Termal bariyer kaplamaların izotermal oksidasyon davranışlarının incelenmesi

Abstract

Günümüzde giderek artan ihtiyaçlar ve teknolojik gelişmelere paralel olarak, makine elemanları ve sistemler karmaşık ve zorlu çalışma koşullarına daha fazla maruz kalmaktadırlar. Birçok uygulama alanında karşılaşılan yüksek sıcaklığa dayanım problemi de bu ağır koşullardan birisidir. Bu şartlarda hizmet verebilme ihtiyacı yeni malzemelerin keşfedilmesini gerekli kılmıştır. Süperalaşımların yönlü katılaştırılması ve tek kristalli üretimi gibi yeni üretim tekniklerinin gelişimi, malzemelerin yüksek sıcaklıklarda dayanım ve çalışma performansında ciddi gelişmeler sağlanmıştır. Ancak bu malzemelerin de şu anda ergime noktalarına çok yakın sıcaklıklarda çalışması ortaya çıkabilecek problemler açısından yeni yaklaşımların geliştirilmesine neden olmuştur. Termal bariyer kaplamaların keşfi yüksek sıcaklık malzemeleri alanında büyük bir atılım olarak kabul edilmektedir. Termal bariyer kaplama (TBC) sistemleri havacılık ve endüstriyel gaz türbin motorlarında, parçaları sıcak gazların olumsuz etkilerinden korumak ve termal verimi amacıyla kullanılmaktadırlar. Bir TBC sistemi tipik olarak; uygun bir süper alaşım altlık malzemeden, yalıtım amaçlı seramik bir üst kaplamadan, altlık malzemesini oksidasyona karşı koruyan ve üst kaplama ile atlık malzeme arasındaki termal uyumsuzluğu önleyen metalik bir bağ kaplamadan ve kaplamanın biriktirilme süreciyle başlayıp servis süresi boyunca gelişen bir termal büyüyen oksit (TGO) tabakasından oluşmaktadır. Gaz türbinlerindeki TBC uygulamalarında günümüzde gelinen noktada, üst kaplama malzemesi olarak ağırlıkça %8 oranında yitriya ile stabilize edilmiş zirkonyum oksit seramiği, bağ kaplama malzemesi olarak ise MCrAlY (M: Ni ve/veya Co) kompozisyonuna sahip bir metalik bir bağ kaplama türü kullanılmaktadır. Üst kaplamalar genellikle plazma sprey (PS) ve elektron demetiyle fiziksel buhar çöktürme (EB-PVD) yöntemleri ile üretilebilirken bağ kaplama üretiminde ise farklı termal spreyleme yöntemleri kullanılmaktadır.