ریپورتر
28th April 2010, 08:55 AM
پوشش های حایل حرارتی ( TBC [1] (http://www.pwit.ac.ir/Deputies/Research/powerinnovation/tazeha/tazeh/18khordegi/1652af281.htm#_ftn1)) بمنظور عایق حرارتی قطعات توربین های گازی مورد استفاده قرار می گیرند . بعلت پایین بودن ضریب هدایت حرارتی این پوشش ها ، دمای سطح فلز کاهش می یابد . کاهش دما موجب کاهش خزش و خستگی و افزایش عمر قطعه می گردد و در عین حال موجب کاهش سرعت اکسیداسیون و خوردگی می شود . با پایین نگهداشتن دمای فلز سازندگان می توانند :
- با استفاده از آلیاژهای نه چندان پیشرفته در طراحی اجزاء موتور ، هزینه ها را کاهش دهند .
- با افزایش دمای کاری بهمراه جریان کم خنک کن ، راندمان سوخت را افزایش دهند .
امروزه با استفاده از مواد و تجهیزات موجود طیف وسیعی از پوشش ها با ساختار و خواص مورد نظر را میتوان ایجاد کرد که برای کاربردهای خاص در توربین های زمینی و هوائی طراحی شده اند .
پوشش های حایل حرارتی از لایه پیوندی مقاوم در برابر اکسیداسیون و لایه فوقانی سرامیکی عایق حرارتی تشکیل می شوند . هر دو لایه توسط روش اسپری پلاسمائی اعمال می شود . سیستم های TBC جدید از یک لایه پیوندی MCrAIY ( M معرف نیکل و یا کبالت می باشد ) عاری از اکسید و متراکم و لایه اکسید زیرکنیم پایدار شده توسط ایتریا ( 7 تا 8 % وزنی ) تشکیل می شوند . لایه زیر کونیا ، متخلخل و دارای ترکهای ریز می باشد . در سیستم های قبلی از لایه پیوندی NiAl یا نیکل کرم بهمراه زیر کونیای پایدار شده با کلسیا ( 5 درصد وزنی ) یا منیزیا ( 24 درصد وزنی ) استفاده می شد . اکسیدهایی از قبیل کلسیا ، منیزیا و ایتریا بعنوان پایدار کننده ساختمان کریستالی عمل می کنند و از تغییرات حجمی زیاد در طی گرم شدن و سرد شدن قطعه پوشش داده شده جلوگیری می کنند . لایه های پیوندی اثر زیادی بر عمر TBC دارند زیرا عناصری مانند کرم و آلومینیم در دماهای بالا پوسته های اکسیدی خیلی چسبنده تشکیل می دهند و شرایط لازم برای اتصال مکانیکی سرامیک به پوشش MCrAIY را فراهم می کنند .
بدون داشتن پودر با کیفیت بالا نمی توان عملکرد مناسبی از پوشش انتظار داشت یا ریز ساختارهای تکرارپذیری ایجاد کرد . سازندگان توربین معمولا مشخصات پودر را تعیین می کنند که این خود کنترل کننده خواص پودر می باشد . بطور کلی روش تولید بر خواص پودر تاثیر می گذارد . توزیع اندازه ذرات پودر یکی از متغیرهای مهم است که ویژگیهای پوشش را تحت تاثیر قرار می دهد . با کنترل اندازه ذرات پودر می توان از ذوب شدن مناسب پودر در شعله پلاسما تحت شرایط اسپری مشخص ، اطمینان حاصل نمود . معمولا اگر چنانچه توزیع اندازه دانه ها خیلی درشت باشد ، ساختارهایی با دانسیته پایین بدست می آید و اگر توزیع اندازه دانه ها ریز باشد ساختار متراکم حاصل می شود .
نوع فرآیند تولید بکار رفته در تولید پودر خواص ماده را کنترل می کند . در حال حاضر چهار روش اصلی برای تولید پودر وجود دارد که عبارتند از روش خشک کردن پاششی ، روش سینتر و آسیاب کردن ، روش ذوب و آسیاب کردن و روش خشک کردن پاششی و ذوب کردن . پودرهای حاصل از روش اول که بعدا ذوب می شوند محاسن آلیاژسازی اولیه و مزایای محصولات ذوب و سینتر شده را تواما دارا می باشند .
صرف نظر از فعالیتهای بعمل آمده در زمینه توسعه مواد و روشهای تولید جدید ، در سالهای اخیر ، بعلت توسعه تجهیزات ، پوشش های TBC عملکرد بهتری داشته اند . فن آوری تجهیزات جدید امکان کنترل ریز ساختار پوشش و باز تولید آنرا فراهم ساخته است . نتایج کلی عبارتند از زمان توقف کمتر دستگاه ، هزینه پوشش دهی پایین و قابلیت اعتماد بیشتر فرآیند این عوامل موجب افزایش فاصله زمانی بین تعمیرات و اورهال می گردد . با استفاده از تفنگ های پلاسمای پیشرفته ، پایداری فرایند ، تکرارپذیری و صرفه اقتصادی پوشش های حایل حرارتی بهبود یافته است . بر خلاف تفنگ های مرسوم ، در این تفنگ ها دمای پلاسما در شعله یکنواخت تر و میزان صدا پایین تر می باشد . عمر اجزای مصرفی طولانی تر است لذا قطعات بزرگ با زمان توقف حداقل پوشش داده می شوند . بعلت شعله پلاسمای یکنواخت ونسبتا آرام ، میزان نشت ماده در واحد زمان بیشتر است .
سیستم های کامپیوتری برای کنترل و مانیتورینگ فرایند اسپری به بازار عرضه شده است . نرم افزارهای مربوطه تاریخچه داده های فرایند اسپری را ثبت می کنند ، امکان تجسم ( Visualization ) فرایند را فراهم می کنند ، قابلیت ذخیره سازی پارامترهای اسپری را دارند و امکان کنترل مدار بسته پارامترهای اسپری از قبیل نوع گازها و توان سیستم را فراهم می کنند .
افشانک های پودر جدید با قابلیت کنترل مدار بسته این امکان را فراهم میکنند که پودر بصورت مناسب و تکرار پذیر و با دقت بالا تزریق گردد . امروزه روباتهای چند محوره بر اساس نیاز مشتری ساخته می شود . استفاده از روبات این مزیت را دارد که فاصله اسپری و موقعیت فضایی تفنگ دقیقا کنترل می شود و در نتیجه راندمان اسپری و ریز ساختار بهینه می گردد . همچنین دمای کاری و سرعت تفنگ نیز کنترل میشود .
بمنظور بهبود فرایند پوشش دهی در زمینه های مرتبط مانند تنظیم سرعت و دمای ذره بصورت مستمر ، روشهای توسعه یافته ارزیابی غیر مخرب و متدهای بهتر و یا کم هزینه تر آماده سازی اولیه نیز پیشرفتهایی صورت گرفته است .
منبع : مؤسسه SULZER METCO
آدرس : http://www.sulzer.com/str (http://www.sulzer.com/str)
- با استفاده از آلیاژهای نه چندان پیشرفته در طراحی اجزاء موتور ، هزینه ها را کاهش دهند .
- با افزایش دمای کاری بهمراه جریان کم خنک کن ، راندمان سوخت را افزایش دهند .
امروزه با استفاده از مواد و تجهیزات موجود طیف وسیعی از پوشش ها با ساختار و خواص مورد نظر را میتوان ایجاد کرد که برای کاربردهای خاص در توربین های زمینی و هوائی طراحی شده اند .
پوشش های حایل حرارتی از لایه پیوندی مقاوم در برابر اکسیداسیون و لایه فوقانی سرامیکی عایق حرارتی تشکیل می شوند . هر دو لایه توسط روش اسپری پلاسمائی اعمال می شود . سیستم های TBC جدید از یک لایه پیوندی MCrAIY ( M معرف نیکل و یا کبالت می باشد ) عاری از اکسید و متراکم و لایه اکسید زیرکنیم پایدار شده توسط ایتریا ( 7 تا 8 % وزنی ) تشکیل می شوند . لایه زیر کونیا ، متخلخل و دارای ترکهای ریز می باشد . در سیستم های قبلی از لایه پیوندی NiAl یا نیکل کرم بهمراه زیر کونیای پایدار شده با کلسیا ( 5 درصد وزنی ) یا منیزیا ( 24 درصد وزنی ) استفاده می شد . اکسیدهایی از قبیل کلسیا ، منیزیا و ایتریا بعنوان پایدار کننده ساختمان کریستالی عمل می کنند و از تغییرات حجمی زیاد در طی گرم شدن و سرد شدن قطعه پوشش داده شده جلوگیری می کنند . لایه های پیوندی اثر زیادی بر عمر TBC دارند زیرا عناصری مانند کرم و آلومینیم در دماهای بالا پوسته های اکسیدی خیلی چسبنده تشکیل می دهند و شرایط لازم برای اتصال مکانیکی سرامیک به پوشش MCrAIY را فراهم می کنند .
بدون داشتن پودر با کیفیت بالا نمی توان عملکرد مناسبی از پوشش انتظار داشت یا ریز ساختارهای تکرارپذیری ایجاد کرد . سازندگان توربین معمولا مشخصات پودر را تعیین می کنند که این خود کنترل کننده خواص پودر می باشد . بطور کلی روش تولید بر خواص پودر تاثیر می گذارد . توزیع اندازه ذرات پودر یکی از متغیرهای مهم است که ویژگیهای پوشش را تحت تاثیر قرار می دهد . با کنترل اندازه ذرات پودر می توان از ذوب شدن مناسب پودر در شعله پلاسما تحت شرایط اسپری مشخص ، اطمینان حاصل نمود . معمولا اگر چنانچه توزیع اندازه دانه ها خیلی درشت باشد ، ساختارهایی با دانسیته پایین بدست می آید و اگر توزیع اندازه دانه ها ریز باشد ساختار متراکم حاصل می شود .
نوع فرآیند تولید بکار رفته در تولید پودر خواص ماده را کنترل می کند . در حال حاضر چهار روش اصلی برای تولید پودر وجود دارد که عبارتند از روش خشک کردن پاششی ، روش سینتر و آسیاب کردن ، روش ذوب و آسیاب کردن و روش خشک کردن پاششی و ذوب کردن . پودرهای حاصل از روش اول که بعدا ذوب می شوند محاسن آلیاژسازی اولیه و مزایای محصولات ذوب و سینتر شده را تواما دارا می باشند .
صرف نظر از فعالیتهای بعمل آمده در زمینه توسعه مواد و روشهای تولید جدید ، در سالهای اخیر ، بعلت توسعه تجهیزات ، پوشش های TBC عملکرد بهتری داشته اند . فن آوری تجهیزات جدید امکان کنترل ریز ساختار پوشش و باز تولید آنرا فراهم ساخته است . نتایج کلی عبارتند از زمان توقف کمتر دستگاه ، هزینه پوشش دهی پایین و قابلیت اعتماد بیشتر فرآیند این عوامل موجب افزایش فاصله زمانی بین تعمیرات و اورهال می گردد . با استفاده از تفنگ های پلاسمای پیشرفته ، پایداری فرایند ، تکرارپذیری و صرفه اقتصادی پوشش های حایل حرارتی بهبود یافته است . بر خلاف تفنگ های مرسوم ، در این تفنگ ها دمای پلاسما در شعله یکنواخت تر و میزان صدا پایین تر می باشد . عمر اجزای مصرفی طولانی تر است لذا قطعات بزرگ با زمان توقف حداقل پوشش داده می شوند . بعلت شعله پلاسمای یکنواخت ونسبتا آرام ، میزان نشت ماده در واحد زمان بیشتر است .
سیستم های کامپیوتری برای کنترل و مانیتورینگ فرایند اسپری به بازار عرضه شده است . نرم افزارهای مربوطه تاریخچه داده های فرایند اسپری را ثبت می کنند ، امکان تجسم ( Visualization ) فرایند را فراهم می کنند ، قابلیت ذخیره سازی پارامترهای اسپری را دارند و امکان کنترل مدار بسته پارامترهای اسپری از قبیل نوع گازها و توان سیستم را فراهم می کنند .
افشانک های پودر جدید با قابلیت کنترل مدار بسته این امکان را فراهم میکنند که پودر بصورت مناسب و تکرار پذیر و با دقت بالا تزریق گردد . امروزه روباتهای چند محوره بر اساس نیاز مشتری ساخته می شود . استفاده از روبات این مزیت را دارد که فاصله اسپری و موقعیت فضایی تفنگ دقیقا کنترل می شود و در نتیجه راندمان اسپری و ریز ساختار بهینه می گردد . همچنین دمای کاری و سرعت تفنگ نیز کنترل میشود .
بمنظور بهبود فرایند پوشش دهی در زمینه های مرتبط مانند تنظیم سرعت و دمای ذره بصورت مستمر ، روشهای توسعه یافته ارزیابی غیر مخرب و متدهای بهتر و یا کم هزینه تر آماده سازی اولیه نیز پیشرفتهایی صورت گرفته است .
منبع : مؤسسه SULZER METCO
آدرس : http://www.sulzer.com/str (http://www.sulzer.com/str)