انواع پوشش سد حرارتی، همانطور که از اسمشان پیداست، از مواد در مواجهه با دما های بالا محافظت می کند. از آنجایی که با افزایش دما راندمان سیستم افزایش می یابد، در کاربرد های مهندسی تلاش بر این است که تبدیل انرژی در محیط هایی با راندمان بالا انجام شود. اما با این وجود اگر دمای عملکرد افزایش یابد خواص مواد تنزل پیدا کرده استحکام مواد از دست می رود و توانایی انجام عمل در زمانهای طولانی را در سیستم های با راندمان بالا را از دست می دهند.
بنابراین پوشش سد حرارتی این امکان را برای مواد فراهم می آورد تا بتواند در مواجهه با دماهای بالا مقاومت کنند. درحال حاضر سوپرآلیاژها در دمایی حدود ( 200-300 <) 1="":="" p="">
در تولید پوشش های سد حرارتی معمولاً از زیرکونیای پایدار شده با ایتریا استفاده می شود در زیر به برخی از ویژگی های YSZ اشاره شده است
نوعاً پوشش سد حرارتی شامل 4 لایه به قرار زیر است:
اساساً دو روش اصلی برای بازنشانی پوشش محافظ حرارتی بر روی زیر لایه سوپرآلیاژ وجود دارد:
البته علاوه بر روش های مذکور روش های متفاوت دیگری نیز وجود دارد که عمدتاً بخاطر بعضی از محدودیتها تکنولوژیکی یا اقتصادی از اقبال خوبی در این زمینه برخوردار نبوده اند که از این جمله می توان به موارد زیر نام برد:
باز نشانی پوشش سد حرارتی به وسیله پلاسما اسپری شامل موارد زیر می باشد:
بازار پوشش سد حرارتی
طبق مطالعات انجام شده در آمریکا بازار فروش برای پوشش های سرامیکی با کارایی بالا و خدمات پس از فروش آنها رقمی معادل 1٫1 میلیارد دلار در سال 2004 تخمین زده شده بود و این رقم به 1٫6 میلیارد دلار در سال 2009 رسید.پوشش به وسیله اسپری حرارتی کل بازار پوشش سرامیکی را در بر گرفته است و این روند در سال 2009 به 86% برای استفاده از این تکنیک برای پوشش سرامیکی رسید.
این پیشرفت استفاده از این تکنیک در افزایش کاربرد پوشش ها صرفاً به پوشش های مقاوم به سایش و خوردگی باز نمی گردد بلکه نیاز به پوشش های محافظ حرارتی برای توربین های گازی برای هواپیما های جنگنده و تجاری و همچنین توربین های صنایع نیرو و هوافضا به موارد فوق افزوده شد.یکی از مهم ترین دلایل این افزایش بازار فروش نیاز خطوط هواپیمایی جهان به هواپیماهای جدید بود.
سهم روش هایی همچون CVD و PVD در کل بازار کم بود و برخلاف انتظار فقط رشدی در حدود 5 - 5٫8 درصد به ترتیب برای روش های مذکور مشاهده شد. علاوه بر این بازار استفاده از بقیه روش ها همچون: پوشش از طریق اسپری کردن یا غوطه وری، سل-ژل، اکسیداسیون میکرو آرک و اسپری حرارتی به وسیله لیزر رشدی حدود 8٫6 % را بروز دادند.
در بعضی از موارد خاص روش سل - ژل و پوشش های شیشه ای از اقبال بیشتری برای استفاده برخوردار بودند و از 1 میلیون دلار در سال 2006 به بالاتر از 1٫4 میلیون دلار در سال 2011 افزایش یافت و تبع آن داری رشد حدود 6٫3% در ارزش بازار این روش ها شد.بر طبق مطالعات انجام شده به وسیله انجمن مواد پیشرفته گورهام(Gorham) فروش جهانی سرامیک های پیشرفته را در فاصله سال های 1990 تا 1995 به بالاتر از 4 میلیارد دلار رسید. که از این مقدار پوشش های سرامیکی 80 % این مقدار را به خود اختصاص دادند.بازار اسپری حرارتی در سال 2003 شامل بخش های زیر بوده است:
تجهیزات مادر و اساسی برای کارخانه ها حدود 1٫4 میلیارد دلار، کمپانی های بزرگ خدماتی پوشش ها 0٫8 میلیون دلار، کمپانی کوچک خدماتی پوشش 0٫6 میلیون دلار و فروش پودر و تجهیزات 0٫7 میلیون دلار اگر چه کل این مقدار به 3٫5 میلیارد دلار می رسد اما این مقدار به 5 میلیارد دلار در سال 2004 رسید که تقریباً 45% این مقدار متعلق به تکنولوژی D.C.plasma spray می باشد.
از طرف دیگر کاربرد تکنولوژِی پیشرفته پوشش های سرامیکی در صنایع مادر که شامل موارد زیر می باشد بوضوح احساس می شود. صنایعی همچون: نفت و گاز، معدن، جنگلداری، صنایع چوب و کاغذ و پسماند کشاورزی، ساختمان، ساخت و تولید، الکترونیک، صنایع خودروسازی و هوافضا می باشد. به طور اخص صنایع مذکور باعث کاهش قیمت مواد خام و شیفت کردن به سمت مواد جدید و تکنولوژی های بالا می شود. در ایالت متحده مصرف پوشش های پیشرفته با افزایش حدود 6٫4 % نسبت به سال گذشته به حدود 1٫1 میلیون دلار در سال 2010 رسید.
بهسازی پوشش محافظ حرارتیاگر چه پوشش های سد حرارتی ضخیم می توانند نیاز حرارتی ما را مرتفع کنند اما انباشته شدن تنش های پسماند در این پوشش های ضخیم مسئله ساز است.از این رو بهینه سازی مواد سرامیکی در دو حوزه قابل حصول است:
به عنوان مثال نتیجه اصلاح شیمیایی در بیشینه عمر پوشش سد حرارتی با تغییر مقادیر مختلف ایتریا در زیرکونیا کاملاً مشهود است هنگامی که غلظت ایتریا 6-8% وزنی می رسد. بیشترین مقدار فاز غیرتعادلی (غیر استحاله ای) پلی مورف تتراگونال زیرکونیا به وجود می آید.آخرین پیشرفت های حال حاضر در این زمینه شامل اعمال پوشش زیرکونیا نیمه پایدار شده به وسیله 7-8% وزنی ایتریا بر روی باند پیوندی فلزی از Ni یا آلیاژCoCrAlY می باشد.
پوشش پیوندی باید به وسیله پلاسما اسپری وکیوم (VPS) اعمال شود تا از تشکیل رسوب داخلی آلومینا که گمان می رود باعث کاهش استحکام چسبندگی پوشش به زیر لایه سوپرآلیاژ می شود ممانعت شود. چسبندگی پوشش پیوندی به وسیله غلظت ایتریوم نیزکنترل می شود.
به این صورت که تنش موجود در سطح مشترک را با کمینه کردن اختلاف در دانسیته الکترون های ظرفیت بین زیرلایه و پوشش پیوندی کاهش می دهد. علاوه بر این ایتریوم می تواند باعث افزایش دانسیته الکترون های ظرفیت سطح مشترک شود و به این وسیله نیروی چسبندگی پیوستگی سطوح مشترک را افزایش دهد.
در حال حاضر لایه بالایی PSZ اساساً در حالت APS اسپری می شوند. از آنجایی که پوشش های آزمایشی اعمال شده به وسیله VPS، که در اینجا پوشش های PSZ می باشند، لایه PSZ دارای افزایش 3برابری در مقدار مدول یانگ نسبت به پوشش های اعمال شده در حالت APS می باشد. به همین دلیل پوشش های اعمالی به روش VPS دارای تنش حرارتی بزرگ تری نسبت به پوشش های اعمالی به روش APS می باشند.
در شکل6 استحکام خمشی و چقرمگی شکست مبتنی بر ارتباط فازی در سیستم دوتایی ZrO2-Y2O3 با ترکیبات مختلف و اندازه دانه های مختلف فاز تتراگونال نشان داده شده است به طور کلی چقرمگی شکست با کاهش در مقدار ایتریا افزایش می یابد، از طرفی پایداری حرارتی با افزایش درصد ایتریا افزایش می یابد. این که چه مقداری برای کاربرد مناسب است نیاز به سبک و سنگین کردن و ارزیابی دارد.
دومین جنبه از اصلاح شیمیایی بر می گردد به جایگزینی پایدار ساز ایتریا با عناصر دیگر، اما در این زمینه مطالعات کمی انجام شده است. بکار بردن سریا به جای ایتریا میکرو سختی و مقاومت در برابر ترک در PSZ پایدار ده با 15% مولی CeO2 و مقادیر بیشتر، به طور محسوس افزایش می یابد.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
