Mit 3D-druckbaren Superlegierungen könnten Kraftwerke in der Lage sein, mehr Strom zu erzeugen und gleichzeitig weniger Kohlenstoff zu produzieren. Das erklären die Forscher der Sandia National Laboratories in einer Pressemitteilung. Gemeinsam mit ihren Kollegen vom Ames National Laboratory, der Iowa State University und der Bruker Corp. nutzten sie deshalb den 3D-Druck, um eine Hochleistungsmetalllegierung oder Superlegierung mit einer ungewöhnlichen Zusammensetzung herzustellen.
Das neu entwickelte 3D-Druck-Material soll laut dem Sandia-Forscher Andrew Kustas bisher unerreichte Kombinationen aus hoher Festigkeit, geringem Gewicht und Hochtemperatur-Elastizität erreichen. Von der Arbeit der Forscher könnten der Energiesektor, die Luft– und Raumfahrt– und die Automobilindustrie profitieren.
Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse in der Zeitschrift Applied Materials Today in einem Artikel mit dem Titel „Extreme hardness at high temperature with a lightweight additively manufactured multi-principal element superalloy„.
Mehr Strom, weniger Abwärme
Um Strom aus fossilen Brennstoffen oder Kernkraftwerken zu beziehen, sind die Anlagen auf Wärme angewiesen, um Turbinen anzutreiben. Die Effizienz von Kraftwerken hängt davon ab, wie heiß Metallteile von Turbinen werden können. Können Turbinen bei höheren Temperaturen betrieben werden, dann kann mehr Energie in Strom umgewandelt werden. Die Menge an Abwärme, die an die Umwelt abgegeben wird, wird dabei reduziert. Das erklärt Sal Rodriguez, ein Nuklearingenieur von Sandia, der nicht an der Forschung beteiligt war.
Die neue Superlegierung (42 % Aluminium, 25 % Titan, 13 % Niob, 8 % Zirkonium, 8 % Molybdän und 4 % Tantal) war bei den Experimenten bei 800 Grad Celsius stärker als viele andere Hochleistungslegierungen, auch jene, die aktuell in Turbinenteilen genutzt werden. Auf Raumtemperatur gebracht sind sie noch stärker. Das Team plant zu untersuchen, ob fortschrittliche Computermodellierungstechniken Forschern helfen, mehr Mitglieder einer neuen Klasse von Hochleistungssuperlegierungen für die additive Fertigung zu entdecken.
Andrew Kustas sagte:
„Es stehen Herausforderungen bevor. Zum einen könnte es schwierig sein, die neue Superlegierung in großen Mengen ohne mikroskopische Risse herzustellen, was eine allgemeine Herausforderung in der additiven Fertigung darstellt. Die Materialien, die in die Legierung einfließen, sind teuer und möglicherweise nicht für Konsumgüter geeignet, bei denen es vor allem darum geht, die Kosten niedrig zu halten.“
