Modern havacılık motorları, daha yüksek itme-ağırlık oranları ve termal verimlilik hedeflerken, türbin giriş sıcaklıkları süper alaşımların erime noktasının çok üzerine, 1.900°C'yi aşması bekleniyor. Bu durum, türbin kanatlarında termal yalıtım sağlayan termal bariyer kaplamaları (TBC'ler) kritik hale getiriyor. TBC'lerin seramik üst katmanı ile süper alaşım alt tabakası arasında yer alan bağ katmanı, termal stresi dengelemeli ve alt tabakayı oksidasyondan korumak için yavaş büyüyen, yapışkan bir termal olarak büyümüş oksit (TGO) tabakası oluşturmalıdır. 1970'lerden beri standart olan NiCoCrAlY (MCrAlY) alaşımları, 1.100°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda oksidasyon oranlarının hızla artması ve TGO tabakasının soyulması nedeniyle TBC arızalarına yol açmasıyla sınırlıdır. Bu sıcaklık tavanı, motor gelişimini onlarca yıldır engellemekteydi.
Çin Bilimler Akademisi Metal Araştırma Enstitüsü'nden araştırmacılar, bu kısıtlamayı aşmak için hem başlangıç hem de kararlı durum oksidasyon aşamalarına odaklanan ikili bir strateji geliştirdi. İlk olarak, ötektik alüminyum içeriğini optimize ederek ince lamelli bir mikro yapıya sahip bir alaşım tasarladılar. Bu, erken oksidasyon sırasında alüminyum tedarikini artırarak sürekli, koruyucu bir α-Al2O3 tabakasının hızlı oluşumunu teşvik etti. İkinci olarak, kobalt (Co), krom (Cr) ve nikel (Ni) oranlarını ayarlayarak yapısal entropiyi maksimize eden bir çok ana elementli alaşım (MPEA) oluşturdular. Ortaya çıkan NiCoCrAlYHf MPEA, 1.200°C'de 500 saatlik izotermal oksidasyon testlerinde geleneksel MCrAlY alaşımına göre %59 daha düşük bir oksidasyon oranı gösterdi. Döngüsel oksidasyon testlerinde ise geleneksel alaşım 70 saat sonra soyulma yaşarken, yeni alaşım 500 saat boyunca %2'den az soyulma ile mükemmel yapışma ve soyulma direnci sergiledi.
Bu buluş, aşırı ortamlarda çalışabilen bağ katmanları geliştirmek için kritik bir malzeme temeli ve yeni bir tasarım paradigması sunarak gelecekteki yüksek performanslı havacılık motorlarının önünü açıyor.