Elif ALTAN tarafından hazırlanan "ISIL BARİYER KAPLAMALARIN (TBC) MİKRO YAPISAL VE ELEKTROKİMYASAL KOROZYONDAN KORUNMASININ İNCELENMESİ" başlıklı bu çalışma, çalışma tarihinde yapılan savunma sınavı sonucunda oybirliğiyle başarılı bulunarak Yüksek Lisans Tezi olarak kabul edildi. jürimiz tarafından. Abdullah Cahit KARAOĞLANLI danışmanlığında hazırladığım "ISIL BARİYER KAPLAMALARIN (TBC) MİKRO YAPISAL VE ELEKTROKİMYASAL KOROZYON DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ" başlıklı yüksek lisans tezimin etik değerler bilimine uygun ve özgün bir çalışma olduğunu beyan ederim. aksinin tespiti halinde her türlü hukuki yaptırımı kabul edeceğimi beyan ederim. Bu çalışmada, elektrokimyasal korozyon çalışma koşullarının Inconel 718 süper alaşım altlık malzemesi ile termal bariyer kaplama (TBC) sistemi üzerindeki etkileri araştırılmıştır.
The purpose of this study is to observe the effects of electrochemical corrosion working environment on the TBC applied to Inconel 718. Thereafter; the effects of electrochemical corrosion were investigated microstructurally and elementally on the thermal barrier coating material. Electrical values of the experiment were realized in the frequency range of 20 kHz-10 mHz and 10 mV AC, depending on the OCP test.
GĠRĠġ GĠRĠġ
GiriĢ
Bu yapı; Parçaları özellikle sıcaklıktan kaynaklanan olumsuz çevre koşullarından korurken aynı zamanda ömrünü ve performansını da olumlu yönde etkiler (Stiger, 1999). TBC sistemleri özellikle günümüz şartlarında; Tatlı veya tuzlu su ortamlarında kullanılan deniz tabanı boruları, içme suyu boruları, pervaneler, içme suyu boruları, tanklar, denizaltılar, vanalar, pompalar, soğutma suyu sistemleri, radyatörler, kazanlar, gemi gövdeleri, barajlar, buhar üniteleri ve daha birçok parça koruma altındadır. Elektrokimyasal korozyondan korunmak için tercih edilen bir yöntemdir. Fiyat-performans karşılaştırması yapılarak uygulanacak malzemeye göre tercih edilen kaplamalar, uygulama yöntemine göre farklılık göstermektedir.
Bu çalışmada girişe dayalı olarak TBC sistemleri, termal sprey kaplamalar, kaplama teknikleri, uygulama alanları ve hasar mekanizmaları hakkında genel bilgiler verilmektedir.
LĠTERATÜR ÖZETĠ
Termal Sprey Kaplamalara Genel BakıĢ
- Atmosferik Plazma Sprey (APS) Kaplama Yöntemi
- Vakum Plazma Sprey (VPS) Kaplama Yöntemi
- Yüksek Hızlı Oksi Alev Yakıt (HVOF) Kaplama Yöntemi
- Soğuk Gaz Dinamik Sprey (CGDS) Kaplama Yöntemi
Kaplama işlemi tamamlanmış bir numunenin kesit ve yüzey görünümleri Şekil 2.3 ve Şekil 2.4'te gösterilmektedir (Kahraman, 2000). Plazma sprey kaplama prosesinde iki elektrot arasındaki ark ile iyonize edilen ve inert olması nedeniyle tercihen argon gazı tercih edilen gazlar yüksek basınç ve hıza ulaşmaktadır. Seramiklerin (özellikle Al2O3 gibi oksitlerin) yanı sıra metallerin toz olarak tercih edilmesi, seramiğin korozyona ve aşınmaya karşı mükemmel direncinden kaynaklanmaktadır (Çakır vd., 2017).
Bu yöntem de plazma sprey kaplama tekniklerinden biridir ancak APS kaplama yönteminden farklı olarak kaplama işlemi düşük basıncın (50-200 mbar) kullanıldığı bir odada gerçekleştirilir. Kullanılan yüksek basınç ve yüksek hız nedeniyle altlık malzeme ile kaplama arasındaki bağ mukavemeti 12.000 psi'yi aşmaktadır (Karaoğlanlı vd., 2014). HVOF kaplama yöntemi diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında; Bağlanma mukavemeti yüksek partiküllerin ve daha yoğun, daha sert ve gözeneksiz yapıya sahip kaplamaların elde edilmesini sağlayan bir yöntem olarak görülmektedir (Manesh vd., 2010).
Sıcaklıkların çok yüksek seviyelere çıkması nedeniyle; Sıcaklığa bağlı olarak yapışkan tabakada oksit tabakasının oluşmasını sağlar (Myoung ve ark., 2014). Şekil 2.8 ve 2.9 yine farklı yöntemlerle kaplanan, korozyon direnciyle bilinen ve korozif ortamlara maruz kalan malzemelerin HVOF kaplama işlemini ve yüzey koşullarını göstermektedir. Örneğin termal enerjisini kinetik enerjiye dönüştüren parçacıklar yaklaşık 1000-1200 m/sn hızla yüzeye püskürtülür (Karaoğlanlı vd., 2014).
Bu nedenle parçacıklardaki yapışmayı gözlemlemek için kritik V hızına ulaşılması ve bu hızın aşılması gerekir (Raoelisona ve diğerleri, 2018). NiCr, MCrAlY alaşımları özellikle gaz türbinli motorlar gibi korozyona ve sıcak elektrokimyasal oksidasyona karşı direncin gerekli olduğu yüzeylerde tercih edilmektedir (Kalsi vd., 2012).
Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sistemi
- Termal Bariyer Kaplamalarda Hasar Mekanizmaları
- Oksidasyon
- Sıcak Korozyon
- Elektrokimyasal Korozyon
- Termal Olarak Büyüyen Oksit (TGO) Tabaka Yapısı
İşte burada; Yapışmayı geliştirmek için metalik bir malzeme üzerine bağlama tabakası ve ısı direnci ve ısıl genleşme katsayısı çok yüksek, ısıl iletkenliği çok düşük olan seramik üst tabaka olarak tamamlanan TBC sistemleri devreye girmektedir (Vaßen vd., 2010). Yüksek çalışma sıcaklıkları da yapıyı etkileyerek ısıl genleşme uyumsuzluğuna, çatlaklara ve dolayısıyla yapıda hızlı hasara neden olur (Karaoğlanlı vd., 2014). Dolayısıyla daha yüksek sıcaklıktaki çalışma ortamlarında kullanıldığında daha serbest TGO katmanlarının oluşması sağlanır (Tzimas ve diğerleri, 2000; Bi ve diğerleri, 2001; Hongye ve diğerleri, 2018).
Seramik üst kaplamanın kaplama yöntemine bağlı olarak kaplamanın iç kısımlarındaki oksijen difüzyonunun yoğunluğuna bağlı olarak yapışkan kaplama ile üst kaplama arasında oluşan TGO yapısı, kaplamada ayrılma ve hasara neden olmaktadır. kalınlığındaki yoğun artıştır (Eliaz vd., 2002; Karaoğlanlı, 2012). Malzemeler arasında en kırılgan sayılabilecek seramiklerin ısıl iletkenlik katsayılarının çok düşük olması, ısıl şok dirençlerinin çok düşük olmasını sağlayan bir faktördür (BI vd., 2001). Özellikle gaz türbinli motor çalışma ortamlarının sıcaklığı dikkate alındığında yaygın bir hasar mekanizmasıdır (Liu vd., 2012; Pulci vd., 2015).
Oluşan çatlaklar daha az olmasına ve tespit edilmesi daha zor olmasına rağmen (Injeti ve diğerleri, 2015). Sulu ortamlarda görülen korozyon mekanizması doğası gereği elektrokimyasal olduğundan, bu alanda çalışan parça ve malzemelerin araştırılması için elektrokimyasal korozyon testlerinin yapılması büyük önem taşımaktadır (Gerengi vd., 2013). Bu tür hasar mekanizmalarını araştırmak için kullanılan anot ve katot malzemesi arasındaki elektriksel potansiyel farkını belirlemek için galvanik seriye dikkat edilmelidir (Duana vd., 2018).
Belirlenen bu özellikler sayesinde ölçümü yapılan deney materyallerinin şartlara karşı dayanıklılığı hakkında yorum ve karşılaştırmalar yapılabilmektedir (Öztekin, 2008; Farooq vd., 2012). Bu yapı, TBC sistemlerinin korozyona ve oksidasyona karşı direncinde önemli bir yere sahiptir (Tzimas ve diğerleri, 2000).
MATERYAL VE METOT
Materyal
- Altlık Malzemenin Kimyasal BileĢimi ve Özellikleri
metal taban malzemesi; Bağ kaplama için öncelikle ConiCrAlY (SulzerMetco, Amdry μm) alaşımından oluşan tozlar püskürtülür. Seramik esaslı son kat için ise literatürde anlatıldığı gibi APS yöntemi ile YSZ içeren 20–45 µm partikül büyüklüğüne sahip tozlar kullanılarak kaplama işlemi tamamlandı. Aşağıdaki Şekil 3.3'te gösterildiği gibi; CoNiCrAlY tozları iki farklı fazdan oluşur: Ni-Co γ- matrisi ve NiAl β-çökeltisi; YSZ içeren seramik sonkat tozlarının tamamen tetragonal fazdan oluştuğu gözlendi.
Taban malzemesi olarak kullanılan Inconel 718 parçası Tablo 3.1'de görüldüğü gibi Ni ve Cr elementleri açısından zengindir; Korozyon direncinin yüksek olduğunu gösterir. Ayrıca Inconel 718 malzemesi çevre şartlarında yapısal mukavemeti ve sertliği yüksek, yorulma ve sürünme direnci yüksek bir malzemedir.
Termal Bariyer Kaplama Sisteminin Üretilmesi
Inconel 718'in alt tabaka olarak kullanıldığı termal bariyer kaplama uygulamalarında numunelerin belirli ortamlardan nasıl etkilendiğini anlamak için tasarlanan elektrokimyasal korozyon test düzeneği aşağıda Şekil 3.5'te verilmiştir. Örnekleri karakterize etmek ve elektrik akımı potansiyel eğrilerini oluşturmak için Gamry Instrument Model 600 (Gamry Interface) kullanıldı.1010B) cihazı kullanıldı. Ag/AgCl, referans elektrot (RE) olarak tanımlanır, grafit, karşı elektrot (CE) olarak tanımlanır ve test numuneleri, elektrokimyasal korozyon hücresini tamamlayıcı olan çalışma elektrotu (WE) olarak tanımlanır. Numunelere sırasıyla açık devre potansiyeli (OCP), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve potansiyodinamik polarizasyon (PDP) testi olmak üzere üç farklı korozyon testi uygulandı.
BULGULAR VE TARTIġMA
- Termal Bariyer Kaplamaların Elektrokimyasal Korozyon Testi Sonuçları
- Kaplamasız Inconel 718 Süper AlaĢım Numunelerin Elektrokimyasal Korozyon Testi Sonrası Mikroyapısal Olarak Ġncelenmesi Testi Sonrası Mikroyapısal Olarak Ġncelenmesi
- HVOF Tekniği Ġle Üretilen CoNiCrAlY Bağ Kapalamaya sahip Numunelerin Elektrokimyasal Korozyon Testi Sonucu Mikroyapısal Ġncelenmesi Elektrokimyasal Korozyon Testi Sonucu Mikroyapısal Ġncelenmesi
- APS Tekniği ile Üretilen YSZ Üst Kaplamaya Sahip TBC Sistemi Numunelerinin Elektrokimyasal Korozyon Testi Sonucu Mikro yapısal Ġncelenmesi
Elektrokimyasal korozyon deneylerinde, korozyona uğrayan elektroda anodik yönde bir dış akımın uygulanması sonucunda potansiyelde doğrusal bir artış gözlenmektedir. Daha düşük bir korozyon potansiyeli, elektrokimyasal korozyon testinin uygulandığı metalin daha yüksek korozyon eğilimine sahip olduğunu gösterir. Yukarıdaki Şekil 4.5'te elektrokimyasal korozyon testlerine tabi tutulmuş kaplamasız Inconel 718 numunesinin SEM görüntüleri verilmektedir. Ortamda elektrolit olarak kullanılan NaCl tuzlarının yüzeyin bazı kısımlarında kristal yapıda birikime neden olduğu görülmektedir.
Yukarıdaki Şekil 4.7'de verilen kaplamasız Inconel 718 parçasının XRD analizinden anlaşılacağı üzere; Elektrokimyasal korozyon testi öncesinde γ-matris fazına sahip olan parçanın, elektrokimyasal korozyon testi sonrasında değişmediği ve aynı fazda kaldığı görülmektedir. Ortaya çıkan γ-matris aşaması; Bu durum, bağ kaplama ve bağ kaplamaya uygulanan elektrokimyasal korozyon testi ile test numunesinin faz değişimine uğramadığını göstermektedir. Ayrıca yüksek sıcaklıklarda TGO tabakasının oluştuğu gözlendi; Ortam yüksek sıcaklıklara ulaşmadan oluşturulduğu için elektrokimyasal korozyon görülmez. Şekil 4.11: HVOF bağ kaplama + APS üst kaplama ve elektrokimyasal korozyon uygulanan parçanın EDS analizi.
Öyleyse; APS tekniği ile üretilen seramik üst kaplamanın elektrokimyasal korozyon ortamına karşı iyi bir direnç gösterdiği söylenebilir. TBC sisteminin numunesi üzerinde yaptığımız elektrokimyasal korozyon testi sonuçlarına göre; ECOR değeri, -435 mV, ECOR değeri; 4,8 μA (0,048 mA) değerleri gözlendi. Daha sonra bu TBC sistemleri otoklav korozyonu ve elektrokimyasal korozyon testleri kullanılarak değerlendirildi.
Bu kaplamalar; sırasıyla bağ kaplama ve TBC sistemi için; Standart 3 elektrotlu elektrokimyasal korozyon testlerinin, 200 mL 0,1 M HCl içeren bir elektrolitte 25 °C'de 240 saat süreyle gerçekleştirildiği, ardından 25 °C'de %3,5 içeren bir elektrolite 240 saatlik daldırma testinin yapıldığı bildirildi. içeriyordu. NaCl (Sadeghimeresht ve diğerleri, 2016). Daha sonra sıcak korozyona uğrayan numuneler oda sıcaklığında 2 saat boyunca Na2SO4 + %20 V2O5 içeren tuzlu ortama daldırılarak 3 elektrotlu klasik elektrokimyasal korozyon deneyleri yapıldı. Sıcak korozyon testi sonrasında yapılan elektrokimyasal korozyon testleri sonucunda; TGO oluşumunun gözlemlenmesine bağlı olarak ihor değerlerinde azalma ve buna bağlı olarak korozyon direncinde artış gözlemlendiği belirtildi.
Bu süreden sonra bekleme süresinin artmasıyla birlikte TGO tabakasının boyutunun artmasına bağlı olarak çatlak oluşumunun gözlemlendiği ve dolayısıyla korozyona karşı elektrokimyasal direncin azaldığı fark edilmiştir (Khajezadeh vd., 2018). Yukarıdaki verileri bizim çalışmalarımızla karşılaştıracak olursak; Isıyla dağlanmış Inconel 718 numunesinin elektrokimyasal korozyon direncinin iki kat sonkat ile en yüksek olduğu 120 saatlik bekletme süresinde Ecor değeri; -0.3mV ve ikor değeri; 0,2μA gibi görünüyor (Khajezadeh ve diğerleri, 2018).
SONUÇ VE ÖNERĠLER
Genel Sonuçlar
SEM görüntüleri ve EDS analiz sonuçları ışığında, TBC sistemlerinin yüksek sıcaklık ortamında oluştuğu gözlemlenen TGO katmanının elektrokimyasal korozyonun etkisinden kaynaklanmadığı ortaya çıktı. Kaplama işlemine tabi tutulmamış Inconel 718 malzemeye uygulanan elektrokimyasal korozyon testi sonucunda; SEM görüntülerine göre elektrolit olarak kullanılan NaCl'ün yüzeyde tuz kristalleri halinde birikerek mikro çatlak oluşumuna neden olduğu tespit edildi. Bağlayıcı kaplaması HVOF yöntemiyle, seramik üst kaplaması ise APS yöntemiyle üretilen TBC sistemi üzerinde yapılan elektrokimyasal korozyon testleri sonucunda alt tabakanın korozyon direncinde artış olduğu tespit edildi. yapısı ve üst kaplamanın ana malzemeyi aşındırıcı ortama karşı koruduğu ortaya çıktı.
APS kaplama yöntemi ile uygulanan TBC numunelerinden elde edilen SEM görüntülerinin HVOF kaplama yöntemine göre analizi sonucunda; Yöntemin proses koşullarına bağlı olarak daha fazla gözenekliliğe ve gözenek yapısına sahip olduğu gözlemlenmiştir. Kaplama yönteminin özelliklerine ve elektrokimyasal korozyon ortamı ile etkileşimin etkisine bağlı olarak kaplama işlemi uygulanan numunede mikro boyutta yüzey çatlakları tespit edilmiştir. Elektrokimyasal korozyon testleri sonucunda elde edilen potansiyodinamik, Nyquist ve Bode grafiklerinden kaplanmış ve kaplanmamış numunelerin eğrileri ile Ecor değeri yüksek, Icor değeri düşük olan numuneler birbirleriyle karşılaştırıldı.
Elde edilen sonuçlara göre kaplanmış numunelerin korozyon ortamına kaplanmamış alttaş numunesine göre daha fazla direnç gösterdiği tespit edilmiştir.
Öneriler
Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İleri Teknoloji Anabilim Dalı, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, İstanbul, 119 s. Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul, 122 s. Yüksek Lisans Tezi, Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, Bartın, 94 s.
Doktora tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Bilimi Anabilim Dalı, İstanbul 156 s. Türbin simüle edilmiş ortamlarda termal bariyer kaplamalarının uygulanması için yeni adayların sıcak korozyon davranışları. Yayınlanmamış doktora tezi), Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, Sakarya, 225.
Yüksek Lisans Tezi, Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, Bartın, 115 s. Yüksek Lisans Tezi, Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, Bartın, 87 s. Nadir toprak içerikli termal bariyer kaplama (TBC) sistemlerinin sıcak korozyon davranışının incelenmesi.
Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, Sakarya, 110 s. Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, Sakarya, 72 s.
