Plazma sprey tekniğiyle üretilen seramik kaplamaların korozyon davranışlarının incelenmesi

Abstract

ÖZET Anahtar kelimeler: Plazma Püskürtülmüş Kaplamalar, Mikroyapı, Korozyon, Porozite Bu çalışmada, Metco firmasının üretimi olan beyaz ve gri AI2Ov AUO^+TiO,, Cr2C3+NiCr, NiAl, NiCr/Al, Zr02 ve MgZrO-, kaplama tozlarıyla Al S I 1005 karbon çeliği ve AISI 304L paslanmaz çelik malzeme üzerine manuel plazma sprey sistemi ile kaplama yapılarak, kaplamaların önce porozite ölçümleri yapıldı, daha sonra bu malzemelerin sulu çözeltilerde ve sıcak tuz ortamlarında korozyon davranışlarının ve porozite, kaplama kalınlığı ve yapışma mukavemetinin korozyona etkisinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla; kaplamaların korozyona aktif bölgeleri olan poroziteleri hem metalografık hemde çeşitli porozite ölçme teknikleriyle porozite değerlerleri kalitatif ve kantitatif olarak ölçüldü ve kaplamaların genel korozyon davranışlarını ve porozitenin korozyona etkisini incelemek amacıyla bilgisayar kontrollü potansiyostat yardımıyla elektrokimyasal, kaplama kalınlığının korozyona etkisini incelemede dinamik erozif cihazda erozif korozyonu, yapışma mukavemetinin ve çeşitli sulu çözeltilerin korozyona etkisini incelemede çözelti korozyonu, fırın içinde potada sıcak tuz ve yüksek sıcaklık korozyonu (oksidasyon) deneyleri yapıldı. Yapılan bu testler sonucunda; kaplama işlemi esnasında kristalografık dönüşümler meydana geldiği ve metalografık inceleme sonucu kaplama tabakalarının, lamelli ve yassı bir yapıdan oluştuğu bulundu. Kaplama tabakasında bulunan oksit, boşluk ergimemiş partikül ve inklüzyonların miktarı tabakaların korozyon davranışlarına tesir etmektedir, özellikle Cr2C3+NiCr türü sermetler yüksek, NiAl ve NiCr/Al esaslı metalik kaplamalar düşük poroziteye sahiptir. Al203, Al20,+Ti02, Zr02 ve MgZrO, seramik kaplamaların porozite değerleri sermet kaplama ile metalik kaplama arasında değişti. Kaplamaların porozite ve malzeme özelliklerine bağlı olarak en fazla korozyona sermet ve metalik esaslı kaplamalar uğradı. Seramik esaslı kaplamalar ise sermet ve metalik kaplamalara göre daha fazla korozyona direnç gösterdi. Dekoratif kaplamalarda demire göre soy metal olan Cu seramik esaslı kaplamaların pasifleşme aralığını genişleterek galvanik etki göstermiştir. Kaplamaların porozitesi ve kaplama kalınlığının artmasıyla ve yapışma mukavemetinin düşmesiyle altlık-kaplama aıayüzey reaksiyonlarını hızlandırarak korozyon hızlarını yükseltti. xıAyrıca gaz türbinleri ve otomotiv endüstrisinde önemli yeri olan termal bariyer amaçlı seramik kaplamaların sıcak kompleks tuz ortamlarında zaman, sıcaklık, ortanı, kaplamaların türü ye kalınlığına bağlı olarak yüksek sıcaklık korozyon hızlarında değişme kaydedildi. Yanma olayı esnasında yapı elemanlarına depositlenen korozif malzemelerden en fazla etkiyi sıvı yakıtların içerisinde ppm civarında bulunan V gösterdi. Yüksek sıcaklık oksidasyonunda termal bariyer amaçlı kaplamalar oksitlenme sıcaklığı ve zamanının artmasıyla oksijen kaplamadaki poroziteden dolayı NiAI arayüzeyine kolayca diftize ederek arabağlayıcıyla oksitlenme etkileşimlerine girmiştir. xıı

SUMMARY INVESTIGATION OF CORROSION BEHAVIOURS OF PLASMA SPRAYED CERAMIC COATINGS Key words: Plasma sprayed coatings, Microstaicture, Corrosion, Porosity A major challange in technological development is to continue to meet requirements for new materials for use in progressively more stringent conditions. Usually one or more of a material's properties are incompatible with the conditions prevailing in the operating environment. In the material environment configuration, the surface of a component is vital parameter in determining its optimum usefelness. This is the bases for the development of the coating technology. Coatings are used for many engineering applications in order to improve the surface properties of components are structures or to protect them against of components mental degradation. High temperature coatings are used for two main functions, which are the protection of base alloy against corrosion and the minimization of wear damage. A third function is to reduce the base metal temperature in the case of thermal barrier coatings; hovewer, resistance to hot corrosion and oxidation is again mandatory. Plasma is the highly ionized state of mass, consisting of molecules, atoms, ions, electrons and light quantums. Plasma gases are H2, N2, Ar and He. According to other gases, they have two main advantages such as (i) higher temperature and (ii) better heat transfer to the substrate materials. Plasma spraying equipment consists of a complex of individual apparatuses and devices. For example the plasma torch, power unit, cooling system, powder and gas feeder units. In such a torch, the electric arc is ignited between the thoriated tungsten cathode and copper anode in the form of nozzle. The plasma gas entering the nozzle XIIIis heated by the electric arc energy to a high temperature, causing the dissociation of one atom gases and dissociation and partial ionization of two atom gases. Via dissociation and ionization processes, the plasma gas transfers into a plasma state, and a large volume of thermal and kinetic energy is released which, in the form of a plasma beam, leaves the nozzle. The temperature in the plasma arc centre even attains 30000 K. The powder is melted by high temperature taken up by the beam and thrown on the substrate at high velocity. Metals, ceramics, cermets and plastics can be coated by spraying. The process of plasma coating formation consists of several stages which affect the properties of sprayed layer. Mainly the high thermal and kinetic energy of the plasma beam enables the melting and acceleration of the particles of the supplied powder. At a certain velocity, powder transport to the plasma torch, together with the shape and granularity of powder can affect the formation of the paths of particles. Interaction of the molten material with the plasma beam and surrounding atmosphere affects the transformation physical and chemical of the particles in the plasma beam melt. The mechanical, chemical and thermal conditions at the impingements of the molten particles on the substrate complete the overall character and properties of the sprayed layer. The plasma sprayed coatings acquire properties differing from those of the initial compact materials: oxygen and nitrogen contents are increased, and density and plasticity are lowered. These properties are affected by many technological parameters. Most important are the electrical current, flow rates of the plasma forming gases, the spraying distance and environment. Corrosion-resistant coatings produced by plasma spraying have exhibited good benefits in certain situations. It is known that white and grey A1,03, Al,0,+Ti02, Cr2C3+NiCr, NiAl, NiCr/Al, Zr02 and MgZrO-, coatings, being resistant againist spesific corrosion medium are widely employed. In respect of environmental and material factors affecting corrosion processes, the corrosion behaviour of plasma sprayed coatings depends on the following elements: (1) corrosive media, (2) substrate and their surface state, (3) environmental temperature, (4) composition, structure, porosity, thickness, adherence strength and parameters of coatings Many factors influence the corrosion characteristics of coatings, including their quality and structure. xiv