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미국에서 일어난 터빈으로 힘의 대부분은 Rankine 주기 (증기가 원자로에 의해 만든 상태에서 또는 석탄 또는 생물 자원을 점화해서) 또는 Brayton 주기를 사용하여 일어납니다 (자연 종합 가스 발포에). 어떤 경우든지, 이 터빈의 증가 효율성을 위한 주요 전략은 피크 주기 온도를 증가시키기 위한 것입니다.
청결한 석탄 연구의 목표는 ~550°C의 현재 미국 공장 평균에서 >30% 씩 효율성을 (와 방출을 줄이기 위하여) 증가할 700°-760°C에 증기 온도를 증가시키기 위한 것입니다. 항공기에 제트 기관과 유사한, 고능률 육상 기지 발진 가스 터빈에 있는 피크 온도는 대부분의 전통적인 합금의 녹는 온도 보다는 더 높은 1500°-1700°C입니다. 이 조건에, 터빈에 있는 Ni 기지 superalloy 잎 그리고 바람개비는 정교한 필름 냉각 장치와 열 방벽 코팅에 의해 보호됩니다.
이 코팅은 산화 저항하는 금속 코팅의 위에 세라믹 층 (낮은 열 전도도 지르코니아)로 이루어져 있습니다.1 고열 및 부식성 환경 (증기, 연소 가스)는 물자를 빨리 떨어뜨릴 수 있습니다. 그러나, 상업적인 전기 격자를 위한 발전은 최소 셧다운을 가진 작동의 확장되는 기간 (년)를 가진 신뢰도의 고차를 요구합니다.
따라서, 주요 물질 연구 토픽은 후보자 물자의 고열 강직을 (를 포함하여 방어 코팅) 공부하고 그리고 각종 특성 기술을 사용하여 강직의 비율을 양을 정하고 있습니다. 강직은 기계 부하 때문이거나 민감하는 환경 때문에 물자의 부식에게 치러야합니다 할 수 있습니다.
대부분의 발전 응용에서 이용된 전통적인 구조상 합금을 위한 1 차적인 특성 공구는 (ferritic 또는 오스테나이트계 강철 또는 Ni 기지 합금과 같은) metallographic 단면입니다. 물자는 에폭시 또는 그밖 매체에서 공격의 합금 미세 그리고 깊이를 검토하기 위하여 삭감되고, 거치되고 닦습니다. 검사는 가벼운 현미경 검사법 그리고, 더 높은 확대를 위한, 전자 현미경 검사법에 의하여 입니다.
전자 현미경 검사법을 사용하여, 화학 성분은 충돌 전자빔에 의해 흥분 때문에 물자에서 방출된 독특한 엑스레이를 측정해서 결정될 수 있습니다. 에너지 (스캐닝 전자현미경에 전형) 흩어진 엑스선 분석 또는 파장 (전자 마이크로프로브에 전형) 흩어진 엑스선 분석, 지상 반응 제품의 화학 성분 및 근본적인 합금을 사용하여 변경을 결정하는 깊이의 기능으로 결의가 굳을, 특히 수 있습니다.
보기는 상업적인 Ni 기지 합금을 위한 숫자 1과 2에서 보입니다. 더부유한 산화물로 장시간에 표면에 형성하고 더 높은 온도 노출, 크롬은 근본적인 합금 (기계적 성질에 영향을 미칠 수 있는 숫자 2)에서 고갈시켜 됩니다. 결국, 그 같은 소모는 가속한 부식 비율과 분대 실패로 이끌어 낼 것입니다. 특성의 이 모형은 이것과 그밖 물자의 장기 (50-250kh) 성과를 만들고 및 일생과 최대 사용 온도 예상하기 필수적입니다.
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| 숫자 1. 이차 전자 스캐닝 전자 현미경 실험실 공기에 있는 1000°C에 5,000h 후에 상업적인 합금 230 (Ni 22wt.%Cr 14W)의 횡단면적인 심상. 견본은 지상 산화물을 보호하는 거치하기 전에 Cu 도금되었습니다. 주사선에서 데이터는 숫자 2.에 있는 단면도의 한개입니다. |
더 정교한 특성 기술은 강직의 기계장치를 공부하기 위하여 이용됩니다. 예를 들면, 18O 예광탄은 지상 산화물 가늠자의 성장 기계장치를 결정하기 위하여 이용될 수 있습니다.2,3 엑스레이 회절은 (XRD) 통용됩니다 단계 구성을 확인하기 위하여. 제자리 XRD는 고열에 서비스 도중 생기는 동적인 현상과 단계 전이을 이해하는 것을 도울 수 있습니다.4,5
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| 실험실 공기에 있는 3개의 다른 조건에 드러내는 합금 230의 견본에서 숫자 2. 전자 마이크로프로브 크롬 구성 윤곽. 표면의 가까이에, 크롬 내용은 크롬 부유한 산화물의 대형 높이 때문이. 외부 가늠자 아래에, 합금은 노출 시간 및 온도에 따라서 크롬에서 고갈됩니다. |
분석적인 전송 전자 현미경 검사법은 더 높은 확대 조차에 열로 증가된 가늠자를 공부하기 위하여 이용되고 반도체에 첨가하는 소량의 불순물의 위치를 확인할 수 있습니다.6 지상 분석 기술은 (예를들면, 송곳 또는 엑스레이 광전자 분광학) 얇은 지상 반응 제품 및 공용영역 segregants의 구성과 화학제품 국가를 확인할 수 있습니다. 지금7 , 새로운 특성 기술은 찌기 위하여 드러낸 떨어뜨리는 물자 또는 포함하는 배기 개스에 있는 수소의 제시된 역할을 탐구되고 있습니다 (HO) 공부하기 위하여.2 3
참고
1. B. Gleeson, "항공기 기관 응용을 위한 열 방벽 코팅," J. Prop. 힘, 22 (2006년) 375-383.
2. B.A. Pint, J.R. 마틴 및 L.W. Hobbs, "진한 액체로 처리하는의 성장 기계장치의 18O/SIMS 특성 및 Undoped? - Al2O3," Oxid. 충족시키는. 39 (1993년) 167-95.
3. W.J. Quadakkers, J. Zurek, 및 M. Hansell는, "FeCr의 고열 산화에 대한 수증기의 효력," JOM 61(7) (2009년) 44-50 합금합니다.
4. B.A. Pint, S.A. Speakman, C.J. Rawn 및 Y. 장, "Ni 알루미늄과 Ni Pt 알루미늄의 고리 산화 도중 개악 및 단계 전이," JOM 58(1) (2006년) 47-52.
5. P.Y. Hou, A.P. Paulikas, 및 B.W. Veal, "싱크로트론 방사선을 사용하는 공부되는 열로 증가된 Al2O3 가늠자에 있는 성장 긴장," JOM 61(7) (2009년) 51-55.
6. B.A. Pint와 K.L. 더 많은 것, "TBC 시스템에 있는 반토 공용영역의 특성," J. Mater. Sci. 44 (2009년) 1676-86년.
7. P.Y. Hou, "열로 증가된 Al2O3 합금 공용영역에 분리 현상," Annu. Mater 목사. Res., 38 (2008년) 275-98.
, 저작권 AZoM.com 브루스 A. Pint (오크리지 국립 연구소) 박사