بررسی تاثیر مورفولوژی پودر برخواص حرارتی و استحکام پوششهای متخلخل شاربالای حرارتی سنتز شده بروش متالورژی پودر

محورهای موضوعی : متالورژی پودر

علی کفلو ¹ (سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران-پژوهشکده مواد پیشرفته و انرژیهای نو)
مونا معیری ² (پژوهشکده مواد پیشرفته و انرژیهای نو - سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران)

تاریخ دریافت : 1394/06/21 تاریخ پذیرش : 1396/06/21 تاریخ انتشار : 1396/06/01

کلید واژه: نفوذپذیری, پوشش متخلخل, شار حرارتی, تفجوشی, پودر مس,

چکیده مقاله :

امروزه با توجه به کاهش منابع انرژی، استفاده از مواد نو به منظور افزایش بازدهی تجهیزات مورد استقبال صنایع مختلف واقع شده است. پوششهای با شار حرارتی بالا (High Flux Tube) دسته ای از پوششهای متخلخل هستند که با استفاده از ذرات پودر و فرایند تفجوشی‌ بدون فشار بر روی سطح ایجاد و علاوه بر افزایش سطح، با افزایش نقاط فعال جوانه زنی و نفوذپذیری موجب تسریع فرایند جوشش می شوند. درصد تخلخل، استحکام مکانیکی و نفوذ پذیری حرارتی سطح از مهمترین خواص فیزیکی این پوششها هستند که از مورفولوژی و اندازه ذرات پودر اولیه و همچنین از شرایط زینترینگ تاثیر می پذیرند. در این پژوهش نقش مورفولوژی ذرات پودر اولیه بر خواص فیزیکی (تخلخل، استحکام چسبندگی و نفوذپذیری) پوششهای HF مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور پودرهای کروی، شاخواری و نامنظم در یک کوره اتمسفر کنترل تحت گاز احیایی(H2-N2) و یک سیکل مشخص و با استفاده از یک بایندر پلیمری بدون فشار بر پایه مس زینتر شدند. بر روی پوششهای بدست آمده آزمون تخلخل سنجی انجام شد. نتایج بدست آمده برای ذرات کروی، شاخواری و نامنظم بترتیب 5/24، 5/49 و 58 درصد بود. استحکام چسبندگی برای نمونه های ذکر شده مقادیر4/1، 52/0 و 82/0 kN را نشان داد. نفوذپذیری پوششها در محدوده12-10×3/3 تا 12-10×8/4 متر مربع بدست آمد. نتایج نشان داد پودر نامنظم با بیشترین درصد تخلخل دارای کمترین استحکام و بیشترین نفوذپذیری است. در حالیکه ذرات پودر کروی دارای کمترین درصد تخلخل و نفوذپذیری و همچنین بیشترین استحکام می باشند.

چکیده انگلیسی:

Recently, with decreasing energy resources, it is favorable to use new materials to increase efficiency. High heat flux coating is one of the porous coatings that are created on base plate with pressure less sintering of powders. These coatings increase surface, besides increasing bubble nucleation sites and permeability. Porosity volume, deboning strength and permeability are the most important physical property of these coatings that affected by powder size and powder morphology as well as sintering conditions. In this research, the effect of powder morphology on physical properties (porosity, deboning strength and permeability) of High Heat Flux porous coatings was investigated. Spherical, dendritic and irregular powders by using a polymeric binder were created on Cu base plate in an atmospheric control furnace (H2-N2) with specified heat treatment cycle (without any pressure). Porosimetery test was carried on porous coating samples. Results for spherical, dendritic and irregular powders were 24.5, 49.5 and 58% respectively. For mentioned samples, deboning strength was, 1.4, 0.52 and 0.82 (kN). Permeability of samples was in 3.3×10-12 to 4.8×10-12 (m2) range. Results show that maximum permeability and porosity were belonged to the irregular powder with minimum strength and spherical powder with maximum strength has minimum permeability and porosity.

منابع و مأخذ:

[1]    R. Milton & C. Gottzman, “High efficiency reboilers and condensers [High flux]”. Chemical Engineering Progress, Vol. 68, No. 9, pp. 1090-1112, 1972.

 

[2]    L. H. Chiu, C. H. Wu & P. Y. Lee, “Comparison between oxide-reduced and water-atomized copper powders used in making sintered wicks of heat pipeˮ, China Particuology, Vol. 5, No. 3, pp. 220-224, 2007.

 

[3]    L. Zhang, D. Mullen, K. Lynn & Y. Zhao, “Heat Transfer Performance of Porous Copper Fabricated by the Lost Carbonate Sintering Process”, Materials Research Society Symp. Proc, Vol. 88, pp.04-07, 2009.

 

[4]    Y. Lin, “Swelling Of Copper Powders Durig Sintering Of Heat Pipes In Hydrogen-Containing Atmosphereˮ, Materials transactions, Vol. 51, No. 12, pp. 2251-2258, 2010.

 

[5]    F. Dominguez Espinosa, T. Peters, J. Brisson, “Effect of fabrication parameters on the thermophysical properties of sintered wicks for heat pipe applicationsˮ, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 5, pp. 7471-7486, 2012.

 

[6]    I. Sarbu, “Correlation for Enhanced Boiling Heat Transfer on Modified Surfaces Tubesˮ, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 5, No.3, pp. 158-164, 2011.

 

[7]    Y. Lin, K. Hwang, “Effect of Powder Shape And Processing Parametere On Heat Disspation Of Heat Pipes With Sintered Porous Wicksˮ, Material Transactions, Vol. 50, No. 10, pp. 2427-2434, 2009.

 

[8]    JT. Cieśliński, “Nucleate pool boiling on porous metallic coatingsˮ, Experimental thermal and fluid science, Vol. 25, No. 7, pp. 557-64, 2002.

 

[9]    F. Wakai & K. A. Brakke, “Mechanics of sintering for coupled grain boundary and surface diffusion”, Acta Materialia, Vol. 59, pp. 5379–5387, 2011.

 

[10] K. Katsuyoshi, “Powder Metalurgy”, Intech, 2012.

 

[11] German, M. Randall, “Powder Metallurgy and Particulate Materials Processingˮ, metal powder industry, 2005.

 

[12] P. chen, “fabrication of high aspect ratio porous micro feature using hot compaction technique”, journal of manufacturing science and engineering, Vol. 130, pp. 311-318, 2008.

 

[13] Dominguez Espinosa F.A., Peters T.B., Brisson J.G., “Effect of fabrication parameters on the thermo physical properties of sintered wicks for heat pipe applications”, International Journal of Heat and Mass Transfer 55, 2012, 7471–7486.

 

[14]           Brian Holley AF," Permeability and effective pore radius measurements for heat pipe and fuel cell applications", Applied Thermal Engineering, 2006; 26, 448–62.

 

[15] German, R. M., Powder Metallurgy Science 2^nd edition, Princeton, New Jersey, 1994.