منصة الرسائل والاطاريح: الرش الحراري بمتركبات Al2O3+TiO2) and ZrO2 على الفولاذ واطى السيائك

الخلاصة

في الآونة الأخيرة، زاد الاهتمام البحثي بالأنابيب المستخدمة في محطات الطاقة الحرارية من خلال طلاءها بمواد سيراميكية بهدف تعزيز العزل الحراري بسبب انخفاض الموصلية الحرارية لهذه المواد وخصائصها العازلة الممتازة. تعمل الطلاءات السيراميكية على تقليل نقل الحرارة، مما يحسن من عزل الأنابيب التي تنقل البخار المسخن. هدفت هذه الدراسة إلى استخدام التجارب العملية وتحليل ANSYS 2020R1 الرقمي لتحسين خصائص العزل الحراري لأنابيب التسخين المصنوعة من الفولاذ منخفض السبائك باستخدام طبقة واحدة من الطلاء المركب من (Al₂O₃ + TiO₂) وZrO₂ وتم ترسيب الطلاءات باستخدام الرش الحراري باللهب بنسب وزن مختلفة (0.5، 1.22، 1.5، 1.85) من (Al₂O₃ + TiO₂) وZrO₂ تم إجراء عدة اختبارات لتقييم خصائص المواد المطلية، بما في ذلك حيود الأشعة السينية (XRD)، المجهر الذري (AFM)، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، التوصيل الحراري، مقاومة التآكل، سُمك الطلاء، الصلابة الدقيقة، قوة الالتصاق، المسامية، الكثافة، و زاوية التماس. أظهرت النتائج أن الطلاءات السيراميكية المركبة حسنت بشكل كبير العزل الحراري لسبائك الفولاذ منخفضة الكربون بنسبة (26, 1, 50, و31 على التوالي). ووجد أن الطلاءات كانت صلبة نسبيًا 116.3-138 (HV)، وسمكة (568-706 ميكرومتر)، ومسامية (50-75%)، مع قوة التصاق 15.81-22.85 (MPa)، وزاوية تماس (81.88-94.53 درجة)، وخشونة سطحية (2.2-18.8 نانومتر). أظهرت الطلاءات المترسبة بنسب المزج الأقل صلابة وخشونة سطحية، بينما سجلت أعلى سمك وزاوية تماس ومسامية. وأظهرت تحسينات ملحوظة في العزل الحراري بنسبة (50%) وفقدان وزن (3%) بعد 24 ساعة من التآكل في الماء الساخن. كما أثبتت نتائج SEM و XRD البنية المسامية للطلاءات وترسب أطوار (Al₂O₃ + TiO₂) وZrO₂ مع تركيبات أخرى في الطلاءات. ويستخدم التحليل العددي لتحليل تأثير الموصلية الحرارية للعديد من مواد الطلاء السيراميكية لحفظ الطاقة الحرارية. ومع ذلك، فإن الأنبوب الذي استخدم في هذا العمل مصنوع من الفولاذ المنخفض الكربون، ومواد الأنابيب هذه يمكن أن تطبق على تدفق السوائل العالية الحرارة. ولذلك، تستخدم الطلاءات لعزل هذا النوع من الأنابيب لتقليل بقدر الإمكان من التحلل الحراري إلى المحيط الخارجي. ويعتمد حل النهج العددي على طريقة الحجم المحدود باستخدام Ansys 2020R1. ويُختار السطح إلى السطح طريقة الاتصال الحراري كنوع من الارتباط، وهو ما تم عرضه ANSYS 2020R1. وقارنت النتائج بالباحثين الآخرين، وحققت فعالية عالية. وكما يتبين من النتائج، فإن النوع S3 من مواد الطلاء هو أفضل أنواع الطاقة المحتفظ بها وتكلفة أقل. لذا، فإن فقدان الحرارة يقارن بالنسبة للجدران الخارجية الأنبوبية مع وبدون مواد جديدة للعزل المواد السيراميكية