Jet Motorlarının Isıya Meydan Okuyan Koruma Kalkanı
Havacılık endüstrisinde ticari ve askeri uçakların üretim aşamalarında benzer yapıdaki gelişmiş malzemeler tercih edilir. Bu malzemeler arasında en kritik olanlardan biri, devasa motorların uç noktalardaki yüksek sıcaklıklarda sorunsuz çalışmasını sağlayan renyum elementidir. Jet motorlarındaki türbin kanatçıklarının aşırı sıcaklıklara dayanabilmesi için koruma sağlayan bu madenin kilosu binlerce lirayı buluyor. Doğada serbest ve doğrudan kullanılabilir halde bulunmayan renyum, dünyada yalnızca 5 ülkede üretilebiliyor. Hurdaya ayrılan uçakların gövdeleri değersiz görülürken, motorlarının sökülüp özel olarak saklanmasının temel nedeni de bünyelerindeki renyumdur. 1 tonluk bakır cevherinin zenginleştirilmesi sürecinden sadece en fazla 3 kilogram renyum elde edilebilirken, tek bir yolcu uçağı için 25 ila 50 kilogram, bir savaş uçağı için ise 8 ila 10 kilogram renyum ihtiyacı doğuyor. Ekonomik ömrünü tamamlayan uçakların motorları sökülerek renyum geri kazanım tesislerine gönderiliyor ve buralarda belirli kayıplarla yeniden elde ediliyor. Ancak geri kazanım tesisleri ile sıfırdan üretim yapan tesisler aynı işlevi görmüyor. Renyumun işlevsel bir yapı taşı haline gelebilmesi için saflaştırılması ve son derece zorlu kimyasal süreçlerden geçirilmesi gerekiyor. Bu üretim altyapısı ise dünya üzerinde sadece 5 ülkenin sahip olduğu devasa bir yatırımın parçası olarak biliniyor. Yerli savunma sanayisinde hava araçları ve füzelerin geliştirilmesinde en önemli aşama olan motor teknolojisinde renyum başrolde yer alıyor. Geliştirme süreci devam eden 5. nesil milli muharip uçak KAAN’ın motor üretiminde de renyum alternatifsiz bir bileşen olarak öne çıkıyor. Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi ve KTÜ-TUSAŞ İHATERM Laboratuvarı Koordinatörü Prof. Dr. Ömer Necati Cora, bu stratejik hammaddenin havacılık sektöründeki önemini paylaştı.
Uçak Başına Yüz Binlerce Dolarlık İlave Maliyet
Sivil yolcu uçaklarının motorlarında sıcaklık 1800 dereceye ulaşırken, askeri sınıftaki F-35 uçaklarında bu değerin 2000 derece sınırına kadar çıktığı ölçülmüştür. Bu yüksek sıcaklıkların motor bileşenlerine zarar vermesini engellemek için özel soğutma tasarımları ve nikel bazlı süper alaşımlar kullanılır. Renyum tam da bu alaşımların dayanıklılığını artırmak üzere yanma odası ve türbin kanatçıklarında görev alır. Havacılık tarihinde Qantas’ın 32 ve 72 sefer sayılı uçuşlarında, LOT Polish Airlines’ın 007 ve 5055 sefer sayılı uçuşlarında, ayrıca British Airways’in 2276 sefer sayılı uçuşunda türbin bıçaklarının aşırı ısınması sebebiyle ölümcül kazalar meydana gelmişti. Bu kazalardan elde edilen tecrübeyle havacılık sanayisinde renyum kullanım oranı yüzde 3’ten yüzde 6 seviyesine yükseltildi. Böylece yüksek sıcaklık altındaki metal uzamaları asgari düzeye indirilerek motorların itki gücü ve çalışma verimliliği artırıldı. F-35 uçaklarındaki Pratt & Whitney F135 motorları ile F-22 uçaklarının motorları tamamen renyum alaşımlı malzemelerden imal ediliyor. Sadece bir sivil uçakta kullanılan renyumun maliyeti uçak başına 375 bin doları bulabiliyor.
Mikron Hassasiyetinde Çalışma Koşulları
Prof. Dr. Ömer Necati Cora, bir jet motorunun yaklaşık 25 bin ila 45 bin arasında hassas parçadan oluştuğunu belirtti. Bu parçaların her birinin zorlu operasyonel şartlara uyum sağlayacak şekilde mikron seviyesindeki toleranslarla üretildiğini vurgulayan Cora, hammadde temininden kalite kontrole ve bakım süreçlerinin sertifikasyonuna kadar her adımın büyük yatırımlar gerektirdiğini ifade etti. Jet motoru imalatındaki zorlukları; malzeme seçimi, üretim toleransları, tedarik zinciri güvenliği ve finansal sürdürülebilirlik olarak dört grupta toplayan Cora, renyumun ergime sıcaklığının 3146 derece olduğunu, bu değerle karbon ve tungstenin ardından doğadaki en yüksek üçüncü ergime derecesine sahip olduğunu aktardı. Türbin kanatçıklarındaki nikel esaslı tek kristalli süper alaşımlara eklenen yüzde 3 ila 6 oranındaki renyum, malzemenin sünme mukavemetini artırarak dakikada 40 bin devir hızda ve 1700 dereceye ulaşan sıcaklıklarda bozulmadan çalışabilmesini sağlıyor.
Savunmada Kritik Dönemeç: KRİSTAL Ve CEVHER Projeleri
Türkiye’nin yerli motor geliştirme faaliyetlerinde kritik bir eşik olan tek kristal türbin kanatçığı döküm teknolojisini kazanmak amacıyla 2015 yılında Savunma Sanayii Başkanlığı koordinasyonunda; TEI, TÜBİTAK MAM ve Gür Metal iş birliğiyle KRİSTAL Projesi hayata geçirildi. Projede üretilen ve içeriğinde ağırlıkça yüzde 3 renyum barındıran nikel bazlı alaşımlar, Gökbey helikopterine güç veren TS1400 motoru ile TF6000 ve TF10000 turbofan motor projelerinde kullanıldı. Bu teknolojik kazanımın ardından döküm aşamasında ihtiyaç duyulan renyumlu nikel bazlı süper alaşım hammaddesini tamamen yerlileştirmek amacıyla 2021 yılında CEVHER Projesi başlatıldı.
KAAN Ve GÜÇHAN Motorlarındaki İhtiyaç Oranları
TF6000 ve TF10000 motorlarının hammadde maliyetleri daha düşük seviyelerde kalırken, daha yüksek sınıftaki motorlarda ihtiyaç oranları değişiyor. Geliştirme süreci öngörülen TF35000 motorunun tek bir adedinde, yüksek basınç türbini kanatçıkları ile yönlendirici vanalar için yaklaşık 5 ila 8 kilogram saf renyum kullanılması planlanıyor. Çift motorlu yapıya sahip olan milli muharip uçak KAAN’da ise toplam renyum ihtiyacı uçak başına 10 ila 16 kilogram seviyesine ulaşıyor. Milli Savunma Bakanlığı Ar-Ge Merkezi bünyesinde 42.000 lbf itki sınıfında geliştirilen GÜÇHAN motorunun yüksek basınç türbin dökümlerinde de tek kristal malzemeler kullanılıyor. Bu seviyedeki ultra yüksek itkili ve 1700 derece sıcaklığa ulaşan motorlarda parçaların yüksek merkezkaç kuvveti altında şekil değiştirmesini önlemek için renyum kullanımı zorunlu görülüyor.
Alternatif Teknolojiler Ve Türkiye’nin Rezerv Potansiyeli
Savaş uçaklarının yüksek manevra ihtiyaçları nedeniyle malzeme sınırlarının zorlandığını belirten Prof. Dr. Ömer Necati Cora, renyum kullanımına alternatif oluşturmak amacıyla dünya genelinde seramik matrisli kompozit (CMC) türbin kanatçığı üretim çalışmalarının yürütüldüğünü aktardı. Uçak üretiminde pilot kabinini çevreleyen saydam kanopi parçasından üzerindeki kaplamaya kadar her detayın yüksek teknoloji gerektirdiğini ekleyen Cora, Türkiye’deki üniversite ve şirketlerin bu alanlarda Ar-Ge faaliyetlerine devam ettiğini söyledi. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü (MTA) verilerine göre Bilecik’in Bozüyük ilçesinde yer alan Muratdere sahasındaki gümüş ve molibden kaynaklarının yanı sıra yaklaşık 17.5 ton renyum rezervi öngörülüyor. Ancak Türkiye sınırları içinde aktif bir renyum madenciliği operasyonu yürütülmüyor. Şili, ABD, Polonya, Özbekistan, Kazakistan, Çin, Ermenistan ve Rusya gibi ülkeler renyum saflaştırma altyapısına sahipken; Almanya, Fransa ve İngiltere geri dönüşüm alanına odaklanıyor. Küresel renyum tüketiminin yaklaşık yüzde 80’i savunma ve havacılık sektörlerinde gerçekleşiyor. Dünyadaki toplam yıllık renyum üretimi ise sadece 50 ila 60 ton seviyesinde kalıyor. Bir renyum işleme tesisi kurmanın yatırım maliyeti 15 milyon ila 100 milyon dolar arasında değişirken, bu tesislerin yıllık getirisinin 6.5 milyon dolara kadar ulaşabildiği hesaplanıyor.
Kaynak: Milliyet
