Об этом сообщила пресс-служба ВУЗа.
Статья с результатами исследования была опубликована в журнале EDP Sciences 2023 г.
Исследование получило финансирование от Минобрнауки РФ.
Эффективность для газотурбинных установок
Эти исследования полезны при разработке газотурбинных установок (ГТУ), применяемых в различных отраслях промышленности, таких как нефтегазовая, автомобильная, авиационная и энергетическая.В России ведется разработка передовых ГТУ с использованием водородных технологий и обогащенного водородом топлива для ГТУ.
Обогащенное водородом топливо:
- содержит почти в 3 раза больше энергии, чем ископаемое топливо;
- требует гораздо меньше объема для выполнения работы.
В результате исследований выявлено, что материалы на основе никеля обладают высокой стойкостью к воздействию водорода как при обычных, так и при повышенных температурах.
Водородная коррозия
Водородная коррозия проявляется в реакции между водородом и углеродом стали, что может привести к появлению трещин и деформаций.Сталь, медь и серебро особенно подвержены этому процессу.
Появление коррозии в сплавах зависит от разных факторов, таких как температура, давление, микроструктура, химический состав и наличие напряжений.
Поэтому важно учитывать эти факторы при испытаниях сплавов для предотвращения разрушения изделий.
Подробности исследования
Для исследования выбраны аустенитные хромоникелевые стали (сталь типа 18-10):- распространенный тип сплавов, отличающийся повышенной устойчивостью к коррозии;
- отличаются высокой сопротивляемостью нагреву, что важно для ГТУ;
- аустенит (γ-фаза) - высокотемпературная гранецентрированная модификация железа и его сплавов;
- аустенитная структура образуется при добавлении никелевой присадки (легировании);
- для повышения прочности в сталь добавляют азот;
- не подвержены водородной коррозии, даже при высоких температурах и давлении водорода.
Однако поведение этих сталей в водородсодержащей среде до конца не изучено.
Пермяки исследовали 4 образца никелевых сплавов, которые подвергались различным процессам гидрирования (насыщения водородом).
Перед воздействием водорода их изучали в чистом состоянии.
Затем образцы тестировали при температуре 850°C:
- в среде чистого аргонного газа, смеси аргона и водорода в пропорции Ar 35% + H2 65%;
- затем в среде 100% водорода.
Но там пропорции другие: Ar 95% + H2 5%.
- образцы жаропрочных сплавов были загружены в трубчатую печь;
- затем было продувание инертным газом или водородом в течение 15 минут для удаления воздуха из зоны реакции;
- при заданном расходе водорода или водородсодержащего газа производился нагрев до требуемой температуры и выдержка в течение определенного времени;
- после этого нагрев прекращался, и образцы сплавов охлаждались до температуры атмосферы.
- при высоких температурах водородсодержащие газы приводят к образованию отложений различной структуры и состава на поверхности сплава;
- при низком содержании кислорода образуется плотный микроструктурный оксидный слой, содержащий много кобальта и никеля;
- в атмосфере, содержащей 65% водорода, на поверхности формируется слой с высоким содержанием алюминия;
- при 100% атмосфере водорода на поверхности сплава образуются наросты.
- поскольку при достижении температуры плавления происходит удаление водорода из сплава, изменение массы позволило определить, сколько водорода поглощает никелевый сплав во время гидрирования;
- для этого образцы нагревались до температуры 1600°C со скоростью нагрева 20°C/мин до и после испытаний.
- количество поглощенного водорода составляет от 0,08% до 0,14%, что считается допустимым количеством газа в сплаве;
- превышение этого значения может негативно влиять на материал, приводя к разрушению.
Эти сплавы могут быть применены в качестве основного материала или покрытия для газотурбинных установок.
Автор: А. Шевченко, О. Бахтина
