Aluminyum Katotik Ark Plazması İle Ni-al Termal Bariyer Bağ Katmanlarının Üretilmesi

Abstract

Bu çalışmada Ürgen ve arkadaşlarının farklı çalışmalarında uyguladığı Katodik Ark plazması altında çevrimsel bias voltajı ile etkisiyle yüzey özelliklerini değiştirme tekniği geliştirilerek nikel ve nikel bazlı taban malzemeler üzerinde Ni-Al termal bariyer bağ katmanlarının üretimi amacıyla kullanılmıştır. İlk aşamada numunelere DC bias yanında tek kutuplu darbeli DC bias uygulanmıştır. Taban malzemeler nikel, katod malzemesi ise alüminyumdur. XRD ve SEM çalışmaları yapılmış, yeniden sıçratma etkisi nedeniyle kaplamanın kalınlaştırılamadığı ancak yüzeylerde literatürde bağ katmanlarda rastlanan fazların oluşturulduğu tesbit edilmiştir. İkinci aşamada numuneler 30 dk süreyle 50 V Dc bias kullanılarak 90 A katod akımı ile Al kaplanmış , ardından DC ve darbeli bias altında yarım saat yayındırma işlemine tabi tutulmuştur.Kaplama sonrası DC bias ile yayındırma yapılan numunede yüzey katmanı toplam 7.3 mikrometre kalınlığında üç katmandan oluşmakta ve Al3Ni2,Al zengin NiAl, Ni3Al ve Ni fazlarını içerdiği , darbeli DC bias gerilimi altında yapılan yayındırma işleminde ise 17 mikrometre kalınlığında Al3Ni2 ve nikelden oluşan bir katman oluşmuştur.. Üçüncü aşamada ise daha önce literatürde rastlanmamış bir yöntem kullanılarak taban malzemeye AC bias uygulanmış ve 90 A katod akımı altında 30, 60, 120 ve 150 dk sürelerle nikel ve inconel 600 taban malzemelere yayındırma işlemi gerçekleştirilmiştir. AC bias ile yayındırma yapılan numunelerde 24-25 mikrometre/saat gibi yüksek kaplama hızları elde edilmiştir. Faz çalışmalarında ise tüm numunelerde bağ katmanlarda yer alan fazların tespit edildiği görülmüştür.

In this study cathodic arc plasma treatment technique -introduced by Ürgen and colleagues - has been used to produce Ni-Al based thermal barrier bond coats on nickel based substrates. In first series of experiements, DC and unipolar pulsed DC bias was used for coating, XRD and SEM techniques applied for phase analysis and surface considerations. No significant thickness was achieved due to resputtering of deposited materials under high bias voltage. However XRD studies showed that characteristic phases were observed on the surface, showing that the technique will be promising for producing of bond layers. For second series of experimens, a 30 minutes precoating step and then plasma diffusion treatment applied by using DC and Pulsed DC bias On DC biased sample, triple layer formation , totally 7.3 micrometer was observed by cross section SEM study. Phases examined in this sample were Al3Ni2, Al rich NiAl, Ni3Al and Ni. Unipolar pulse biased sample has single layer formation having 17 micrometer thickness and phases containing Al3Ni2 and Ni. In third series of experiments an innovative solution which was not observed in the literature was developed, by applying an AC voltage as bias . Nickel and inconel 600 samples were treated, varying the process time from 30 to 150 minutes. By AC bias, growth speed of the layers is approximately 24-25 mikrometer per hour.Typical phases of Ni-Al bond layers with significant thicknesses were produced by AC bias on both Ni and Inconel substrates.