مهندسان مواد، با استفاده از شرایط بی‌وزنی به‌دنبال ساخت آلیاژهای جدید هستند

ریخته‌گری در فضا

تحقیقات جدید آژانس فضایی اروپا به تولید آلیاژ جدیدی منجر شده که قابل استفاده در توربین موتور هواپیماست.وزن این آلیاژ دو برابر سبک‌تر از سوپر آلیاژ نیکل بوده و کیفیت و کارایی آن هم به همان خوبی سوپر آلیاژ نیکل است.

کد خبر: ۵۴۷۵۵۴

برای ایجاد این آلیاژ جدید نیاز به انجام آزمایش‌های مختلف در شرایطی با میزان نیروی جاذبه متفاوت است. شرکت‌های بزرگ هواپیمایی در سطح جهان همواره به دنبال راهی بوده‌اند که بدون فدا کردن ایمنی پرواز بتوانند مصرف سوخت هواپیماهایشان را کاهش دهند. معمولا کاهش یک درصدی در وزن هواپیما باعث می‌شود مصرف سوخت به اندازه 5/1 درصد کمتر شود.

برای شرکت‌های بزرگ و تجاری هواپیمایی این میزان صرفه‌جویی در مصرف سوخت به سرعت اثر خود را نشان داده و باعث می‌شود هزینه پرواز پایین آمده و توقف هواپیماها برای سوخت‌گیری مجدد کمتر شود. همچنین تاثیر کلی و مخرب ناشی از پرواز هواپیماها در آلودگی محیط‌زیست کاهش می‌یابد.

سال‌های زیادی است که مهندسان دریافته‌اند آلیاژ آلومینید تیتانیوم نسبت به سوپر آلیاژ نیکل که در ساخت موتورهای جت امروزی مرسوم است، مزایای بیشتری دارد. از آنجایی که آلیاژهای جدیدتر می‌تواند در مقابل درجه حرارت‌های بسیار بالا تا سقف 800 درجه سانتی‌گراد مقاومت کند مورد توجه و علاقه خاص سازندگان موتور هواپیماست.

با این که ساخت چنین آلیاژی در آزمایشگاه ممکن است، اما قالب‌گیری (ریخته‌گری) آن به شکلی که مورد نیاز صنایع است (مثلا پره‌های توربین جت هواپیماها) کار آسانی نیست. هم‌اکنون دانشمندان آژانس فضایی اروپا در حال کار کردن روی پروژه‌ای برای رفع این مشکل هستند.

دانشمندان برای درک فرآیندهای طبیعی تا آنجا که ممکن است بسیاری از متغیرهای تاثیرگذار بیرونی را حذف کرده و تمام مشاهدات خود را روی فعل و انفعالات مولکولی متمرکز می‌کنند.

برای انجام این پروژه به از بین بردن عاملی نیاز بود که مانع مشاهدات دقیق دانشمندان می‌شد: «جاذبه».

خاموش کردن جاذبه

به این منظور نمونه‌های آلومینیوم در یک کوره کوچک که از سوی یک راکت صوتی از شهر کیوونای سوئد به فضا پرتاب شد، حرارت داده شد. در طول شش دقیقه سقوط آزاد راکت، نمونه‌های آلومینیومی تا دمای بیش از 700 درجه سانتی‌گراد گرم شده و سپس تحت مراقبت دائمی یک دوربین اشعه ایکس، سرد شد.

محققان با نگاهی به نتایج این آزمایش متوجه شدند که قالب‌گیری آلومینید تیتانیوم ممکن است شرایطی داشته باشد که دقیقا عکس این حالت است؟ یعنی بجای از بین بردن جاذبه به شرایط فراجاذبه‌ای (میزان جاذبه بیشتر از یک گرم) نیاز است.

آژانس فضایی اروپا تنها سازمانی است که تمام سطوح گرانش را در شرایط آزمایشگاهی ارائه می‌دهد؛ بنابراین تیم محققان به مرکز فناوری و پژوهش (ESTEC) آژانس در هلند بازگشته تا فرضیه‌شان را در سانتریفیوژ مرکز تست کنند. ریخته‌گری فلزات در سانتریفیوژی که قادر است تا 20 برابر گرانش زمین، جاذبه ایجاد کند به فلزات مایع کمک می‌کند تمام قسمت‌های قالب را پر کند تا یک آلیاژ کاملا یکپارچه، حتی با اشکال بسیار پیچیده تولید شود.

تجزیه و تحلیل ریخته‌گری فلزات در تمام اشکال ممکن باعث به وجود آمدن عناصر سازنده‌ای در دانش شده که به فرآیندهای صنعتی اجازه پالایش و تجاری شدن را می‌دهد. در هشت سال آینده بیش از یک میلیون پره توربین جت تولید خواهد شد و استفاده از آلیاژ آلومینید تیتانیوم وزن آنها را در مقایسه با نمونه‌های کنونی تا 45 درصد کاهش خواهد داد. خواص این آلیاژ مورد توجه صنایع خودروسازی نیز هست چراکه بزودی خودروها از موتورهایی بهره خواهند برد که براساس دانش فضایی ساخته شده‌اند.