دانشگاه آزاد اسلامی
واحد خمینی شهر
دانشکده مکانیک
پایاننامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc
در رشته مهندسی مکانیک-ساخت و تولید
عنوان پایاننامه
ایجاد پوششهای نانوساختار برای کار در شرایط دمای بالا
استاد راهنما:
دكتر فرهاد شهریاری نوگورانی
استاد مشاور:
دکتر مجید کریمیان
تابستان 1393
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
پوششهای نفوذی آلومینایدی برای حفاظت از توربینهای گازی مورد استفاده در صنایع نیروگاهی، حمل و نقل هوایی و دریایی و صنایع نفت و گاز و پتروشیمی هستند که عمدتاً توسط اکسیداسیون در دمای بالا و پدیده خوردگی داغ مورد حمله قرار میگیرند. در این تحقیق، به منظور استفاده از اثر عناصر اکسیژندوست، چگونگی تقویت پوشش نفوذی آلومینایدی با نانو ذرات اکسید زیرکونیم مورد بررسی قرار گرفته است. برای ایجاد پوشش یک لایه نیکل و یک لایه نانوکامپوزیتی نیکل- نانو زیرکونیا، به روش آبکاری الکتریکی بر روی سوپرآلیاژ پایه نیکلی به طور جداگانه ایجاد شد و به دنبال آن فرایند آلومینیومدهی اکتیویته بالای دو مرحلهای صورت گرفت. ابتدا در 760 درجه سانتیگراد عملیات آلومینیومدهی و سپس در دمای 1080 درجه سانتیگراد عملیات نفوذی تکمیلی به منظور تشکیل فازهای مطلوب انجام شد. مکانیزم تشکیل پوشش از طریق بررسی ریزساختار توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز شیمیایی طیفسنجی پراکندگی انرژی ارزیابی شد. نتایج نشان داد نانو ذرات اکسید سریم به طور موفقیت آمیزی در پوشش آلومینایدی مشارکت داشته است.
واژههای كلیدی: همرسوبی-آلومینیومدهی-پوششهای نفوذی آلومینایدی-فرایند دو مرحلهای-اکتیویته بالا.
فهرست مطالب
2-2 پوششهای مورد استفاده در سوپرآلیاژها 6
2-4- نکات مهم در طراحی نانو کامپوزیتها 12
2-5- فرایند سمنتاسیون پودری برای تولید پوششهای آلومیناید 13
2-5-1- مزایای فرایند سمنتاسیون پودری 15
2-5-2- محدودیتهای فرایند سمنتاسیون پودری 15
2-6- پوششهای آلومیناید بر روی نیکل و سوپر آلیاژهای پایه نیکل 16
2-6-1- پوششهای بدست آمده از فرایند با اکتیویته بالای آلومینیوم 17
2-6-2- پوششهای تولید شده توسط فرایندهای اکتیویته پایین آلومینیوم 22
2-6-2-2- سوپر آلیاژهای پایه نیکل 23
2-7- پیش عملیات قبل از آلومینایزینگ 24
2-8- مورفولوژی سطح پوششهای آلومیناید 25
2-10- مکانیزمهای اثر عناصر واکنشگر در آلیاژهای آلومینا ساز 28
2-11- تاثیر عناصر واکنشگر بر پوسته آلومینا 29
2-11-1- تاثیر عناصر واکنشگر بر رشد و چسبندگی پوسته آلومینا 30
2-11-2- تقویت پیوند آلیاژ/پوسته و پدیده جدایش 30
3-2- مواد اولیه و تجهیزات مورد نظر برای اعمال پوشش 34
3-2-2- فرایند آبکاری الکتریکی 34
3-2-2-1- مواد مورد استفاده در فرایند آبکاری الکتریکی 34
3-2-2-2- تجهیزات مورد استفاده در فرایند آبکاری الکتریکی 36
3-2-2-3- اعمال پوشش آبکاری الکتریکی 37
3-2-3- فرایند پوششدهی نفوذی 40
3-2-3-1- پودرهای مورد استفاده در فرایند پوششدهی نفوذی 40
3-2-3-2- تجهیزات مورد استفاده در فرایند پوششدهی نفوذی 40
4-2- آبکاری نیکل نانوکامپوزیتی 45
فهرست شکلها
شکل 2-1 تصویر شماتیک از فرایند آبکاری الکتریکی 9
شکل 3-1 نمودار گردشی مراحل انجام تحقیق 34
شکل 3-3 ستاپ آبکاری الکتریکی مورد استفاده در حین کار 38
شکل 3-4 ریتورت حاوی مخلوط پودر پوششدهی 42
شکل 4-1 مقطع پوشش آبکاری الکتریکی نیکل بر سوپرآلیاژ پایهنیکلی (حکاکی شده) 46
شکل 4-2 تصویر مقطع پوشش نانوکامپوزیتی نیکل- نانوزیرکونیا 47
شکل 4-3 تصویر میکروسکوپ SEM از مقطع پوشش آبکاری نانو کامپوزیتی نیکل- نانوزیرکونیا 48
شکل 4-4 آنالیز شیمیایی EDS پوشش نانوکامپوزیتی نیکل- نانوزیرکونیا 48
شکل 4-10 تصویر SEM از مقطع پوشش نهایی 53
شکل 4-11 آنالیز شیمیایی EDS پوشش نهایی (منطقه A در شکل 4-10) 54
شکل 4-12 آنالیز شیمیایی EDS پوشش نهایی (منطقه B در شکل 4-10) 54
شکل 4-13 آنالیز شیمیایی EDS پوشش نهایی (منطقه C در شکل 4-10) 55
شکل 4-14 آنالیز شیمیایی EDS پوشش نهایی (منطقه D در شکل 4-10) 55
شکل 4-15 آنالیز شیمیایی EDS پوشش نهایی (منطقه E در شکل 4-10) 56
فهرست جدولها
جدول 2-1 سرعت محاسبه شده رسوبدهی الکتریکی فلزات. 10
جدول 3-1 ترکیب حمام واتز مورد استفاده برای آبکاری نیکل 36
جدول 3-2 پارامترهای فرایند رسوبدهی الکتریکی 38
جدول 3-3 ترکیب شیمیایی مخلوط پودر استفاده شده برای اعمال پوششهای نفوذی منتخب 43
هدف از اعمال پوششی مناسب، بدست آوردن مقاومت دراز مدت در برابر محیط خورنده میباشد. پوششهای دمای بالا، از جمله پوششهایی هستند که جهت افزایش طول عمر قطعات توربینهای گازی از جمله پرهها بکار برده میشوند. جهت بدست آوردن راندمان بیشتر در توربینهای گازی طبق محاسبات ترمودینامیکی لازم است که دمای گاز خروجی از پرهها بالاتر رود. با افزایش دما، بخاطر فعالیت بیشتر محیط و تغییرات دینامیکی در ساخت اجسام، مشکلاتی از قبیل خزش، خستگی حرارتی، اکسیداسیون و خوردگی داغ بوجود میآید که نیاز به توسعه و تولید مواد بهتر، وجود دارد. همچنین با توجه به اینکه با افزایش استحکام، مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی در دمای بالا کاهش مییابد، سعی بر این است که بتوان ابتدا آلیاژی با استحکام بالا تولید و سپس جهت حفاظت آن ها در برابر عوامل ذکر شده سطوح آن ها را پوشش داد.
یکی از راههای افزایش راندمان و کارایی توربینهای گازی، افزایش دمای ورودی میباشد. نیاز به افزایش دمای کاری پرهها، افزایش عملکرد و طول عمر اجزای مورد استفاده در توربین گازی منجر به پیشرفت تکنولوژی علم مواد شده است. این بهبود عملکرد از طریق طراحی مواد جدید و روشهای تولید بهتر قابل دستیابی است. به این منظور توسعه سوپرآلیاژهای پایه نیکل از حالت کار گرم شده به ریختهگری، ریختهگری جهتدار و تک کریستال صورت گرفته است و در ادامه پرههای پوششدار جایگزین پرههای بدون پوشش شدند.
مقاومت به اکسیداسیون پوششها در دمای بالا به دو صورت میسر میشود: یکی با ایجاد پوششی خنثی در برابر محیط خورنده که که با آن محیط واکنش نداده و دیگری پوششهایی که با تغییر ترکیب سطح توسط یک عنصر فعال و واکنش آن با محیط، لایه ای محافظ بدست آید که بتواند سطح را در برابر محیط محافظت کند. از دسته اول پوششهای TBC و از دسته دوم پوششهای نفوذی از جمله آلومینایزینگ، کرومایزینگ و سیلیکونایزینگ را میتوان نام برد.
روش مخلوط پودری (آلومینیومدهی) یک روش مهندسی نسبتا ارزان برای تشکیل پوشش های دمای بالا است. سادگی فناوری مورد نیاز، تکرار پذیری قابل قبول و قابلیت پوششدهی قطعات با شکل و اندازه متنوع این روش را برای مدت طولانی در صدر فناوریهای مورد استفاده صنایع دمای بالا به ویژه توربینها قرار داده است.پوششهای نفوذی آلومینایدی با غنی کردن سطح آلیاژ از آلومینیوم بدست میآیند که با ایجاد اکسید آلومینیوم بر روی سطح پوشش در محیط، لایه محافظی در مقابل نفوذ اکسیژن تشکیل میگردد. رشد این لایه نسبت به اکسیدهای دیگر کم بوده و میتوان با این روش آلیاژ پایه را در دماهای بالا محافظت نمود، زیرا این اکسید تا دماهای نزدیک به 1100 درجه سانتیگراد مقاوم میباشد.
تحقیقات وسیعی در خصوص اثر عناصر مختلف بر خواص پوششهای نفوذی Al ساده صورت گرفته است. اغلب این تحقیقات در مورد بهبود چسبندگی پوسته در اکسیداسیون چرخهای و بهبود رفتار خوردگی داغ پوشش انجام شده است. یكی از مهمترین روشهای شناخته شده برای بهبود چسبندگی پوسته اكسیدی، اثر عناصر اکسیژندوست نظیر ایتریم، سریم، هافنیم و مانند آن هاست. غلظت اندكی از این عناصر یا اكسید آن ها میتواند مورفولوژی لایه اكسیدی آلومینا و فصل مشترك آن با پوشش آلومینایدی را اصلاح كند و چسبندگی پوسته آلومینا به پوشش آلومیناید را بهطور قابل ملاحظهای بیفزاید. روشهایی که تا کنون برای وارد کردن عناصر اکسیژندوست یا اکسید آنها در پوششهای دمای بالا مورد استفاده قرار گرفته عمدتاً آزمایشگاهی بوده و اجرای عملی آنها برای صنایع مشکل است. به عنوان نمونه میتوان به روشهای کاشت یونی، رسوب شیمیایی بخار و سل- ژل اشاره کرد.
در این تحقیق از یک لایه آبکاری الکتریکی (Electroplating) شده نیکل به عنوان زمینۀ نگهدارنده نانو ذرات سریا بهرهگیری شد. در این روش ابتدا یک لایه ضخیم نانوکامپوزیتی به وسیله آبکاری الکتریکی نیکل در حمام حاوی نانو ذرات سریا بر سطح زیر لایه ایجاد میشود و در مرحله بعد پوشش نفوذی آلومینایدی با رشد درونگرا (Inward Growth) بر مجموعه زیرلایه و لایه آبکاری الکتریکی شده اعمال میشود. توسعه این روش با توجه به جاافتادگی فرایندهای آبکاری الکتریکی و پوشش نفوذی در صنعت میتواند با استقبال مناسب صنایع دمای بالا روبرو شود. در این زمینه سابقه تحقیقات مشابه در داخل کشور بدست نیامد و نسبت به مقالات مشابه خارجی نیز در کار حاضر تفاوتهایی در مواد و روشکار وجود دارد.
تعداد صفحه : 85
قیمت :14700 تومان
بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد
و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.
پشتیبانی سایت : * serderehi@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
14,700 تومانافزودن به سبد خرید