니켈 기반 고온 합금 항공 우주 및 발전 산업, 특히 가스 터빈에서 중요한 역할을합니다. 탁월한 고온 강도, 산화 및 부식에 대한 저항성 및 가혹한 조건에서 내구성으로 알려진이 합금은 현대 가스 터빈의 성능에 필수적입니다. 이 기사는 가스 터빈, 재료 특성 및 성능 향상을위한 지속적인 개발에서 니켈 기반 합금의 중요성을 탐구 할 것입니다.

재료 특성 및 구성
니켈 기반 고온 합금은 주로 크롬 (cr), 몰리브덴 (mo), 알루미늄 (al), 티타늄 (ti) 및 레늄 (re)과 같은 요소를 첨가하여 니켈 (ni)으로 구성됩니다. 이들 요소는 염기 합금의 특성을 향상시켜 산화 저항에 기여하고, 고온에서의 강도 향상 및 크리프 변형에 대한 저항을 향상시킨다. 고온에서 기계적 특성을 유지하는 합금의 능력은 작동 온도가 최대 1,500 ° c에 도달 할 수있는 터빈의 경우 중요합니다.

이들 합금의 정의 특성 중 하나는 특히 크롬과 알루미늄이 존재할 때 표면 상에 안정적인 산화물 층을 형성하는 능력이다. 이 산화물 층은 물질의 추가 산화를 방지하고 서비스 수명을 연장시킵니다. 또한, 레늄을 첨가하면 열 피로와 크리프에 저항하는 합금의 능력을 향상시킬 수 있습니다.

고온 강도
고온 강도는 가스 터빈에 사용되는 재료의 주요 요건입니다. 니켈 기반 합금은 크리프 및 열 피로에 대한 현저한 저항성을 나타냅니다.이 두 가지 현상은 높은 온도에서 재료 성능을 크게 저하시킬 수 있습니다. 크리프는 고온에서 스트레스를받는 재료의 느린 변형이며, 열 피로는 작동 중 온도의 순환으로 인해 균열이 발생할 수 있습니다.

니켈 기반 합금은 강력한 미세 구조, 특히 감마 프라임 (γ ') 상 강화의 존재로 인해 이러한 문제에 저항합니다. γ '상은 재료의 결정 구조 내에서의 전위 이동을 방해함으로써 고온에서 합금을 강화시키는 니켈 및 알루미늄의 침전물이다.

산화 및 부식 저항
가스 터빈의 가혹한 환경에서 작동한다는 것은 재료가 산화와 부식에 저항해야 함을 의미합니다. 고온에서, 터빈 블레이드 및 기타 성분은 뜨거운 가스에 노출되어 산화와 해로운 산화물 스케일의 형성을 유발할 수 있습니다. 니켈 기반 합금의 산화 저항은 주로 크롬의 존재에 기인하며, 이는 합금의 표면에 안정적인 cr2o3 층을 형성한다. 이 산화물 층은 추가 산화를 방지하고 고온 분해로부터 기초 물질을 보호합니다.

또한, 황화, 기화 및 기타 형태의 부식에 대한 합금의 저항은 가스 터빈에서 필수적이며, 이는 종종 물질을 심하게 분해 할 수있는 황 및 탄소 종을 함유 한 환경에서 작동합니다. 합금의 구성을 수정함으로써 엔지니어는 이러한 형태의 부식에 대한 저항을 향상시켜 도전적인 작동 조건에서 더 내구성을 높일 수 있습니다.

현재의 연구 및 개발
니켈 기반 합금은 수십 년 동안 가스 터빈에서 성공적으로 사용되었지만 작동 온도가 높은보다 효율적인 터빈에 대한 수요는 계속해서 합금 개발의 혁신을 주도하고 있습니다. 차세대 니켈 기반 합금은 온도와 기계적 성능의 경계를 더욱 발전시키는 것을 목표로합니다. 주요 연구 영역에는 1,600 ° c를 초과하는 온도를 견딜 수있는 합금의 발달, 산화성 개선, 더 나은 피로 및 크리프 저항이 포함됩니다.

연구원들은 또한 가스 터빈의 성능을 더욱 향상시킬 수있는보다 복잡하고 최적화 된 구성 요소 형상을 생산하는 방법으로 첨가제 제조 (3d 프린팅)를 탐색하고 있습니다. 기계 학습 및 시뮬레이션과 같은 고급 컴퓨터 기술을 사용하면 맞춤화 된 특성을 가진 합금 설계가 가능합니다.

니켈 기반 고온 합금은 가스 터빈의 작동에 없어서는 안될 강도, 산화에 대한 저항성 및 항공 우주 및 발전 응용 분야에서 발견되는 극한 조건을 처리하는 데 필요한 내구성을 제공합니다. 터빈 기술이 발전함에 따라이를 주도하는 재료도 진행됩니다. 새로운 합금 및 제조 기술에 대한 지속적인 연구는 차세대 고온 성분에 대한 더 큰 효율성과 기능을 잠금 해제 할 것을 약속합니다.