بخشی از مقاله
چکیده
پوشش های سپر حرارتی - TBC - حاوی لایه سرامیکی با هدایت حرارتی خیلی پایینی هستند که به منظور عایق کردن و کاهش جریان گرما به اجزایی که در درجه حرارت بالا کار میکنند. از جمله مهمترین خواص مورد انتظار از این پوششها، هدایت حرارتی پایین آنها میباشد، زیرا با کاهش هدایت گرما از پوشش سپر حرارتی، امکان افزایش دمای ورودی توربین گازی که منبع اصلی پتانسیل در بهبود بازده موتور است، فراهم میشود. هدف اصلی این تحقیق رسیدن پوششهای سپر حرارتی YSZ با هدایت حرارتی کمتر از طریق تغییر پارامترهای پاشش پلاسمایی از قبیل فاصله پاشش، نرخ جریان گاز هیدروژن، نرخ تزریق پودر و زاویه پاشش میباشد. برای بررسیهای میکروساختاری از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی و برای بررسی هدایت حرارتی از آزمون قابلیت مقاومت در برابر انتقال حرارت استفاده شد. از نتایج مشخص شد که با افزایش نرخ تزریق پودر از 20 به 40 گرم بر دقیقه هدایت حرارتی افزایش مییابد. همچنین مشخص شد که با افزایش نرخ جریان گاز هیدروژن از 8 به 10 و سپس به 12 لیتر بر دقیقه هدایت حرارتی ابتدا کاهش و سپس افزایش مییابد و در نهایت با کاهش زاویه پاشش از 90 به 45 درجه هدایت حرارتی به شدت کاهش مییابد.
کلید واژه: پوشش سپر حرارتی، YSZ ، پلاسما اسپری، هدایت حرارتی
مقدمه
پوشش های سپر حرارتی 1 - TBC - حاوی لایه سرامیکی با هدایت حرارتی خیلی پایینی هستند که به منظور عایق کردن و کاهش جریان گرما به اجزایی که در درجه حرارت بالا کار میکنند، مورد استفاده قرار می گیرند. با افزودن این لایه به سطح پرههای توربینهای گازی، کاهش دما در طول ضخامت لایه اتفاق میافتد که منجر به کاهش دمای اجزا فلزی تا حدود 170 oC - در پوشش سرامیکی به ضخامت - 150 µm میشود. این پوششها برای اولین بار در مقطع توربین گازی در اواسط دهه 1970 مورد آزمایش قرار گرفتند. سیستم TBC یک سیستم چند لایه است که تشکیل شده است از یک لایه سرامیکی در سطح، یک لایه اتصال فلزی یا پیوندی در زیر لایه سطحی، و یک لایه اکسیدی به نام TGO که در حین کار و یا پاشش شکل میگیرد که هر کدام نقش و وظیفهای را در محافظت از زیر لایه بر عهده دارند. معمولترین روشهای اعمال این پوششها، روشهای بر پایه اسپری حرارتی2 و رسوب دهی فیزیکی از فاز بخار با استفاده از پرتو الکترونی3 است.[1]
مبانی نظری پژوهش
از آنجایکه درجه حرارت ورودی توربین، منبع اصلی پتانسیل در بهبود بازده موتور است، توجه مداوم در بالا بردن این دما بالاتر از سطح کنونی نیز وجود دارد. برای رسیدن به این مهم و دوری جستن ازتخریب اجزا فلزی، هدایت حرارتی پوشش باید پایین باشد.[ 2] هدایت حرارتی شدیدا به میکروساختار خصوصا کسر حجمی و مورفولوژی تخلخل در پوشش بستگی دارد و از طرفی میکروساختار پوششهای پاشش پلاسمایی به شدت تحت تاثیر پارامترهای پاشش میباشد لذا هدف اصلی این تحقیق ایجاد پوششهای سپر حرارتی به روش پلاسما اسپری با تغییر پارامترهای پاشش پلاسمایی از قبیل فاصله پاشش، نرخ جریان گاز هیدروژن، نرخ تزریق پودر و زاویه پاشش و سپس بررسی هدایت حرارتی آنها میباشد.
پیشینه پژوهش
کارهای مشابهای توسط سایر محققین انجام شده که از جمله آن تان - Tan - با تغییر پارامترهایی پاششی جریان پلاسما و نرخ جریان گاز هیدروژن و استفاده از پودر HOSP پوششهایی با میکروساختار متفاوت ایجاد و تاثیر آن را روی تخلخل و سپس هدایت حرارتی بررسی کرد؛ مشخص شد که نمونههای پاششی اعمال شده تحت جریان پلاسما و نرخ هیدروژن پایین مجموع تخلخل بالاتری همراه با کاهش میکروتخلخل ها و افزایش ماکروتخلخلهای ناشی از جداییهای بینلایهای و کاهش پهن شدگی را نشان داد که منجر به هدایت حرارتی پایین آنها میشود. اما
