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Un nuevo estudio conjunto realizado por Southwest Research Institute y Sandia National Laboratories examina las diferencias en el crecimiento de la película de óxido en metales fabricados de forma aditiva (AM) y acero inoxidable forjado en un dióxido de carbono supercrítico (sCO2 ) ambiente.
sCO2 es dióxido de carbono mantenido por encima de una temperatura y presión críticas, lo que hace que combine las propiedades del gas y el líquido. Las centrales eléctricas actuales suelen utilizar agua como medio térmico en los ciclos de potencia. Sustitución del agua por sCO2 aumenta la eficiencia hasta en un 10 por ciento, lo que también permite una turbomaquinaria considerablemente más pequeña y una huella más pequeña. Su estado supercrítico hace que sCO2 un fluido altamente eficiente para generar energía porque pequeños cambios en la temperatura o la presión provocan cambios significativos en su densidad.
SwRI es líder en sCO2 ciclos de potencia El Instituto ha recibido numerosos proyectos financiados por la industria y el Departamento de Energía para implementar sCO2 a escala piloto componentes del ciclo de potencia y equipos a nivel del sistema, además de la planta piloto de energía eléctrica transformacional supercrítica (STEP) de 10 MWe que se está construyendo en SwRI.
El ingeniero de investigación sénior Dr. Florent Bocher comenzó a examinar cómo la oxidación afecta a los materiales AM como parte de un sCO2 existente. esfuerzo de colaboración con Sandia National Laboratories.
"La maquinaria más pequeña y compleja necesaria para las pequeñas turbinas que sCO2 Los ciclos de energía hacen que la fabricación aditiva sea un recurso atractivo", dijo Bocher.
La fabricación aditiva es un proceso novedoso que utiliza la impresión 3D o la creación rápida de prototipos para construir un artículo mediante capas de plástico, metal y otros materiales para un diseño personalizado generado por computadora. Debido a que AM crea componentes resistentes con cualidades de diseño intrincadas, atrae a una amplia gama de usuarios, incluidas las industrias aeroespacial, médica y de fabricación.
"Las altas temperaturas y presiones del sCO2 ambiente hacen que la oxidación sea una preocupación para los componentes metálicos", explicó Bocher. "A medida que estas dos industrias avanzan, es importante comprender cómo les afecta la oxidación".
Para probar la durabilidad de los metales AM frente al acero inoxidable forjado tradicional en el sCO2 ambiente, Bocher y sus colaboradores expusieron muestras de ambos a un sCO2 simulado ambiente de ciclo de energía, incluyendo una temperatura de 450 grados centígrados y una presión de 76 bar, durante dos semanas. Los materiales AM fueron construidos y analizados por el Laboratorio Nacional Sandia.
"Ambos tipos de metales mostraron crecimiento de óxido", dijo Bocher. "Pero el óxido cubría aproximadamente el 72 % del acero inoxidable forjado y el 54 % del material AM, y el tamaño de grano y el grosor de la capa de óxido eran estadísticamente más grandes y más gruesos para el material forjado. Sin embargo, en última instancia, esto no prueba que uno es más confiable que el otro. Se necesitan más datos, pero esto ciertamente sugiere que los procesos de FA deben optimizarse en el futuro para este tipo de condiciones".
El estudio fue publicado en Corrosion Science . El equipo crea una turbomaquinaria de dióxido de carbono supercrítico para una planta de energía termosolar
