I ricercatori dell’Università di Concordia hanno studiato un nuovo tipo di rivestimento che migliora il funzionamento dei motori a turbina a gas a temperature elevate.
Gli ingegneri della Concordia University hanno studiato un nuovo tipo di rivestimento che migliora il funzionamento dei motori a turbina a gas a temperature elevate. La ricerca è stata recentemente pubblicata sulla rivista Communications Materials.
I motori a turbina a gas, come quelli che alimentano gli aerei di linea, operano in condizioni estreme durante il normale utilizzo, perché raggiungono temperature ben superiori agli 800 gradi Celsius, con problemi di durata e ed efficienza a lungo termine.
I ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Chimica e dei Materiali dell’Università Concordia hanno studiato soluzioni a questa sfida, attraverso lo sviluppo di un nuovo tipo di rivestimento che aiuta i motori a funzionare meglio a temperature elevate.
Come spiega Andre Mayer, a capo della ricerca, ha iniziato il lavoro partendo da come si formano gli ossidi, come la ruggine, sulle parti del motore, un processo generalmente considerato dannoso: “Questi ossidi svolgono in realtà un ruolo importante quando i componenti operano in condizioni estreme, come le alte temperature. Creano uno strato protettivo che impedisce alle superfici metalliche di aderire l’una all’altra durante il funzionamento. Lo scienziato ha citato un famoso esempio della missione Galileo della NASA, dove l’assenza di ossidi ha contribuito a far aderire i componenti meccanici nell’ambiente ostile dello spazio.
Gli esperimenti dei ricercatori della Concordia University
Durante le ricerche sulla formazione degli ossidi nei motori a turbina a gas, il team della Concordia University ha cercato di replicare in modo più controllato la formazione di alcuni ossidi benefici: “Abbiamo sviluppato rivestimenti a base di ossidi di cobalto e cromo che imitano la composizione chimica degli strati di ossido naturali, noti come strati di smalto. Questi strati protettivi si formano normalmente solo in condizioni operative molto specifiche e su determinati componenti del motore” commenta Mayer.
Applicando un rivestimento con una composizione chimica simile fin dall’inizio, si può fornire una protezione analoga anche dove tali condizioni non si verificano mai. Sebbene i nuovi rivestimenti abbiano uno spessore pari a quello di un capello umano, possono cambiare completamente le prestazioni della superficie.
Questo nuovo rivestimento non solo migliora la resistenza all’usura e all’attrito in condizioni simulate di un motore, ma è anche in grado di autoriparare le crepe causate dalla dilatazione del metallo a temperature estreme. Il team ha osservato che, raffreddandosi dopo l’utilizzo, le crepe nel nuovo rivestimento si autoriparavano e scomparivano, preservandone l’integrità. Questa innovazione dovrebbe prolungare la durata dei motori e ridurre la frequenza degli interventi di manutenzione.
La composizione del rivestimento affronta anche altre problematiche relative ai materiali comunemente utilizzati nei motori, tra cui l’aumento dei costi e i problemi di approvvigionamento. La tecnologia è attualmente in fase di brevettazione, mentre il team di ricerca esplora le opportunità di tradurre questa scoperta in future applicazioni, anche al di fuori del settore aeronautico: “Anche se siamo partiti dalle problematiche riscontrate nei motori aerospaziali, possiamo applicare il concetto a molti campi dell’ingegneria in cui i componenti operano in condizioni estreme” afferma Pantcho Stoyanov, direttore del Thermal Spray and Surface Engineering Research Center della Concordia University.
