جواد رحیمی در گفت‌وگو با ایسنا گفت: این پژوهش در قالب رساله دکتری در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه زنجان و تحت راهنمایی پروفسور اسماعیل پورسعیدی انجام شده است. در این مطالعه، عملکرد چهار نوع پوشش سد حرارتی که از نظر نوع لایه رابط، تعداد لایه‌ها و روش اعمال با یکدیگر تفاوت داشتند، تحت شرایط مختلف حرارتی، شوک حرارتی و خوردگی داغ مورد بررسی قرار گرفت.

وی در توضیح پوشش‌های سد حرارتی، تصریح کرد: پوشش‌های سد حرارتی نوعی پوشش مهندسی پیشرفته هستند که برای محافظت قطعات فلزی در برابر دماهای بسیار بالا به کار می‌روند. این پوشش‌ها معمولاً از یک لایه سرامیکی مقاوم به حرارت و یک لایه رابط فلزی تشکیل شده‌اند و با کاهش انتقال گرما، از آسیب دیدن قطعات جلوگیری می‌کنند. استفاده از این فناوری نقش مهمی در افزایش عمر و کارایی تجهیزاتی مانند توربین‌های گازی، موتورهای هوایی و سامانه‌های صنعتی دمابالا دارد؛ تجهیزاتی که به‌طور مداوم تحت تنش‌های حرارتی شدید قرار می‌گیرند.

رحیمی در رابطه با نوع پوشش‌ها، توضیح داد: پوشش نوع A شامل لایه رابط اعمال‌شده به روش APS و لایه سرامیکی بود. پوشش نوع B دارای لایه رابط اعمال‌شده به روش HVOF به همراه لایه سرامیکی است. پوشش نوع C ساختاری ترکیبی دارد و از دو لایه رابط(ابتدا HVOF روی بستر و سپس APS) به همراه لایه سرامیکی تشکیل شده است. در پوشش نوع D لایه سرامیکی حذف شده و تنها یک لایه رابط HVOF به‌عنوان نمونه مرجع استفاده شد.

پژوهشگر حوزه مهندسی مکانیک، با توجه به نتایح آزمون‌های دمایی، گفت: در بخش نخست، آزمون‌های پیرگرمایی در دماهای ۹۰۰ و ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد انجام شد. نتایج نشان داد نرخ رشد لایه اکسیدی در پوشش نوع A بیش از سایر نمونه‌ها است، درحالی که پوشش نوع C بیشترین طول عمر لایه سرامیکی را از خود نشان داد.

وی درباره رفتار پوشش‌ها در شرایط چرخه‌ای، اظهار کرد: در آزمون‌های بارگذاری حرارتی چرخه‌ای، مشخص شد لایه سرامیکی در پوشش نوع B دیرتر از نمونه نوع A دچار شکست می‌شود؛ موضوعی که به ضخامت کمتر لایه اکسیدی در این نمونه نسبت داده می‌شود.

رحیمی با پاسخ به سوال کدام پوشش در برابر شوک حرارتی مقاوم‌تر است، افزود: بررسی‌ها نشان داد پوشش نوع C به دلیل ساختار کامپوزیتی لایه رابط، باعث تغییر تدریجی ضریب انبساط حرارتی از بستر تا لایه سرامیکی شده و در نتیجه مقاومت به شوک حرارتی در این نمونه به‌طور چشمگیری افزایش یافته است.

او ادامه داد: همچنین نتایج نشان می‌دهد وجود ضخامت بهینه‌ای از لایه اکسیدی در فصل مشترک لایه رابط و لایه سرامیکی می‌تواند چسبندگی پوشش را بهبود داده و مقاومت آن را در برابر شوک حرارتی افزایش دهد.

پژوهشگر حوزه مهندسی مکانیک، با توجه به تأثیر خوردگی داغ بر پوشش‌ها، گفت: در آزمون خوردگی داغ در محیط نمک مذاب و در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد، تشکیل ترکیب YVO₄ به‌عنوان محصول اصلی خوردگی مشاهده شد. همچنین بخشی از زیرکونیای تتراگونال در پوشش YSZ به فاز مونوکلینیک تغییر یافت.

وی ادامه داد : بررسی اثر ذرات CMAS(ترکیبات کلسیم-منیزیم-آلومینوسیلیکات) در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد نشان داد پوشش نوع B کمترین مقاومت را در برابر این نوع خوردگی داشته و شکست ناشی از کمانش در فصل مشترک لایه رابط و لایه فوقانی رخ داده است.

این پژوهشگر در ادامه گفتگو افزود: مطالعات عددی تنش نشان می‌دهد در نبود لایه اکسیدی، نواحی قله دارای تنش کششی و نواحی دره دارای تنش فشاری هستند؛ اما با افزایش ضخامت لایه اکسیدی، الگوی تنش تغییر کرده و این تنش‌ها جابه‌جا می‌شوند؛ موضوعی که نقش مهمی در تخریب پوشش‌ها دارد.

رحیمی گفت: به‌طور کلی، نتایج این پژوهش نشان می‌دهد انتخاب روش اعمال پوشش و طراحی مناسب لایه رابط، به‌ویژه استفاده از ساختارهای ترکیبی، می‌تواند نقش مهمی در کنترل رشد لایه اکسیدی، افزایش چسبندگی بین لایه‌ها و بهبود مقاومت پوشش‌های سد حرارتی در برابر شوک حرارتی و خوردگی داغ ایفا کند؛ یافته‌هایی که در بهینه‌سازی پوشش‌های مورد استفاده در تجهیزات دمابالا از جمله توربین‌های گازی کاربرد دارد.

به گزارش ایسنا، نتایج این پژوهش تاکنون در قالب ۱۵ مقاله علمی در نشریات معتبر بین‌المللی نمایه‌شده در پایگاه ISI، از جمله ژورنال Corrosion Science، منتشر شده و همچنین منجر به ثبت یک اختراع در این حوزه شده است.

انتهای پیام