Krypbeständigt stålpulver med dispergerada keramikpartiklar
- Diarienummer
- ID21-0040
- Projektledare
- Hulme, Christopher
- Start- och slutdatum
- 220101-221231
- Beviljat belopp
- 365 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Projektet kommer att utveckla nya gasatomiserade metallpulver med korrosionsbeständighet och förbättrad krypmotstånd. Korrosionsbeständighet kommer att uppnås genom att välja sammansättningar som kan bilda ett skyddande aluminiumoxidlager efter tillverkning. Förbättrad krypmotstånd uppnås genom findispersa partiklar av reaktiva spårelement bildade under gasatomisering. Först utvärderas befintlig kunskap inom stelning och utskiljningssekvenser vid atomisering. Modellering för att simulera processen och erfarenhetsbaserat kunskap inom Kanthal, kommer att användas för att utveckla legeringarna. Modelleringen kommer att valideras experimentellt genom värmebehandlingförsök och analystekniker (t.ex. SEM och TEM). Olika pulvervarianter kommer att framställas utifrån föreslagna sammansättningar och atomiseringsförhållanden. Utskiljningar i pulvret kommer att karakteriseras med användning av två- och tredimensionella analystekniker och när lämpligt tillverka testkomponenter av pulvret. Kryp- och korrosionsegenskaperna hos testkomponenterna kommer att utvärderas, i kombination med en kontinuerlig, iterativt förbättring av modellering och legeringsdesign genom hela projektet. Projektet förväntas generera material med högtemperaturegenskaper överlägsen dagens material, samt ge ökad kunskap kring utskiljningsmekanismer vid snabbstelning, som kan nyttjas inom andra materialområden, t.ex. pulversnabbstål och inom pulvermetallurgi och additiv tillverkning.
Populärvetenskaplig beskrivning
När en komponent användes vid höga temperaturer under lång tid kan den korrodera samt gradvis deformeras genom så kallat kryp. Korrosion kan begränsas genom ett skyddande ytskikt. Somliga metaller t.ex. rostfritt stål bildar ett ytskikt av kromoxid, som fungerar som skydd upp till 1100 ̊C. Vid fall där ett ytskikt av aluminiumoxid används så kan det skyddande ytskiktet fungera ända upp till materialets smälttemperatur. Men, tyvärr deformeras dessa material oftast genom kryp, vilket begränsar materialets användningsområde. Kryp kan motverkas med hjälp av utskiljning av små partiklar fördelat i grundmaterialet, så kallad utskiljningshärdning. Det här projektet har som målsättning att producera ett material som kan bilda ytskikt av aluminiumoxid och samtidigt ha en finfördelad utskiljning av partiklar för att motverka kryp. Det här kommer att uppnås genom att ha en smälta med benägenhet till utskiljningar som sedan snabbkyls under en atomiseringsprocess, där fasta pulverpartiklar skapas, som i sin tur kan användas för att bygga komponenter. Bildandet av de fina utskiljningarna under snabbstelningsproessen är inte helt klarlagt. Första steget i projektet kommer därför att vara att undersöka det för att i ett senare skede kunna kontrollera den processen. Undersökningen kommer att göras utifrån våra tidigare erfarenheter av datormodulering för att simulera bildandet och tillväxten av utskiljningar under atomisering. Modellerna kommer att valideras genom praktiska experiment genom att tillverka pulver och därefter analysera pulvrets insida, samt att extrahera utskiljningarna från pulvret. Bildandet och tillväxten av utskiljningar kommer även att analyseras och mätas i realtid under smältans stelningsprocess med hjälp av röntgendiffraktion i en synchrotron. Den här kunskapen kan användas till flera material och tillämpningar inom additiv tillverkning, som också har en snabbstelningsprocess. Det är därför väldigt användbart utanför det här projektets gränser. När utskiljningsprocessen är förstådd kommer pulver med finfördelad utskiljning av partiklar av förväntad kvalitet att produceras. Pulvret kommer att användas för att göra testkomponenter. Testkomponenterna kommer där efter utvärderas och testas om de uppnår rätt egenskaper. Resultatet kommer att analyseras och förbättringar kommer att moduleras för att sedan upprepa tillverknings stegen för att vidareutveckla materialets kryp- och oxidationsegenskaper ytterligare.