Effect of post treatments on microstructure and mechanical properties of zirconium oxide coatings produced by plasma spraying method

Abstract

ÖZETYüksek Lisans TeziPLAZMA PÜSKÜRTME YÖNTEMİ İLE ÜRETİLEN ZİRKONYUM OKSİT KAPLAMALARIN MİKROYAPI VE MEKANİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE SON YÜZEY İŞLEMLERİN ETKİSİGörkem DEĞİRMENCİKastamonu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim DalıDanışman: Doç. Dr. Serkan ISLAKAtmosferik plazma sprey (APS) yöntemi ile üretilen kaplamalarda yüksek gözeneklilik ve kaplama tabakası ile alt malzeme arasında zayıf bağlanma gibi kusurlar oluşmaktadır. Meydana gelen gözeneklilik sadece kaplamanın mekanik özelliklerini azaltmamakta, aynı zamanda korozyon direncini de düşürmektedir. Bu, kaplama/alt malzeme ara yüzeyinde oluşan mikro kanallarda korozyon ortamının hareket etmesiyle oluşmaktadır. Bu çalışmada, APS yöntemi ile AISI 316L üzerinde üretilmiş ZrO2 - %8 Y2O3 kaplamaların mikroyapı ve mekanik özellikleri üzerine ısıl işlemin etkisi araştırılmıştır. Seramik kaplamalar, 900 °C, 1000 °C ve 1100 °C sıcaklıklarda ısıl işlem prosesine tabi tutulmuştur. Kaplama tabakalarının faz bileşimi ve mikroyapısı X-ışını difraktogramı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Kaplamaların aşınma özellikleri ASTM G133 test standartları referans alınarak aşınma test cihazında ball on disk yöntemi ile test edilmiştir. SEM çalışmalarına göre, en fazla gözenek oluşumu ısıl işlemsiz numunede görülürken, ısıl işlem sıcaklığı arttıkça gözenek miktarının azaldığı tespit edilmiştir. Fakat ısıl işlemin arayüzey bağlanmasına olumsuz etki ettiği de kaçınılmaz bir sonuç olarak elde edilmiştir. Kaplama mikroyapısında t-ZrO2 ve c-ZrO2 fazlarının oluştuğu XRD analizlerinden belirlenmiştir. Sertlik sonuçlarına göre, işlemsiz kaplamanın sertliği, 912 HV0.2 iken en yüksek sertliğin 1100 °C'de 1045 HV0.2 olarak ölçülmüştür. Aşınma testi sonuçlarına göre, sürtünme katsayısı ve aşınma oranları ısıl işlem sıcaklığının artmasıyla düşmüştür. Aşınmış yüzeylerin SEM fotoğraflarından da ısıl işlemsiz numunenin en fazla kayba uğradığı, ısıl işlem sıcaklığının artmasıyla kayıpların azaldığı tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: plazma sprey, ZrO2, son yüzey işlemi, yüzey kaplama2019, 52 sayfaBilim Kodu: 91

ABSTRACTMSc. ThesisEFFECT OF POST TREATMENTS ON MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF ZIRCONIUM OXIDE COATINGS PRODUCED BY PLASMA SPRAYING METHODGörkem DEĞİRMENCİKastamonu University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Materials Science and EngineeringSupervisor: Assoc. Prof. Dr. Serkan ISLAKAbstract: In the coatings produced by the atmospheric plasma spray (APS) method, high porosity and poor bonding between the coating layer and the substrate occur. The porosity from the pavement not only reduces the mechanical properties of the coating but also lowers the corrosion resistance. This is caused by the movement of the corrosion medium in the micro channels formed at the coating/substrate interface.In this study, the effects of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of ZrO2 - 8% Y2O3 coatings produced on AISI 316L by APS method were investigated. Ceramic coatings were heat-treated at 900 °C, 1000 °C and 1100 °C. Microstructure and phase composition of coatings were investigated by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffractogram (XRD), energy dispersive spectroscopy (EDS). The wear characteristics of the coatings were tested with the ball on disk method in the wear tester with reference to ASTM G133 test standards.According to SEM studies, the maximum pore formation is seen in the non-heat-treated sample, and the pore quantity is decreased as the heat treatment temperature increases. However, it is an inevitable result that the heat treatment negatively affects the interfacial bonding. It was determined from the XRD analysis that t-ZrO2 and c-ZrO2 phases were formed in the coating microstructure. According to the hardness results, the hardness of the untreated coating was 912HV0.2, while the highest hardness was 1045 HV0.2 at 1100°C. According to the wear results, the coefficient of friction and wear rates decreased with increasing heat treatment temperature. It has been determined that the heat loss of the exposed surfaces is the most lost by the SEM photographs and the losses are decreased with the increase of the heat treatment temperature.Key Words: plasma spray, ZrO2, post treatment, surface coating 2019, 52 pagesScience Code: 91