محققان دانشگاه صنعتی مالک اشتر، نانوپودری تولید نموده‌اند که موجب افزایش بازده کارکرد موتورها و توربین‌های گازی کاربردی خواهد شد. این نانوپودر که به عنوان سد حرارتی در این تجهیزات به کار می‌رود، به روشی ساده و اقتصادی قابل تولید است.
اصفهان: فناوری نانو در ساخت پوشش‌های سدحرارتی
افزایش راندمان موتورهای فضایی و توربین‌های گازی نیازمند افزایش دمای کاری است. امروزه دمای ورودی توربین برای موتورهای هوایی پیشرفته و توربین‌های گازی صنعتی، بیش از ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد است. این دما بالای محدوده ذوب سوپر آلیاژهای پایه نیکل، ماده اصلی سازنده مقاطع آیرودینامیکی توربین فشار بالا، است. در این تجهیزات می‌توان به واسطه اعمال پوشش‌های سد حرارتی با هدایت حرارتی پایین، دمای عملیات را کاهش داد. پوشش‌های سرامیکی نانوساختار، به دلیل هدایت حرارتی کاهش یافته و ضریب انبساط حرارتی بالا، که موارد بسیار مطلوبی برای پوشش‌های سد حرارتی به حساب می‌آیند، دستیابی به این هدف را راحت می‌کنند. در این پروژه نانو پودر زیرکونیای پایدار شده با ایتریا (YSZ) به روش سل- ژل تولید و مورد ارزیابی قرار گرفته است.
به گفته‌ی مرتضی حاجی‌زاده اوغاز، دانشجوی دکتری مهندسی مواد، هدف از انجام این کار بومی‌سازی قابلیت ساخت نانوپودر زیرکونیای سرامیکی به منظور کاربرد در پوشش‌های سد حرارتی بوده است. هم اکنون ساخت این ماده در انحصار چند شرکت محدود در جهان است و به علت تحریم‌های موجود، تأمین این ماده از خارج کشور برای استفاده در صنایع مختلف داخلی بسیار دشوار است.
نانوپودر زیرکونیای پایدار شده با ایتریا به روش سل- ژل تولید شده و متوسط اندازه‌ی آن‌ها ۴۰ نانومتر گزارش شده است. نانوپودرهای ساخته شده بعد از پوشش‌دهی روی زیرلایه، به علت ذوب جزیی، نانوساختار بودن خود را حفظ می‌کنند. این پدیده باعث افزایش گرادیان حرارتی، افزایش مقاومت چسبندگی پوشش به زیرلایه، افزایش مقاومت به خوردگی داغ و بسیاری خواص دیگر مورد انتظار از یک پوشش سد حرارتی می‌شود. در نهایت، نتیجه‌ی آن افزایش راندمان موتور و کاهش هزینه‌ی تعمیرات آن خواهد بود.
به گفته‌ی مرتضی حاجی‌زاده اوغاز، دانشجوی دکتری مهندسی مواد، هدف از انجام این کار بومی‌سازی قابلیت ساخت نانوپودر زیرکونیای سرامیکی به منظور کاربرد در پوشش‌های سد حرارتی بوده است. هم اکنون ساخت این ماده در انحصار چند شرکت محدود در جهان است و به علت تحریم‌های موجود، تأمین این ماده از خارج کشور برای استفاده در صنایع مختلف داخلی بسیار دشوار است.
نانوپودر زیرکونیای پایدار شده با ایتریا به روش سل- ژل تولید شده و متوسط اندازه‌ی آن‌ها ۴۰ نانومتر گزارش شده است. نانوپودرهای ساخته شده بعد از پوشش‌دهی روی زیرلایه، به علت ذوب جزیی، نانوساختار بودن خود را حفظ می‌کنند. این پدیده باعث افزایش گرادیان حرارتی، افزایش مقاومت چسبندگی پوشش به زیرلایه، افزایش مقاومت به خوردگی داغ و بسیاری خواص دیگر مورد انتظار از یک پوشش سد حرارتی می‌شود. در نهایت، نتیجه‌ی آن افزایش راندمان موتور و کاهش هزینه‌ی تعمیرات آن خواهد بود.
تصویر میکروسکپی الکترونی روبشی از نانوپودر YSZ در دو بزرگنمایی مختلف
این محصول در صنایع مربوط به ساخت توربین‌های گازی پایه زمینی و هوایی قابل کاربرد است. به عنوان مثال در تولید پره‌های توربین هواپیماهای مختلف و همچنین توربین‌های نیروگاه‌های برق می‌تواند استفاده شود.
حاجی زاده در ادامه مزیت استفاده از این محصول را این چنین توضیح داد: «با استفاده از این نانوپودر به عنوان پوشش سدحرارتی، عملکرد موتور با کاهش تجهیزات سرمایشی توربین یا به واسطه اجازه دادن به افزایش دمای محفظه‌ی احتراق، بدون تأثیر در دمای توربین، افزایش می‌یابد. کاهش تجهیزات سرمایشی هوایی، بازده توربین را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش داده و مصرف سوخت پیشران را کاهش می‌دهد. علاوه بر این پوشش‌های سد حرارتی طول عمر اجزا را به واسطه‌ی میرا کردن ناپایداری‌های حرارتی افزایش خواهند داد.»
این کار تحقیقاتی حاصل همکاری مرتضی حاجی‌زاده اوغاز، دکتر رضا شجاع رضوی و دکتر محمدرضا لقمان استرکی – اعضای هیأت علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر- بوده که نتایج آن در مجله‌ی Journal of Sol-Gel Science and Technology (جلد ۷۰، شماره ۱، ماه ژانویه، سال ۲۰۱۴، صفحات ۶ تا ۱۳) منتشر شده است.
