Chloé Moreau Alors que le monde cherche des moyens de réduire les émissions de gaz à effet de serre, des chercheurs de Sandia Countrywide Laboratories ont montré qu’un nouveau superalliage imprimé en 3D pourrait aider les centrales électriques à produire additionally d’électricité tout en produisant moins de carbone.
Les scientifiques de Sandia, en collaboration avec des chercheurs du Ames Countrywide Laboratory, de l’Iowa Condition College et de Bruker Corp. ont utilisé une imprimante 3D pour créer un alliage métallique haute general performance, ou superalliage, avec une composition inhabituelle qui le rend furthermore solide et in addition léger que l’état de- matériaux de pointe actuellement utilisés dans les devices à turbine à gaz. Les résultats pourraient avoir de larges répercussions sur le secteur de l’énergie ainsi que sur les industries aérospatiale et vehicle, et suggèrent une nouvelle classe d’alliages similaires qui attendent d’être découverts.
“Nous montrons que ce matériau peut accéder à des combinaisons auparavant impossibles à obtenir de haute résistance, de faible poids et de résilience à haute température”, a déclaré le scientifique de Sandia, Andrew Kustas.”
L’équipe a publié ses conclusions dans la revue Used Products Now.
Matériau résistant à la chaleur élevée, essentiel pour les turbines des centrales électriques
Environ 80% de l’électricité aux États-Unis provient de combustibles fossiles ou de centrales nucléaires, selon l’US Vitality Data Administration. Les deux styles d’installations dépendent de la chaleur pour faire tourner les turbines qui produisent de l’électricité. L’efficacité de la centrale électrique est limitée par la façon dont les pièces de turbine en métal peuvent devenir chaudes. Si les turbines peuvent fonctionner à des températures furthermore élevées, “alors as well as d’énergie peut être convertie en électricité tout en réduisant la quantité de chaleur perdue rejetée dans l’environnement”, a déclaré Sal Rodriguez, un ingénieur nucléaire de Sandia qui n’a pas participé à la recherche.
Les expériences de Sandia ont montré que le nouveau superalliage – 42 % d’aluminium, 25 % de titane, 13 % de niobium, 8 % de zirconium, 8 % de molybdène et 4 % de tantale – était moreover résistant à 800 degrés Celsius (1 472 degrés Fahrenheit) que de nombreux autres alliages à haute alliages de functionality, y compris ceux actuellement utilisés dans les pièces de turbine, et encore as well as résistants lorsqu’ils ont été ramenés à température ambiante.
“C’est donc un gagnant-gagnant pour une énergie in addition économique et pour l’environnement”, a déclaré Rodriguez.
L’énergie n’est pas la seule industrie qui pourrait bénéficier des résultats. Les chercheurs en aérospatiale recherchent des matériaux légers qui restent solides à haute température. De plus, le scientifique d’Ames Lab, Nic Argibay, a déclaré qu’Ames et Sandia s’associent à l’industrie pour explorer comment des alliages comme celui-ci pourraient être utilisés dans l’industrie automobile.
“La théorie de la composition électronique dirigée par Ames Lab a été en mesure de fournir une compréhension des origines atomiques de ces propriétés utiles, et nous sommes maintenant en coach d’optimiser cette nouvelle classe d’alliages pour relever les défis de fabrication et d’évolutivité”, a déclaré Argibay.
Le programme de recherche et développement dirigé par le laboratoire du ministère de l’Énergie et de Sandia a financé la recherche.
La découverte satisfied en évidence les changements dans la science des matériaux
La fabrication additive. est connue comme une méthode de fabrication polyvalente et économe en énergie. Une procedure d’impression courante utilise un laser haute puissance pour faire fondre un matériau, généralement un plastique ou un métal. L’imprimante dépose ensuite ce matériau en couches.
puis en imprimer immédiatement un échantillon.
La création de Sandia représente également un changement fondamental dans le développement des alliages auto aucun métal ne représente additionally de la moitié du matériau. En comparaison, l’acier est composé à environ 98% de fer combiné avec du carbone, entre autres éléments.
“Le fer et une pincée de carbone ont changé le monde”, a déclaré Kustas. “Nous avons beaucoup d’exemples où nous avons combiné deux ou trois éléments pour créer un alliage strategy utile. Maintenant, nous commençons à passer à quatre ou cinq ou au-delà dans un seul matériau. Et c’est là que ça start vraiment à devenir intéressant et stimulant du point de vue de la science des matériaux et de la métallurgie.”
L’évolutivité, le coût sont des défis à relever
À l’avenir, l’équipe souhaite déterminer si des tactics de modélisation informatique avancées pourraient aider les chercheurs à découvrir davantage de membres de ce qui pourrait être une nouvelle classe de superalliages avancés de fabrication additive hautes performances.
“Ce sont des mélanges extrêmement complexes”, a déclaré le scientifique de Sandia Michael Chandross, un specialist en modélisation informatique à l’échelle atomique qui n’a pas été directement impliqué dans l’étude. “Tous ces métaux interagissent au niveau microscopique – même atomique – et ce sont ces interactions qui déterminent vraiment la power d’un métal, sa malléabilité, son stage de fusion, etc. Notre modèle prend beaucoup de temps. de la conjecture hors de la métallurgie, motor vehicle elle peut calculer tout cela et nous permettre de prédire les performances d’un nouveau matériau avant de le fabriquer. »
Kustas a déclaré qu’il y avait des défis à relever. D’une part, il pourrait être difficile de produire le nouveau superalliage en grands volumes sans fissures microscopiques, ce qui est un défi général dans la fabrication additive. Il a également dit que les matériaux qui entrent dans l’alliage sont chers. Ainsi.
“Avec toutes ces mises en garde, si cela est évolutif et que nous pouvons en faire une partie importante, cela improve la donne”, a déclaré Kustas.
Sandia Countrywide Laboratories est un laboratoire multimission exploité par Nationwide Technologies and Engineering Options de Sandia LLC, une filiale en propriété exclusive de Honeywell International Inc. pour la National Nuclear Security Administration du département américain de l’Énergie. Sandia Labs a d’importantes responsabilités de recherche et développement dans les domaines de la dissuasion nucléaire, de la sécurité mondiale, de la défense, des technologies énergétiques et de la compétitivité économique, avec des installations principales à Albuquerque, au Nouveau-Mexique, et à Livermore, en Californie.
