極限状態に耐えるうるNASAの最先端合金。1000度の高温に耐え、従来の1000倍長持ちする

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　NASAが最先端技術を駆使して開発した新合金は、航空機や宇宙探査で使われるパーツの強度と耐久性を大幅に改善し、いつまでも優れた性能を発揮する。

　新合金の名は「NASA Alloy GRX-810」。酸化物分散強化（ODS）合金の1つで、1090度を超える高温に耐え、可鍛性が高く、これまでの最先端合金より1000倍も長持ちする。

　過酷な状況でも圧倒的に強いため、ロケットエンジン内部のような高温にさらされる航空宇宙設備の部品として利用することができる。

コンピューターモデルと3Dプリンターで生成

　「ナノサイズの酸化粒子が、この合金の圧倒的な性能を支えています」と、NASA変革ツール技術計画（Transformational Tools and Technologies）のデール・ホプキンス氏は話す。

　極限環境に耐えるODS合金の開発は困難なだけでなく、多額の費用がかかる。そこでGRX-810の開発にあたっては、まずコンピューターモデルで、求める性能を発揮する合金の組成を分析。

　更に3Dプリンターでナノサイズの酸化物をムラなく散らして生産された。

　これによって圧倒的な高温特性や耐久性を実現できただけでなく、従来数年がかりで行われた新合金開発を数週間から数ヶ月までに短縮することができたという。効率的かつクリーンな開発プロセスだ。

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ジェットエンジンの部品用素材に

　GRX-810は、将来の持続可能な飛行に大きな意味を持つ。たとえば、高温に強く耐久性が高いため、ジェットエンジンに利用すれば低燃費を実現できるほか、運用・メンテナンスコストも下がる。

　さらにエンジンの設計者にとっては、軽量でありながら耐久性の高い素材を使えるようになったことで、選択肢の幅が大きく広がった。重さと性能のバランスを考えるときに、これまでは不可能だったトレードオフが考えられるようになったのだ。

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1000倍の高温耐久性

　GRX-810は、極限の温度でも優れた機械的特性を示す。1090度という高温であっても、以下のように最先端合金を大きく凌駕する。

・破砕耐性が2倍
・破砕にいたるまでの伸張・曲げの柔軟性が3.5倍
・高温応力下の耐久性が1000倍以上

　「このブレークスルーは、素材開発の革命です。強く軽量な新素材は、飛行の未来を変えるというNASAの目標を達成する上で、大きな役割を果たします」と、ホプキンス氏は話す。

　これまで抗張力が高いと謳われた素材は、そのかわりに伸張・曲げ性能が低いことが常だった。今回のGRX-810はそれを克服するために開発されたのだという。

　ホプキンス氏らは、「熱力学的モデリング」と「3Dプリンター」で、熱に強い今回の画期的な合金を開発した。

　「2つのプロセスによって、素材の開発スピードが劇的にアップしました。優れた素材を以前よりずっと早く生産できるようになりました」と、合金開発者の1人、NASAグレン研究センターのティム・スミス氏は話す。

　「以前は試行錯誤を数年重ねていたのが、今や数週間から数ヶ月で新素材を見つけられます」と、ホプキンス氏は付け加える。

　熱力学的モデリングは、「NASA 2040 Vision Study」で議論されたコンピューターツールの1つで、わずか30回シミュレーションで最適な合金組成を見つけることができる。

　それによる開発速度は、従来の試行錯誤を重ねるプロセスよりもずっと早く、ゆえに低コストだ。組み込むべき金属のタイプだけでなく、必要な元素の量まで提示してくれるので、開発の停滞を防ぐこともできる。

　「こうして作られた合金の性能は、モデリングツールの成熟度と性能をはっきり示しています」と、NASAグレン研究センターのスティーブ・アーノルド氏は話す。

　GRX-810は、基礎研究と最先端ツールを通じて画期的なソリューション提供を目指す変革ツール技術計画の成果のほんの一例に過ぎないという。

References:NASA’s New Material Built to Withstand Extreme Conditions | NASA / written by hiroching / edited by / parumo

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