موضوع مقاله: پوشش سد حرارتی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # پوشش سد حرارتی | مقدمه: این پوشش‌ها با ضخامت ۲میکرو متر تا ۲ میلی‌متر به منظور محافظت اجزا در برابر بارگذاری‌های حرارتی بلند مدت با به‌کارگیری عایق حرارتی؛ که می‌تواند اختلاف دمای قابل ملاحظه بین آلیاژ بارگذاری شده و سطح پوشش را تحمل کند، استفاده می‌شوند. | ## بخش 1: پوشش سد حرارتی | در مقایسه با سیستم فیلم خنک کن فعال سیاله کاریه گذرا می‌تواند به دماهایی بالاتر از نقطهٔ ذوب ایر فویل در برخی توربین‌ها برسد. امروزه با توجه به نیاز صنعت برای افزایش عملکرد و راندمان توربین‌ها و با در نطر گرفتن مؤلفه‌های :عمر کاری/دوام –سبک بودن این پوش‌ها (کاهش لنگ زنی در تیغه توربین وکاهش جرم لنگی)، پیشرفتهای خوبی در راستای ارتقا این نوع پوش‌های سد حرارتی صورت گرفته‌است. ساختار عملکرد بهینه در شرایط سخت مکانیکی-حرارتی نیازمند دستیابی به شرایط خاصی است. تخلخل کافی؛ به منظور مقابله با تنش‌های ناشی از انبساط حرارتی در طول گرمایش و سرمایش قطعه، برای تطبیق با سطح فلزی پوشده شده با TBC نیاز است. ثبات فاز؛ به منظور جلوگیری از ایجاد ترک و لایه لایه شدن هنگام تغییرات قابل ملاحظهٔ حجم نیاز است. بنابراین خواص عمومی برای یک TBC مؤثر را می‌توان به صورت زیر خلاصه نمود: نقطه ذوب بالا عدم تغییر فاز بین دمای اتاق و دمای عملیاتی هدایت حرارتی پایین بی اثر بودن ازلحاظ شیمیایی (غیرفعال بودن) ضریب انبساطی مشابه با بستر فلزی چسبندگی بالا به سطح فلزی نرخ تف جوشی پایین برای یک میکرو ساختار متخلخل این شرایط سبب شده تا موادی که می‌توانند به عنوان پوش سد حرارتی استفاده شوند محدود باشد البته مواد سرامیکی اغلب قادر به تأمین این شرایط می‌باشند. پوشش سد حرارتی معمولاً از چهار لایه تشکیل می‌شود: بستری فلزی پوشش ضامن فلزی اکسید حرارتی رشد (TGO) روکش سرامیکی پوشش سرامیکی معمولاً از ایتریم و زیرکونیم پایدار تشکیل می‌شود. این لایهٔ سرامیکی بزرگترین افت حرارتی را ایجاد می‌کند و لایهٔ زیرین را در دمایی پایین‌تر نسبت به سطح حفظ می‌کند. | ## بخش 2: پوشش سد حرارتی | با این حال در دمای بالاتر از ۱۲۰۰ درجه سلسیوسYSZ دچار تغییرات نامطلوب فازی می‌شود. تحقیقات اخیر برای یافتن جایگزین ناسب YSZ موجب شناسایی بسیاری از سرامیک‌های جدید شده‌است. سرامیک‌های جدید دارای عملکرد مناسب در دمای بالای ۱۲۰۰ درجه سلسیوس و چقرمگی پایین نسبت به YSZ هستند. در شرایط پیک عملیاتی توربین‌های گاز ی که در دمای بالای ۷۰۰ درجه سلسیوس کار می‌کنند اکسایش در لایهٔ bond-coat موجب شکل گیری لایهٔ TGO می‌شود که تشکیل این لایه در دمای بالاغیر قابل پیشگیری است. بنابراین پوشش سد حرارتی معمولاً به گونه‌ای ساخته می‌شود که به آرامی و یکنواخت رشد کند. شکست TBCها در حالتهای مختلفی دچار تخریب می‌شوند، از جمله۱- ترک مکانیکی در bond-coat در طی سیکل حرارتی، مخصوصاً پوش موتور هواپیما اکسیداسیون پر شتاب خوردگی حرارتی ذوب شدن -یکی از مسایل اساسی در TBCها هماهنگی ضریب انبساط حرارتی بین تمام لایه‌ها می‌باشد.TBCها در طی دریافت گرما یا خنک شدن دچار انبساط و انقباض با نرخهای متفاوت می‌شوند. چنان‌که مواد لایه‌ها بگونه‌ای باشند که هماهنگی ضعیفی بین لایه‌ها از لحاظ ضریب انبساط حرارتی برقرار باشد فشاری به لایه‌ها وارد می‌شود که سبب ایجاد ترک و سرانجام شکست لایه می‌شود. مطالعات گسترده‌ای بر روی آن انجام شده و علت آن نیز عملکرد عالی در مواردی همچون موتور دیزل و توربین گازی است. | ## بخش 3: پوشش سد حرارتی | از خصوصیات این ماده می‌توان به ضریب هدایت حرارتی پایین، ضریب انبساط حرارتی بالا و مقاومت پایین در برابر شوک گرمایی اشاره کرد، با این حال به دلیل ناپایداری فاز در دما ۱۲۰۰ درجه سلسیوس محدودیت عملیاتی بسیار پایینی دارد و می‌تواند توسط اکسیژن دچار خوردگی شود. چگالی کم همراه با خواص مکانیکی از قبیل پایداری حرارتی بالا، ضریب هدایت گرمایی کم و مقاومت در برابر اکسایش و خوردگی. در نتیجه این ماده جایگزین خوبی برای زیرکونیم در مصارفی چون موتور دیزل (که دمای سطحی نسبتاً پایین و تغییرات دمایی سراسری بالا دارند) می‌باشد. یک چالش در استفاده از آلومینا این است که در هنگام پاشش پلاسما تمایل زیادی به ایجاد تغییر فازهای ناپایداری همچون γ-alumina دارد که می‌تواند موجب ایجاد میکرو ترک‌ها شود. برخی از معایب این پوشش عبارتند از کاهش سختی و نرخ شتاب تف پخت زیرکونات خالی کمیاب La2Zr2O7 که با نام LZ شناخته می‌شود نمونه‌ای از زیرکونات خاکی کمیاب است که به عنوان TBC استفاده می‌شود. همچنین در مقایسه با YSZ ضریب هدایت گرمایی بسیار پایین و ضریب انبساط حرارتی و پقرمگی پایینی دارد. چالش استفاده از این اکسیدها تمایل بالقوهٔ آن‌ها به ایجاد فاز ناپایدار است که تأثیر منفی بر مقاومت در برابر شوک حرارتی دارد. | ## جمع‌بندی | کامپوزیت فلزهای شیشه‌ای یک مخلوط از پودر فلز و شیشهٔ عادی که رد شرایط خلأ و با اسپری پلاسما بر روی تیغه اسپری می‌شوندیک ترکیب مناسب به عنوان TBC که قابلیت رقابت با YSZ را دارد.