YSZ/LZ İçerikli Seramik Üst Kaplamaya Sahip TBC Sisteminin

Geleneksel YSZ seramik üst kaplamaya sahip TBC sistemlerine alternatif yeni nesil diğer bir TBC sistemleri ise, son yıllarda oldukça sık bir şekilde tercih edilen çift tabakalı YSZ/LZ içerikli sistemlerdir. Özellikle tetragonal yapıdaki YSZ seramik malzemesi üzerine proklor yapıya sahip LZ seramik malzemelerinin biriktirilmesiyle oldukça güzel uyum gösteren TBC sistemleri günümüzde oluşturulmaktadır. Tek seramik tabakalı sistemlerdeki eksikliklerin giderildiği bu sistemler yakıtlardan ve çevreden gelen Na2SO4 ve V2O5 emprütelerinin yüksek sıcaklıklarda ergiyerek

kaplama iç kısımlarına nüfuz etmesi sonucu oluşan sıcak korozyon hasar mekanizmasına karşı daha dayanıklı bir hale gelmişlerdir. Ergimiş sıcak korozyon

sistemlerde ergimiş sıcak korozyon tuzları, en üst tabakanın LZ olmasından dolayı yüksek sıcaklıklarda ilk olarak bu tabakayla etkileşime girdiği düşünülmektedir. Bu sistemlerde sıcak korozyon mekanizması eşitlik 6.8 ve 6.9 neticesinde yapı içerisinde oluşan NaVO3 bileşiğinin ardından LZ içeriğine sahip tabakanın NaVO3 ile

etkileştiğini gösteren eşitlik 6.10 ve 6.11 ile devam etmektedir. Çalışmanın bu kısmında çift tabakalı seramik üst kaplamaya sahip TBC sistemi 1000 °C’de Na2SO4

ve V2O5 tuzları eşliğinde 5’er saatlik çevrimli sıcak korozyon testlerine tabi

tutulmuştur. TBC sisteminde yaklaşık olarak %40 hasar oluşuncaya kadar çevrimli testlere devam edilmiş ve 35 saatlik çevrimin ardından testlere son verilmiştir. Testlerin ardından YSZ/LZ içerikli seramik üst kaplamaya sahip TBC sisteminden ara yüzey SEM görüntüsü elde edilmiştir. Elde edilen bu kesit görüntüsü Şekil 6.43’te verilmiştir.

Şekil 6.43. 1000 °C’de çevrimli 35 saat sıcak korozyon testi sonrasında YSZ/LZ içerikli TBC sisteminden elde edilen ara yüzey kesit görüntüsü.

Sıcak korozyon testlerinin ardından elde edilen ara yüzey kesit görüntüsünde üst kaplama da mevcut olan EB-PVD üretim yönteminin karakteristik bir özelliği olan kolonsal boşluklardan, gözeneklerden ve porozitelerden yüksek sıcaklıklarda ergimiş olan sıcak korozyon tuzlarının ergiyerek iç kısımlara doğru ilerlediği görülmektedir. En üst tabakadayı tamamen çevrelemiş olan yapının sıcak korozyon ürünü olan LaVO4

bileşiği olduğu düşünülmektedir. Sıcak korozyon ergimiş tuzları çift tabakalı sistemde üst tabakayla etkileşimi bitirmesinin ardından alt katman olan YSZ tabakasına doğru ilerleme gösterdiği Şekil 6.43’te görülmektedir. Bu katmana ulaştığında ise, rekasiyonlar eşitlik 6.1, 6.2 ve 6.3’teki gibi devam etmekte ve YSZ yapısı içerisindeki Y2O3 stabilizatörü ergimiş sıcak korozyon tuzlarıyla reaksiyon oluşturarak YSZ

yapısından ayrılmaktadır. YSZ yapından Y2O3 stabizatörünün ayrılmasının ardıdan bu

tabakada hasara uğramaya başlamıştır. Yapı içerisinde LaVO4fazına ek olarak YVO4

ve monoklinik zirkonya fazlarına rastlanılması mümkün olmaktadır. TBC sistemi içerisinde sıcak korozyon testlerinden sonra meydana gelen faz yapılarının görütüsü için her çevrim sonrasında TBC yüzeyinden SEM görüntüleri elde edilmiştir. Elde edilen bu görüntüler Şekil 6.44’te verilmiştir. Şekil 6.44 a’da 5 saat, 6.44 b’de 10 saat, 6.44 c’de 15 saat, 6.44 d’de 20 saat, 6.44 e’de 25 saat, 6.44 f’de 30 saat ve 6.44 g’de 35 saatlik sıcak korozyon çevrimi sonrasında TBC üst yüzeyinden elde edilen SEM görüntüleri mevcuttur. YSZ/LZ sramik üst kaplamaya sahip TBC sisteminde her çevrim sonrası gerçekleştirilmiş olan SEM analizinde, ilk 5 saatlik çevrim sonrasında kolonsal boşluklarda ergimiş korozyon tuzlarının kaplama yüzeyine sızdığı ve herhangi bir sıcak korozyon ürününe rastlanmadığı görülürken, 10 saatlik sıcak korozyon testinin ardından üst yüzeyde yuvarlak taneler halinde LaVO4 fazlarının

oluşmaya başladığı görülmüştür. İlerleyen korozyon sürecinde üst yüzeyde oluşmaya başlayan yuvarlak yapılı LaVO4 sıcak korozyon ürünleri uzayarak incelmeye

başlamıştır. 15 saatlik sıcak korozyon testinin ardından yapı içerisinde uzun çubuksu yapılara az miktarda rastlanırken, 20 saatlik test sonrasında uzun çubuksu LaVO4

yapılarının tüm yüzeye yayıldığı görülmektedir. 25 saat sonrasında bazı bölgelerde LZ tabakasının tükendiği ve sıcak korozyon ergimiş tuzlarının alt tabakadaki YSZ’ye ulaştığı yapı içerisinde oluşan YVO4 ve monoklik zirkonyanın bulumasından

anlaşılmıştır. 30 ve 35 saatlik sıcak korozyon çevrimlerinin ardından ise üst yüzeyden elde edilen SEM görüntülerinde LaVO4, YVO4 ve monoklinik zirkonya rastlandığı

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g)

Şekil 6.44. YSZ/LZ içerikli TBC sistemine ait a)5, b)10, c)15, d)20, e)25, f)30 ve g)35 saat sıcak korozyon sonrası elde edilen üst yüzey SEM görüntüleri.

Şekil 6.45’te 35 saatlik sıcak korozyon testinin ardından YSZ/LZ içerikli seramik üst kaplamaya sahip TBC sistemine ait elementel haritalama analizi verilmiştir. Ara yüzey kesit görüntüsünden gerçekleştirilen haritalama analizinde üst kaplama içeriğinde bulunan lantanyum, zirkonyum, yitrium ve oksijen elementlerine yoğun bir şekilde rastlanmıştır. Üst kaplama yapısının kolonsal boşluklarının ise ergimiş sıcak korozyon tuzlarıyla dolduğu bu bölgelerde yoğunlukla vanadyum elementine rastlanmasından anlaşılmıştır. Yapı içerisinde kolonsal boşluklardan giren ergimiş tuzlar LZ ve YSZ üst kaplama ile reaksiyon verdiği görülmektedir. Sıcak korozyon reaksiyonu sonucu oluşan yapıların YVO4 ve LaVO4olduğu düşünülmektedir.

Gerçekleştirilen SEM ve elementel haritalama analizlerine ek olarak Şekil 6.46’da sıcak korozyon sonrasında TBC yüzeyinde meydana gelen çubuksu faz yapılarının kimyasal analizini gerçekleştirmek için noktasal EDS analizi gerçekleştirilmiştir. Üst yüzeyde meydana gelen çubuksu yapıların büyük çoğunluğunun içerisinde vanadyum, lantanyum ve oksijen elementlerine rastlanılması bu yapıların LaVO4 yapıları olduğu

kanıtlar niteliktedir. Elde edilen analiz sonucuna göre, bazı yapılarda sodyum elementine rastlanmış olması ise sıcak korozyon sürecinin devam ettiğini dönüşüm sürecinin sürdüğünü göstermektedir.

Şekil 6.46. YSZ/LZ içerikli TBC sistemine ait sıcak korozyon sonrası üst yüzeyden alınan eds analizi.

Şekil 6.47’de YSZ/LZ içerikli TBC sisteminin sıcak korozyon testleri sonrası değişen faz yapısının belirlenmesi için 35 saat sonunda sıcak korozyon testlerinin bitmesinin ardından ve sıcak korozyon testi öncesi alınmış olan XRD analizi sonuçları karşılaştırmalı olarak verilmiş ve oluşan fazlar gösterilmiştir. Sıcak korozyon öncesinde ve sonrasında gerçekleştirilen XRD analizlerindeki fazlar, YSZ/LZ içerikli seramik üst kaplama ile üretilmiş olan TBC sisteminde oluşan hasarın nedenini açıklamaktadır. XRD analizlerinde sıcak korozyon testleri öncesinde tamamen stabil olan YSZ/LZ içerikli kaplaması test sonrasında monoklinik zirkonya, YVO4 ve LaVO4

fazlarına dönüştüğü ve bir kısım yapının ise dönüşmeden proklor La2Zr2O7 fazında

kaldığı elde edilen XRD piklerinden net bir şekilde görülmektedir.

Şekil 6.47. YSZ/LZ içerikli TBC sistemine ait sıcak korozyon öncesi ve 35 saatlik sıcak korozyon sonrası elde edilen XRD analizi.