Power Generation için Yüksek Sıcaklık Metal Kaplamaları

Yüksek sıcaklık metal alaşımları yüksek performanslı sistemlerde gelişmeler sürmeye devam ediyor, yüksek işletme sıcaklıklarına, modern alaşımlara yardımcı oluyor, termodinamik verimliliği azalttı ve son metalurjik araştırmalar gaz türbinlerinde, süper kritik buhar santralleri, nükleer reaktörler ve yoğun güneş enerjisi (CSP) istasyonlara hitap ederken, yüksek işletme sıcaklıklarını artırmaya yardımcı oluyor.

Yüksek hacimli yüzeylerin Power Generation'daki rolü

Güç nesli ekipmanı rutin olarak, normal yapısal metallerin dakikalar içinde başarısız olması için koşullar altında çalışır.Birleşmiş bir gaz türbininde gaz sıcaklık sıcaklıkları 1500 °C'yi kombine kadar yüksek ısıtılır; hava soğutmadan sonra, 900-1000 °C'ye kadar (havalı su reaktörlere) ulaşırken, süper kritik buharlı yüksek ısıtılır.

Bu alaşımların asıl talepleri şunlardır:0)creep direnişi) ve özellikle yüksek sıcaklık altında sürekli stres altında, temizlenebilirlik[Dönetici:2).

Malzeme Bilimi Vakfı: Güçlü, Creep ve Çevre Direnişi

Yüksek sıcaklıklarda, metaller güç kaybeder, çünkü lattice vibrasyonları daha kolay hareket etmeye izin verir. Tasarımcılar bunu birkaç şekilde karşılamaktadırlar. İlk olarak, alaşım matrixi, [[Döneticileri güçlendirerek güçlendirilir[Döneticileri 1 ) – en iyi şekilde ayrıştıran kristaller, en yüksek seviyeler için, ikinci katta (Dönemli) ve akıp giden demir devreler (Düzük) olarak, yüksek çözünürlükte bulunan küçük, sert parçacıklar yaratır.

Oxidasyon direnci yoğun, obnt oksit tabakası oluşturmaktan gelir -tipik olarak kromat (Cr2O3) veya bir ışık (Al2O3) - bu yavaşlar daha fazla oksijen ingre. çok yüksek sıcaklıklar (above 1000 °C), bir ışık ölçekleri yüksek bir form kromatları için - istikrarlı ve büyümeleri için.Bu nedenle bu koruyucu ölçekler (örneğin,) Namuslu alaşımları kontrol etmek için yeterli miktarda karbonat (örneğin, 18-20C) gerekir.

Creep mekanizmaları sıcaklık ve stresle değişir. Düşük sıcaklıklar ve yüksek streslerde, dislokasyonlar yüksek sıcaklıklarda ve düşük streslerde, diffüzyon kontrollü ürpertici (Nabarro-Herring veya Coble ürpertici) meydana gelir.En iyi yüksek sıcaklık alaşımları, tahıl sınır alanını azaltmak için bir kovalama ve “raf etmek” ( stres altında ⁇ n koordinasyonu) ⁇ in altüst etmek için en iyi yüksek ısıtılır.

Delik Sistemlerinde Son Gelişmeler

Son on yılda yapılan araştırmalar, yüksek sıcaklık alaşımlarının tüm önemli sınıflarında daha da artış göstermiştir, tamamen yeni malzemeler aileleri ile birlikte. Aşağıdaki alt bölümler en etkili ilerlemeleri vurgulamaktadır.

Nickel-Based Superalloys

Nickel tabanlı süperalloylar, gaz türbinlerinin ve nükleer reaktörlerin en sıcak bölümleri için iş arkadaşları olarak kalır. Son gelişmeler şöyledir:0) Rityum ve ruthenyum içeriği (SX) alaşımları[Dönetici sınırlarını ortadan kaldırır, tahıl sınırlarını tamamen ortadan kaldırır, büyük ölçüde iyileştirici yaşam ve ısınır ısıtılır.

[FONT:0)Doğrusal olarak sağlam (DS) alaşımlar [DDÜT:1) ana stres eksenleri boyunca sütunlu tahıllar, IN738LC ve GTD-111 gibi diğer önemli bir ilerlemedir.

[FONT=0)Oxide Dağıtımı Güçlendi (ODS) alaşımlar [Dönetici:0) Mekanik alaşımlar tarafından üretilir ve bu iyi oksit dağılımını korurken büyük bileşenleri dağıtır.

Başka bir umut verici yön, Japonya'da geliştirilen alaşım TMS-238, yoğun rerakter metallerin ortadan kaldırılmasının aynı zamanda daha yüksek tantalum ve Tırıklık seviyelerinin geliştirilmesini sağlar. Örneğin, Japonya'da geliştirilen alaşım TMS-238, henium olmadan yüksek sıcaklık kapasitesine ulaşır.

Cobalt-Based Superalloys

Cobalt bazlı alaşımlar, tarihsel olarak vanes ve kompost hattı için kullanılır çünkü mükemmel sıcak korozyon direnci nedeniyle yenilenen dikkatleri elde eder.Bir kumar-prime aşamasının keşfi (Co3(Al,W) ve daha iyi ısıtlı sistemler, ana adayı Ni3 (Al,Ti) , daha sonraki araştırmalarda da şaşırtıcı olan hassas yüzeylere de sahiptir.

Rerakter Metal Kaplamaları

Rerakter metaller -t Morgan, molybdenum, niobium ve tantalum - 2250 °C'nin üzerinde puanlar, onları çok yüksek sıcaklık hizmeti için çekici hale getirirler. Ancak, zayıf oxidasyon direnci (twin trimoksitoksit altları 700 °C) ve yüksek yoğunluk ile yükselten araştırmalarda yoğunlaşmıştır:0Nxid alaşımları (RHEAs)[D)[D)[Düzücük-seçmişlik ve oxidasyonlar için tek bir çözüm üretmek için acı vericidir.

Başka bir yaklaşım, silikon ve boron (Mo-Si-B) ile ilgili temel engeller, yüksek sıcaklıklarda koruyucu bir borosilik camı oluşturur ve 1200-1300 °C'de çalışabilirler. Bu, gelecek nesil ultra verimli gaz türbinlerinde tür yüzeyler için geliştirilir.

Gelişmiş Üretim ve Kaplama Yeniliği

[FOBF) ve elektron erimesi (EBM), yüksek sıcaklık alaşım bileşenlerinin üretimini devrime uğrattı ve özellikle de türbinin içindeki karmaşık iç soğutma kanalları için, jeneratörlü (LPBF) ve elektron erimesi (EBM), plazma süperalloysundan gelen parçalara yakın bir şekilde üretebilir.

[FONT:0] ⁇ bariyer kaplamaları (TBCs)), 200 °C'ye kadar metal sıcaklıklar azaltacak kritik kalır. Yttria-stabilized zirconia (YSZ) standarttır, ancak daha nadir olarak ortaya çıkan yeni malzemeler (EB-beam) veya süspansiyon plazma spreyi sağlar.

İşsizlik ve Maliyetleri

Gelişlere rağmen, yeni alaşımların yaygın olarak benimsenmesini engeller.ETHFLT:0)Cost) birincil bir endişedir: rhenium, ruthenium ve tantalum, tedarik zincirine tabi tutulur ve üç nesil süperalloylar standart alaşımların 5-10 kat daha fazla maliyet gerektirir; bu nedenle performans devam ederken kompozisyonlara öncelik verir.

[FONT:0)Creepfat-fay etkileşimi[[DÜT:1) Başka bir meydan okumadır. Güç bitkileri yük-dönüşüm (sonrası, yük aşağıdaki) ürpertici hasarları hızlandırabilecek termal ve mekanik çevrimler yükler.

[FONT:0)Environmental çatlakları[Döntgen: 1) Bu etkileri azaltmak, özellikle buhar veya hidrojen içeren hizmet ortamlarda risk kalır. Stres korozyonu çatlakları ve hidrojen embrittlementi, yüksek güçlü nikel alaşımlarının kullanımını sınırlayabilir. Kaplamalar ve yüzey tedavileri bu etkileri azaltabilir, ancak maliyet ve karmaşıklıkları da karmaşıklaştırabilirler.

Son olarak,FL:0) Güvenilirlik[Döneticileri yüksek sıcaklık alaşımlarının yasal ve ekonomik bir sorun haline gelir. Birçok süper tümoy kolayca ayrılmış olan çok değerli elementler içerir; kazı geri dönüşümleri enerji yoğun remelasyon ve alaşımlama gerektirir. Endüstri grupları, rhenyum ve diğer değerli metalleri keşfeder.

Future Yol Tarifi

Önümüzdeki birkaç gelişmekte olan teknoloji yüksek sıcaklık alaşımlarını daha ileri itmeye söz veriyor.

Yüksek hacimli Servis için yüksek performanslı Yüzeyler

Yüksek performanslı alaşımlar (HEPA), yakınlardaki beş veya daha fazla temel elementi birleştirir, basit sağlam çözümler oluşturmak için.Bazı HEAs, CofaCrFe yapılarıNiMn gibi, mükemmel güç ve kanala sahip olan yüksek sıcaklık kullanımı için, ancak yüksek sıcaklık kullanımı için, odaklama direncinin yeniden tanımlanmasına bağlıdır, kromatyum veya silikonun kullanılması gibi formlar hala koruyucu aşamalarda koruyucudur.

C ⁇ Malzeme Tasarımı ve Makine Öğrenme

Deneysel “kok-ve-bakış” yöntemi, birçok kısıtlamayı karşılayan yeni kompozisyonlar (malzeme, ürperasyon) için araştırmacıların faz stabilitesini ve dönüşüm sıcaklıklarını tahmin etmelerine izin verir, mekanik özellikleri için eğitilmiş, 50 °C'de yeni nikel bazlı süper-tümoyları tasarlayabilmelerini önerebilirler.

Katkı İmalatı ve Komplek Geometrileri

Ek olarak, yüksek sıcaklık bileşenlerinin tam üretimine prototypingin ötesine geçecektir. Yeni AM teknikleri, elektron kirişi tozu yatak füzyon (EB-PBF) ve yönlendirilen enerji ayrıştırımı (DED), yeterince yoğunlukla daha büyük parçalar üretebilir (örneğin, karmaşık aerodinamik şekilleri takip eden iç soğutma kanallarını yazdırma yeteneği, yüksek kromatografide (örneğin, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bir başka bir şekilde yüksek çözünürlükte (C) ve daha yüksek çözünürlükte bir şekilde yüksek çözünürlükte (örneğin, yüksek çözünürlükte) sağlar.

Yüzey kaplama tarafında, [[0)Tezli bariyer kaplamaları (EBCs)[Melektler) [CMC'ler için) bir metalik bağıntı ile korunan kaplamalar için genişletilir.

Sonuç: Daha Verimli ve Dayanıklı Güç Sistemlerine Doğru

Yüksek sıcaklık metal alaşımlarının gelişimi, 1300 °C'nin ötesine geçmeye söz veren, her biri daha yüksek verimlilik, düşük yakıt tüketimine katkıda bulunur ve emisyonlar azaltılır ve gaz türbinlerinin rekor sıcaklıklara çalışmasını sağlar, ancak maliyet, manuentrop edilebilirlik ve çevresel direnç, bu malzemelerin yaygın ticari dağıtıma katkıda bulunması için aynı anda ele alınacaktır.

[0] Daha fazla okuma için Dış kaynaklar: