Kalsiyum-magnezyum-alümina-silikat (CMAS) infiltrasyonunun termal bariyer kaplamaların (TBCs) mikroyapısal özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi

Abstract

Termal bariyer kaplamalar (TBC), çoğunlukla yüksek sıcaklık koşulları altında çalışan gaz türbin motorları ve hava araçlarının stabil ve hareket halindeki parçalarının ısıl yalıtımını ve işlevsel performansını arttırmak amacıyla kullanılan koruyucu kaplamalardır. Termal bariyer kaplamalar (TBC) yüksek sıcaklıklarda meydana gelen sıcak korozyon, oksidasyon, CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS), termal şok/çevrim, volkanik kül ve vermikülit birikimi gibi farklı agresif çevre koşullarında oluşan yapısal hasarları minimize etme görevi üstlenmektedir. Bu çalışmada, Inconel 718 süper alaşım altlık malzeme üzerine yüksek hızlı oksi-yakıt sprey (HVOF) kaplama yöntemi kullanılarak CoNiCrAlY metalik bağ kaplamalarının üretimi gerçekleştirilmiştir. HVOF yöntemi ile üretilen bağ kaplamaların üzerine ZrO2+%6-8Y2O3 (YSZ) içerikli seramik üst kaplamaların üretimi elektron demeti ile fiziksel buhar biriktirme (EB-PVD) yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Üretimi gerçekleştirilen TBC numuneleri 1225℃ sıcaklıkta 4 saatlik vermikülit (VM) hasar birikimine maruz bırakılarak performans testi gerçekleştirilmiş ve karakterize edilmiştir. TBC՝lerin faz yapıları, mikro yapısal ve mekanik özelliklerinin detaylı olarak belirlenmesi amacıyla; X-ışını difraktometresi (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı spektrometre elementel haritalama analizi (EDS), stereo mikroskop, porozite ve sertlik testleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar; literatürde yapılan güncel çalışmalar ile ayrıntılı olarak karşılaştırılarak değerlendirilmiştir.

Thermal barrier coatings (TBCs) are protective coating systems that are mostly used to improve the thermal insulation and functional performance of gas turbine engines and stable and moving components of aircrafts. These coatings protect underlying materials against structural failures under various severe conditions occurring under high temperatures such as corrosion, oxidation, CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS), thermal shock/cycle, volcanic ash, and vermiculite deposits. In this study, CoNiCrAlY metallic bond coats were deposited onto Inconel 718 superalloy using high-velocity oxygen fuel (HVOF) deposition technique. Afterwards, ZrO2+%6-8Y2O3 (YSZ) based ceramic top coatings were fabricated onto the bond coats using the electron beam physical vapor deposition (EB-PVD) technique. The produced TBC samples were subjected to vermiculite (VM) deposition at 1225℃ for a period of 4 hours and then the characterization of the coatings was performed. X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometer elemental mapping analysis (EDS), stereo microscopy analyses, as well as porosity and hardness measurements were performed to determine the phase structures, microstructural and mechanical properties of the TBCs. The obtained results were comparatively evaluated with the recent related studies in the literature.