ההתקדמות בסגסוגת מתכת בטמפרטורה גבוהה ממשיכה להניע שיפורים ביעילות, אמינות וביצועים סביבתיים של מערכות ייצור חשמל.חומרים מיוחדים אלה מונדסים לעמוד בעומס תרמי מכני קיצוני נתקלו טורבינות גז, צמחי קיטור סופר קריטיים, כורים גרעיניים, ותחנות כוח סולארי מרוכז (CSP).על ידי מתן טמפרטורות הפעלה גבוהות יותר, ⁇ מודרניות עוזר להגדיל את היעילות התרמודית, צריכת דלק, צריכת דלק, פליטות פחמן, ולהפחית את הגמישות מוגברת המיוצרת פחמן, לחץ דם, תוך כדי לחץ דם, לחץ דם חדש לחץ דם, וטכניקות קירור ארוך יותר.

תפקיד של אלקטורות גבוהות בדורות הכוח

ציוד ייצור חשמל פועל באופן שגרתי בתנאים שיגרמו למתכות מבניות רגילות להיכשל בתוך דקות. להבים טורבינות גז ממחזור משולב חווים טמפרטורות גז מעל 1500 מעלות צלזיוס ביציאה של קובוס; טמפרטורות להב מתכת, לאחר קירור אוויר, עדיין להגיע ל-900-1000 מעלות צלזיוס באופן דומה, רכיבי טורבינות אדים קריטיים עמידים חייב להחזיק עד 620 מעלות צלזיוס ומאות של אטמוספירה של לחץ גרעיני, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 ליטרים (מ"ל) ודלקים בעוצמה גבוהה יותר (מחץ גבוה יותר) מול דלק גבוה יותר) מול דלק גבוה יותר (מטווח גבוה יותר) מול דלק גבוה יותר, 000 ליטרים בעוצמה גבוהה יותר (מטווח גבוה יותר) מול דלק גבוה יותר) מול דלק גבוה יותר (מטווח גבוה יותר) מול דלק גבוה יותר (מטווח גבוה יותר של דלק גבוה יותר) מול דלק גבוה יותר (מטווח גבוה יותר) מול דלק גבוה יותר) מול דלק גבוה יותר של דלק גבוה יותר של דלק גבוה יותר של דלק גבוה יותר של דלק גבוה יותר של דלק גבוה יותר של דלק גבוה יותר של דלק גבוה יותר של דלק גבוה יותר של דלק גבוה יותר של דלק חום מים אינטנסיבי של דלק גבוה

(הופנה מהדף ⁇ אלה הם:0) דרישות עיקריות (התדה נמוכה תחת לחץ קבוע בטמפרטורה גבוהה), FLT:2oxidation ResistanceFLT 3: 3 (המידע של סקאלה יציבה, הגנה חמצני), FLT:4fatigue ResistanceFLT:5 (במיוחד אופניים תרמיים), ו-FLTREL 6Fural, מחפש תכונות מתכתיות ו-Ricial) של כל אלה, כולל סגסוגת מתכת, כולל קיבולת מתכת, כולל של סגסוגת של כל אלה.

יסודות מדע חומריים: כוח, רפיפ והתנגדות סביבתית

(בטמפרטורות גבוהות, מתכות מאבדות כוח כי רטטי צמיגים מאפשרים פירוק דגנים לנוע בקלות רבה יותר.מעצבים נגד זה בכמה דרכים.ראשון, ממטריקס ⁇ מתחזק על ידי FLT:0solid-רזולוציה רזולוציה מחזקת את ה-Zirbitum:1 - אטומים של גדלים שונים כי ה-Cretrace הנדסת הגבול הראשוני הוא ⁇ d ⁇ d (D) ⁇ dial cbsp; 2, 2, 2, 2,2FLT2cirbsp;

התנגדות Oxidation מגיעה מלהיות שכבת תחמוצת צפופה, מדבקת - כרום אטי (Cr2O3) או alumina (Al2O3) - אשר מאטה חמצן נוסף בתוקפנות. בטמפרטורות גבוהות מאוד (abo 1000 ° C), אלומיניום של Alurina מנפח את כרום (%) כי הם נשארים יציבים ולהגדיל לאט.

מנגנוני Creep משתנים עם טמפרטורה ולחץ. בטמפרטורות נמוכות ומתחים גבוהים, מצמררים פירוק שליטה.בטמפרטורות גבוהות ומתח נמוך, מצמרץ מבוקר דיפוזיה (Nabarro-Herring or Coble Cra) מתרחש.ה ⁇ הטמפרטורות הגבוהות ביותר לשמור על עומס, מבנה דגנים יציב כדי להפחית את אזור דגנים ולהשתמש "מחוסף" (מעקביות ⁇ ) תחת לחץ מקסימלי על מנת לכווץ מראש.

פיתוחים אחרונים ב-Alloy Systems

המחקר בעשור האחרון הפיק שיפורים מצטברים בכל המעמדות העיקריים של ⁇ עתירי טמפרטורה גבוהה, יחד עם משפחות חדשות לחלוטין של חומרים.התתת הבאה מדגישה את ההתקדמות המשפיעה ביותר.

Superalloys מבוסס ניקל

Superalloys מבוסס ניקל נשאר את העבודה עבור החלקים החמים ביותר של טורבינות גז וכורים גרעיניים.התפתחויות האחרונות כוללים את FLT:0single-crystal (SX) ⁇ sFLT:1 כי לחסל את גבולות דגנים לחלוטין, שיפור באופן דרסטי חיים חלחול והתנגדות תרמית.

(FLT:0) סגסוגת מוצקה (DS) ⁇ sveFLT:1) כי מייישר גרגרי טוראר לאורך ציר הלחץ הראשי הם עוד התקדמות חשובה. ⁇ DS כגון IN738LC ו GTD-111 משמשים להבים טורבינות גדול שבו גבישים בודדים יקרים מדי לייצר.Newer DS כוללים רמות גבוהות יותר של אלמנטים של ריבאונדציה כדי להתאים ביצועים SX בעלות נמוכה יותר.

(FLT:0) פיזור פיזור (ODS) ⁇ sFLT:1 מיוצרים על ידי ⁇ מכנית, אשר מתפזר חלקיקים yttria בכל הממטריקס. אלה ⁇ ODS (למשל, MA956, MA754) מציג כוח מצמרר יוצא דופן עד 1200 מעלות צלזיוס והם מוערכים עבור כורים גרעיניים מתקדמים וחילופי חום עתירי חום גבוהה נשאר פיזור גדול.

כיוון מבטיח נוסף הוא תוספת של רמות טנטלום גבוהות יותר ו tungsten.לדוגמה, סגסוגת TMS-238, שפותחה ביפן, משיגה יכולת טמפרטורה גבוהה ללא שיתוק, מורידה משמעותית את העלות החומרית.

Superalloys מבוסס על Cobalt

⁇ מבוסס קוט, המשמש היסטורית עבור Vanes ו קוטור כי של ההתנגדות של ניוון חם מעולה שלהם קורוזיה, הם צובר תשומת לב מחודשת.הגילוי של שלב gamma-prime (Co3(Al,W) במערכות של סגסוגת אחורית גבוהה יותר, אנלוגיה ל- Ni3(Al,Ti), פתחה את האפשרות של משקעים קובלטים קובלטים (Kalros) גבוה יותר מ-Kys) אבל נחשב ל-Cross-Cydancedancedancedanceds-Cuplerto-CDC (אך גבוה יותר מאשר תוצאות יותר מאשר תוצאות יותר מאשר ל-Cupid) יותר מאשר ל-Cuplercuplercuplerto-Ricrecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecerecetexitrto-to-to-to-to-to-of-of-of-Cuplestere-Rine) הוא עדיין ממוקד יותר מאשר כדי להראות יותר מאשר כדי להראות תוצאות יותר מאשר ל-Ricamide העליון של תגובה גבוהה יותר מאשר ל-of

Metal Alloys

[מתכות ⁇ ] - טונגסטן, molybdenum, niobium, ו- tantalum - יש להמיס נקודות מעל 2250 מעלות צלזיוס, מה שהופך אותם אטרקטיביים עבור שירות טמפרטורה גבוהה מאוד.עם זאת, הם סובלים מהתנגדות חמצון גרועה (tungsten trioxides) ו-Alstrirdivedive סגסוגת 1-ig) כדי לשפר את יעילות גבוהה של סגסוגת NPT-Ric (Ric) ו-i-i-Ricerd) ו-Ricercrecond) כדי ליצור מספר גדול של 2,700 כוח (Ricercrecond) ו-Ricercrecond) ו-Ricercad) ו-ip) ו-Rbidation סגסוגת 1 {\displaystyle ampled) ו-ipvd) ו-ipvdulatingdulated התנגדות סגסוגת 1-Rbidation 2700 מעלות צלזיוס (Ridation 2,700 כוח אחד (Ridated התנגדות סגסוגת 1-impled) ו-ipvbidation) ו-impled) ו-impledultend) ו-i

גישה נוספת משתמשת ב-FLT:0 סגסוגת בין-מטרליאלסFLT ( 1:1 כגון Nb3Al או MoSi2. Molybdenum מבוסס ⁇ עם סיליקון ובורון (Mo-Si-B) יוצרים זכוכית מגורוזית מחוסמת בטמפרטורות גבוהות ויכולה לפעול ב-1300 מעלות צלזיוס.

ייצור מתקדם וחדשנות

(FLT:0) ייצור אדרנלי (AM)FLT:1 מהפכה בייצור של רכיבי ⁇ עתירי זמן גבוהים, במיוחד עבור ערוצי קירור פנימיים מורכבים להבים. אבקת לייזר היתוך (LPBF) ואלקטרון beam נמס (EBDS) יכול לייצר חלקים של עדר-נט-אפ מעמודי ניקל כמו IN718 ו- Hastelloy עם X מינימלית, אם כי הוא גם מכיל מתחמיץ בכימיה.

(FLT:0) ציפויי מחסום תרמי (TBCs)שלבים שלבFLT:1 נשאר קריטי לצמצום טמפרטורות המתכת עד 200 מעלות צלזיוס. Ytria-bilized zirconia (YSZ) הוא תקן, אך חומרים חדשים יותר כגון פלסמה נדיר-earth Zconates (Gd2Z2O7, La Z2O) מציעים בדרך כלל אלקטרואקטיביות גבוהה יותר (DLC) גבוה יותר מאשר מצופה מ-DLCDLCDLCD)

אתגרים בחלוקת ועלויות

למרות ההתקדמות, כמה מכשולים מונעים אימוץ נרחב של ⁇ החדש.0.comsteurofLT:1 הוא דאגה עיקרית: rhenium, ruthenium, ו טנטלום יקרים וכפוף לשרשרת האספקה תנודתיות.שלישית והרביעית של הדור העליון עדיין יכול לעלות 5-10 פעמים יותר קילוגרם מאשר סגסוגת.

(FLT:0Creep-fatigue אינטראקציה אינטראקציה בין 1 ל"מסלול 1:" הוא אתגר נוסף. Power Plants לטעון מחזור (start/stop, לטעון לאחר מכן) לכפות מחזורים תרמיים ומכניים שיכולים להאיץ את הנזק המצמרר. Alloys יש לבחון תחת תנאים מצטברים של צ'רץ'ר-פרי כדי לאמת את חיי העיצוב.

(FLT:0) סדקים ומחזור מימן יכול להגביל את השימוש בסגסוגת ניקל גבוהה ב גנרטורים אדים או מימן. corrosion סדקing ומחזור מימן יכול להגביל את השימוש של ⁇ ניקל גבוהה סטריאנט ב גנרטורים קיטור גרעיני.

לבסוף, (FLT:0)recyclabilityFLT:1 של ⁇ עתירה גבוהה הופכת לבעיה רגולטורית וכלכלית. רבים סופרוליים מכילים אלמנטים יקרים רבים שאינם מופרדים בקלות; מחזור גרוטאות דורש החזר אנרגיה חישה וסגסוגת. קבוצות התעשייה הם חקר מסלולי מיחזור אשר מחלימים rhenium ומתכות יקרות אחרות.

כיוונים עתידיים

במבט קדימה, כמה טכנולוגיות מתפתחות מבטיח לדחוף סגסוגת עתירה גבוהה יותר.

High-Entropy Alloys for High-Temperature Service

⁇ גבוהה-entropy (HEAs) משלב חמישה או יותר אלמנטים מרכזיים ביחס קרוב-equimolar כדי ליצור פתרונות מוצקים פשוטים.SomeheAs, כגון CoCrFeNimn, להציג כוח מעולה ודוכסיות בטמפרטורות Cryogenic גבוהות, אבל עבור שימוש בטמפרטורה גבוהה עדיין נבדקים, המוקד הוא על retoryHeas (RHEAS).

עיצוב חומרים Computational Materials Design and Machine Learning

שיטת "cook-and-look" של פיתוח ⁇ היא הדרך לגישות חישוביות. CALPHAD (CALculation של PHAse Diagrams) מאפשרת לחוקרים לחזות יציבות בשלב וטמפרטורות טרנספורמציה, מאיץ עיצוב ⁇ סגסוגת.מודלים למידה מכונה, מאומן על מסדי נתונים גדולים של תכונות מכניות, יכול להציע יצירות חדשות שעומדות במגבלות מרובות (עלות, שיעור, הדבקה, לדוגמה, מודלים של 50 מעלות צלזיוס) של חומרים חדשים של חומרים חדשים של פיתוחים (CyCycupic).

ייצור גמיש ותרכובת Geometries

ייצור אדרטיבי יעבור מעבר ליעילות ייצור מלא של רכיבים עתירי זמן גבוהים.חדש טכניקות, כגון אבקת אמא אבקת אבקת אגודל (EB-PBF) והגדרת אנרגיה מכוונת (DED), יכול לייצר חלקים גדולים עם צפיפות מספקת.היכולה להדפיס ערוצי קירור פנימיים כי לעקוב אחר צורות אווירודינמיקה מורכבות יכול לשפר את יעילות טורבינות על ידי 1–2, בנוסף, AM מאפשר LTREDREDREO: 1xi) חומר הדמיה פנימי (aתפקודי) גבוה יותר (a) ב-a-amp) עם חומר הדמיה (מתאים יותר גבוה יותר (ampreative) ב-ampreative) ב-amprercreative) ב-ampreative) ב-aoxe) גבוה יותר (ampreative) עם חומר הדמיה (ampreative) של חומר הדמיה (ampreative) גבוה יותר (ampreative) ב-intrad) ב-aoxe) גבוה יותר (ampreative) גבוה יותר (aoxintrad) ב-intrad) ב-axintrad) ב-intrad) ב-intrad) ב-intrad) ב

בצד הציפוי, (FLT:0) ציפויי מחסום (EBCs) MPEGFLT:1 עבור מאטריקס קרמיקה סיליקון (CMCs) מורחבים לשימוש עם ⁇ Refractory. ציפויים אלה להגן מפני תקיפה מים וחמצן.

מסקנה: לקראת מערכות כוח ידידותיות ויציבות

הפיתוח של ⁇ מתכת עתירה גבוהה נשאר אבן הפינה של התקדמות טכנולוגיית ייצור חשמל.מ-על ניקל יחיד-קריסטל ניקל superalloys המאפשר טורבינות גז לפעול בטמפרטורות שיא, כדי לשחזר ⁇ גבוהה entropy כי מבטיח לדחוף מעל 1300 מעלות צלזיוס, כל התקדמות ליעילות גבוהה יותר, צריכת דלק נמוכה יותר, ולהפחית פליטות סביבתיות.

מקורות נוספים (בתרגום חופשי:0)

  • (ב) ◄ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) מחלקת האנרגיה של ארצות הברית - חומרים מתקדמים עבור PowerBuildment: 1
  • [ה]ה']: [ה]: [ה], [ה]], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה']
  • (ב) מינרלים, מתכת ואמפ; חברת חומרים - Alloys ResearchFLT 1