Kredit:CC0 Public Domain
En ny gemensam studie av Southwest Research Institute och Sandia National Laboratories undersöker skillnaderna i oxidfilmtillväxt på additivt tillverkade (AM) metaller och bearbetat rostfritt stål i en superkritisk koldioxid (sCO2 ) miljö.
sCO2 är koldioxid som hålls över en kritisk temperatur och ett kritiskt tryck, vilket gör att den kombinerar egenskaperna hos gas och vätska. Nuvarande kraftverk använder vanligtvis vatten som ett termiskt medium i kraftcykler. Ersätter vatten med sCO2 ökar effektiviteten med så mycket som 10 procent, vilket också möjliggör betydligt mindre turbomaskiner och ett mindre fotavtryck. Dess superkritiska tillstånd gör sCO2 en mycket effektiv vätska för att generera kraft eftersom små förändringar i temperatur eller tryck orsakar betydande förändringar i dess densitet.
SwRI är ledande inom sCO2 strömcykler. Institutet har mottagit ett flertal energidepartement och industrifinansierade projekt för att implementera pilotskala sCO2 strömkretskomponenter och utrustning på systemnivå utöver 10 MWe Supercritical Transformational Electric Power (STEP) pilotanläggning under uppbyggnad på SwRI.
Senior forskningsingenjör Dr. Florent Bocher började undersöka hur oxidation påverkar AM-material som en del av en befintlig sCO2 samarbete med Sandia National Laboratories.
"Det mindre, mer komplexa maskineriet som behövs för de små turbinerna som sCO2 kraftcykler som utnyttjar gör additiv tillverkning till en attraktiv resurs", sa Bocher.
Additiv tillverkning är en ny process som använder 3D-utskrift eller snabb prototyp för att bygga ett föremål genom att lägga plast, metall och andra material i lager för en anpassad, datorgenererad design. Eftersom AM skapar robusta komponenter med invecklade designkvaliteter, tilltalar den ett brett spektrum av användare, inklusive flyg-, medicin- och tillverkningsindustrin.
"De höga temperaturerna och trycken hos sCO2 miljön gör oxidation till ett problem för metallkomponenter," förklarade Bocher. "När dessa två industrier går framåt är det viktigt att förstå hur oxidation påverkar dem."
För att testa hållbarheten hos AM-metaller jämfört med traditionellt bearbetat rostfritt stål i sCO2 miljö, exponerade Bocher och hans medarbetare prover av båda för en simulerad sCO2 strömcykelmiljö, inklusive en temperatur på 450 grader Celsius och ett tryck på 76 bar, i två veckor. AM-materialen byggdes och analyserades av Sandia National Laboratory.
"Båda typerna av metaller visade oxidtillväxt," sa Bocher. "Men oxiden täckte cirka 72 % av det bearbetade rostfria stålet och 54 % av AM-materialet, med kornstorleken och tjockleken på oxidskiktet som statistiskt sett var större och tjockare för det bearbetade materialet. I slutändan är detta dock inte bevisat. att den ena är mer tillförlitlig än den andra. Mer data behövs, men detta tyder verkligen på att AM-processer bör optimeras framöver för dessa typer av förhållanden."
Studien publicerades i Corrosion Science . + Utforska vidare
