U.S. National Science Foundation
Spinelski oksidi na osnovi niklja kažejo izjemno sposobnost samodejnega mazanja pri ekstremnih temperaturah, kar odpira možnosti za uporabo v letalstvu in energetiki
Iskanje maziv, ki delujejo pri izjemno visokih temperaturah, je izziv tako za raziskovalce kot za industrijo. Nedavno je ekipa univerze Virginia Tech po naključju odkrila obetavnega kandidata: spinelske okside prehodnih kovin, ki so nastali na superzlitinah na osnovi niklja in kroma. Za razliko od običajnih maziv, ki pri visoki vročini razpadejo, spinel oksid ohranja mazanje do 700 stopinj Celzija (1.292 stopinj po Fahrenheitu) – to je skoraj tako vroče kot v kovačiji. Omogočanje kovinskim materialom, da vzdržijo višje temperature, bi lahko sprožilo nov val proizvodnje kovin za panoge, kot sta letalska in vesoljska industrija ter jedrska energija, ki zahtevata inovacije na področju opreme, ki lahko vzdrži izjemno visoko temperaturo. Raziskovalci, ki so iskali rešitve za to nujno potrebo, so bili financirani z več nepovratnimi sredstvi Nacionalne znanstvene fundacije ZDA in so svoje rezultate objavili v reviji Nature Communications [1].
Spinel in strukturirani oksid spinel spadata v skupino poldragih draguljev, ki jih včasih najdemo poleg rubinov v redkih kamninah. Raziskovalci so ugotovili, da ima ta mineral tudi redko lastnost: sposobnost samodejnega mazanja pri toplotnih obremenitvah in trenju. Vendar pa je tu še ena past. Zdi se, da to počne le v določenih okoliščinah in zaenkrat le v kombinaciji z določeno superzlitino.
Zahteva po kovinskih delih, ki so odporni na hudo obrabo pri izjemno visokih temperaturah, se v številnih panogah povečuje. Trdna maziva, kot so tanke plasti molibdenovega disulfida in grafita na kovinskih površinah, lahko v nekaterih primerih to obrabo preprečijo. Vendar pa nobeno od njiju na testih ne vzdrži temperatur, višjih od 600 stopinj Celzija (1.112 stopinj Fahrenheita) – in to ne brez nastanka korozije. Za primerjavo, raziskovalci so prikazali postopek, s katerim se aditivno izdelan vzorec superzlitine na osnovi niklja in kroma, imenovane Inconel 718, pri temperaturah nad 600 stopinj Celzija namaže s spineli. Z novim pristopom je ekipa toplotno obdelala njegovo površino, preden ga je izpostavila tem temperaturam. Superzlitina je tvorila mazalne okside na osnovi spinela in se ni zgostila ali izgubila tolerance zaradi trenja. Raziskovalci ugotavljajo, da bi vzrok za to lahko bila edinstvena struktura spinela, ki mu pomaga, da kot mazivo konkurira podobnim oksidom.
Jonathan Madison, programski direktor oddelka za raziskave materialov pri NSF, pravi: „To delo poudarja čudovito kompleksnost znanosti o materialih. Struktura, lastnosti in delovanje materialov niso statični, temveč zelo dinamični in močno odvisni od konteksta. Nanje vplivajo okolje, zgodovina in v tem primeru tudi to, ob kaj so postavljeni in ob kaj se drgnejo.“
„Ravno takšna odkritja lahko povzročijo revolucijo v industriji, tehnološki napredek in na koncu spremenijo svet.“
Vir:
1: https://www.nature.com/articles/s41467-024-54482-w
Povzeto po:
https://www.nsf.gov/news/superalloys-resist-wear-nearly-forge-level-heat-using-new
