NASAの最先端合金
 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。
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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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image credit:NASA

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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image credit:NASA

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。
NASA's Additive Manufacturing Alloys for High Temperature Applications Webinar

 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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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2022年04月20日 20:39
  • ID:pCh5zJjU0 #

なせば成る NASAね成らぬ 何事も 成らぬは人の NASAぬなりけり

2

2.

  • 2022年04月20日 21:03
  • ID:uMQ1Pc6N0 #
3

3. 匿名処理班

  • 2022年04月20日 21:03
  • ID:lI8s.jyo0 #

次世代タコ焼き機の素材に。
高温に強く耐久性も高いなんてぴったりだ。

4

4. 匿名処理班

  • 2022年04月20日 21:03
  • ID:asLrNH.j0 #

これ使い終わって破棄するとき大変そうだな

5

5. 匿名処理班

  • 2022年04月20日 21:16
  • ID:n5JCRprI0 #

新合金にルナチタニウム合金とか名付ける開発者がこっそり紛れ込んでいないかなーと思ってみたりw

6

6. 匿名処理班

  • 2022年04月20日 21:57
  • ID:0lyHZkls0 #

五右衛門の斬鉄剣作れそうだ
その後こんにゃく切断に挑戦するぜ

7

7. 匿名処理班

  • 2022年04月20日 23:24
  • ID:gOOSwSO30 #

そのうち全ての製品が究極の合理的素材と形状に進化するのかね

8

8. 匿名処理班

  • 2022年04月20日 23:26
  • ID:pJloPECt0 #

これは凄いね
可能な原子から組み合わせを自動選択して
3Dプリントでエンジン作成

はやく月や火星に工場を作ろう
あっという間だよ

9

9. 匿名処理班

  • 2022年04月21日 04:52
  • ID:dYTO682m0 #

これならレールガンの砲身耐久性の問題を解決できるかもしれんな

10

10. 匿名処理班

  • 2022年04月21日 06:04
  • ID:TvnVLG8K0 #

>>4
使い捨てや。

11

11. 匿名処理班

  • 2022年04月21日 07:00
  • ID:1DPWSAVc0 #

お値段もチタンの1000倍ですね
そのうちに腕時計のケースになるのは時間の問題

12

12. 匿名処理班

  • 2022年04月21日 10:19
  • ID:qjuYVN0s0 #

※10
だから、どう捨てるんだってーの

13

13. 匿名処理班

  • 2022年04月21日 11:42
  • ID:5bX9Bd.c0 #

※4
※10
普通に溶かして再利用できるだろ
できなくても埋め立てれば良い

14

14. 匿名処理班

  • 2022年04月21日 12:45
  • ID:ovfMK2IP0 #

キツツキ「まずは私の攻撃に耐えられるか試させていただこう」

15

15. 匿名処理班

  • 2022年04月21日 16:11
  • ID:C6KGsLQv0 #

そのまま訳されているんで原文へのツッコミなんだけど、持続可能な飛行(sustainable flight)ってなんだw
この技術はより短期間で開発とか、より低燃費な、とかで十分いいんじゃ?文章のどこかにsustainって入れたいんだろな。今後もジェットエンジンを利用するため、くらいならまだしも、唐突にsustainableとか文章全体から単語が浮いてる。
主旨問わずに、無理に入れたSDGsとか持続可能なって単語にアレルギー出始めたわ。

16

16. 匿名処理班

  • 2022年04月21日 19:25
  • ID:4d.Z9S380 #

※1
しもた、「ば」が抜けた(;^_^A

17

17. 匿名処理班

  • 2022年04月22日 12:08
  • ID:uosAK.eI0 #

アフターバーナーの温度は1800℃、全然耐熱温度が足りない。

18

18. 匿名処理班

  • 2022年04月22日 18:52
  • ID:ddoNtz.v0 #

※17
現役の航空機でその温度に耐えてるのだから新素材でもっとすごいエンジンが出来る。
因みに、アフターバーナーの熱は金属が解けるほどの熱だからどうにかして守ってやらないといけない。どうしているのかと言うと、空気取り入れ口からの空気を圧縮した一部を、中空にしたタービン翼に流して冷やしている。
写真の燃焼室と思われる物体も穴がいっぱいあいているので、そこも圧縮空気で冷やすのだろう。

19

19. 匿名処理班

  • 2022年04月22日 22:38
  • ID:RDYTW0.B0 #

※18
第二次大戦時のドイツの研究が素材の限界を超えた高温高圧になって生きてくるという温故知新
これタービン業界の面白さですよね
ドイツの天才たちがジェットエンジン黎明期に高温高圧下の溶接構造のタービンブレードなんとかして耐えさそうと試行錯誤
だが一方イギリスのホイットル技師は溶接構造を辞め切削と差し込み構造のタービンを造り上げて一気に耐久性をあげ実用レベルに

だが時を経て、そのクリスマスツリー構造のタービンブレードでも耐えられなくなった昨今、当時のドイツの研究を参照して冷却構造を開発して居たりと

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