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Cr–Mn-diffusion coatings on VM12: In situ spinel formation with high solar absorptance for concentrated solar plants

Ulrich, A.S. und Schlereth, Clara und Gregoire, Benjamin und Sutter, Florian und Oskay, Ceyhun und Hildebrandt, C. und Galetz, M.C. (2023) Cr–Mn-diffusion coatings on VM12: In situ spinel formation with high solar absorptance for concentrated solar plants. Solar Energy Materials and Solar Cells, 257 (112382). Elsevier. doi: 10.1016/j.solmat.2023.112382. ISSN 0927-0248.

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Kurzfassung

Receiver systems in concentrated solar power plants have to withstand harsh desert conditions and high temperatures, while maintaining high efficiencies converting solar radiation to thermal energy within a heat transfer fluid. The need to improve high absorbing receiver coatings with respect to their lifetime is essential to enhance the economic efficiency of such plants. Diffusion coatings based on Cr and Mn are shown to provide intrinsic selfhealing properties forming black Cr–Mn-oxides in situ. Oxidation tests in air are conducted at temperatures between 527 and 710 ◦C up to 100 h. Thereby, solar absorptances up to 93% and optical coatings efficiencies up to 80% are obtained on coated VM12 steel with the best coating performance shown at around 650 ◦C. Thermocyclic oxidation for up to 640 h at a maximum temperature of 650 ◦C proves that there is a slight drop in solar absorptance after around 50 h of exposure, but afterwards it remains stable. Additionally, it is found that coated VM12 performs better in comparison to P91 steel. A mechanism of oxide formation and coating consumption is proposed showing the importance of Mn diffusion on oxide formation. In the beginning of the exposure, Mn2O3 and cubic MnxCr3-xO4 (β-spinel) form, which transform to tetragonal MnxCr3-xO4 (α-spinel) and with continuing exposure also to Cr2O3. For analysis, metallographic investigations are combined with methods such as Ramanspectroscopy, XRD, spectrophotometry, qualitative and quantitative EPMA measurements.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/195251/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Cr–Mn-diffusion coatings on VM12: In situ spinel formation with high solar absorptance for concentrated solar plants
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ulrich, A.S.Dechema FoschungsinstitutNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schlereth, ClaraDechema FoschungsinstitutNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gregoire, BenjaminDechema ForschungsinstitutNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sutter, FlorianFlorian.Sutter (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2981-5807NICHT SPEZIFIZIERT
Oskay, CeyhunDechema FoschungsinstitutNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hildebrandt, C.Fraunhofer ISENICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Galetz, M.C.Dechema FoschungsinstitutNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 Mai 2023
Erschienen in:Solar Energy Materials and Solar Cells
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:257
DOI:10.1016/j.solmat.2023.112382
Verlag:Elsevier
ISSN:0927-0248
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Concentrated solar power (CSP), Ferritic-martensitic steel, Diffusion coatings, Solar absorptance, Oxide scales, Thermal emittance
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Thermische Hochtemperaturtechnologien
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Condition Monitoring
Standort: andere
Institute & Einrichtungen:Institut für Solarforschung
Hinterlegt von: Sutter, Florian
Hinterlegt am:16 Jun 2023 11:06
Letzte Änderung:16 Jun 2023 11:06

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