό να παράγει επαρκείς ποσότητες υψηλής ποιότητας σκονών αυτών των κραμάτων για έρευνα και ανάπτυξη.
Το Ames Lab ήταν ένα φυσικό μέρος για την ανάπτυξη αυτής της δυνατότητας, επειδή ασχολούμαστε με τη μεταλλουργία σκονών σε υψηλό επίπεδο εδώ και δεκαετίες».
Η ερευνητική ομάδα επισήμανε επίσης ότι το νέο σύστημα στο Ames Lab ξεπερνά αυτόν τον περιορισμό χρησιμοποιώντας μια διαδικασία μεταφερόμενου τόξου πλάσματος.
Αντί να απαιτεί ένα ειδικά κατασκευασμένο ηλεκτρόδιο, το σύστημα χρησιμοποιεί πλάσμα υψηλής ενέργειας για να τήξει το υλικό τροφοδοσίας τοπικά πριν από τον ψεκασμό.
Το υλικό τροφοδοσίας για αυτή τη διαδικασία μπορεί να βρίσκεται σε οποιαδήποτε φυσική μορφή, συμπεριλαμβανομένων ράβδων και τεμαχίων, αρκεί το υλικό να έχει σταθερή σύσταση.
Η τήξη πραγματοποιείται μέσα σε έναν υδρόψυκτο χάλκινο υποδοχέα τήξης, ο οποίος επιτρέπει στο εξωτερικό στρώμα του λιωμένου υλικού να παγώνει πάνω στον χαλκό, σχηματίζοντας ένα λεπτό προστατευτικό στρώμα στερεού υλικού.
Αυτό το στρώμα, που ονομάζεται «skull», λειτουργεί ως επένδυση μεταξύ του εξαιρετικά θερμού λιωμένου υλικού και του ψυχόμενου χαλκού.
Ένα ακόμη σημαντικό στοιχείο της διαδικασίας είναι ότι μόνο ένας μικρός όγκος του υλικού βρίσκεται σε κατάσταση τήξης κάθε φορά.
«Η τοπική τήξη μάς προσφέρει δύο σημαντικά πλεονεκτήματα», εξήγησε ο Tiarks.
«Πρώτον, είναι ασφαλέστερη — αν κάτι πάει στραβά, δεν έχουμε να διαχειριστούμε μια τεράστια δεξαμενή μετάλλου στους 3.400 βαθμούς. Δεύτερον, το υλικό παραμένει λιγότερο χρόνο σε υψηλή θερμοκρασία, γεγονός που μας βοηθά να διατηρούμε την καθαρότητα και να ελέγχουμε την αντιδραστικότητα».
Ο ψεκαστήρας πυρίμαχων υλικών συμπληρώνει μια σειρά ψεκαστήρων στο Ames Lab
Σχεδιασμένος για υλικά που απαιτούν πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες επεξεργασίας, διευρύνει την ικανότητα του εργαστηρίου να παράγει σκόνες από πυρίμαχα μέταλλα και κράματα.
Για συμβατικά κράματα που μπορούν να υποστούν επεξεργασία σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, οι υφιστάμενοι ψεκαστήρες επαγωγής και στενής σύζευξης του Ames Lab παραμένουν η πιο αποδοτική επιλογή.
Αυτά τα συστήματα μπορούν να επιτύχουν απόδοση 50%-60% στο βέλτιστο εύρος μεγέθους σωματιδίων, ενώ ο ψεκαστήρας πυρίμαχων υλικών επιτυγχάνει συνήθως απόδοση 10%-20% για κράματα υψηλής θερμοκρασίας, σύμφωνα με το δελτίο Τύπου.
www.worldenergynews.gr
