FARKLI KOMPOZİSYONLARA SAHİP TERMAL BARİYER KAPLAMA (TBC) SİSTEMLERİNDE OLUŞAN SICAK KOROZYON VE CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS) ETKİSİNİN İNCELENMESİ

Abstract

ÖZET

Termal bariyer kaplamalar (TBCs), gaz türbin motorlarının türbin bıçak ve kanatçıkları gibi sıcak bölge komponentlerinin altlık malzeme sıcaklığını düşürerek daha uzun süre servis ömrü elde edilmesi amacıyla havacılık endüstrisinde yaygın bir biçimde kullanılmaktadır. TBC sistemlerinin geliştirilmesinde farklı içeriğe sahip malzeme kombinasyonları ve farklı üretim yöntemleri tercih edilmektedir. Son yıllarda özellikle nadir toprak elementlerinden elde edilen seramik üst kaplama malzemeleri, TBC sistemlerinin geliştirilmesinde önemli rol oynamaktadır. Metalik bağ kaplama tabakasının üretilmesinde ise diğer termal sprey kaplama proseslerine göre daha yüksek yapışma mukavemetine sahip, daha yoğun, daha az oksit ve porozite içeriğine sahip kaplamaların elde edildiği soğuk gaz dinamik sprey (CGDS) tekniğine olan ilgi araştırmacılar ve endüstriyel kullanıcılar tarafından her geçen gün artış göster- mektedir. Elektron ışınıyla fiziksel buhar biriktirme (EB-PVD) tekniğinin sahip olduğu kolonsal yapı ve bu yapının beraberinde getirdiği kolonlar arası yüksek yapışma ve uzun çevrimlerde kullanım ömrüne sahip olması seramik üst kaplama yapısında atmosferik plazma sprey (APS) tekniğine göre endüstriyel olarak kullanımda tercih edilmesini sağlamıştır. Bu çalışmada, Inconel-718 nikel esaslı süper alaşım altlık malzemesi üzerine CGDS yöntemi kullanılarak CoNiCrAlY içeriğine sahip metalik bağ kaplamaların üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen metalik bağ kaplamaların üzerine ise, EB-PVD tekniği kullanılarak YSZ, Gd2Zr2O7 (GZ), La2Zr2O7 (LZ), YSZ/GZ ve YSZ/LZ seramik esaslı tek ve çift tabakalı üst kaplamaların biriktirilmesi sağlanmıştır. Farklı içerik ve kompozisyonlara sahip olarak üretilen TBC sistemleri 1000 °C’ de Na2SO4 ve V2O5 tozları kullanılarak 5’ er saatlik çevrim süreçlerinde gerçekleşen sıcak korozyon testlerine ve 1225 °C’ de vermikülit tozları kullanılarak izotermal olarak 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28 ve 32’şer saatlik çevrim süreçlerinde gerçekleşen CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS) testlerine tabi tutulmuştur. Gerçekleştirilen sıcak korozyon ve CMAS testleri öncesi ve sonrasında TBC sistemlerinin mikroyapısal ve mekaniksel özellikleri ileri karakterizasyon teknikleri kullanılarak incelenmiştir.

ABSTRACT

Thermal barrier coatings (TBCs) have been widely used in the aviation industry to achieve a longer service life of hot zone components, such as turbine blades and fins of gas turbine engines, by reducing the substrate material temperature. Various production methods and different material combinations are preferred in the development of TBC systems. Ceramic topcoat materials obtained from rare earth elements especially play an important role in the development of TBC systems. Using cold gas dynamic spray (CGDS) technique, which results in coatings with higher adhesion strength and density, lower oxide, and porosity content, in the production of the metallic bond coat layer draws more attention from researchers and industry. Having a columnar structure -and along with this structure- having high adhesion between columns and a lifetime with long cycles make the electron beam physical va- por deposition (EB-PVD) technique preferred for industrial production of the ceramic topcoat structure, compared to the atmospheric plasma spray (APS) technique. In this study, metallic bond coatings with CoNiCrAlY content were produced on the Inconel-718 nickel-based superalloy substrate material using the CGDS method. YSZ, Gd2Zr2O7 (GZ), La2Zr2O7 (LZ), YSZ/GZ ve YSZ/LZ ceramic-based single and double layer top coatings were deposited on the produced metallic bond coatings by using EB-PVD technique. TBC systems produced with different contents and their compositions have been subjected to hot corrosion tests at 1000 °C which were carried out in 5-hour cycle processes using Na2SO4 and V2O5 powders. Additionally, TBCs were subjected to isothermal CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS) tests which took place in cycles of 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28 and 32 hours at 1225 ° C, using vermiculite powders. Microstructural and mechanical properties of TBC systems were examined before and after the hot corrosion and CMAS tests, using advanced characterization techniques. Damage and damage mechanisms of TBC systems occurring under the service conditions have been evaluated in detail, based on each other and current literature.