Phát minh siêu vật liệu chịu nhiệt "ngang lò hỏa táng", một Viện của Nga được cấp bằng sáng chế

Một hợp kim liên kim loại dựa trên niken và nhôm được mô tả có thể chịu được nhiệt kéo dài đến 1.150°C đã được phát minh tại Nga. Vật liệu này được thiết kế cho các bộ phận hoạt động ở nhiệt độ và tải trọng cực cao, truyền thông Nga đưa tin đầu tháng 8/2026.

Tác giả của công trình đột phá là Viện Nghiên cứu Vật liệu Hàng không toàn Nga (VIAM) thuộc Viện Kurchatov - viện nghiên cứu hàng đầu của Nga trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử.

Cơ quan Trí tuệ Bằng sáng chế Nga (FIPS) - đơn vị trực thuộc Cục Sở hữu trí tuệ Liên bang Nga (Rospatent) - đã tiếp nhận và cấp bằng sáng chế cho Viện VIAM.

Cụ thể, vật liệu này có những khác biệt gì?

Cuộc chiến với nhiệt độ

Bên trong động cơ máy bay hiện đại, nhiệt độ khí đốt có thể chạm ngưỡng 1.200 đến 1.650°C, thậm chí hơn - mức nhiệt đủ để làm biến dạng và tan chảy hầu hết các kim loại thông thường.

Ngành hàng không toàn cầu luôn tìm cách tạo ra những loại vật liệu tiên tiến mới giúp cánh tuabin có thể bền bỉ vận hành trong môi trường khắc nghiệt này.

Loại siêu vật liệu mới từ Viện VIAM là một trong số câu trả lời đó.

Hợp kim này thuộc nhóm liên kim loại nền niken và nhôm (intermetallic). Khác hợp kim thường, nguyên tử của hai kim loại xếp theo một trật tự tinh thể cố định.

Theo các tác giả, đây là một trong những vật liệu triển vọng nhất cho việc chế tạo động cơ máy bay vì nó có điểm nóng chảy cao, mật độ thấp và giữ được các đặc tính của mình ngay cả dưới nhiệt độ cao.

Hợp kim mới này có thể chịu được nhiệt độ lên đến 1.150°C trong thời gian dài và có khả năng chịu tải trọng chu kỳ ở dải nhiệt 850 và 1.050°C. Nó cũng duy trì độ bền nén trong phạm vi nhiệt độ từ 850 đến 1.200°C.

Những đặc tính này làm cho nó phù hợp để sử dụng trong sản xuất cánh quạt động cơ tuabin khí, các bộ phận máy móc chịu nhiệt độ cao và các mối nối ren hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.

Ưu điểm chính của hợp kim này là khả năng duy trì độ bền khi bị nung nóng, điều này đặc biệt quan trọng đối với các động cơ máy bay thế hệ mới.

Hiện, Viện Kurchatov đang tiến hành nghiên cứu như một phần của các chương trình toàn diện nhằm phát triển công nghệ động cơ máy bay.

Bằng sáng chế này là một mắt xích quan trọng trong cuộc đua phát triển vật liệu mới đang diễn ra ở nhiều trung tâm tại Nga.

Đơn cử, cánh quạt chịu nhiệt cho động cơ máy bay phản lực PD-8 "Made in Russia" đã được phát triển tại Viện VIAM và Hãng sản xuất động cơ tuabin khí và hàng không vũ trụ lớn Nga UEC-Saturn;

Đại học Kỹ thuật Hàng hải Quốc gia St. Petersburg (SPbGMTU) và Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo cũng bắt tay phát triển một hợp kim chịu nhiệt dựa trên niobi, molypden, tantali và vanadi; và giữ được 60% độ bền ở 1.000°C.

Nếu áp dụng vật liệu liên kim loại niken và nhôm, ngành hàng không được gì?

Phát minh vật liệu hoàn toàn mới của Viện VIAM chưa được thực nghiệm trên tuabin. Tất cả phụ thuộc vào điều kiện: Hợp kim phải vượt qua thử nghiệm động cơ, chứng minh được độ dẻo, giá thành và khả năng sản xuất ổn định.

Dẫu vậy, nếu áp dụng thành công và nhân rộng, hợp kim mới này có tiềm năng góp phần cho ngành hàng không xanh hơn, tiệu thụ ít nhiên liệu hơn.

Thứ nhất, vật liệu chịu nóng hơn cho phép thiết kế cho khí vào tuabin nóng hơn, hoặc bớt lượng khí lấy từ máy nén để làm mát cánh. Động cơ nóng hơn thu được nhiều công hơn từ cùng lượng nhiên liệu, và mỗi kg dầu hỏa (kerosene) không đốt đồng nghĩa với bớt một lượng CO2 tương ứng.

Thứ hai, khối lượng riêng thấp cho chi tiết nhẹ hơn. Rotor nhẹ hơn giảm tải cho đĩa và trục, và máy bay nhẹ hơn cần ít nhiên liệu hơn cho cùng hành trình.

Thứ ba, hợp kim này có thể kéo dài tuổi thọ cánh tuabin. Cánh bền hơn thì phải thay ít hơn, tiết kiệm cả năng lượng và vật liệu cho việc chế tạo chi tiết thay thế.

Tham khảo: FT