Alümina ilavesinin YSZ termal bariyer kaplamaların mikroyapı ve mekanik özelliklerine etkisi

Abstract

Anahtar kelimeler: Termal bariyer kaplama, plazma püskürtme kaplama, ZrO2/Al2O3 kaplama tozları, sertlik, yoğunluk, termal şok direnciTermal bariyer kaplama (TBK) malzemesi olarak genellikle düşük termal iletkenlik ve nispeten yüksek termal genleşme katsayısına sahip yitriya stabilize zirkonya (YSZ) kullanılır. Son zamanlarda hızla gelişen TBK uygulamalarında, YSZ kaplamalar bağ kaplama ile birlikte uygulanmaktadır (NiCrAlY yada NiCoCrAlY metalik bağ tabakalar). Metalik bağ tabaka oksidasyon direnci sağlamaktadır.Bu çalışmanın amacı; Jet motorları, gaz türbinleri ve dizel motorları için alternatif olarak kullanılabilecek YSZ-Al2O3 kaplama tozlarının, kaplamalarının üretilmesi ve kaplamaların bazı mekanik ve mikroyapı özelliklerinin belirlenmesidir. Çalışmada başlangıç tozları olarak YSZ ve alümina tozları kullanılmıştır. Kaplama tozları belli oranlarda, YSZ-10, 20, 30, 50, 80 ağ. %Al2O3 olacak şekilde, ZrO2 bilya kullanılarak bilyalı değirmende 2 saat süreyle homojen karıştırılmıştır. Kaplamalar bileşimleri METCO 3MB plazma püskürtme tabancası ile paslanmaz çelik altlıklar üzerine başarı ile uygulanmıştır. Kaplama içerisindeki alümina içeriğinin kaplamaların sertlik, yoğunluk, yüzey pürüzlülüğü ve mikroyapılarına olan etkisi araştırılmıştır.Sonuçlar; alümina ilavesi kaplamaların sertliklerini arttırmakta ve yüzey pürüzlülük değerlerinin düşmesini sağlamaktadır. Kaplamanın relatif yoğunluk değerlerini belli kaplama bileşimine kadar artırmakta ve yüksek relatif yoğunluk değeri YSZ-ağ.% 30 Al2O3 kaplamalarda elde edilmektedir. Aynı zamanda alumina ilavesi termal şok direncini azaltmaktadır.

Keywords: Thermal barrier coatings, plasma spray coating, ZrO2/Al2O3 coating powders, hardness, density, thermal shock resistanceThe thermal barrier coating (TBCs) material used most commonly is yttria-stabilizedzirconia (YSZ) because of its low thermal conductivity and relatively high thermal expansion coefficient. The usage of YSZ coatings are normally deposited together with a bond coat, is the most preferred way in developing TBC applications in recent years. NiCrAlY or NiCoCrAlY is employed as an oxidation-resistant metallic bond coat. The metallic bondcoat must be resistant to both thermomechanical fatigue and oxidation since YSZ coating is essentially a porous layer that is transparent to oxygen penetration. Thermally grown oxide scales can provide high-temperature oxidation protection if they are slow growing, sound and adherent to the substrate.The objective of the present work is to produce YSZ and Al2O3 powders and coatings which are used for jet engines, gas turbines and diesel engines. Starting powders were YSZ, and Al2O3 powders. The coating powders were mixed in the compositions of YSZ ? 10, 20, 30, 50 and 80 wt % Al2O3. The mixtures were ball milled for 2h by using ZrO2 balls to provide homogenous mixtures. The coatings were formed using a METCO 3MB plasma spray gun on stainless steel substrates. Electron microscopy and optic microscopy were used to analyze the microstructures of powders and coated samples. The alumina contents in coatings? effects on the coatings?; hardness, relative density, surface roughness and microstructures were investigated.According to the results; alumina contents increases the hardness of the coatings and decreases the surface roughness. In addition to this, relative density values increase until certain coating composition, the additive alumina content decreases the thermal shock resistance and the most high relative value is obtained in YSZ- wt% 30 Al2O3 coatings.