Estudio y caracterización de materiales bimetálicos obtenidos por plaqueado láser para almacenamiento presurizado de hidrógeno a temperatura ambiente

Abstract

[ES] La utilización de hidrógeno verde como combustible o para generación de energía eléctrica puede suponer un avance tecnológico de interés global.3 Sin embargo, hay todavía importantes dificultades para su manipulación segura en usos cotidianos. La selección de materiales y el diseño mecánico de componentes para almacenamiento de hidrógeno sigue los mismos principios que con otros fluidos presurizados, como gas natural, oxígeno, etc. No obstante, en las instalaciones de hidrógeno debe tenerse también en cuenta la compatibilidad del material con el gas, ya que pueden darse fenómenos específicos que afectan negativamente a la seguridad e integridad del equipamiento, como la fragilización por hidrógeno, el ataque por hidrógeno y la permeación o difusión del gas a través del material. Resolver estos problemas requiere habitualmente del uso de materiales de alto coste. No obstante, en algunas aplicaciones puede resultar factible usar materiales o componentes bimetálicos, en los que una capa delgada del material compatible actúa en contacto con el gas y el resto del componente se fabrica con aceros o aleaciones de menor coste, que cumplen con la función estructural.

RESUMEN El objetivo de este TFG es la caracterización de materiales bimetálicos obtenidos mediante recubrimientos metálicos, compatibles sin riesgos de fragilidad o fugas con el manejo de hidrógeno a temperatura ambiente. Serán obtenidos con aleaciones de las familias base Al o de base Fe-Ni, y aplicados mediante plaqueado láser (laser cladding) sobre aceros de baja aleación, aptos para usos a presión. La caracterización incluirá la selección inicial de aleaciones aptas para plaqueado láser, la verificación del cumplimiento de requisitos de compatibilidad con hidrógeno y la realización de ensayos para la cualificación del proceso de revestimiento, de acuerdo con la normativa de diseño de equipamiento a presión europea vigente PED/ EN13445.

[EN] The use of green hydrogen as fuel for energy generation may represent a of global interest , eliminating and climate change . a large part of the CO2 emissions responsible However, there are still significant difficulties in the transport, technological advance of global warming handling, and manipulation of pressurised hydrogenin everyday uses, which adversely affect the safety and integrity of equipment. In addition to its risks as a fuel, there are negative effects on the materials, usually low alloy steels, used in piping and storage tanks, such as hydrogen embrittlement, hy attack and permeation or diffusion of the gas through the material. drogen These problems are usually solved by using materials such as aluminium alloys and nickel and chromium rich alloys, which are significantly more expensive than ordinary steels. A pos option, which allows the continued use of conventional lowsible cost materials for hydrogen storage, is the use of coated or bimetallic materials. The use of these materials is permitted under the current regulations for the storage and transport of press urised fluids. In this TFG work, the design of a coating procedure and the characterisation of the metallic coatings obtained, applicable on nonalloyed steels and compatible with hydrogen storage at room temperature without risk of embrittlement or leakag e, have been carried out. The coatings were applied by láser cladding on lowalloy steels suitable for pressure applications. The initial selection of hydrogen compatible alloys suitable for been carried out. All the necessary tests for láser cladding has the qualification of the cladding process have also been carried out, in accordance with the current European pressure equipment design standard PED/EN 13445. 7

[CAT] La utilització d'hidrogen verd com a combustible per a generació d'energia pot suposar un avanç tecnològic d'interés global, ja que permetrà eliminar gran part de les emissions de CO2 responsables del calfament i del canvi climàtic. No obstant això, hi ha ls, encara importants dificultats per al maneig i manipulació d'hidrogen pressuritzat en usos quotidians, que afecten negativament la seguretat i integritat de l'equipament. A més dels seus riscos com a combustible, es donen efectes negatius sobre els materia normalment acers de baixa aliatge, empleats en canonades i tancs d'emmagatzemament, com la fragilización per hidrogen, l'atac per hidrogen i la permeación o difusió del gas a través del material. Estos problemes es resolen habitualment per mitjà de l'ú s de materials com a aliatges d'alumini i aliatges riques en níquel i crom, que són aliatges de cost molt més elevat que el dels acers comuns. Una possible opció, que permet continuar utilitzant materials convencionals de baix cost per a emmagatzemament d' hidrogen, és l'ús de materials recoberts o bimetálicos. L'ús d'estos materials està admés en la normativa vigent sobre emmagatzemament i transport de fluids a pressió. En el present treball TFG s'ha dut a terme el disseny d'un procediment de revestiment i la caracterització dels recobriments metàl·lics obtinguts, aplicables sobre acers no aliats i compatibles sense riscos de fragilitat o fugues amb l'emmagatzemament d'hidrogen a temperatura ambient. Els recobriments han sigut aplicats per mitjà de plaquea do làser (làser cladding) sobre acers de baixa aliatge, aptes per a usos a pressió. S'ha dut a terme la selecció inicial d'aliatges compatibles amb hidrogen i aptes per a plaqueado làser. S'ha dut a terme també la realització de tots els assajos necessaris per a la qualificació del procés de revestiment, normativa de disseny d'equipament a pressió europea vigent PED/EN 13445.