Uçak motorları, gaz türbinleri ve X-ray cihazları gibi yüksek sıcaklıkta çalışan teknolojilerde kullanılan malzemelerin dayanıklılığı, bu sistemlerin verimliliği açısından kritik öneme sahip. Şu ana kadar bu tür uygulamalarda nikel bazlı süperalaşımlar standart hâline gelmiş olsa da 1100°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda kararlılıklarını koruyamamaları önemli bir engel oluşturuyor. Daha yüksek sıcaklıklara dayanabilen tungsten, molibden ve krom gibi refrakter (aşırı ısıya dayanıklı) metaller ise oda sıcaklığında kırılgan olmaları ve 600–700°C’de hızla oksitlenmeleri nedeniyle yalnızca vakum ortamında kullanılabiliyor. Bu da onları X-ray cihazları gibi sınırlı alanlarla kısıtlıyor. Krom, Molibden ve Silikon Üçlüsünden Doğan Yeni Nesil Süperalaşım
Almanya’daki Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü’nde (KIT) görevli araştırmacılar, bu sınırlamaları aşmak amacıyla yeni bir refrakter metal alaşımı geliştirdi. MatCom-ComMat adlı araştırma grubunun yürüttüğü çalışmada; krom, molibden ve silikon kullanılarak geliştirilen yeni alaşımın hem yüksek sıcaklıkta kararlı hem de oda sıcaklığında sünek (esnek) olduğu tespit edildi.
Yeni geliştirilen alaşım, yaklaşık 2000°C’lik olağanüstü bir erime noktasına sahip olmasının yanı sıra, refrakter metallerde yaygın olarak görülen oksidasyon zayıflığını da büyük ölçüde ortadan kaldırıyor. Araştırmacıların açıklamasına göre bu başarı, krom, molibden ve silikonun atomik düzeyde dengeli bir oranla bir araya getirilmesi sayesinde elde edildi. Krom, yüzeyde koruyucu bir krom oksit tabakası oluşturarak malzemenin hava ile temas ettiğinde bozulmasını engelliyor; molibden, yüksek sıcaklıklarda mekanik kararlılığı sağlıyor; silikon ise alaşımın yüzeyinde ek bir silisyum dioksit bariyeri oluşturarak oksijenin iç katmanlara ulaşmasını zorlaştırıyor. Bu üçlü yapı, hem yüksek sıcaklıkta deformasyona karşı dirençli, hem de uzun süreli oksidatif ortamlarda kararlılığını koruyan bir malzeme ortaya çıkarmış durumda. Böylece, bugüne kadar yalnızca vakum veya inert gaz ortamlarında kullanılabilen refrakter metallerin, artık açık hava veya yanma koşullarında da güvenle kullanılabileceği bir dönemin kapısı aralanıyor.
Yeni Alaşım, Enerji Verimliliği Açısından Bir Dönüm Noktası Olabilir
Araştırmanın başındaki isimlerden olan Prof. Martin Heilmaier’e göre bu buluş, sadece malzeme bilimi açısından değil, enerji verimliliği bakımından da büyük bir dönüm noktası olabilir. “Bir türbinde sıcaklığın 100°C artırılması, yakıt tüketimini yaklaşık %5 oranında azaltabiliyor. Bu fark, hem havacılık sektöründe hem de enerji santrallerinde devrim yaratabilecek düzeyde,” diyor.
Elektrikli uçakların uzun menzilli uçuşlar için henüz pratik bir çözüm sunamaması, havacılık sektörünün bir süre daha fosil yakıtlara bağımlı kalacağı anlamına geliyor. Bu nedenle araştırmacılar, karbon emisyonlarını azaltmanın en etkili yollarından birinin motor verimliliğini artırmak olduğunu vurguluyor. Yeni geliştirilen süperalaşım, bu konuda önemli gelişmelerin önünü açabilir. Aynı şekilde enerji santrallerinde kullanılan gaz türbinleri de bu sayede daha yüksek sıcaklıklarda, daha düşük CO₂ salımıyla çalışabilir.
Araştırmacılar, bu yeni alaşımın sanayi ölçeğinde kullanılabilmesi için hâlâ uzun bir yol bulunduğunu kabul ediyor. Ancak temel araştırma düzeyinde elde edilen bu başarı, gelecekteki yüksek sıcaklık uygulamaları için güçlü bir temel oluşturuyor.
