اخبار دانشگاهی کشور / علمی فرهنگی 16 مهر 1392 - 08 October 2013
موفقیت پژوهشگران در توليد پوشش‌های نانو ساختار سد حرارتی برای موتورهای پيشرفته هوايی
پژوهشگران دانشگاه صنعتي اصفهان با همکاري دانشگاه مالک اشتر، موفق به توليد نوعي پوشش‌هاي نانوساختار براي سد حرارتي با عمر چرخه‌اي خوب، هدايت حرارتي پايين‌تر و خواص مکانيکي بهتر نسبت به نوع متداول شدند.
به گزارش پرتال دانشگاهی به نقل از سرويس فناوري ايسنا، محمدرضا لقمان استرکي، دانشجوي دکتري نانومواد دانشگاه صنعتي اصفهان و محقق اين طرح اظهار کرد: امروزه افزايش راندمان موتورهاي پيشرفته هوايي، نيازمند دماهاي ورودي بالاتر براي توربين‌هاي گازي است. اين اهداف بزرگ، تنها با به کارگيري تکنيک‌هاي خنک‌سازي گسترده غير اقتصادي يا بکارگيري مواد پيشرفته مقاوم در دماي بالا و يا در حالت خاص، با بکارگيري پوشش‌هاي سد حرارتي (TBCs) حاصل خواهد شد.
وي افزود: به طور عادي پوشش‌هاي سد حرارتي از يک سيستم دوتايي شامل يک لايه سراميکي نازک با هدايت حرارتي پايين (به طور مثال، زيرکونياي به طور جزئي پايدار شده بوسيله ايتريا) تحت عنوان پوشش رويي و يک پوشش فلزي مقاوم به خوردگي و اکسيداسيون، که بهبود دهنده چسبندگي سراميک به زيرلايه نيز هست و به آن آستري گفته مي‌شود، تشکيل شده است. زيرکونيا به چندين علت مورد استفاده قرار مي‌گيرد که از آن جمله مي‌توان به هدايت حرارتي پايين، پايداري حرارتي در اتمسفر اکسيد کننده، دماي بالاي احتراق، ضريب انبساط حرارتي بالا و قابليت پوشش‌دهي اقتصادي آن بر روي قطعات فلزي اشاره کرد.
لقمان استرکي به نوشته سايت نانو تصريح کرد: پوشش‌هاي نانوساختار TBC نسبت به پوشش‌هاي معمول داراي عمر چرخه‌اي خوب، هدايت حرارتي پايين‌ترو خواص مکانيکي بهتر است. پوشش‌هاي معمولي و نانوساختار YSZ، دو عيب مهم ناپايداري فاز در دماي بالاي 1200 درجه سانتي گراد و حساسيت به خوردگي داغ در حضور ناخالصي وانادات دارند؛ لذا ساخت پوشش نانوساختار SYSZ براي اهداف رسيدن به پايداري فاز دما بالا (تا 1400 درجه سانتي گراد) و کم کردن حساسيت پوشش TBC به خوردگي داغ ضروري به نظر مي‌رسد.
وي يادآور شد: ايتريا (Y2O3)، سريا(Ce2O3)، اسکانديا(Sc2O3)، اينديا(In2O3) وMgO و CaO از جمله معروفترين موادي هستند که براي پايدار کردن زيرکونيا استفاده مي‌شوند. به تازگي، استفاده از دو پايدار‌کننده براي دستيابي به خواص بهتر و طول عمر بيشتر پوشش سد حرارتي مورد توجه محققان قرار گرفته است.
دانشجوي دکتراي نانومواد دانشگاه صنعتي اصفهان گفت: تحقيقات نشان داده است که پوشش پلاسما اسپري SYSZ، پايداري حرارتي و مقاومت به خوردگي داغ بيشتري نسبت بهYSZ و SSZ دارد ولي تاکنون پژوهشي در مورد خواص پوشش SYSZ نانوساختار انجام نشده است. در اين پژوهش از روش سل-ژل پچيني اصلاح شده، که يک روش کاربردي، آسان و کم هزينه است، براي توليد پودر نانوساختار SYSZ در مقياس بالا استفاده شد. اساس ايجاد ژل در روش پچيني معمولي، توليد ژل پلي استري از طريق آب‌زدايي بين يک آلفا هيدروکسي کربوکسيليک اسيد (مانند سيتريک اسيد) و يک الکل چند عاملي (مانند اتيلن گليکول) است.
وي افزود: در اين پژوهش، از مخلوط آب و اتيلن گليکول مونوبوتيل اتر استفاده شد که باعث مي‌شود زمان تشکيل ژل نسبت به پچيني متداول به نصف کاهش يابد و همچنين ميزان آگلومراسيون نانوذرات نسبت به پچيني متداول کاهش يابد.
لقمان استرکي، با بيان افزايش پايداري فاز و مقاومت به خوردگي داغ پوشش سد حرارتي نانوساختار SYSZ به عنوان هدف اين تحقيقات، در مورد مراحل انجام اين پژوهش نيز گفت براي رسيدن به هدف خود مراحل «ساخت و مشخصه‌يابي نانوپودر زيرکونياي پايدار شده با اسکانديا و ايتريا (SYSZ) در مقياس بالا»، «توليد پودرهاي آگلومره نانوساختار SYSZ»، «توليد پوشش‌هاي نانوساختار سد حرارتي با پايداري فاز تا 1400 درجه سانتي گراد، با زير پوشش MCrAlY به روش پاشش پلاسما اسپري برروي سوپر آلياژ پايه نيکل»، «بررسي متالوژيکي و کريستالوگرافي ساختار پوشش، قبل و بعد از فرايند خوردگي داغ، جهت تعيين اثر اجزاي نانو ساختار بر تغييرات ترکيبي و ساختاري پوشش و مقايسه نتايج به دست آمده با پوشش متداول YSZ» و «ارزيابي ظرفيت عايق‌سازي حرارتي پوشش و مقايسه نتايج به دست آمده با پوشش متداول YSZ» بايد انجام شود.
به گفته لقمان استرکي پوشش‌هاي نانوساختار TBC توليد شده نسبت به پوشش‌هاي معمول داراي عمر چرخه‌اي خوب، هدايت حرارتي پايين‌ترو خواص مکانيکي بهتر است.
محقق اين طرح تصريح کرد: استفاده از اين پوشش، امکان استفاده از سوخت‌هاي غير مرغوب با خلوص کم براي توربين‌ها را فرهم مي‌کند. همچنين به دليل پايداري فاز دما بالاي آن، امکان بالا بردن دماي توربين‌ها و افزايش راندمان توربين‌ها را ميسر مي‌کند.
نتايج اخير اين کار تحقيقاتي که توسط محمد رضا لقمان استرکي، دکتر ادريس از دانشگاه صنعتي اصفهان و دکتر شجاع رضوي از دانشگاه مالک اشتر اصفهان صورت گرفته، در مجله‌هاي CrystEngComm و Ceram. Int منتشرشده است.
