Termal sprey yöntemi ile üretilen oksit esaslı kaplamaların katı partikül erozif aşınma davranışının incelenmesi

Abstract

Termal sprey yöntemi ile üretilen seramik esaslı kaplamalar, başta havacılık ve uzay endüstrisi olmak üzere, otomotiv, tekstil, petrokimya, madencilik gibi birçok endüstride aşınma, korozyon ve yüksek ısıya maruz kalan metalik parçaların korunması amacıyla tercih edilmektedir. Metalik parçaların kullanım ömürlerinin ve performanslarının artırılması amacı ile kullanılan ileri teknolojik kaplamalardır. Bu tez çalışmasında, AISI 321 kalite östenitik paslanmaz çelik altlık malzeme üzerinde, fleksi kord alev sprey tabancası ile farklı kalınlıklarda oksit esaslı kaplamalar magnezyum zirkonat (Zr2O3-MgO-Al2O3), spinel (Al2O3-MgO), alümina (Al2O3) ve krom oksit (Cr2O3) biriktirilmiştir. Isıl işlemin erozif aşınma davranışına etkisini karakterize etmek amacıyla kaplamalara 7000 C de 60 saat ısıl işlem uygulanmıştır. Oda sıcaklığında ve ısıl işlem sonrası bu kaplamalar ASTM G76 standartlarında katı partikül aşınma testlerine tabi tutulmuş ve aşınma kayıpları ve hızları karşılaştırılmıştır. Aşınma testleri sonrası kaplamaların üst yüzey aşınma izi mikroskobik görüntüleri, 3B yüzey profilleri, yüzey pürüzlülüğü ve aşınma mekanizmaları incelenmiştir. Bununla birlikte kaplamaların ısıl işlem öncesi ve sonrası sertlikleri de karşılaştırılmıştır. Aşındırıcı partikül çarpma açısı ve süresinin artışının aşınma kaybı üzerinde etkin olduğu gözlenmiştir. Kaplamaların gevrek davranışı, kaplama yapısında süreksizlikler ve kaplama kalınlıkları aşınma mekanizmasında etkin rol oynamıştır. Isıl işlemin etkisiyle kaplamalarda sertlik artışı ve porozite azalması nedeniyle aşınma performansını iyileştirdiği tespit edilmiştir. Bu doğrultuda Kromoksit kaplamalar Alümina, Spinel ve zirkonat esaslı kaplamalara göre sırasıyla daha üstün aşınma direnci elde edilmiştir.

Ceramic based coatings produced by thermal spraying method are preferred for aerospace industry, automotive, textile, petrochemical, mining and many other industries for the protection of metallic parts exposed to wear, corrosion and high temperature effects. They are advanced technological coatings that are used with the aim of improving the service life and performance of metallic parts. In this thesis, oxide-based coatings (magnesium zirconate (Zr2O3-MgO-Al2O3), spinel (Al2O3-MgO), alumina (Al2O3) and chromium oxide (Cr2O3)) of different thicknesses were deposited on AISI 321 austenitic stainless steel substrate material with flexible cord flame spray gun. In order to characterize the effect of heat treatment on the erosive wear behavior, the coating was heat treated at 7000 C for 60 hours. Before and after the heat treatment, these coatings were subjected to solid particle erosion tests in accordance with ASTM G76 standards and wear losses and wear ratios were compared. After the wear tests, the top surface wear track microscopic images of the coatings, 3D surface profiles, surface roughness and wear mechanisms were investigated. The microhardnesses of the coatings before and after the heat treatment were also compared. It has been observed that the increase in the angle and duration of the eroder solid particle impacts on the wear loss. The brittle behavior of the coatings, the discontinuities in the coating structure and coating thicknesses played an effective role in the mechanism of wear. It has been found that the effect of heat treatment improves the wear resistance performance due to increased hardness and reduced porosity in the coatings. In this direction chromium oxide coatings have superior resistance to erosive wear compared to alumina, spinel and zirconate based coatings respectively.