Termal bariyer kaplamaların (TBC) katı partikül erozyonu, sıcak korozyon ve termal çevrim davranışlarının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, CoNiCrAlY bağ ve YSZ (ZrO2+Y2O3) üst kaplama içeriğine sahip olan termal bariyer kaplama (TBC) sistemleri incelenmiştir. TBC'lerin üretimi, Ni esaslı Inconel 718 süper alaşım altlık malzeme üzerine atmosferik plazma sprey (APS) tekniği kullanılarak metalik bağ ve seramik üst kaplamaların biriktirilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Üretilen TBC'ler 1150 ºC sıcaklıkta termal çevrim ve 1000 ºC sıcaklıkta sıcak korozyon testlerine tabi tutulmuştur. TBC'lerin erozif aşınma testleri ise farklı partikül çarpma açılarında (30º, 60º ve 90º) katı partiküllerin gönderilmesi ile gerçekleştirilmiştir. Termal çevrim testleri sonucunda TBC'ler 40 çevrim ardından ve sıcak korozyon testleri sonucunda ise 48 çevrim ardından hasara uğramıştır. Katı partikül erozyonu testlerinde en yüksek erozyon oranı 60º'lik çarpma açısında gerçekleşmiş olup yarı-gevrek/yarı-sünek davranış gözlenmiştir. Termal çevrim, sıcak korozyon ve katı partikül erozyonu testleri sonucunda TBC'lerde meydana gelen hasar mekanizmalarının tespiti ve ayrıntılı değerlendirilmelerinin yapılabilmesi amacıyla, taramalı elektron mikroskobu (SEM), elementel-haritalama (EDX), enerji dağılım spektrometresi (EDS), X-ışınları difraksiyonu (XRD), 3D optik profilometre analizleri ve ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, literatürde yapılan güncel çalışmalarla karşılaştırılarak ayrıntılı olarak değerlendirilmiştir.

In this study, thermal barrier coating (TBC) systems with CoNiCrAlY bond and YSZ (ZrO2+Y2O3) top coating were investigated. The production of TBCs was accomplished by depositing metallic bond and ceramic top coatings on Ni-based Inconel 718 superalloy substrate by using atmospheric plasma spray (APS) technique. The produced TBCs were subjected to thermal cycling at 1150 ºC and hot corrosion tests at 1000 ºC. The erosive abrasion tests of the TBCs were carried out by delivering solid particles at various particle impingement angles (30º, 60º and 90º). TBCs damaged with 25% cracking of top coat after 40 cycles and 48 cycles in the thermal cycle and hot corrosion tests, respectively. The maximum erosion rates occurred at 60º impingement angle which is an indication of semi-ductile/semi-brittle erosion behavior. After thermal cycling, hot corrosion and solid particle erosive wear tests, analyzes and measurements were carried out with scanning electron microscopy (SEM), elemental-mapping (EDX), energy dispersive spectrometry (EDS), X-ray diffraction (XRD), and 3D optical profilometer in order to detect and make comprehensive assessments of failure mechanisms occurring in TBCs. The obtained results were evaluated in comparison with recent studies in the literature.