Thấm khí hydro ở áp suất cao/nhiệt độ cao trong các hợp kim ứng cử viên cho động cơ Stirling

S. Bhattacharyya1, E. J. Vesely1, V. L. Hill2
1Materials Technology Division, IIT Research Institute, Chicago
2Gas Research Institute, Chicago

Tóm tắt

Các thử nghiệm thấm khí hydro của tám hợp kim kỹ thuật nhiệt độ cao đã được thực hiện trong môi trường hydro 20,7 MPa ở nhiệt độ từ 923 đến 1088 K để đánh giá khả năng ứng dụng của chúng trong động cơ Stirling cho đầu đốt và ống dẫn đầu đốt. Một lò phản ứng áp suất cân bằng được thiết kế đặc biệt đã được xây dựng cho mục đích này nhằm thử nghiệm các vật liệu trong một dải nhiệt độ rộng. Kết quả cho thấy hợp kim 19-9DL có hiệu suất tổng thể tốt nhất về cả tính chất thấm và khuếch tán. Các hợp kim N-155, IN 800 và A-286 có tính chất thấm hơi kém hơn một chút so với 19-9DL ở nhiệt độ cao hơn, nhưng ở nhiệt độ thấp hơn, cả A-286 và N-155 có hệ số khuếch tán cao hơn đáng kể so với cả 19-9DL và IN 800. Độ hòa tan của hydro trong 19-9DL, N-155, IN 800 và A-286 là tương tự; với IN 800 và A-286, độ hòa tan có vẻ như giảm khi nhiệt độ tăng. Đối với các ống dẫn đầu đốt, 19-9DL xuất hiện là vật liệu phù hợp nhất dựa trên tỷ lệ thấm hydro thấp của nó. Các năng lượng kích hoạt của thấm và khuếch tán so sánh khá đồng nhất với dữ liệu tài liệu hiện có. Không có mối tương quan nào được ghi nhận giữa hóa học của hợp kim - đặc biệt là trong các mức độ của các nguyên tố xen kẽ như carbon và boron, và của các nguyên tố tạo hydride như Cb, Ta, Ti và V - với thấm/khuếch tán/độ hòa tan của hydro.

Từ khóa

#hợp kim kỹ thuật #thấm hydro #động cơ Stirling #áp suất cao #nhiệt độ cao

Tài liệu tham khảo

J. R. Stephens: “Stirling Engine Materials Research,” presented at the Automotive Technology Development Contractor Coordination Meeting, Dearborn, MI, November 11–13, 1980.

J. A. Misencik: “Evaluation of Candidate Stirling Engine Heater Tube Alloys for 1000 Hours at 760 °C,” November 1980, NASA TM-81578, U.S. Dept. of Energy, Washington, DC.

S. Bhattacharyya, E. J. Vesely, Jr., and V. L. Hill: “Determination of Hydrogen Permeability in Uncoated and Coated Superalloys, Interim Report,” January 1981, NASA CR-165209 for U. S. Dept. of Energy, Office of Transportation Programs, Washington, DC.

W. R. Witzke and J. R. Stephens: “Creep-Rupture Behavior of Seven Iron-Base Alloys After Long Term Aging at 760 °C in Low Pressure Hydrogen,” DOE/NASA/1040-15, August 1980.

K. J. Chaney and G. W. Powell:Metall. Trans., 1970, vol. 1, pp. 2356–57.

M. R. Louthan, Jr. and R. G. Derrick:Corros. Sci., 1975, vol. 15, pp. 565–77.

W. M. Robertson:Metall. Trans., 1977, vol. 8A, pp. 1709–12.

N. R. Quick and H.H. Johnson:Acta Met., 1978, vol. 26, pp. 903–07.

J. T. Bell and J. D. Redman:J. Phys. Chem., 1978, vol. 82, pp. 2834–38.

V. L. Gadgeel and D. L. Johnson:J. Mater. Energy Sys., 1979, vol. 1, pp. 32–40.

N. R. Quick and H. H. Johnson:Metall. Trans., 1979, vol. 10A, pp. 67–70.

J. T. Bell, J. D. Redman, and H. F. Bittner:J. Mater. Energy Sys., 1979, vol. 1, pp. 55–59.

J. T. Bell, J. D. Redman, and H. F. Bittner:Metal. Trans., 1980, vol. 11A, pp. 775–82.

J. R. Phillips and B. F. Dodge:AlChE J., 1968, vol. 14, p. 3.

J. D. Fast:Interactions of Metals and Gases, Academic Press, New York, NY, 1965, vol. 1, p. 125.