Đây đây, tôi này. Tôi có thể trả lời câu hỏi này, khóa luyện kim chịu nhiệt trong chương trình học thạc sĩ của tôi trả lời đúng câu hỏi này luôn. Nếu muốn ngắn gọn thì kéo xuống dưới nhé. Còn ở đây chúng ta sẽ bắt đầu bằng câu trả lời chi tiết.
Qua một cuộc thảo luận về cánh turbine bằng wolfram, giáo sư của tôi đã đưa ra quan điểm:
Ở nhiệt độ cao, hiệu suất của thành phần máy như cánh turbine không giống như lúc nó mới xuất xưởng nữa. Khi bạn có một cánh turbine mới, cấu trúc đơn tinh thể* còn nguyên vẹn, được phủ một lớp cách nhiệt bóng loáng với những lỗ tản nhiệt được khoan laser. Lúc này thì hiệu suất của cánh turbine đang ở mức lý tưởng, nhưng bạn không giữ được mức này mãi đâu. Với điều kiện nhiệt độ cao, cấu trúc tinh thể của cánh turbine sẽ thay đổi. Lớp phủ cách nhiệt và các biện pháp bảo vệ khác cũng dần tránh đường cho oxy tiếp cận với kim loại trần thôi. Lúc này, quá trình oxi hóa bắt đầu diễn ra (mọi thứ đều oxi hóa ở nhiệt độ cao mà). Và cánh turbine cũng bắt đầu bị rão**.
Vì vậy, bạn cần để ý đến hiệu suất của cánh turbine sau 10000 giờ vận hành.
Đó là thứ đưa chúng ta đến với wolfram và các hợp kim đó. Chúng sẽ ra sao sau 1, 10 hay 10000 giờ ở nhiệt độ cao?
Đúng thật là wolfram và hợp kim của nó có điểm nóng chảy cao hơn hẳn siêu hợp kim niken, coban có trong các động cơ phản lực. Độ cứng của chúng cũng cao hơn trong điều kiện nhiệt độ cao, ít bị rão hơn dù nó có nặng hơn. Nhưng thứ gì có thể tác động đến nó ư?
Đó là sự oxi hóa.
Bạn tôi à, wolfram oxit có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn wolfram nhiều đó.
Khi cánh turbine siêu hợp kim niken có một vết xước trên lớp phủ cách nhiệt, hợp kim phía dưới (gồm niken, crom và một lượng nhỏ nhôm cùng các kim loại khác) hình thành oxit có nhiệt độ nóng chảy cao hơn kim loại gốc. Nó cũng không an toàn nốt. Bởi bạn chẳng muốn hy sinh độ bền kim loại để đổi lấy lớp oxit bảo vệ giòn hơn đâu. Do đó chúng ta có lớp phủ cách nhiệt.
Mặt khác, khi cánh turbine hợp kim wolfram mất đi lớp bảo vệ, nó bắt đầu chuyển dần thành oxit, nóng chảy, tiếp tục phơi ra lớp kim loại trần, chảy, … và cứ như vậy đến khi hỏng.
Giáo sư của tôi có một giai thoại rằng. Trong cuộc thử nghiệm turbine dùng các kim loại chịu nhiệt. Ở cuối cuộc thử nghiệm, có một cánh turbine đã nhẹ đến khó tin. Nó hầu như chẳng còn gì ngoài lớp vỏ rỗng với một chút cặn wolfram oxit còn lại bên trong. Lớp bảo vệ bị xước và oxit cứ tan dần hết thôi.
Câu trả lời ngắn:
Tin tôi đi, wolfram đã được nghiên cứu nhiều để ứng dụng cho những chỗ chịu nhiệt độ cao như cánh turbine rồi. Nhưng wolfram không được dùng làm cánh turbine động cơ phản lực vì wolfram oxit có điểm nóng chảy thấp hơn nhiều. Không được như siêu hợp kim niken, coban.
———————————————–
TN:
*Cấu trúc đơn tinh thể: Chất rắn đơn tinh thể được cấu tạo bởi một mạng tinh thể đơn và do đó, nó có một dãy dài. Vì vậy, không có ranh giới hạt. Tính đồng nhất này mang lại cho chúng độ bền cao.
**Rão: là xu hướng của vật liệu rắn di chuyển chậm hoặc biến dạng vĩnh viễn dưới tác động của ứng suất cơ học kéo dài. Hiện tượng rão xảy ra do vật liệu chịu áp lực bởi tải trọng lớn nhưng vẫn dưới giới hạn chảy của vật liệu. Hiện tượng rão sẽ càng nguy hiểm hơn khi vật liệu chịu nhiệt trong thời gian dài và thường tăng lên khi gần điểm nóng chảy của chúng.
Theo: Khám Phá Thế Giới
