Termal Bariyer Kaplamaların Isıl Özelliklerinin İncelenmesi Ve Düşük Termal İletkenlik İçin Parametre Optimizasyonu

Abstract

Termal bariyer kaplamalar havacılık ve enerji sanayinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Havacılık sanayinde ısıl yalıtımı istenen motor parçaları kaplanırken enerji sanayinde gaz türbini bileşenleri üzerine uygulanır. Uygulamanın hedefi sistemi ısıya daha dayanıklı hale getirerek sistemin daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilmesini sağlamaktır. Bu sayede sistemden daha yüksek verim elde edilebilir. Termal bariyer kaplamalar yalıtımı istenen taban malzeme, ısıl yalıtımı sağlayan seramik katman ve bu iki katmanı birbirine bağlayan bağlanma katmanından oluşur. Bağlanma katmanı MCrAlY yapısında metalik bir tabakadır. Seramik üst katman %8 oranında itriyum ile stabilize edilmiş zirkonyumdan oluşur. Seramik katmanın mikroyapısı kaplamanın ısıl iletkenliğini önemli ölçüde etkilemektedir. Mikro yapıyı belirleyen parametrelerin başında sprey mesafesi, toz boyutu ve plazma ark gücü gelmektedir. Çalışmada sprey mesafesi, toz boyutu ve plazma ark gücünün kaplamanın ısıl iletkenlik değerleri üzerine etkisi üç seviyeli Box-Behnken deneysel tasarım yöntemiyle incelenmiştir. Gerçekleştirilen çalışma ile ülkemiz havacılık ve enerji sektörlerinde geniş bir uygulama alanına sahip termal bariyer kaplamaların ısıl özelliklerine ve TBK ömrüne etki eden parametrelerin, tanımladığımız sonuç değerlerine etkilerini ortaya koyarak, bu sistemler için, kalite ve ürün geliştirme bağlamında artı değer yaratacak sonuçlara ulaşmak hedeflenmiştir.

Thermal barrier coatings are fundamental for aircraft and energy industries. TBC’s are applied to engine components and gas turbines to enhance the thermal resistivity of their components. This application allows the system to operate at a higher temperature, which eventually leads to higher efficiency. Thermal barrier coatings consist of multilayer structures. The bottom layer is the substrate, which will be isolated. The substrate is coated with a metallic layer called bond coat. Metallic powders having the general composition MCrAlY are used to coat the substrate. %8 Yttrium stabilized zirconium is preferred for the ceramic top coat. The micro structure of the ceramic layer significantly alters the thermal conductivity of the coating. Main parameters effecting the micro structure of the coating are spray distance, powder particle size and plasma arc power. This study involves the inspection of effects of spray distance, powder size and plasma arc power on thermal conduction coefficient with a three level Box-Behnken experimental design. The aim of this study is to achieve beneficial results in terms of quality and product development for TBC’ s, established applications in aerospace and energy industries, by determining the contribution of the parameters, which affecting the life and thermal properties of TBC’ s, on defined concluding values.