29 November 2021, 17:15

Новые материалы для эффективных термобарьерных покрытий газотурбинных установок

Новые материалы для эффективных термобарьерных покрытий газотурбинных установок
Группа исполнителей проекта РНФ. Слева направо: д.х.н. К.С. Гавричев, И.А. Баженова, А.В. Гуськов, д.х.н. А.В. Хван, к.х.н. П.Г. Гагарин, д.х.н. В.Н. Гуськов

Современные газотурбинные установки являются сложными и дорогостоящими устройствами, поэтому во всем мире идет работа по их совершенствованию, повышению надежности и увеличению ресурса, а также по снижению экологической нагрузки за счет уменьшения расхода топлива на единицу выработанной энергии. Эффективность таких установок зависит от температуры рабочих газов - чем выше температура, тем меньше нужно топлива для создания той же мощности. Немаловажное значение имеет и защита конструкционных элементов от разрушающего воздействия загрязнений, содержащихся в воздухе. В связи с этим возникает потребность в инновационных подходах к совершенствованию и разработке нового поколения химической и температурной защиты деталей, испытывающих максимальную нагрузку, например, турбинных лопаток.

Ученые из ИОНХ РАН, ИХФ РАН, НИТУ МИСИС и Химического факультета МГУ, выполняющие совместные исследования в рамках проекта Российского научного фонда, получили уникальный массив данных по термодинамическим свойствам, термическому расширению, теплопроводности и электрофизическим характеристикам высокотемпературных оксидных материалов на базе танталатов и гафнатов редкоземельных элементов, температуры плавления которых превышают 2000 градусов Цельсия. Изучение взаимодействия синтезированных соединений с оксидами магния, кальция, алюминия, кремния позволило оценить химическую устойчивость покрытий деталей энергоустановок к воздействию взвешенных в воздухе частиц.

Работу прокомментировал руководитель проекта, заведующий лабораторией термического анализа и калориметрии ИОНХ РАН, доктор химических наук Константин Сергеевич Гавричев: «Наш коллектив работает над созданием новых материалов с улучшенными свойствами для современной техники. Одним из направлений работы является определение круга материалов, соответствующих жестким технологическим и эксплуатационным требованиям для авиационной техники и энергетики. Мы работаем с высокотемпературными оксидными материалами, которые способны длительное время работать в окислительной атмосфере при высокой температуре, в которых не происходят превращения, которые могли бы разрушить материал».

В ходе выполнения проекта учеными были исследованы условия получения керамических материалов заданного состава и структуры, определены термические и термодинамические свойства соединений. «Полученные нами результаты необходимы как для модельных расчетов в экстремальных температурных диапазонах, недоступных для экспериментального исследования, так и для определения технологических параметров получения термобарьерных покрытий», – дополнил Константин Сергеевич.

Read also

Предсказаны новые галогениды для солнечной и водородной энергетики
Ученые обнаружили 67 новых соединений галогенов (хлора, брома, фтора и иода), которые потенциально могут существовать в двумерном виде, что открывает широкие перспективы их применения в прикладных задачах, например, при создании приборов для преобразования солнечной энергии. Проанализировав эти вещества, авторы выяснили, что некоторые из них способны извлекать из воды водород под действием солнечного света. Водород — перспективное топливо для «зеленой» энергетики, и обнаруженные соединения позволят удешевить его получение в три раза.
"Green" chemistry
Energy industry
Materials Science
18 March 2024
Тугоплавкие сплавы позволят выдерживать температуры до 1000°С
Ученые доказали, что жаростойкость и прочность тугоплавких сплавов не зависят от количества входящих в их состав компонентов, как считалось ранее. Самую высокую жаростойкость при 1000°С показал сплав из трех металлов, а именно ниобия, титана и хрома, тогда как лучшую прочность продемонстрировал сплав из ниобия и хрома. Это открытие позволит разрабатывать перспективные сплавы для производства двигателей нового поколения, не требующих систем охлаждения.
High temperature materials
Materials Science
Metals and their alloys
15 March 2024
Получен самый пластичный тугоплавкий сплав для космоса и авиации
И все благодаря мелкозернистой структуре — получить ее оказалось относительно просто
High temperature materials
Materials Science
Metals and their alloys
13 June 2023
Машинное обучение помогло подобрать условия синтеза высокоэнтропийного карбида
Синтезировать такие материалы, способные выдерживать сверхвысокие температуры, достаточно сложно: часто получаются многофазные «химеры», которые не обладают необходимыми характеристиками
High temperature materials
Materials Science
Mathematical modeling
23 January 2023
Высокоэнергичные ионы превратили графен в наноалмазы
Ученые получили стабильный материал, состоящий из графена и наноалмазов, облучив многослойный графен быстрыми тяжелыми ионами. Возможность управлять механическими свойствами нового наноструктурированного материала в сочетании с легкостью и гибкостью графена открывает перспективы для его использования в космической авиации, автомобильной промышленности и медицинских устройствах.
Materials Science
Mechanics of materials
Mechanochemistry
17 March 2024
Новый класс материалов ускорит разработку безопасных аккумуляторов
Химики нашли новый класс материалов, который сможет ускорить разработку мультивалентных металл-ионных аккумуляторов. В отличие от литий-ионных аккумуляторов, такие накопители будут безопаснее в эксплуатации и значительно дешевле.
"Green" chemistry
Chemical technology
Materials Science
18 February 2024