التحري الحراري لمواد الأكاسيد السيراميكية لطلاء مكبس محرك الديزل

الباحث

محمد كاظم حسين علوان

المشرف

إلهام عبد المجيد; حيدر كريدي راشد

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

هندسة المواد / هندسة السيراميك ومواد البناء

الشهادة

ماجستير

السنة

2022

لغة الرسالة

E

الكلمات المفتاحية

الأكاسيد السيراميكية;الطلاء الحراري;مكبس محرك الديزل;العزل الحراري

تستخدم محركات الديزل في العديد من التطبيقات الصناعية بالإضافة إلى تلك المستخدمة في السيارات. يعد تطوير محركات الديزل لتكون أكثر كفاءة مع استهلاك أقل للوقود وانبعاثات غازية منخفضة وأداء عالي هدقًا للعديد من الباحثين. تم تحديد طلاء الحاجز الحراري الخزفي باعتباره أكثر الطرق الواعدة لتطوير محركات الديزل. في هذه الدراسة ،تم طلاء (TBC) مبتكر مكون من طبقة طلاء واحدة ، في محاولة لاستبدال طلاء الزركونيا المثبت من اليتريا والذي يحتوي على ثلاث طبقات للتغلب على العديد من المشاكل مثل التشظي .بالإضافة إلى انخفاض الموصلية الحرارية, فإنه يحسن ميزات الاحتراق ¢ مما يؤدي إلى تعزيز الكفاءة والأداء الاقتصادي والبيئي dyad الديزل. تم جلب مكبس الديزل A304 المصنوع من سبائك الصلب من متاجر شركة توزيع المنتجات النفطية (OPDC) / فرع بابل. تم تحضير ثماني عينات من أجل فحص ترسيب ثمانية خلطات من مواد خزفية ¢ أي أكسيد المغنيسيوم ٠، (MgO) وأكسيد الألومنيوم (41203) ، وأكسيد السيليكون (9102) ، وأكسيد الزركونيوم (72202) ، بنسب مختلفة وتم ترقيمها ( ،M1 21/12 ... (M8 يُظهر اثنان من هذه الخلطات أقل موصلية حرارية من بين الخلطات الأخرى ٠، وهي M4 التي تحتوي على )30 = 72/180 ، 45 = 241203 ، 25 = (ZSi02 ، و M7 التي تحتوي على )35 = /MgO ، (/ZrO2 = 10 ، 25102 = 25 ، / 81203 = 30 الرش باللهب هو التقنية المعتمدة باستخدام خليط الأسيتيلين والأكسجين تحت ضغط 0.6 بار و 5 بار للأسيتيلين والأكسجين ٠، على التوالي. علاوة على ذلك ٠ تم إجراء اختبارات حيود الأشعة السينية (XRD) ، والفحص المجهري الإلكتروني (SEM) ، واختبارات مجهر القوة الذرية (AFM) لتحديد وتوصيف البنية المجهرية ومورفولوجيا الطبقة المطلية. يتم أيضًا اختبار الموصلية الحرارية وسماكة طبقة الطلاء ومحتوى المسامية وقوة الالتصاق لتحديد الموصلية الحرارية لطبقة طلاء الحاجز الحراري ، والذي أكد أن الموصلية الحرارية ل M4 و 317 كانت الأقل من بين الخلطات الأخرى ، والتي لها أدنى قيم بلغت حوالي 0.831334 W/m.c و 0.72186 W/m .c © على التوالي. كانت سماكة طبقة الطلاء حوالي 6 مم مع محتوى مسامي حوالي 720-15 وكانت أعلى قوة التصاق للعينات حوالي 20 ميجا باسكال ، والتي كانت لخليط 2/]7. el 5999 7-100 تم استخدام النتائج في عملية المحاكاة باستخدام برنامج محاكاة 16.1 Ansys workbench كشرط حراري ثابت. تم بناء النموذج باستخدام الأبعاد الفعلية لمكبس الديزل وطبقة الطلاء ، ثم تمت محاكاته بحالة أولية وحدودية (700 درجة مئوية كدرجة حرارة التشغيل و 30 درجة مئوية كدرجة حرارة أولية وبيئية). حتى الحصول على أفضل عدد من العناصر وهو (213514) عنصر و (303548) عقد بالشكل التربيعي. أكدت النتائج المتحصل عليها انخفاض درجة الحرارة على سطح تاج المكبس بعد الطلاء إلى )534 Co و 513 (Co لعينات M4 و M7 المطلية على التوالي.

Diesel engines are used in many industrial applications in addition to those in cars. Developing diesel engines to be more efficient with less fuel consumption, low gas emissions, and high performance an objective of many researchers. Ceramic thermal barrier coatings (TBC) have been identified as the most promising method of developing diesel engines. In this study, a new coating (TBC) as a single layer, attempting to replace a yttria stabilize zirconia coating that contains three layers to overcome many issues such as spallation. Beside owing lower thermal conductivity of new coating ,It improves combustion features, resulting in enhanced efficiency and economic and environmental performance of the diesel engine. The A304 alloy steel diesel piston was brought from oil products distribution company stores (OPDC) / Babylon branch. Eight coatings blends were prepared to investigate their properties using ceramic powder materials, that is, magnesium oxide (MgO), Aluminum oxide (Al2O3), Silicon oxide (SiO2), and zirconium oxide (ZrO2), at different percentages and were numbered (M1,M2,...M8). Two of these blends show the lowest thermal conductivity among others, namely, M4 which contain (MgO=30%,Al2O3=45%,SiO2=25%),and M7 which contain (MgO=35%,Al2O3=30%,SiO2=25%,ZrO2=10%). Flame spraying was the technique adopted using an acetylene and oxygen mixture under a pressure of 0.6 bar and 5 bar for acetylene and oxygen, respectively. Furthermore, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and Atomic force microscopy (AFM) tests were carried out to identify and characterize the microstructure and morphology of the powders and coated layer. Thermal conductivity, coating layer thickness, porosity content , and adhesion strength are also tested to determine the thermal conductivity of the TBC coating layer, which confirmed the thermal conductivity of M4 and M7 was the lower among other blends , which have the lowest values of 0.831334 W/m .c and 0.72186 W/m .c, respectively. The coating layer thickness was about 0.6 mm with a porosity content of about 15–20%.The highest adhesion strength of specimens was about 20 MPa, which was for the M7 blend. The results are used in the simulation process using Ansys workbench 16.1 simulation software as a steady-state thermal condition. The model was built using the actual dimensions of the diesel piston and coating layer, and it was then simulated with an initial and boundary condition (700C as the operation temperature and 30C as the initial and environmental temperature).The model geometry was discretized and optimized until obtaining the best number of elements, which is (213514) elements and (303548) nodes with the quadratic shape. The obtained results confirmed the temperature was lowered at the piston crown surface after coating to (534 Co and 513 Co) for M4 and M7 specimens coated, respectively. That means the lower temperatures ranged between 165 Co and 190Co.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب