The supercritical-carbon dioxide (S-CO$_2$) Brayton cycle has emerged as a cross-cutting power conversion technology that could potentially be used for various energy applications such as next generation nuclear, fossil, and concentrated solar power plants. Meanwhile, long-term compatibility of structural materials in high temperature S-CO$_2$ environment would be crucial for successful implementation of the S-CO$_2$ cycle. In this thesis, creep property of a Ni-base alloy was evaluated in S-CO$_2$ environment at 650 $^o$C (20 MPa). Then, oxide analyses were performed on the crept specimens to evaluate the interaction between corrosion and creep behavior in high temperature S-CO$_2$ environment. Furthermore, it was demonstrated that appropriate control of S-CO$_2$ chemistry can result in improvement in both corrosion resistance and creep rupture lifetime. Finally, the effect of high temperature S-CO$_2$ exposure on mechanical integrity of diffusion-bonded joints of Fe- and Ni-base alloys was evaluated.
초임계 이산화탄소 (S-CO$_2$) 브레이튼 사이클은 차세대 원자력, 화력 및 집중 태양광 발전소와 같은 다양한 에너지 응용 분야에 잠재적으로 사용될 수 있는 cross-cutting 전력 변환 기술로 개발되고 있다. 한편, 고온 S-CO$_2$ 환경에서 구조 재료의 장기적 부식 및 기계적 특성은 S-CO$_2$ 사이클의 성공적인 구현을 위해 중요한 요소다. 본 논문에서는 650 $^o$C (20 MPa)의 S-CO$_2$ 환경에서 니켈기 합금의 크립 특성을 평가했다. 이후, 고온 S-CO$_2$ 환경에서 부식과 크리프 거동의 상호 작용을 평가하기 위해 크립 시편에 대해 산화물 분석을 수행했다. 나아가, S-CO$_2$ 환경의 조성 조절을 통해 부식 저항성 및 크립 수명의 향상 방안을 제시했다. 마지막으로, Fe- 및 Ni- 계 합금의 확산접합부의 기계적 특성에 대한 고온 S-CO$_2$ 환경에 장기적 노출의 영향을 평가했다.
