Een nieuwe gezamenlijke studie door Southwest Research Institute en Sandia National Laboratories onderzoekt de verschillen in oxidefilmgroei op additief vervaardigde (AM) metalen en gesmeed roestvrij staal in een superkritisch koolstofdioxide (sCO₂ ) omgeving.

sCO₂ is kooldioxide dat boven een kritische temperatuur en druk wordt gehouden, waardoor het de eigenschappen van gas en vloeistof combineert. Huidige energiecentrales gebruiken doorgaans water als thermisch medium in energiecycli. Water vervangen door sCO₂ verhoogt de efficiëntie met maar liefst 10 procent, wat ook zorgt voor aanzienlijk kleinere turbomachines en een kleinere voetafdruk. Zijn superkritische toestand maakt sCO₂ een zeer efficiënte vloeistof om energie op te wekken omdat kleine veranderingen in temperatuur of druk aanzienlijke verschuivingen in de dichtheid veroorzaken.

SwRI is een leider in sCO₂ kracht cycli. Het Instituut heeft tal van door het ministerie van Energie en door de industrie gefinancierde projecten ontvangen om sCO₂ op proefschaal te implementeren. power cycle componenten en apparatuur op systeemniveau naast de 10 MWe Supercritical Transformational Electric Power (STEP) Pilot Plant in aanbouw bij SwRI.

Senior onderzoeksingenieur Dr. Florent Bocher begon te onderzoeken hoe oxidatie AM-materialen beïnvloedt als onderdeel van een bestaande sCO₂ samenwerking met Sandia National Laboratories.

"De kleinere, complexere machines die nodig zijn voor de kleine turbines die sCO₂ energiecycli gebruiken, maakt additieve productie een aantrekkelijke hulpbron," zei Bocher.

Additive manufacturing is een nieuw proces dat gebruik maakt van 3D-printen of rapid prototyping om een ​​item te bouwen door plastic, metaal en andere materialen in lagen aan te brengen voor een op maat gemaakt, computergegenereerd ontwerp. Omdat AM stevige componenten maakt met ingewikkelde ontwerpkwaliteiten, spreekt het een breed scala aan gebruikers aan, waaronder de ruimtevaart-, medische en productie-industrie.

"De hoge temperaturen en drukken van de sCO₂ milieu maakt oxidatie een zorg voor metalen componenten", legt Bocher uit. "Terwijl deze twee industrieën vooruitgaan, is het belangrijk om te begrijpen hoe oxidatie hen beïnvloedt."

Om de duurzaamheid van AM-metalen versus traditioneel gesmeed roestvrij staal te testen in de sCO₂ omgeving, stelden Bocher en zijn medewerkers monsters van beide bloot aan een gesimuleerde sCO₂ power cycle-omgeving, inclusief een temperatuur van 450 graden Celsius en een druk van 76 bar, gedurende twee weken. De AM-materialen zijn gebouwd en geanalyseerd door Sandia National Laboratory.

"Beide soorten metalen vertoonden oxidegroei," zei Bocher. "Maar het oxide bedekte ongeveer 72% van het bewerkte roestvrij staal en 54% van het AM-materiaal, waarbij de korrelgrootte en dikte van de oxidelaag statistisch groter en dikker waren voor het bewerkte materiaal. Uiteindelijk bewijst dit echter niet dat de ene betrouwbaarder is dan de andere. Er zijn meer gegevens nodig, maar dit suggereert zeker dat AM-processen in de toekomst moeten worden geoptimaliseerd voor dit soort omstandigheden."

De studie is gepubliceerd in Corrosion Science . + Verder verkennen

Team creëert superkritische kooldioxide-turbomachines voor geconcentreerde zonne-energiecentrale