ジェットエンジンの動作温度は通常1,470°F (800°C)を超え、この高温は多くの金属を軟化させ、長年の使用で亀裂が発生するのを加速させます。コンコルディア大学が開発した新しいセラミックコーティングは、これらの損傷を自動的に修復し、定期的なメンテナンスを待つことなく亀裂を即座に修復することを目指しています。この研究は、ポスドク研究員のアンドレ・メイヤー（Andre Mayer）が主導し、パンチョ・ストヤノフ（Pantcho Stoyanov）の監督の下で行われました。メイヤーは最初に、ほとんどのエンジニアが防ごうとする酸化層を研究し、その後、これを機能させる方法を発見しました。
酸化物の蓄積は通常、腐食の兆候と見なされ、問題とされています。メイヤーは、この枠組みが重要な例外を無視していることを指摘しました。極端な高温と機械的圧力の下で、これらの酸化物は金属表面が直接摩耗するのを防ぐ保護膜を形成することができます。彼は、アメリカ航空宇宙局（NASA）がガリレオミッションでの経験を警告の例として挙げました。この宇宙船の機械部品は、運動部品を隔てる酸化層が形成されなかったため、宇宙の真空で動作が停止しました。地球上では、ジェットエンジン内で逆の失敗モードが適用されます。
エンジニアが化学成分を調整すると、酸化膜は弱点ではなく内蔵の潤滑剤となります。
新型セラミックコーティングが亀裂を自動修復
コバルトベースの一部の超合金は、材料科学者が釉薬層と呼ぶものを自然に形成します。この酸化膜は特定の熱と摩擦の組み合わせでのみ形成されます。メイヤーのチームは、この保護的な化学成分を故意に再構築することに取り組み、適切な条件で自然に現れるのを待つのではなく、コバルトとクロム酸化物からコーティングを作成し、これらの天然釉薬層の成分にマッチさせることを目指しました。このコーティングを直接適用することで、エンジン部品は自然釉薬層が自ら形成されない領域でも同じ保護を受けることができます。完成したコーティングの厚さは人間の髪の毛と同程度ですが、その下の表面の負荷下での挙動を変えます。
エンジン条件を模擬したテストでは予想外の結果が得られました。コーティング表面が高温テスト後に冷却されると、熱膨張によって生じた亀裂が自動的に閉じ始めました。このコーティングは、何度も加熱と冷却のサイクルを経ても構造的完全性を保ち、時間の経過とともに損傷が蓄積されることはありません。メイヤーは、この自己修復特性がエンジン部品の寿命を大幅に延ばし、高価な検査や部品交換の頻度を減少させる可能性があると述べています。コバルト-クロム配合は、従来のコーティングに関連する材料供給の問題、コストの上昇や特定の金属の供給チェーンの緊張を回避しています。
現在、このコーティング技術に関する特許申請が進行中です。メイヤーとその共同研究者は、この方法がジェットエンジンの範囲を超えて他の分野に適用できるかどうかを探求しています。ストヤノフは、この基本的な概念が航空工学の課題に起源を持つが、決してそれに限らないことを指摘しました。極端な高温と摩擦に直面するすべての機械設備、工業用タービンから重機製造設備まで、理論的にはこの自己修復摩耗コーティングの恩恵を受けることができます。このチームは、より広範な運用条件でコーティングの性能を向上させるためにさらなる研究を計画しています。この研究は『マテリアルズ・コミュニケーションズ』ジャーナルに初めて掲載されました。