MgZrO3 esaslı fonksiyonel değişken kaplamaların incelenmesi

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler : Fonksiyonel Değişken Malzemeler, Plazma Sprey, Termal Şok, Oksidasyon, Yüksek Sıcaklık Korozyonu. Yüksek sıcaklıkta kullanım gerektiren parçaların verimini önemli ölçüde arttıran fonksiyonel değişken malzemelerin, geleceğin, otomotiv, uçak ve uzay ulaşım sistemlerinde önemli bir rol oynayacağı aşikardır. Fonksiyonel değişken malzemeler, parçaların özel bölgelerinde istenen özellikleri sağlamak için tasarlanmış, farklı bölgelerde farklı kompozisyon ve mikroyapı özelliği gösteren ve yeni geliştirilmekte olan kompozit malzemelerdir. Bu tür malzemelerde metalik bağ tabakasından sermet malzemeye, sermetten seramik malzemeye doğru bir geçiş gözlenir. Bir termal bariyer kaplama, termal çevrim boyunca daha zayıf özelliklere sahip iken FGM'lerde tersi bir durum söz konusudur. Fonksiyonel değişken malzemelerin araştırılmasının sebebi, kullanım ömrünü uzatabilmek için, termal gerilmeleri azaltmak, termal, mekanik yorulma ömrünü ve yapışma mukavemetini arttırmak, sürünme, oksidasyon, sıcak korozyon, aşınma ve erozyona karşı direnç sağlamaktır. Bu çalışmada, plazma sprey yöntemiyle, 304L paslanmaz çelik altlık üzerine sırasıyla %100 NiCrAl bağ tabakası, üzerine %70 NiCrAl + %30 MgZr03, %50 NiCrAl + %50 MgZr03, %30 NiCrAl + %70 MgZrC>3 ve en üst tabaka olarak da %100 MgZrC>3 tozlan kullanılarak fonksiyonel değişken bir malzeme üretilmiştir. Kaplanmış bu malzemelere daha sonra, oksidasyon, sıcak tuz korozyonu, termal şok ve termal yorulma deneyleri uygulanarak, sonuçlar optik mikroskop, x-ışınlan, SEM ve EDS ile analiz edilmiş, kaplama tabakası ve aklık üzerinde sertlik ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre; fonksiyonel değişken kaplamaların oksidasyon ve korozyon direncinin termal bariyer kaplamalara göre daha yüksek olduğu, termal şok XIVolayına maruz kalmış numunelerde ise kritik bir çevrim sayısından sonra malzemede ayrılma meydana geldiği ve bu ayrılmanın seramik-sermet arayüzeyinde oluştuğu görülmüştür. Termal yorulma deneyinden ise, bu tür kaplamaların düşük sıcaklıklardan etkilenmediği, artan sıcaklıklarda ise yorulma direncinin düştüğü sonucu elde edilmiştir. XV

SUMMARY Keywords : Functionally Gradient Materials, Plasma Spray, Thermal Shock, Oxidation, High Temperature Corrosion. Functionally gradient materials are coating systems that is used to increase performance of high temperature components. It is clear that these coatings will act in the next decades an important role in industrial application fields such as automotive industries, aircrafts and aerospace applications. Functionally gradient materials are a new concept for high temperature materials, which consist of ceramics on one side, metal on the other and an intermediate layer whose structure, composite and morphology change continuosly from ceramic to metal in micro scale. In this coatings, MCrAlY bond layer is used, since it is very important bonding between ceramic and metal. It is also observed that there is a transation either from metallic bond layer to cermet or from cermet to metallic bond layer. Conventional thermal barrier coatings have low durability during thermal cycles. The reasons of examining of functionally gradient materials are reducing thermal stresses, increasing thermal - mechanic fatigue life and adhesion strenght, and also to provide corrosion, erosion, creep, wear and oxidation resistance. In this study, 304 L stainless steel is coated by functionally gradient material which consists of accordingly NiCrAl bond coat, %70 NiCrAl + %30 MgZrC>3, %50 NiCrAl + %50 MgZr03, %30 NiCrAl + %70 MgZr03 and %100 MgZr03 top coat by using plasma spray techniques. NiCrAl and MgZr03 powders are producted by Metco Company. Oxidation, corrosion, thermal shock, thermal fatigue experiments are applied on FGM coated materials. The coated materials are analised by X-Ray difractions, optical microscope, SEM and EDS and the distrubition of micro hardnesses are measured on either coating or substrate. XVIAccording to these results; functionally gradient coatings show higher oxidation and corrosion resistance than thermal barrier coatings. At thermal shocked samples, scaling will occur at material after a critical cycling, especially at ceramic-cermet interface. According to thermal fatigue experiments, the FGM coated materials were not affected low temperature, i.g. 350°C, on the other hand, thermal fatigue resistance decreased with increasing temperature considerably. XVII