خبر – ریشی پیلای و تیم تحقیقاتی او در آزمایشگاه ملی Oak Ridge وزارت انرژی جایزه بهترین مقاله را از موسسه بین‌المللی توربین گازی انجمن مهندسین مکانیک آمریکا در ژوئن در نمایشگاه توربو 2024 لندن دریافت خواهند کرد.

را کاغذ برنده «استفاده از تولید افزودنی برای تولید آلیاژهای با دمای بالا با ویژگی‌های مکانیکی مهندسی شده و پایداری محیطی» است که Pillai در ژوئن در نمایشگاه توربو 2023 در بوستون ارائه کرد.

دانشمندان ORNL یک آلیاژ مبتنی بر نیکل درجه بندی شده ترکیبی برای نمک مذاب هالید و مبدل های حرارتی دی اکسید کربن فوق بحرانی را مهندسی کردند. هدف کاهش تخریب محیطی سطوح در معرض نمک های هالید مذاب در یک طرف و اتمسفر اکسید کننده در سطح مخالف مبدل های حرارتی و در عین حال جلوگیری از بدتر شدن پایداری مکانیکی بعدی ناشی از حرارت و خوردگی بود.

این کار کاربرد تولید افزودنی را برای طراحی و ساخت موادی که هم استحکام و هم مقاومت در برابر خوردگی را برای کار در محیط‌های شدید مانند راکتورهای هسته‌ای یا سیستم‌های تولید برق دارند، نشان می‌دهد.

پیلای می‌گوید: «پروتکل‌های طراحی مواد مرسوم به دنبال دستیابی به خواص فیزیکی فردی با پیروی از یک رویکرد ثابت هستند، اما در پیش‌بینی پیامدهای تعاملات پیچیده بین پدیده‌های زمینه‌ای ناکام هستند. به عنوان مثال، رویدادهایی مانند تخریب محیطی و پایداری حرارتی مکانیکی می توانند به طور قابل توجهی بر کارایی، بهره وری و الزامات چرخه عمر تأثیر بگذارند.

اگرچه تصمیم غالب برای اعمال پوشش‌های مقاوم در برابر اکسیداسیون و مانع گرما برای محافظت از قطعات آلیاژی فلزی در برابر محیط‌های خشن، فناوری‌های انرژی و هوانوردی امروزی را ممکن کرده است، محدودیت‌هایی هنوز از نظر عملکرد طولانی مدت قطعه وجود دارد.

معمولاً پوشاندن سطوح داخلی بسیار دشوار است، زیرا هیچ خط دیدی ندارید، و در قطعات بسیار کوچک مانند لوله‌ها و مجاری باریک، افت فشار، کنترل فرآیندهای رسوب بخار شیمیایی برای اعمال پوشش‌های یکنواخت و چسبنده را بسیار چالش برانگیز و عملاً غیرممکن می‌کند. پیلای. “تحقیقات ما زمینه جدیدی را برای توسعه آلیاژهایی با خواص بهینه شده باز می کند. مزایا این است که هنگام تولید مواد شیمیایی را درجه بندی می کنید و اجازه می دهید تا کل جزء تولید شود و در عین حال نیاز به فرآیندهای پیوند – مانند لحیم کاری در مبدل های حرارتی – در قطعه ای که می سازید کاملاً از بین برود.

با گذشت زمان، سیستم‌های ناسازگار شیمیایی در پوشش‌ها می‌توانند شروع به تعامل به روش‌هایی کنند که خواص پوشش‌ها و سطوح نگهدارنده را کاهش دهد. محققان ORNL نشان داده‌اند که تکنیک تولید افزودنی می‌تواند با تغییر تدریجی ترکیب مواد در هنگام رسوب بر روی شی چاپی، بر این چالش‌ها غلبه کند.

پیلای گفت: “رده بندی ترکیب با دقت انتخاب شده، که با استفاده از مدل های بسیار دقیق تخریب مواد و تخمین عمر اجزا تعیین شده است، تخمین می زند که یک قطعه برای 30،000 تا 50،000 ساعت در دمای مناسب برای کاربرد مورد علاقه در خدمت باشد. ما می‌توانیم درجه‌بندی را انتخاب کنیم که تعامل بین ترکیبات شیمیایی مختلف مورد نیاز مواد قطعه را به حداقل برساند و در عین حال مقاومت لازم در برابر تخریب محیطی سطح را فراهم کند. نتیجه این است که ما یک ماده آلیاژی با دمای بالا با خواص مکانیکی بهینه و مقاومت در برابر خوردگی تولید می کنیم و نیاز به پوشش ها را حذف می کنیم.

این تحقیق از سه ستون استفاده کرد: توسعه مواد با کمک محاسباتی، بهینه سازی پارامترهای تولید، و خصوصیات پیشرفته. این تیم از ابزارهای محاسباتی برای مطالعه چگونگی ایجاد یک آلیاژ با خواص عملکردی خاص و مقاومت در برابر تخریب محیطی استفاده کردند. آنها همچنین از بهینه‌سازی پارامتر برای اطمینان از تولید بدون ترک در هندسه‌های مختلف مورد نیاز برای قطعاتی مانند صفحات و لوله‌های مبدل حرارتی، همراه با خصوصیات پیشرفته برای بازرسی دقیق ریزساختار قطعات تولید شده استفاده کردند.

تست های اولیه خوردگی و مکانیکی محصول مطالعه طبقه بندی شده پتانسیل آن را برای جایگزینی مواد پوشش داده شده نشان داد.

پیلای گفت که برنده شدن جایزه بهترین کتاب مقیاس پذیری تکنیکی را که مطالعه نشان داد به رسمیت شناخت: “پنل توربو اکسپو و مخاطبان متوجه شدند که حتی اگر من آلیاژی را انتخاب کردم که برای مبدل های حرارتی هالید ذوب شده و دی اکسید کربن فوق بحرانی طراحی شده بود، آنها می توانند ارزش آن را ببینند. انتقال رویکرد به توربین‌های گازی و سایر کاربردها.»

این کار به عنوان بخشی از یک پروژه ابتکاری متالورژی دیجیتال که در آزمایشگاه تحقیق و توسعه به رهبری Pillai هدایت می‌شود، انجام شد. برخلاف روش سریال، طراحی مشترک با جنبه های پایداری مکانیکی و خوردگی معماری ها به صورت موازی سروکار دارد. این رویکرد ویژگی‌های مواد منطقه‌ای دقیقاً متناسب را ایجاد می‌کند که برای تحقق موفقیت‌آمیز فناوری‌های انرژی نسل بعدی حیاتی است.

UT-Battelle ORNL را برای دفتر علوم DOE مدیریت می کند. دفتر علوم که بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است، برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر لطفا مراجعه کنید به Energy.gov/science. – اسکات گیبسون