На 3D-принтере напечатали прочный сплав, который увеличит выработку энергии турбинными генераторами с меньшим выбросом углерода. Американские инженеры использовали 3D-принтер для создания высокоэффективного металлического сплава (суперсплава) с необычным составом. Он прочнее, легче и выдерживает более высокие температуры, чем современных материалы, используемые для создания турбин. Технология повысит производство энергии на электростанциях, работающих от ископаемого топлива и АЭС.

Ученые использовали 3D-принтер, чтобы быстро расплавить порошкообразные металлы, а затем распечатать образец смеси. Готовый сплав включает 42% алюминия, 25% титана, 13% ниобия, 8% циркония, 8% молибдена и 4% тантала. Исследование показало, что при температуре 800 °С состав прочнее, чем многие другие высокоэффективные сплавы.

Инженеры отмечают, что новый материал необычен тем, что ни один из металлов не составляет более половины готового материала и при этом включает большое количество разных металлов. Для создания сплава используется специальная модель, основанная на известных данных из металлургии, которая позволяет рассчитывать и предсказывать свойства готового материала.

Схема производства (слева) и сравнение характеристик нового сплава с современными аналогами. Изображение: Andrew B. Kustas et al., Applied Materials Today

Это чрезвычайно сложные смеси. Все эти металлы взаимодействуют на микроскопическом — даже на атомном — уровне, и именно эти взаимодействия действительно определяют, насколько прочен металл, насколько он пластичен, какова будет его температура плавления и так далее, – Майкл Чандросс, соавтор исследования из Национальных лабораторий Сандия.

Большинство современных электростанций — и те, что работают от ископаемого топлива, и атомные станции — используют тепло для вращения турбин, вырабатывающих электроэнергию. Эффективность силовой установки ограничена тем, насколько высокую температуру выдерживают металлические детали турбины. Чем она выше, тем больше энергии может быть преобразовано в электричество при одновременном снижении количества отработанного тепла, выделяемого в окружающую среду.

Исследователи продолжат работу по исследованию нового сплава, чтобы изучить возможности масштабирования производственной технологии и работу сплава в реальных условиях.