Investigadores desarrollan una nueva superaleación impresa en 3D que genera más electricidad con menos carbono

Los investigadores de Sandia National Laboratories colaboraron con el Laboratorio Nacional Ames, un laboratorio nacional del Departamento de Energía de los Estados Unidos, y Bruker Corp., un fabricante estadounidense de instrumentos científicos para la investigación molecular y de materiales, para desarrollar una superaleación impresa en 3D utilizando Laser Engineered Net Shaping (LENS). máquinas. Esta nueva superaleación impresa en 3D puede generar más electricidad y emitir menos carbono.

La aleación tenía una estructura compleja que permitía una alta dureza insensible a la temperatura de hasta 800 °C.

“Estamos demostrando que este material puede acceder a combinaciones de alta resistencia, bajo peso y resistencia a altas temperaturas que antes no se podían obtener. Creemos que parte de la razón por la que logramos esto es por el enfoque de fabricación aditiva”.

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Los investigadores crearon la superaleación impresa en 3D con una composición inusual que la hace más resistente y liviana que los materiales de última generación utilizados en la maquinaria de turbinas de gas. Los hallazgos podrían tener implicaciones de gran alcance en las industrias energética, aeroespacial y automotriz, y sugieren una nueva clase de aleaciones similares aún por descubrir.

Los hallazgos apuntan a una clase de aleaciones previamente desconocida con amplias aplicaciones en las industrias energética, aeroespacial y automovilística.

La composición de la nueva superaleación es 42% aluminio, 25% titanio, 13% niobio, 8% circonio, 8% molibdeno y 4% tantalio. Los experimentos realizados por el equipo demostraron que era más fuerte a 800 grados Celsius (1472 grados Fahrenheit) que otras superaleaciones, y que seguía siendo más fuerte incluso después de enfriarse a temperatura ambiente.

Los hallazgos podrían beneficiar a otras industrias además de la energía. Los investigadores aeroespaciales buscan materiales ligeros que puedan soportar altas temperaturas. Además, el científico de Ames Lab, Nic Argibay, afirmó que Ames y Sandia están colaborando con la industria para investigar cómo aleaciones como esta podrían usarse en la industria automotriz.

"La teoría de la estructura electrónica dirigida por Ames Lab pudo proporcionar una comprensión de los orígenes atómicos de estas propiedades útiles, y ahora estamos en el proceso de optimizar esta nueva clase de aleaciones para abordar los desafíos de fabricación y escalabilidad".

Los descubrimientos pueden ser útiles no solo para el sector energético, ya que los expertos aeroespaciales también desean materiales livianos que conserven su resistencia en condiciones de calor extremo. Ames y Sandia también están trabajando con empresas para investigar cómo se podrían utilizar estas aleaciones en la industria automotriz.

Este nuevo estudio demuestra cómo se puede utilizar la impresión 3D para crear nuevos materiales de forma rápida y eficaz. Los miembros del equipo de Sandia utilizaron una impresora 3D para fusionar rápidamente polvos metálicos y crear una muestra.

Dado que ningún metal representa más de la mitad del material, la invención de Sandia representa un cambio fundamental en la forma en que se crean las aleaciones. El acero, por otro lado, está compuesto principalmente de hierro (casi el 98% del cual es hierro) mezclado con carbono y otros materiales.

El equipo ahora está investigando si los enfoques de modelado por computadora de vanguardia podrían ayudar en el descubrimiento de más miembros de lo que podría ser una nueva clase de superaleaciones adecuadas para la fabricación aditiva.

En el futuro, los investigadores quieren ver si las técnicas avanzadas de modelado por computadora pueden ayudarlos a encontrar más miembros de lo que podría ser una nueva clase de superaleaciones de fabricación aditiva de alto rendimiento.

Andrew Kustas destacó que habrá desafíos por delante. Por un lado, puede resultar difícil producir grandes cantidades de la nueva superaleación impresa en 3D sin grietas microscópicas, lo cual es un desafío común en la fabricación aditiva. También afirmó que los materiales utilizados para fabricar la aleación son costosos. Como resultado, la aleación puede no ser apropiada en bienes de consumo donde el costo es una preocupación principal.

El Departamento de Energía y el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorios de Sandia proporcionaron fondos para el estudio.

Los hallazgos del equipo de investigación fueron publicados en la revista Applied Materials Today.

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