Um novo estudo conjunto do Southwest Research Institute e do Sandia National Laboratories examina as diferenças no crescimento do filme de óxido em metais manufaturados aditivamente (AM) e aço inoxidável forjado em um dióxido de carbono supercrítico (sCO₂ ) meio Ambiente.
sCO₂ é o dióxido de carbono mantido acima de uma temperatura e pressão críticas, o que faz com que ele combine as propriedades do gás e do líquido. As usinas de energia atuais normalmente usam a água como meio térmico em ciclos de energia. Substituindo a água por sCO₂ aumenta a eficiência em até 10%, o que também permite turbomáquinas consideravelmente menores e um espaço menor. Seu estado supercrítico torna sCO₂ um fluido altamente eficiente para gerar energia porque pequenas mudanças de temperatura ou pressão causam mudanças significativas em sua densidade.

SwRI é líder em sCO₂ ciclos de energia. O Instituto recebeu vários projetos financiados pelo Departamento de Energia e pela indústria para implementar sCO em escala piloto₂ componentes do ciclo de energia e equipamentos de nível de sistema, além da Planta Piloto de Energia Elétrica Transformacional Supercrítica (STEP) de 10 MWe em construção na SwRI.

O engenheiro de pesquisa sênior Dr. Florent Bocher começou a examinar como a oxidação afeta os materiais AM como parte de um sCO₂ existente esforço colaborativo com os Laboratórios Nacionais Sandia.

"O maquinário menor e mais complexo necessário para as pequenas turbinas que sCO₂ ciclos de energia utilizam torna a manufatura aditiva um recurso atraente", disse Bocher.

A manufatura aditiva é um novo processo que usa impressão 3D ou prototipagem rápida para construir um item por camadas de plástico, metal e outros materiais para um design personalizado gerado por computador. Como o AM cria componentes robustos com qualidades de design complexas, ele atrai uma ampla gama de usuários, incluindo as indústrias aeroespacial, médica e de manufatura.

"As altas temperaturas e pressões do sCO₂ ambiental tornam a oxidação uma preocupação para os componentes metálicos", explicou Bocher. "À medida que essas duas indústrias avançam, é importante entender como a oxidação as afeta".

Para testar a durabilidade dos metais AM em relação ao aço inoxidável forjado tradicional no sCO₂ ambiente, Bocher e seus colaboradores expuseram amostras de ambos a um sCO₂ simulado ambiente de ciclo de potência, incluindo temperatura de 450 graus Celsius e pressão de 76 bar, por duas semanas. Os materiais AM foram construídos e analisados ​​pelo Sandia National Laboratory.

"Ambos os tipos de metais apresentaram crescimento de óxido", disse Bocher. "Mas o óxido cobriu cerca de 72% do aço inoxidável forjado e 54% do material AM, com o tamanho do grão e a espessura da camada de óxido sendo estatisticamente maior e mais espessa para o material forjado. Em última análise, porém, isso não prova que um é mais confiável do que o outro. Mais dados são necessários, mas isso certamente sugere que os processos de AM devem ser otimizados daqui para frente para esses tipos de condições."

O estudo foi publicado na Corrosion Science . + Explorar mais

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