Projekt badawczy finansowany w ramach konkursu OPUS 20
Dr inż. Wojciech Nowak z Katedry Nauki o Materiałach na Wydziale Budowy Maszyn i Lotnictwa został kierownikiem projektu badawczego finansowanego w ramach konkursu OPUS 20 przez Narodowe Centrum Nauki. Wartość projektu „Stopy o wysokiej entropii w parze wodnej - optymalizacja odporności na korozję wysokotemperaturową do nowoczesnych zastosowań” wynosi 573 400,00 zł.
Cel projektu
Celem projektu jest wytworzenie stopów wysokiej entropii cechujących się wyśmienitą odpornością na korozję wysokotemperaturową w atmosferze zawierającej parę wodną. Warunki procesu obróbki cieplnej zostaną zoptymalizowane, co będzie skutkować różną mikrostrukturą stopów HEA’s. W wyniku tego zostanie jednoznacznie opisany wpływ mikrostruktury stopów HEA’s na ich odporność na korozję wysokotemperaturową w mokrych gazach. Dodatkowo zostanie stworzony model matematyczny pozwalający na przewidywanie odporności na korozję wysokotemperaturową stopów HEA’s w warunkach utleniania w gazach zawierających parę wodną. Projekt będzie realizowany od sierpnia 2021 r. do lipca 2025 r.
Jak podkreśla dr inż. Wojciech Nowak, materiały metaliczne stanowią obecnie najszerzej stosowaną grupę materiałów w niemal każdej dziedzinie naszego życia. „W porównaniu z materiałami ceramicznymi i polimerowymi materiały metaliczne cechują się bardzo dobrym przewodnictwem elektrycznym i cieplnym oraz bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi, m.in. wysoką wytrzymałością i twardością. Są szeroko stosowane w warunkach wysokiej temperatury, np. w silnikach turboodrzutowych lub stacjonarnych turbinach gazowych. W obecnych czasach duży nacisk kładzie się na zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery, dlatego obserwujemy silny trend odchodzenia od paliw kopalnych w kierunku paliw alternatywnych, w tym paliw wzbogaconych w wodór” – podkreślił dr inż. W. Nowak. „Spalanie wodoru oprócz obniżenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery wiąże się jednak z pewnymi konsekwencjami. Po pierwsze, zwiększa temperaturę spalin, a co za tym idzie temperaturę pracy materiałów stosowanych w częściach gorących turbin, po drugie, zwiększa stężenie pary wodnej w spalinach. Podwyższona temperatura spalania praktycznie eliminuje nadstopy niklu z ich zastosowania, ponieważ już na chwilę obecną temperatura ich pracy osiągnęła maksymalny limit temperatury ich stosowania. Dlatego poszukuje się materiałów mogących potencjalnie zastąpić stosowane nadstopy niklu i, co więcej, sprostać nowym wymaganiom”.
Opis badań
Obecność pary wodnej w atmosferze podczas ekspozycji nadstopów niklu w wysokiej temperaturze negatywnie wpływa na ich odporność na korozję. Dodatkowo, formowanie się zgorzeliny tlenkowej skutkuje zubożeniem materiału w strefie przypowierzchniowej, co z kolei powoduje zmiany w mikrostrukturze materiałów w tych obszarach. Właściwości wytrzymałościowe w dużym stopniu zależą od mikrostruktury materiałów metalicznych, dlatego zmiana mikrostruktury stopów powoduje zmianę ich właściwości mechanicznych. Z tego powodu pożądany jest materiał wykazujący dużą stabilność mikrostruktury w wysokiej temperaturze. Stopy wysokiej entropii (HEA’s) stanowią najbardziej obiecującą grupę materiałów wykazujących dużą stabilność mikrostruktury w wysokiej temperaturze. Mimo że odporność na korozję wysokotemperaturową stopów wysokiej entropii w atmosferach suchych (niezawierających pary wodnej) została zbadana, brak jest informacji dotyczących odporności na korozję wysokotemperaturową w atmosferze zawierającej parę wodną.
Projekt „Stopy o wysokiej entropii w parze wodnej - optymalizacja odporności na korozję wysokotemperaturową do nowoczesnych zastosowań” jest pionierski w tej dziedzinie, ponieważ po raz pierwszy stopy wysokiej entropii (HEA’s) zostaną zbadane w atmosferze zawierającej parę wodną. Dodatkowo zostanie określony wpływ mikrostruktury stopów HEA’s na ich odporność korozyjną w atmosferach mokrej i suchej. „Uzyskane wyniki dostarczą zupełnie nowych informacji o zachowaniu stopów HEA’s w atmosferach zawierających parę wodną w wysokiej temperaturze w zależności od ich mikrostruktury. Różna mikrostruktura natomiast zostanie uzyskana dzięki modyfikacji parametrów procesu ich obróbki cieplnej” – dodaje dr inż. Wojciech Nowak. Wyniki uzyskane w projekcie znacznie poszerzą wiedzę na temat zachowania HEA’s w wysokiej temperaturze w wilgotnej atmosferze. Stworzony model matematyczny będzie użytecznym narzędziem do przewidywania właściwości stopów HEA’s podczas pracy w warunkach wysokiej temperatury w parze wodnej.
