Superlegierung für Dampfturbinen entwickelt
Perfekt komponierter Werkstoffmix steigert den Wirkungsgrad und lässt CO2-Emissionen sinken
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Entwicklung im Labor: Kontrolle des 3D-Drucks der Superlegierung (Foto: Craig Fritz, sandia.gov) |
Albuquerque/Ames/Billerica (pte018/10.02.2023/11:39)
Schaufeln in Dampfturbinen von Kraftwerken halten künftig deutlich höhere Temperaturen aus. Der Wirkungsgrad steigt und die CO2-Emissionen sinken, wie Forscher der Sandia National Laboratories des Ames National Laboratory und der Iowa State University sowie der Bruker Corporation zeigen. Zum Einsatz kommt ein abenteuerlich klingender Mix aus Metallen, der sich gleichmäßig in der Legierung verteilt.
800 Grad Celsius kein Problem
Die neue Superlegierung enthält 42 Prozent Aluminium, 25 Prozent Titan, 13 Prozent Niob, acht Prozent Zirkonium, acht Prozent Molybdän und vier Prozent Tantal. Bei einer Temperatur von 800 Grad Celsius ist sie fester und dennoch leichter als viele andere Hochleistungslegierungen, einschließlich derer, die derzeit in Turbinen verwendet werden. "Werden Turbinen bei höheren Temperaturen betrieben, kann mehr Energie in Elektrizität umgewandelt werden, während sich die Menge an Abwärme, die an die Umwelt abgegeben wird, reduziert", sagt Sandia-Nuklearingenieur Sal Rodriguez.
Um sie zu einem homogenen Material miteinander zu verschmelzen, haben die Forscher das Verfahren der additiven Fertigung genutzt, besser bekannt als 3D-Druck. Dabei werden die feinpulvrigen Ausgangsmaterialien im gewünschten Verhältnis intensiv vermischt, sodass ein homogenes Pulver entsteht. Dieses haben die Wissenschaftler dann auf eine Unterlage gestreut und es mit einem Hochleistungslaser beschossen, der es blitzartig aufschmolz. Dabei verbanden sich die Bestandteile miteinander. Schicht für Schicht entstand so das Bauteil.
Autoindustrie kann profitieren
Stromerzeugung ist nicht der einzige Bereich, der von der neuen Legierung profitieren kann. Luft- und Raumfahrtforscher suchen nach leichten Materialien, die bei hoher Hitze fest bleiben. Ames Lab und Sandia wollen zudem gemeinsam mit der Industrie untersuchen, wie sich diese Legierung in der Autoindustrie einsetzen lässt, um Treibstoff zu sparen. "Wenn es uns gelingt, mit unserer Technik Bauteile in den benötigten Größen herzustellen, ist es ein Game Changer", glaubt Sandia-Wissenschaftler Andrew Kustas.
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