اشتراک گذاری با دوستان
وضعیت: بسته
شماره سند:
تاریخ انتشار: 1403/06/12
مهلت ارسال پیشنهاد: 1403/06/25
فرصت‌ها: براساس پیشنهاد‌ها قابل مذاکره خواهد بود.
تماس : 02166530680 – 02166533864
ارسال پروپوزال‌ها: https://ghazal.inif.ir
ضرورت مسئله
محفظه‌های احتراق بخش مهم و استراتژیک موتورهای ماهواره‌بر محسوب می‌شوند که تحت تنش‌های گرمایی بالایی قرار دارند. افزایش عملکرد محفظه‌های احتراق منجر به افزایش بازدهی و کارآمدی موتور خواهد شد. یکی از مهم‌ترین چالش‌های پیش رو در محفظه‌های احتراق به کارگیری پوشش‌های سد حرارتی (TBC) به منظور حفاظت از دیواره‌های محفظه تحت تنش است که بایستی توانایی تحمل دمای بالا را داشته و به عنوان عایقی در برابر گرما عمل کنند، محفظه درجه حرارت کمتری را تجربه کند و تا حد امکان از آسیب‌های ناشی از دمای بالا محافظت شود. به علت اینکه دمای گاز ایجاد شده در محفظه احتراق از نقطه ذوب بخش‌های فلزی زیر لایه معمولا بالاتر است، هرگونه شکستی در پوشش‌های سد حرارتی، موتور را در معرض خطر قرار می دهد. انتخاب ماده پوشش سد حرارتی بر اساس الزامات اصلی، نقطه ذوب بالا، عدم استحاله فازی در محدوده دمایی دمای اتاق تا دمای کاری، هدایت حرارتی پایین، خنثی بودن شیمیایی، انطباق ضریب انبساط حرارتی پوشش با زیرلایه فلزی، چسبندگی خوب به زیرلایه فلزی و نرخ زینترینگ پایین در یک میکروساختار متخلخل است.
یکی از متداول‌ترین پوشش‌های سد حرارتی زیرکونیای پایدار شده با ایتریا (YSZ) است. محدودیت‌های زیادی برای استفاده از این پوشش به دلیل تغییر فاز در دماهای بالاتر از حدود C° 1200 وجود دارد. در سال‌های اخیر پوشش زیرکونات گادولینیوم به دلیل تحمل دمایی بالاتر بدون تغییر فاز و هم چنین رسانش گرمایی پایین‌تر مورد توجه بسیاری از پژوهشگران و صنعتگران قرار گرفته است. این ترکیب جدید قادر به تحمل دمایی بسیار بالاتر از YSZ است و می‌تواند تاثیر چشمگیری در افزایش راندمان قطعات داشته باشد. هدف از طرح پژوهشی حاضر، سنتز پودر زیرکونات گادولینیوم تک فاز و اعمال آن به صورت پوشش با روش پاشش پلاسمایی بروی قطعات با دمای کاری بالا و تحت تنش‌های حرارتی زیاد است.
مشروح مسئله تحقیقاتی
در برخی صنایع به دلیل دماهای کاری بالا تحقیق روی پوشش‌ها و مواد نوین با کارایی پیشرفته به شدت احساس
می‌شود. تنوع موادی که می‌توانند به عنوان مواد TBC استفاده شوند، بسیار محدود است و تاکنون مواد بسیار کمی برای برآورده کردن این نیازها رضایت کننده بوده‌اند. از جمله این مواد می‌توان به زیرکونات گادولینیوم اشاره کرد که توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. به طور کلی زیرکونات، از جمله فلزات خاکی کمیاب با ساختار کریستالی پیروکلر دسته‌ای از سرامیک‌ها محسوب می‌شوند که رسانش گرمایی پایینی دارند و می‌توانند به عنوان مواد مناسب برای پوشش‌های سد حرارتی در نظر گرفته شوند. گادولینیم زیرکونات (GZ) یک ماده جایگزین، با هدایت حرارتی کمتر، توانایی تف جوشی بهتر و نقطه ذوب و پایداری فاز بالاتر از YSZ است. زیرکونات گادولینیوم به عنوان پوشش‌های سد حرارتی ویژگی‌های به مراتب بهتری را برای قطعاتی با دمای کاری بالا ایجاد می‌کند و این امر منجر به افزایش کارایی و راندمان قطعه می‌گردد و جایگزین مناسبی برای ترکیبات متداول خواهد بود. مهم‌ترین ویژگی‌هایی که می‌توان برای این پوشش در نظر گرفت عبارتند از:
الف) پایداری گرمایی در دمای بالاتر نسبت به YSZ که در نتیجه منجر به قابلیت کاربرد این پوشش در قطعاتی با دمای کاری بالاتر نسبت به پوشش‌های متداول می‌شود.
ب) رسانش گرمایی پایین‌تر که منجر به ایجاد عایق بودن بهتر و کاهش انتقال حرارت کمتر به قطعه شده و عمر قطعه افزایش پیدا خواهد کرد.
به دلیل کاربرد این پودر به عنوان پوشش سد حرارتی در قطعات خاص و عدم امکان واردات، عدم وجود تولید کننده داخلی و نیاز به این پودر در صنایع هوافضا که در سال‌های اخیر رشد چشمگیری داشته است نیاز به تولید آن به شدت احساس می‌شود.
در این پروژه انتظار می‌رود پودر زیرکونات گادولینیوم با هدف استفاده به عنوان پوشش سد حرارتی در قطعاتی با کاربردهای دما بالا و تحت تنش‌های حرارتی بالا سنتز شود. در نهایت پودر سنتز شده با طراحی و بهینه سازی ترکیب چند لایه‌ای مختلف (از نظر ضخامت و نوع) با استفاده از روش پاشش پلاسمایی روی نمونه‌های آزمایشگاهی مورد آزمون پوشش داده خواهد شد و رفتار آن در محیط‌هایی با تنش حرارتی بالا( دمای اعمالی حدود C ° 2600) در سیکل‌های زمانی مختلف بررسی می‌گردد. از مجری تحقیق انتظار می‌رود گام‌های زیر را طی نماید:
- مطالعات اولیه به منظور تعیین روش و شرایط سنتز پودر زیرکونات گادولینیوم
- سنتز پودر زیرکونات گادولینیوم تک فاز با روش انتخاب شده در گام پیشین
- انجام تست‌های مربوط به تایید تک فاز بودن و اطمینان از تشکیل فاز اصلی
- طراحی اولیه لایه‌های پوشش سد حرارتی برای نمونه‌های آزمایشگاهی
- اعمال پوشش با روش پاشش پلاسمایی و بهینه سازی ساختار پوشش سد حرارتی
- انجام تست‌های مربوط به پوشش نهایی به منظور تایید به عنوان پوشش استاندارد برای کاربرد در قطعات تحت تنش حرارتی بالا
خروجی‌های مورد انتظار تحقیق
- پودر زیرکونات گادولینیوم تک فاز به میزان 16 کیلوگرم با ضخامت 250 میکرون
- ترکیب بهینه چندلایه‌ای پوشش‌های سد حرارتی با به کارگیری پودر زیرکونات گادولینیوم با بیشینه استحکام برشی و کمترین رسانش گرمایی
- پوشش استاندارد (از نظر ضخامت لایه‌ها و ترکیب چند لایه ای پوشش) با تحمل دمای بالای 2600 درجه سانتیگراد
الزامات تحقیق
- بررسی فاز مبتنی بر آزمون پراش پرتو ایکس (XRD) از پودر سنتز شده
- بررسی فاز مبتنی بر تصویر برداری با میکروسکوپ الکترونی روبشی از پودر سنتز شده
- اعمال پوشش سد حرارتی با پودر سنتز شده با روش پاشش پلاسمایی
- رسانش گرمایی پوشش مطابق کارت ICDD
- آزمون مشعل براساس استاندارد
- آزمون تست استحکام برشی براساس استاندارد ASTM C633
- آزمون تست استحکام برشی براساس استاندارد EN 15340
معیارهای ارزیابی و انتخاب مجری
- تحصیلات و سوابق تیم تحقیقاتی و تناسب آن با مسئله
- رویکرد فنی تیم تحقیقاتی به مسئله
- دسترسی به تجهیزات آزمایشگاهی و مواد اولیه و سایر الزامات اجرای تحقیق
- زمان و هزینه اجرای تحقیق
تسهیم مالکیت فکری
- مالکیت معنوی: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: با توجه به مدل کسب‌وکار شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری تماماً متعلق به شرکت متقاضی بوده و مجری صرفاً حق‌الزحمه اجرای پروژه تحقیقاتی را دریافت خواهد کرد.
روش ارسال پیشنهاد
پروپوزال‌ها صرفاً باید در چارچوب موردنظر صندوق نوآوری و شکوفایی، تدوین و حداکثر تا تاریخ 25 شهریورماه 1403 در سامانه غزال به آدرس https://ghazal.inif.ir ارسال شوند. پروپوزال‌هایی که در چارچوبی غیرازآن، یا به روش‌های دیگر به دست صندوق برسند، وارد فرایند ارزیابی نخواهند شد.