Beläggningarnas superkrafter gör det omöjliga möjligt

Getty ImagesJet-motorer skulle inte kunna köras utan högpresterande beläggningarJetmotorer är en av de mest häpnadsväckande bragder av ingenjörsmän någonsin har kommit på. Men jetmotorer borde inte vara möjliga, säger Ben Beake, chef för materialforskning på Micro Materials, ett företag som testar utrustning i Wales. ”Luften som kommer in är varmare än smältpunkten för metallen under – vilket uppenbarligen inte är bra,” han förklarar och påpekar att denna luft når temperaturer långt över 1 000 C. Designers av jetmotorer har kommit runt detta problem genom att applicera värmebeständiga keramiska beläggningar på motorbladen. Och nu utvecklar forskare ännu starkare beläggningar som gör att motorerna fortfarande kan gå varmare. ”Om du får det att bli varmare, så sparas det enormt på bränsle och CO2”, säger Dr Beake. Genom att höja temperaturen med bara 30C eller så kan du få en bränslebesparing på 8 %, uppskattar han. Det här är kraften i beläggningar – de förändrar radikalt funktionaliteten och kapaciteten hos ett underliggande material. Få människor inser hur viktiga de är, men dessa överlägg och faner kan ladda högpresterande maskiner, eller se till att dyr utrustning överlever de tuffaste miljöer. robusta eller effektiva de verkligen är. Hans kunder får inte alltid de resultat de vill ha. Han minns att han sa till en missiltillverkare: ”Vi har brutit din beläggning,” för några år sedan. ”De stormade iväg i ett huff”, säger Dr Beake. Förutom att utsätta beläggningar för höga temperaturer har Micro Materials också en ”hackspett”-anordning, en liten diamantpenna, som upprepade gånger knackar på en beläggning på slumpmässiga ställen för att testa dess hållbarhet. Nyligen, företaget har arbetat med Storbritannien-baserade Teer Coatings för att testa en produkt som kan appliceras på satellitkomponenter inklusive växlar och lager som används i olika rörliga delar. en knepig uppgift, säger Xiaoling Zhang, från företaget, eftersom beläggningen måste skydda sådana komponenter både före lansering (när de utsätts för luftfuktighet på marknivå) och även i omloppsbana, mot dammpartiklar och strålning i rymden. Hon hävdar dock att företaget har uppnått de önskade resultaten. Men förutom att skydda rymdfarkoster kan beläggningar också hindra astronauter från att bli sjuka. Biofilmer – skumma ansamlingar av bakterier inuti rör – växer snabbare i miljöer med låg gravitation, vilket kan vara ett problem för vatten förnödenheter eller maskiner som flyttar runt vätska på rymdstationer eller framtida rymdfarkoster, till exempel. ”Biofilmer är kända för att orsaka mekaniska fel”, säger Kripa Varanasi vid Massachusetts Institute of Technology. ”Du vill inte ha det här.” MITProf Varanasi har arbetat med superhala beläggningarProf Varanasi och hans kollegor har utvecklat en rad beläggningar som gör ytor hala och därför resistenta mot bildandet av biofilmer. Tester av en sådan beläggning i ett experiment som genomfördes ombord på den internationella rymdstationen visade att den fungerade som avsett. Tanken bakom beläggningen är att blanda ihop ett fast material och ett smörjmedel. Detta sprayas sedan på insidan av ett rör eller en tub, vilket gör den inre ytan extremt hal. Prof Varanasi har tidigare skapat rubriker för att utveckla liknande beläggningar för insidan av tandkrämspaket – så att du kan få ut varenda bit tandkräm. Han och hans kollegor har kommersialiserat tekniken genom sitt spin-out-företag LiquiGlide.Getty ImagesRätt beläggning kan stoppa smält aluminium från att fastna på ytor Halkhet är kanske ett underskattat attribut. Nuria Espallargas vid Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet och kollegor har utvecklat en kiselkarbidbaserad beläggning för utrustning som används vid aluminiumtillverkning eller reparation. Det är en slags non-stick stekpannalösning, vilket innebär att lager av smält aluminium inte får fastnat på denna dyra utrustning. Den exakta funktionen hos just denna beläggning är dock för närvarande något av ett mysterium. ”För att vara ärlig vet vi verkligen inte hur det fungerar, mekanismen är okänd för tillfället”, säger Prof Espallargas. Ändå är beläggningen tillgänglig kommersiellt genom sitt spin-out-företag Seram Coatings. Atlas Machine and Supply, ett amerikanskt företag som tillverkar och reparerar industrimaskiner, har provat det. ”Den verkliga fördelen ligger i att förlänga livslängden på verktygen och att förbättra kvaliteten på de produkter som produceras”, säger Jeremy Rydberg, innovationschef .Han säger att utan beläggningen måste Atlas bygga om rullverktygen som den använder för att bearbeta aluminium varannan dag. Detta kostar 4,5 miljoner dollar per år. Men den nya beläggningen innebär att dessa verktyg håller i en hel vecka, inte bara ett par dagar, vilket minskar dessa ombyggnadskostnader till cirka 1,3 miljoner USD per år. Getty Images Frakten är alltid intresserad av beläggningar som kan hålla skroven renare. , men de fungerar inte alltid som avsett, konstaterar Andy Hopkinson, VD på Safinah Group, ett företag som ofta blir inkallade för att undersöka när beläggningar går fel. ”Vi ser många problem för tillfället med parkeringar, där deras passiva brandskyddssystem lossnar”, säger han och syftar på den brandbeständiga färg som ibland appliceras på betongkonstruktioner. Och hans företag har också fann att beläggningar som appliceras på kommersiella fartyg inte alltid hindrar havstulpaner och annat sjöliv från att fästa sig på skrovet. Detta problem, känt som biofouling, ökar friktionen, vilket innebär att fartygets motor måste arbeta hårdare – och förbränna mer bränsle. Trots tillgången på beläggningar som lovar att hjälpa, väljer fartygsägare inte alltid den rätta för sitt fartyg. Det valet bör bero på vart fartyget seglar, hur länge det ska vara ledigt snarare än i rörelse, och så vidare, säger Dr Hopkinson. Kostnaden för att åtgärda sådana här problem kan uppgå till många tusen eller till och med miljoner pund . ”Typiskt kostar färg mellan 1 och 2 % av projektet. Problemet är att när det går fel blir kostnaderna exponentiella”, säger Hopkinson. Forskarna som arbetar inom detta område säger dock att det fortfarande finns många möjligheter att förbättra beläggningar och utveckla nya som drastiskt kan förbättra maskinernas prestanda. eller infrastruktur i framtiden. More Technology of Business