Phát minh "siêu hợp kim chưa từng có" của Đức gây chấn động ngành hàng không
 

Trong bối cảnh thế giới đang đối mặt với khủng hoảng khí hậu và nhu cầu năng lượng bền vững, một phát minh đột phá từ Viện Công nghệ Karlsruhe (KIT) tại Đức đang mở ra hy vọng mới.

Các nhà khoa học đã chế tạo thành công một siêu hợp kim chịu lửa gốc kim loại với những đặc tính chưa từng có từ trước đến nay.

Siêu hợp kim gốc kim loại - kết hợp chromium, molybdenum và silicon - sở hữu những đặc tính vô cùng vượt trội: Dẻo dai ở nhiệt độ phòng, chịu nhiệt lên đến 2.000 độ C, và kháng oxy hóa chậm ngay cả ở vùng nhiệt độ nguy hiểm.

Phát minh này, được công bố trên tạp chí Nature danh tiếng, hứa hẹn cách mạng hóa động cơ máy bay, tua-bin khí và các ứng dụng công nghệ cao, giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch và cắt giảm khí thải CO2 đáng kể.
Bước nhảy vọt về mặt công nghệ

Trước đây, các vật liệu chịu nhiệt cao luôn gặp phải những rào cản lớn:

Kim loại chịu lửa như tungsten, molybdenum hay chromium có điểm nóng chảy trên 2.000 độ C, nhưng chúng giòn ở nhiệt độ phòng và dễ bị oxy hóa ở 600-700 độ C, dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng khi tiếp xúc oxy. Do đó, chúng chỉ sử dụng được trong môi trường chân không phức tạp, như anode quay trong máy X-quang.

Còn, siêu hợp kim dựa trên nickel – tiêu chuẩn cho tua-bin khí – dù dẻo dai và kháng oxy hóa, nhưng chỉ chịu được nhiệt độ vận hành tối đa 1.100 độ C.

Tất cả những rào cản này đã được khắc phục với phát minh đột phá từ nhóm của Giáo sư Martin Heilmaier từ Viện Vật liệu Ứng dụng – Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại KIT: Thành công phát triển một hợp kim mới làm từ chromium, molybdenum và silicon mà không cần kim loại hiếm.

Giáo sư Martin Heilmaier giải thích: Các siêu hợp kim hiện có được làm từ nhiều nguyên tố kim loại khác nhau, bao gồm cả những nguyên tố hiếm có, do đó chúng kết hợp được nhiều đặc tính. Chúng dẻo ở nhiệt độ phòng, ổn định ở nhiệt độ cao và chống oxy hóa. Tuy nhiên có một vấn đề – nhiệt độ vận hành, tức là nhiệt độ mà chúng có thể được sử dụng an toàn, nằm trong phạm vi lên tới tối đa 1.100 độ C. Mức này quá thấp để khai thác hết tiềm năng tăng hiệu suất trong tua-bin hoặc các ứng dụng nhiệt độ cao khác.

"Do đó, phát minh siêu kim loại của KIT có thể nuôi dưỡng tầm nhìn về khả năng chế tạo các thành phần phù hợp với nhiệt độ hoạt động cao hơn đáng kể (lên đến 2.000 độ C). Do đó, kết quả nghiên cứu của chúng tôi có tiềm năng tạo ra một bước nhảy vọt thực sự về mặt công nghệ, cho phép chế tạo linh kiện chịu nhiệt cao hơn nữa" - Tiến sĩ Alexander Kauffmann, hiện là giáo sư tại Đại học Ruhr Bochum, đóng vai trò chính trong phát minh, cho biết.
Siêu kim loại có thể "cách mạng hóa" ngành hàng không và hơn thế nữa

Lợi ích của hợp kim mới vượt xa lý thuyết. "Trong ngành hàng không, việc giảm đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu sẽ là một vấn đề sống còn" - Giáo sư Martin Heilmaie nhận định.

Trong động cơ máy bay, chỉ cần tăng nhiệt độ tua-bin thêm 100 độ C có thể giảm tiêu thụ nhiên liệu khoảng 5%. Với hàng không – lĩnh vực khó điện hóa cho các chuyến bay dài – điều này đồng nghĩa với việc tiết kiệm hàng triệu lít nhiên liệu phản lực mỗi năm, giảm phát thải CO2 và chi phí vận hành. Điều này sẽ khiến hàng loạt "gã khổng lồ hàng không" thế giới "vui như bắt được vàng" vậy.

Tương tự, các tua-bin khí tĩnh tại trong các nhà máy điện cũng có thể được vận hành với lượng khí thải CO2 thấp hơn nhờ vật liệu bền hơn.

Chưa kể, theo các nhà nghiên cứu, hợp kim này có thể áp dụng cho X-quang y tế, động cơ tên lửa và các thiết bị công nghiệp chịu nhiệt cực đoan.

Dù vậy, con đường từ phòng thí nghiệm đến ứng dụng công nghiệp còn dài. "Để có thể sử dụng hợp kim này ở cấp độ công nghiệp, cần phải thực hiện nhiều bước phát triển khác. Tuy nhiên, với khám phá của chúng tôi trong nghiên cứu cơ bản, chúng tôi đã đạt được một cột mốc quan trọng. Các nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới giờ đây có thể phát triển dựa trên thành tựu này" - Giáo sư Martin Heilmaie lạc quan.

Phát minh từ KIT không chỉ là bước tiến vật lý học mà còn là hy vọng cho hành tinh. Trong thời đại mà mỗi độ C tăng nhiệt toàn cầu đều là thách thức, một hợp kim "không tan chảy" có thể giúp chúng ta bay cao hơn, sạch hơn và tiết kiệm hơn.


VietBF@ Sưu tập