Вибори директора
  1. Головна
  2. Структура
  3. Фізичне матеріалознавство та фізика міцності
  4. Публікація

Дослідження тривалої жаростійкості титанових матеріалів для гібридних паливних комірок

В.Я.Подгурська 1*,
 
І.Д.Горна 2,
 
Б.Д.Василів 1,
 
Р.В.Чепіль 1,
 
О.П.Осташ 1
 

1 Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАНУ, Львів
2 Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України , Київ
podhurskavika@gmail.com

Usp. materialozn. 2021, 2:35-44
https://doi.org/10.15407/materials2021.02.035

Анотація

Досліджено фізико-механічні властивості, зокрема тривалу (1000 год.) жаростійкість у повітрі за температури 600 °C, ряду титанових сплавів і композитів залежно від їхнього хімічного і фазового складів та способу отримання як кандидатних матеріалів для газових мікротурбін гібридної системи “твердооксидна паливна комірка — газова турбіна“. Показано, що перевагу мають матеріали системи Ti—Al—X (X = C, Nb, Mo) з наноламінатною структурою. Встановлено, що найвищу тривалу жаростійкість серед досліджених матеріалів мають сплави на основі алюмінідів титану γ-TiAl / α2-Ti3Al у литому стані.


Завантажити повний текст

МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ, ТИТАНОВІ СПЛАВИ, ТРИВАЛА ЖАРОСТІЙКІСТЬ, ХІМІЧНИЙ І ФАЗОВИЙ СКЛАД

Посилання

1. Tomida K., Kodo K., Kobayashi D., Kato Y., Suemori S., Urashita Y. Efforts toward introduction of SOFC-MGT hybrid system to the market. Mitsubishi Heavy Industries Technical Review. December 2018. Vol. 55, No. 4. P. 1–—5.

2. Mclarty D., Brouwer J., Samuelsen S. Hybrid fuel cell gas turbine system design and optimization. J. Fuel Cell Sci. Technol. August 2013. Vol. 10 (4). P. 1—11. doi: https://doi.org/10.1115/1.4024569

3. Perna A., Minutillo M., Jannelli E., Cigolotti V., Nam S.W., Yoon K.J. Performance assessment of a hybrid SOFC/MGT cogeneration power plant fed by syngas from a biomass down-draft gasifier. Appl. Energy. October 2018. Vol. 227. P. 80—91. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.08.077

4. Rugg D., Dixon M., Burrows J. High-temperature application of titanium alloys in gas turbines. Material life cycle opportunities and threats – an industrial perspective. Materials at High Temperatures. June 2016. Vol. 33 (4-5). P. 536—541. doi: https://doi.org/10.1080/09603409.2016.1184423

5. Bewlay B.P., Nag S., Suzuki A., Weimer M.J. TiAl alloys in commercial aircraft engines. Materials at High Temperatures. June 2016. Vol. 33 (4-5). P. 549–559. doi: https://doi.org/10.1080/09603409.2016.1183068

6. Wang X.H., Zhou Y.C. Layered machinable and electrically conductive Ti2AlC and Ti3AlC2 ceramics: a review. J. Mater. Sci. Technol. May 2010. Vol. 26 (5). P. 385—416. doi: https://doi.org/10.1016/S1005-0302(10)60064-3

7. Firstov S.A., Tkachenko S.V., Kuz’menko N.N. Titanium “irons” and titanium “steels”. Met. Sci. Heat Treat. July 2009. Vol. 51. P. 12–18. doi: https://doi.org/10.1007/s11041- 009-9119-7

8. Ostash O.P., Ivasyshyn A.D., Vasyliv B.D., Okun` I.Yu. High-temperature and cyclic corrosion crack resistance of alloys of the Ti—Si—Al—Zr system. Mater. Sci. May 2006. Vol. 42 (3). P. 330—343. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-006-0087-4

9. Tkachenko S., Datskevich O., Dvorak K., Spotz Z., Kulak L., Celko L. Isothermal oxidation behavior of experimental Ti—Al—Si alloys at 700 оС in air. J. Alloys and Compounds. October 2017. Vol. 694. P. 1098—1108. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.10.044

10. Шевченко О.М., Кулак Л.Д., Кузьменко М.М., Котко А.В., Фірстов С.О. Дослідження структури загартованих литих біосумісних стопів Ti—18Nb—хSi. Металлофизика и новейшие технологии. 2017. Т. 39 (6). С. 823—837. doi: https://doi.org/10.15407/mfint.39.06.0823

11. Ostash, O. P., Podhurska, V. Y., Vasyliv, B. D., Kulak, L. D., Kuzmenko, M. M., Fisk, A. E. Strength and corrosion-fatigue crack-growth resistance of alloys of the Ti—Nb— Zr—Si system intended for biomedical purposes. Mater. Sci. August 2020. Vol. 55 (5). P. 648—655. doi: https://doi.org/10.1007/s11003-020-00355-8

12. Фірстов, С. О., Горна, І. Д. Нові матеріали на основі алюмінідів титану. Наука про матеріали: досягнення та перспективи. У 2-х т. Редкол. Л. М. Лобанов (голова) та ін.: НАН України (ISBN 978-966-360-369-8). Київ: Академперіодика, 2018. С. 546—571.

13. Фирстов С.А., Горная И.Д., Подрезов Ю.Н., Бондарь А.А., Шереметьев А.В. Свойства сплавов на основе алюминидов титана γ-TiAl/α2Ti3Al при комплексном легировании. Специальная электрометаллургия. 2018. № 3/4. С. 28—32. doi: https://doi.org/10.15407/sem2018.03.05 42 ISSN 2709-510X. УСПІХИ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА, 2021, № 2

14. Ivasyshyn A., Ostash O., Prikhna T., Podhurska V., Basyuk T. Oxidation resistance of materials based on Ti3AlC2 nanolaminate at 600 °C in air. Nanoscale Res. Lett. 2016. Vol. 11. Article No. 358. doi: https://doi.org/10.1186/s11671-016-1571-x

15. Prikhna T., Ostash O., Sverdun V., Karpets M., Zimych T., Ivasyshin A., Cabioc’h T., Chartier P., Dub S., Javorska L., Podgurska V., Figel P., Cyboron J., Moshchil V., Kovylaev V., Ponomaryov S., Romaka V., Serbenyuk T., Starostina A. Presence of oxygen in Ti—Al—C MAX phases-based materials and their stability in oxidizing environment at elevated temperatures. Acta Physica Polonica A. 2018. Vol. 133, No. 4. P. 789—793. doi: https://doi.org/10.12693/APHYSPOLA.131.789

16. Podhurska V., Brodnikovskyi D., Vasyliv B., Gadzyra M., Tkachenko S., Celko L., Ostash O., Brodnikovska I., Brodnikovskyi Ye., Vasylyev O. Ti-Si-C in-situ composite as a potencial material for lightweight SOFC interconnects. Promising Materials and Processes in Applied Electrochemistry, Ed. V. Z. Barsukov. Kyiv: KNUTD, 2020. P. 54—68.

17. Frangini S., Mignone A., De Riccardis F. Various aspects of the air oxidation behavior of a Ti—6Al—4V alloy at temperatures in the range 600-700 °C. J. Mater. Sci. 1994. Vol. 29 (3). P.714—720. doi: https://doi.org/10.1007/BF00445984

18. ASTM E647-15e1. Standart test methods for measurement of fatigue crack growth rates. West Conshohocken, 2015. 49 p.

19. Hanaor D.A.H., Sorrel C.S. Review of the anatase to rutile phase transformation. J. Mater. Sci. February 2011. Vol. 46 (4). P. 855—874. doi: https://doi.org/10.1007/s10853-010-5113-0

20. Vojtech D., Cizova H., Jurek K., Maixner J. Influence of silicon on high-temperature cyclic oxidation behavior of titanium. J. Alloys and Compounds. May 2005. Vol. 394 (1-2). P. 240—249. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2004.11.019

21. Reed T.B. Free energy of binary compounds. Cambridge: MIT Press, 1971. 81 p.

22. Ремез М.В., Подрезов Ю.М., Даниленко В.І., Даниленко М.І., Фірстов С.О. Крихкопластичний перехід в алюмінідах титану, легованих β-стабілізаторами. Успіхи матеріалознавства. 2020. Вип. 1. C. 86—97.

23. Осташ О.П., Пріхна Т.О., Подгурська В.Я., Купрін О.С., Карпець М.В., Свердун В. Б., Василів Б.Д., Сербенюк Т.Б. Легкі інтерконнекти для середньотемпературних (550—650 °С) паливних комірок. Фіз.-хім. механіка матеріалів. 2021. Т. 57 (2). С.

24. Mockute A., Dahlgvist M., Hultman L., Persson P., Rosen J. Oxygen incorporation in Ti2AlC thin films studied by electron energy loss spectroscopy and ab initio calculations. J. Mater. Sci. May 2013. Vol. 48 (10). P. 3686—3691. doi: https://doi.org/10.1007/s10853-013-7165-4

Публікації