Ein abenteuerlich klingender Mix aus unterschiedlichen Metallen wird dafür sorgen, dass Schaufeln in Dampfturbinen von Kraftwerken künftig deutlich höhere Temperaturen aushalten. Der Wirkungsgrad steigt und die CO2-Emissionen sinken, wie Forscher:innen der Sandia National Laboratories des Ames National Laboratory und der Iowa State University sowie der Bruker Corporation zeigen.
Hohe Temperaturen kein Problem mehr
Die Superlegierung enthält 42 Prozent Aluminium, 25 Prozent Titan, 13 Prozent Niob, acht Prozent Zirkonium, acht Prozent Molybdän und vier Prozent Tantal. Bei einer Temperatur von rund 800 Grad Celsius ist sie fester und trotzdem leichter als viele andere Hochleistungslegierungen, einschließlich derer, die derzeit in Turbinen verwendet werden. "Werden Turbinen bei höheren Temperaturen betrieben, kann mehr Energie in Elektrizität umgewandelt werden, während sich die Menge an Abwärme, die an die Umwelt abgegeben wird, reduziert", erklärt Sandia-Nuklearingenieur Sal Rodriguez.
Um sie zu einem homogenen Material miteinander zu verschmelzen, haben die Forscher:innen das Verfahren der additiven Fertigung genutzt, auch bekannt als 3D-Druck. Dabei werden die feinpulvrigen Ausgangsmaterialien im gewünschten Verhältnis intensiv vermischt, sodass ein homogenes Pulver entsteht. Dieses haben die Wissenschaftler:innen dann auf eine Unterlage gestreut und es mit einem Hochleistungslaser beschossen, der es blitzartig aufschmolz. Dabei verbanden sich die Bestandteile miteinander. Schicht für Schicht entstand schließlich das Bauteil.
Vielfältig einsetzbar
Stromerzeugung ist nicht der einzige Bereich, der von der neuen Legierung profitieren kann. Luft- und Raumfahrtforscher suchen nach leichten Materialien, die bei hoher Hitze fest bleiben. Ames Lab und Sandia wollen zudem gemeinsam mit der Industrie untersuchen, wie sich diese Legierung in der Autoindustrie einsetzen lässt, um Treibstoff zu sparen. "Wenn es uns gelingt, mit unserer Technik Bauteile in den benötigten Größen herzustellen, ist es ein Game Changer", glaubt Sandia-Wissenschaftler Andrew Kustas.
www.sandia.gov
www.ameslab.gov
