Türkiye’de Savunma Sanayii Başkanlığı himayesinde TEI ve TRMOTOR ortaklığıyla geliştirilen 35 bin libre itki sınıfındaki TF35000 turbofan motorunda, yüksek sıcaklıklara dayanıklı süperalaşımlar, ileri kaplama ve soğutma teknolojilerinin kullanılması planlanıyor. KAAN’ın ihtiyaçları için geliştirilen motorun zorlu çalışma koşullarına dayanabilmesi, yalnızca motor tasarımına değil, türbin bölgesinde kullanılacak ileri malzemelerin üretimine ve işlenmesine de bağlı bulunuyor.
Bu noktada gündeme gelen renyum, nadir toprak elementi değil, atom numarası 75 olan bir geçiş metali olarak sınıflandırılıyor. Yüksek erime noktası ve ileri alaşımların yüksek sıcaklıktaki dayanımına sağladığı katkı, renyumu havacılık motorları açısından stratejik bir ham madde haline getiriyor.
Renyum jet motorlarında neden kullanılıyor?
Jet motorunun yanma odasından çıkan yüksek sıcaklıktaki gazlar, yüksek basınç türbinindeki kanatçıklara yönlendiriliyor. Türbin kanatçıkları aynı anda yüksek sıcaklık, basınç, titreşim ve merkezkaç kuvveti altında çalışıyor.
Bu parçaların üretiminde kullanılan tek kristal nikel bazlı süperalaşımlara belirli oranlarda renyum eklenmesi, malzemenin yüksek sıcaklık altında zamanla şekil değiştirmeye karşı direncini artırıyor. İkinci nesil bazı tek kristal süperalaşımlarda ağırlıkça yaklaşık yüzde 3 renyum bulunurken, daha ileri nesil alaşımlarda bu oran yüzde 6 seviyesine çıkabiliyor.
Renyum, alaşım içindeki atom hareketlerini yavaşlatarak türbin kanatçığının yüksek sıcaklıklardaki mekanik özelliklerini daha uzun süre korumasına katkı sağlıyor. Bu özellik, motorun daha yüksek türbin giriş sıcaklıklarında çalışmasını, dolayısıyla daha yüksek performans ve verimlilik hedeflerine ulaşmasını destekliyor.
Ancak renyumun bütün jet motorları ve bütün türbin alaşımları için mutlak anlamda vazgeçilmez olduğunu söylemek teknik olarak doğru değil. Yüksek maliyet ve tedarik riski nedeniyle düşük renyumlu veya renyum içermeyen yeni nesil süperalaşımlar üzerinde de çalışmalar yürütülüyor. Buna rağmen renyum, günümüzde kullanılan birçok gelişmiş tek kristal süperalaşım için önemini koruyor.
Ham maddeye sahip olmak tek başına yeterli değil
Renyum doğada ekonomik olarak işletilebilecek bağımsız ve yoğun yataklar halinde yaygın biçimde bulunmuyor. Çoğunlukla porfiri bakır yataklarındaki molibden cevherlerinin işlenmesi sırasında yan ürün olarak elde ediliyor.
USGS verileri, küresel birincil renyum üretiminin sınırlı sayıdaki ülkede yoğunlaştığını gösteriyor. Bu yapı, havacılık ve savunma sanayisinde kullanılan renyumlu alaşımlar açısından tedarik güvenliğini önemli hale getiriyor.
Bir ülkenin yalnızca renyum rezervine veya ithal edilmiş saf renyuma sahip olması, gelişmiş bir uçak motoru üretmek için yeterli olmuyor. Renyumun istenen saflığa ulaştırılması, doğru oranlarda diğer elementlerle birleştirilmesi, vakum altında süperalaşım haline getirilmesi ve bu alaşımdan tek kristal türbin kanatçığı üretilmesi gerekiyor.
Ardından kanatçıklara ısıl işlem, ısıl bariyer kaplama, hassas kök işleme ve soğutma deliği açma işlemleri uygulanıyor. Üretilen parçaların havacılık standartlarına göre test ve doğrulama süreçlerinden geçirilmesi de gerekiyor.
Geri dönüşüm tedarik zincirinde önem taşıyor
Kullanım ömrünü tamamlayan gaz türbini parçaları ve üretim sırasında ortaya çıkan süperalaşım hurdaları, renyumun geri kazanılabileceği önemli ikincil kaynaklar arasında bulunuyor.
Ancak geri kazanım tesisi ile birincil renyum üretimi veya havacılık kalitesinde süperalaşım üretimi aynı süreçleri ifade etmiyor. Geri dönüşüm, mevcut alaşım ve parçalardaki renyumun yeniden kazanılmasını sağlarken, motor parçası üretimi çok daha kapsamlı metalürji, döküm, işleme ve sertifikasyon kabiliyetleri gerektiriyor.
Türkiye tek kristal kanatçık teknolojisi geliştirdi
Türkiye, havacılık motorlarındaki kritik malzeme ve üretim teknolojilerini geliştirmek amacıyla 2015 yılında KRİSTAL Projesi’ni başlattı.
TEI ana yükleniciliğinde, TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü ve Gür Metal’in katkılarıyla yürütülen proje kapsamında tek kristal ve yönlendirilmiş katılaşmalı türbin kanatçıklarının hassas döküm kabiliyeti geliştirildi. Tasarım, proses geliştirme, prototip üretimi, test ve doğrulama aşamalarını kapsayan proje 2021 yılında tamamlandı.
KRİSTAL Projesi kapsamında geliştirilen tek kristal türbin kanatçıkları, Türkiye’nin millî helikopter motoru TEI-TS1400’ün yüksek basınç türbininde kullanılmak üzere üretildi. TEI, kanatçıkların nikel bazlı süperalaşımdan hassas döküm yöntemiyle üretildiğini ve 1400 dereceye varan çalışma şartlarına uygun olarak geliştirildiğini açıkladı.
CEVHER Projesi ile alaşım üretimine odaklanıldı
Tek kristal kanatçık üretim teknolojisinin kazanılmasının ardından, bu parçalarda kullanılan nikel bazlı süperalaşımların ham maddeden itibaren Türkiye’de geliştirilmesi amacıyla CEVHER Projesi başlatıldı.
TEI ve TÜBİTAK MAM tarafından yürütülen proje, kritik motor parçalarının yalnızca dökülmesini değil, ihtiyaç duyulan süperalaşımın yerli imkânlarla geliştirilmesini de hedefliyor. Böylece ham maddeden alaşıma, alaşımdan tek kristal kanatçığa uzanan üretim zincirinin Türkiye’de kurulması amaçlanıyor.
KAAN motorundaki renyum miktarı açıklanmadı
TEI, KAAN için geliştirilen TF35000 motorunda yüksek sıcaklıklara dayanıklı süperalaşımlar, ileri kaplama ve soğutma teknolojilerinin kullanılacağını resmî olarak açıkladı. Ancak motorun hangi süperalaşım türlerini kullanacağı, bu alaşımların renyum oranı ve bir motorda bulunacak toplam renyum miktarı kamuoyuyla paylaşılmış değil.
Bu nedenle KAAN veya TF35000 için kilogram cinsinden kesin renyum miktarı verilmesi, resmî teknik veriler açıklanmadan doğrulanabilir bir bilgi olarak değerlendirilemiyor.
Mevcut çalışmalar, yerli motor açısından asıl stratejik konunun yalnızca renyuma erişmek olmadığını gösteriyor. Kritik eşik; uygun süperalaşımı geliştirmek, tek kristal türbin parçalarını üretmek, kaplama ve soğutma teknolojilerini uygulamak ve bütün bu süreçleri havacılık standartlarına göre doğrulayabilmekten oluşuyor.
