A sugárhajtóművek az egyik legelképesztőbb mérnöki teljesítmény, amit az ember valaha is kitalált.

De a sugárhajtóműveknek nem kellene lehetségesnek lenniük, mondja Ben Beake, a Micro Materials, egy walesi berendezéseket vizsgáló cég anyagkutatási igazgatója.

“A beáramló levegő forróbb, mint az alatta lévő fém olvadáspontja – ami nyilvánvalóan nem jó dolog” – magyarázza, rámutatva, hogy ez a levegő jóval 1000C feletti hőmérsékletet ér el.

A sugárhajtóművek tervezői ezt a problémát úgy küszöbölték ki, hogy hőálló kerámiabevonatokat a motorlapátokra. Most pedig a kutatók még erősebb bevonatokat fejlesztenek ki, amelyek lehetővé teszik, hogy a motorok még forróbban működjenek.

“Ha elérjük, hogy forróbb legyen, akkor hatalmas üzemanyag- és CO2-megtakarítás érhető el” – mondja Dr. Beake. Becslése szerint a hőmérséklet mindössze 30 Celsius-fokos emelésével 8%-os üzemanyag-megtakarítás érhető el.

Ez a bevonatok ereje – radikálisan átalakítják az alapanyag funkcionalitását és képességeit. Kevesen tudják, hogy mennyire fontosak, de ezek a bevonatok és furnérok képesek felturbózni a nagy teljesítményű gépeket, vagy biztosítják, hogy a drága berendezések túléljék a legmostohább környezetet is.

Dr. Beake és kollégái feladata, hogy a bevonatok határait feszegessék, hogy kiderüljön, mennyire robusztusak vagy hatékonyak valójában. Ügyfelei nem mindig kapják meg a kívánt eredményeket. Emlékszik arra, hogy néhány évvel ezelőtt azt mondta egy rakétagyártónak: “Tönkretettük a bevonatát”. “Erre ők dühösen elviharzottak” – mondja Dr. Beake.

Amellett, hogy a Micro Materials magas hőmérsékletnek teszi ki a bevonatokat, rendelkezik egy “harkály” eszközzel is, egy apró gyémánt tollal, amely véletlenszerű helyeken ismételten megkopogtatja a bevonatot, hogy tesztelje annak tartósságát.

A közelmúltban a cég a brit székhelyű Teer Coatings céggel együttműködve tesztelt egy olyan terméket, amelyet műholdas alkatrészekre, többek között különböző mozgó alkatrészekben használt fogaskerekekre és csapágyakra lehet alkalmazni.

Ez egy trükkös feladat, mondja Xiaoling Zhang, a cég munkatársa, mivel a bevonatnak mind a felbocsátás előtt (amikor a földi légköri nedvességnek vannak kitéve), mind pedig a pályára állításkor, az űrben a porszemcsék és a sugárzás ellen is védenie kell az ilyen alkatrészeket. Állítása szerint azonban a cég elérte a kívánt eredményt.

Az űrhajók védelme mellett azonban a bevonatok az űrhajósok megbetegedését is megakadályozhatják.

Biofilmek – a baktériumok nyálkás felhalmozódása a csövekben – gyorsabban növekednek alacsony gravitációs környezetbenami problémát jelenthet például a vízellátás vagy a folyadékot mozgató gépek számára az űrállomásokon vagy a jövőbeli űrhajókon.

“A biofilmek köztudottan mechanikai meghibásodásokat okoznak” – mondja Kripa Varanasi, a Massachusetts Institute of Technology munkatársa. “Ezt nem akarjuk.”

Varanasi professzor és kollégái olyan bevonatokat fejlesztettek ki, amelyek csúszóssá teszik a felületeket, és így ellenállnak a biofilmek kialakulásának. A Nemzetközi Űrállomás fedélzetén végzett kísérletek során az egyik ilyen bevonattal végzett tesztek azt mutatták, hogy az rendeltetésszerűen működött.

A bevonat lényege, hogy egy szilárd anyagot és egy kenőanyagot összekeverünk. Ezt azután egy cső vagy cső belsejére permetezik, ami a belső felületet rendkívül csúszóssá teszi.

Varanasi professzor már korábban is címlapokra került a hasonló bevonatok kifejlesztésével a következőkhöz a fogkrémes dobozok belsejére. – így az utolsó darabig kiszedheted a fogkrémet. Ő és kollégái a LiquiGlide nevű spin-out cégükön keresztül hozták kereskedelmi forgalomba a technológiát.

A csúszásmentesség talán egy alulértékelt tulajdonság. Nuria Espallargas, a Norvég Tudományos és Technológiai Egyetem munkatársa és kollégái szilícium-karbid alapú bevonatot fejlesztettek ki az alumíniumgyártás vagy -javítás során használt berendezésekhez.

Ez egyfajta tapadásmentes serpenyős megoldás, ami azt jelenti, hogy az olvadt alumínium rétegei nem ragadnak rá erre a drága berendezésre. Ennek a bizonyos bevonatnak a pontos működése azonban jelenleg még rejtély.

“Hogy őszinte legyek, tényleg nem tudjuk, hogyan működik, a mechanizmus jelenleg ismeretlen” – mondja Espallargas professzor.

Ennek ellenére a bevonat kereskedelmi forgalomban is kapható az ő spin-out cégén, a Seram Coatings-en keresztül. Az Atlas Machine and Supply, egy ipari gépeket gyártó és javító amerikai cég is kipróbálta.

“Az igazi előny a szerszámok élettartamának meghosszabbításában és az előállított termékek minőségének javításában rejlik” – mondja Jeremy Rydberg, az innovációs vezető.

Elmondása szerint a bevonat nélkül az Atlasnak kétnaponta újra kell építenie az alumínium megmunkálásához használt hengeres szerszámokat. Ez évente 4,5 millió dollárba kerül. Az új bevonat azonban azt jelenti, hogy ezek a szerszámok nem csak néhány napig, hanem egy egész hétig bírják, így az újjáépítési költségek évi 1,3 millió dollárra csökkennek.

A bevonatok csodálatos dolgokra képesek, de nem mindig úgy működnek, ahogyan azt tervezték, jegyzi meg Andy Hopkinson, a Safinah Group ügyvezető igazgatója, egy olyan cég, amelyet gyakran hívnak ki, hogy kivizsgálja, ha a bevonatok elromlanak.

“Jelenleg sok problémát látunk a parkolóházakkal kapcsolatban, ahol a passzív tűzvédelmi rendszerük leválik” – mondja, utalva a betonszerkezetekre néha felhordott tűzálló festékre.

Cége azt is tapasztalta, hogy a kereskedelmi hajókra alkalmazott bevonatok nem mindig akadályozzák meg, hogy a pajorok és más tengeri élőlények a hajótesthez tapadjanak. Ez a biofouling néven ismert probléma növeli a súrlódást, ami azt jelenti, hogy a hajó motorjának keményebben kell dolgoznia – és több üzemanyagot kell elégetnie.

Annak ellenére, hogy rendelkezésre állnak a segítséget ígérő bevonatok, a hajótulajdonosok nem mindig választják ki a megfelelőt a hajójuk számára. Dr. Hopkinson szerint a választásnak attól kell függenie, hogy a hajó merre hajózik, mennyi ideig kell üresen állnia, nem pedig mozgásban lennie, és így tovább.

Az ilyen problémák kijavításának költségei sok ezer, vagy akár több millió fontra is rúghatnak. “Általában a festés a projekt 1-2%-ába kerül. A probléma az, hogy ha elromlik, akkor a költségek exponenciálisan nőnek” – mondja Hopkinson úr.

Az ezen a területen dolgozó kutatók szerint azonban még sok lehetőség van a bevonatok javítására és olyan új bevonatok kifejlesztésére, amelyek a jövőben drasztikusan javíthatják a gépek vagy az infrastruktúra teljesítményét.