San Antonio-forskere søger at forhindre luft- og rumfartsfejl og katastrofer med olieudslip

I 2014 Kasakhstans nyeste og største oliefelt skulle blive en væsentlig bidragyder til den globale forsyning. Men inden for en måned efter drift, der skete en total nedlukning. Uden varsel, store revner opstod i rørledningerne. I de næste to år, marken forblev ledig på grund af dyre reparationer. Årsagen:skørhed af rørledningerne.

Som knogler, olie- og gasrørledninger lider af skrøbelighed og revner. Nu foreslår en gruppe forskere ved University of Texas i San Antonio (UTSA) og Southwest Research Institute (SwRI) at undersøge, hvordan brintskørhedsbetingelser udvikler sig. Deres forskning er fokuseret på en legering, der bruges i olie- og gasindustrien, men fremstillet gennem additiv fremstilling (AM).

"De operationelle forhold i olie- og gasindustrien kan føre til brintskørhed. Dette fænomen forårsager for tidlig svigt af strukturer som følge af brintindtag i materialet. Brint, når først det er inde i materialet, interagerer med legeringens mikrostruktur, hvilket forringer dens mekaniske ydeevne og resulterer i skørt brud uden advarselstegn, " sagde assisterende professor Brendy Rincon Troconis i UTSA Department of Mechanical Engineering.

AM er blevet omfavnet af mange grunde på fabriksgulvet. Ved brug af AM, mere komplekse designs og materialer kan skabes et lag ad gangen. AM reducerer også faste omkostninger, da dele kan samles hurtigt på stedet, frem for at holde et stort dyrt varelager.

Selvom mange industrier hurtigt tager AM, forskerne er bekymrede over, at der ikke er blevet testet nok af, hvordan brintskørhed påvirker materialets ydeevne af dette særlige metal. San Antonio-forskerne vil fokusere på nikkel-718-legeringen, fordi den kan bruges under kritiske forhold, hvor høje mekaniske egenskaber og korrosionsbestandighed ønskes.

Professor Rincon Troconis' forskning påvirker ikke kun olie- og gasindustrien. Flere og flere AM-metaller introduceres i rumfart. Airbus Defence har testet AM-materialer i sine fremdriftssystemer. Space X bruger allerede AM-materialer til at fremstille nogle dele af Falcon Rocket 9 og Super Draco-motorkammeret. DNV-GL, en international leverandør af risikostyrings- og kvalitetssikringstjenester, promoverer allerede et initiativ til at opstille retningslinjer og certificeringer for, hvordan AM-dele vil blive brugt i offshore-applikationer.

Selvom sikkerhedsforanstaltninger er af afgørende betydning, uden tilstrækkelige testdata til at forstå effekten af ​​brintskørhed på AM-legeringers ydeevne, sikkerheden af ​​AM-fabrikerede systemer er stadig ukendt.

Professor Rincon Troconis og W. Fassett Hickey fra SwRI's Mechanical Engineering Division vil arbejde på at forstå, hvordan AM nikkel-718-integriteten påvirkes af brintskørhed. Troconis og Hickey vil studere brintskørhed på molekylært niveau for at se, hvordan placeringen af ​​brintatomerne påvirker metalmaterialets integritet under de høje tryk og forhøjede temperaturer, der er typiske for boremiljøer. Dette vil blive opnået i SwRIs unikke testfaciliteter, som giver mulighed for mekanisk test i gasformig brint op til 3, 000 PSI og 500 grader Fahrenheit. UTSA'er vil bruge sit termiske desorptionsspektrometer (TDS) og scanning kelvin probe force microscope (SKPFM), et af få universitetslaboratorier i landet med kombinationen af ​​disse avancerede teknologier.

Undersøgelsen af ​​brintskørhed er muliggjort af Connect-programmet, et fælles finansieret samarbejdsinitiativ mellem UTSA og SwRI. Forskerne håber at have data tilgængelige inden sommeren 2020 for at give bedre vejledning til industrier om, hvordan man designer AM-dele, der er mindre modtagelige for brintskørhed. I øjeblikket, få nationale laboratorier arbejder med denne type forskning.

"Ved at forstå mere om brintskørhed af AM-materialer, vi kan give vigtige oplysninger, med mere selvtillid, at optimere AM- og post-fabrikationsprocesserne og forhindre sprøde brud på fremtidige og nuværende systemer, samtidig med at AM-teknologien fremmes, som alt sammen vil føre til bedre beskyttelse af samfundet, sine aktiver, og miljøet, " sagde Rincon Troconis.