TBK Kaplamalarının termal şok özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Termal Bariyer Kaplama, yüksek sıcaklık uygulamalarında altlık metali yüksek sıcaklık korozyonundan (oksidasyon) korumaya yönelik yapılan bir kaplama uygulamasıdır. TBK sistemi, biri metalik diğeri seramik esaslı olmak üzere iki farklı tabakadan meydana gelir. TBK'ın ısı direnci seramik üst tabaka ve metalik bağ tabakaya bağlıdır. Bağ tabakanın ana amacı üst tabakayı altlığa yapıştırmaktır. Aynı zamanda oksidasyonun altlığa ulaşmasını önler veya geciktirir. Fakat TBK `ın ömrü sadece oksidasyona bağlı değildir. Diğer ana problem kaplamaların termal gerilim karşısında hassas olmalarıdır.Seramikler, kırılgan malzemelerdir ve genellikle düşük ısıl iletkenlik gösterirler. Bu özellikler seramikleri, geçici ya da sürekli ısı transferinin sebep olduğu termal gerilmelere karşı hassas kılar. Seramik malzemeler, hızlı sıcaklık değişimlerine maruz bırakıldıklarında (termal şok), malzemede önemli gerilmeler meydana gelir. Dolayısıyla Termal bariyer kaplamalarda kullanım ömrünü belirleyen en önemli unsurlardan biri termal şok dayanımıdır.Bu çalışmanın amacı yüksek sıcaklık uygulamalarında sıkça kullanılan termal bariyer kaplamaların kullanım ömrünü direkt olarak belirleyen termal şok etkisinin incelenmesi ve bu etki sonucunda oluşan hasar mekanizmasına bir tanımlama yapmaktır. Bu amaç doğrultusunda YSZ (ZrO2-ağ.% 8 Y2O3) ve CSZ (ZrO2 ? ağ.% 2.5 Y2O3 ? ağ.%25 CeO2) tozları plazma sprey yöntemi ile kaplanmış ve özel olarak tasarlanan termal şok test düzeneğinde termal şok deneyi yapılmıştır.

Thermal barrier coatings are high temperature insulators that are applied onto metallic substrates to prevent the substrate from high temperature oxidations. TBC system occurs from two different layers as one metallic based and the other is ceramic. A TBC consists of a heat-resistant ceramic top coat and a metallic bond coat. The bond coat?s main purpose is to attach the top coat to the substrate, but the bond coat also prevents or delays oxidation of the substrate. Unfortunately, a major life-limiting weakness of TBC?s is oxidation of the bond coat itself; the other major problem is their susceptibility to damage by thermally-induced stresses.Ceramics are fragile materials and typically their thermal conductivity coefficient generally is low. These characteristics make them sensitive against thermal stress which causes from temporary or constant heat transfer. When ceramic materials are submitted sudden thermal changes (thermal shock) significant stresses come into being on the material. Consequently, one of the most important elements that determines the life of the coating is the thermal shock resistance.The aim of this thesis is to investigate the thermal shock effect which is directly determine the life of the thermal coatings often used in high temperature applications and to define the harm mechanism which occurs as a result of this effect. In this way YSZ (ZrO2 - wt. 8% Y2O3) and CSZ (ZrO2 ? wt.% 2.5 Y2O3 ? wt.%25 CeO2) powders are plazma sprayed and tested in a thermal shock test mechanizm which is designed specially.