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[资讯] 新型涂层材料为氢内燃机高温应用带来突破

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据报道,加拿大阿尔伯塔大学的研究小组发现的一种新型涂层材料为氢内燃机等高温应用带来了希望。

该项研究最近发表在《今日材料》杂志上。

关于研究

据该大学称,氢被认为是最清洁的能源之一,因为它在燃烧或用于燃料电池时只会产生水。对于加拿大和艾伯塔省来说,氢在减排目标中发挥着重要作用。

然而,氢气应用面临的一个挑战是其燃烧温度很高,范围从 600 到 1,500 摄氏度(1,112 到 2,732 华氏度)。因此,参与氢气燃烧的机械部件必须能够承受高温并抵抗蒸汽腐蚀。

项目负责人、化学与材料工程系助理教授刘静表示 ,与目前用于高温应用涂层的商用合金相比,这种新涂层材料表现更佳。

“如果你想使用 100% 氢燃料内燃机,火焰温度会非常高,”刘说。“到目前为止,现有的金属涂层都无法在 100% 氢燃料内燃机中发挥作用。”



据报道,商业应用中的大多数氢燃料内燃机都使用混合燃料,如天然气和氢气或柴油和氢气。尽管各行业都在努力采用氢气作为主要燃料来源,但刘表示,他认为有必要为全氢燃料发动机的温度条件做好准备。

“随着我们向 100% 氢燃料内燃机迈进,我们想知道哪些合金能够承受这些条件。现有的合金都没有做到这一点,但我们从这些失败中获得了宝贵的见解,”她说。

据报道,为了开发这种材料,该团队确定了每种现有商用合金的优缺点。随后,他们利用理论模拟来确定潜在的新组合,以达到他们所追求的强度和耐用性。

与该大学工程学院的张浩一起,工程师们使用计算机模型来了解每种潜在新合金的特性。

“我们了解物质在加热时会如何反应,”张解释说。“因此,我们利用这些模拟和计算来了解如果我们改变成分,物质与环境之间的界面将如何变化。”

该涂层由铝和镍等金属组成的新型超级合金制成。这种新材料被称为复合浓缩合金,据说非常适合用于涂覆必须承受高温的表面,例如燃气轮机、发电站、汽车和飞机发动机。

据称,AlCrTiVNi5 合金具有“优异的”热机械性能,包括高稳定性、低膨胀、抗断裂性能以及强度和延展性的结合,可在高温高压环境中耐受。

随后,研究小组对新发现的合金进行了与现有商用合金相同的高温测试。根据研究结果,所有现有合金在高温腐蚀环境中 24 小时或更短时间内都会失效,但新的复杂浓缩合金却不会失效。

张先生说:“我们在这些腐蚀环境中进行了长达 100 小时的实验,温度高达 900 摄氏度,它竟然完好无损,这是一个很大的进步。”

刘指出,在该技术能够被广泛采用之前,还需要进一步研究;但无论如何,她仍然对该技术的潜力持乐观态度。

“这种合金的性能优于目前市场上的任何其他合金,”刘说。“它为新的可能性打开了大门,并有望推动加拿大氢经济的发展。”