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Une nouvelle étude conjointe du Southwest Research Institute et de Sandia National Laboratories examine les différences de croissance du film d'oxyde sur les métaux fabriqués de manière additive (AM) et l'acier inoxydable forgé dans un dioxyde de carbone supercritique (sCO2 ) environnement.
sCO2 est le dioxyde de carbone maintenu au-dessus d'une température et d'une pression critiques, ce qui l'amène à combiner les propriétés du gaz et du liquide. Les centrales électriques actuelles utilisent généralement l'eau comme fluide thermique dans les cycles de puissance. Remplacer l'eau par sCO2 augmente l'efficacité jusqu'à 10%, ce qui permet également des turbomachines considérablement plus petites et un encombrement réduit. Son état supercritique rend sCO2 un fluide très efficace pour générer de l'énergie car de petits changements de température ou de pression provoquent des changements importants dans sa densité.
SwRI est un leader en sCO2 cycles de puissance. L'Institut a reçu de nombreux projets financés par le ministère de l'Énergie et l'industrie pour mettre en œuvre le sCO2 à l'échelle pilote composants du cycle de puissance et équipements au niveau du système en plus de l'usine pilote d'énergie électrique transformationnelle supercritique (STEP) de 10 MWe en construction à SwRI.
L'ingénieur de recherche principal, le Dr Florent Bocher, a commencé à examiner comment l'oxydation affecte les matériaux AM dans le cadre d'un sCO2 existant collaboration avec Sandia National Laboratories.
"Les machines plus petites et plus complexes nécessaires pour les petites turbines qui sCO2 l'utilisation des cycles de puissance fait de la fabrication additive une ressource attrayante », a déclaré Bocher.
La fabrication additive est un nouveau procédé qui utilise l'impression 3D ou le prototypage rapide pour construire un article en superposant du plastique, du métal et d'autres matériaux pour une conception personnalisée générée par ordinateur. Parce que la fabrication additive crée des composants robustes avec des qualités de conception complexes, elle s'adresse à un large éventail d'utilisateurs, y compris les industries aérospatiale, médicale et manufacturière.
"Les températures et pressions élevées du sCO2 l'environnement font de l'oxydation une préoccupation pour les composants métalliques", a expliqué Bocher. "Au fur et à mesure que ces deux industries évoluent, il est important de comprendre comment l'oxydation les affecte."
Tester la durabilité des métaux AM par rapport à l'acier inoxydable forgé traditionnel dans le sCO2 environnement, Bocher et ses collaborateurs ont exposé des échantillons des deux à un sCO2 simulé environnement de cycle d'alimentation, y compris une température de 450 degrés Celsius et une pression de 76 bars, pendant deux semaines. Les matériaux AM ont été construits et analysés par Sandia National Laboratory.
"Les deux types de métaux ont montré une croissance d'oxyde", a déclaré Bocher. "Mais l'oxyde couvrait environ 72% de l'acier inoxydable forgé et 54% du matériau AM, la taille des grains et l'épaisseur de la couche d'oxyde étant statistiquement plus grandes et plus épaisses pour le matériau forgé. En fin de compte, cela ne prouve pas que l'un est plus fiable que l'autre. Plus de données sont nécessaires, mais cela suggère certainement que les processus AM doivent être optimisés à l'avenir pour ces types de conditions."
L'étude a été publiée dans Corrosion Science . L'équipe crée des turbomachines à dioxyde de carbone supercritique pour une centrale solaire à concentration
