%8 Ysz (itriyum İle Stabilize Edilmiş Zro2) Termal Bariyer Kaplamaların (tbk) Üretilmesi Ve Proses Parametreleri Optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, ülkemiz uzay, havacılık ve enerji sektörlerindeki kullanımı hızlı bir şekilde artan TBK’ların, özellikle %8 YSZ TBK’nın kalite karakteristiklerini ve performans kriterleri üzerine etkili proses parametrelerini inceleyerek yüksek kaliteli kaplamaların üretiminde önemli olan parametrelerinin optimizasyon sonuçları ortaya konmuştur. Termal bariyer kaplamalar (TBK), taban malzemenin yüksek sıcaklığa karşı korunmasında geniş uygulama alanına sahiptir. TBK kavramı; havayla soğutulan metalik malzeme ile sıcak gaz katmanı arasına, ısı transferini yavaşlatacak termal yalıtım yeteneği yüksek malzeme katmanının kaplanmasını içermektedir. En yaygın TBK örneği %8 İtriyum ile stabilize edilmiş zirkonyum oksit (YSZ) dir. Isıl yalıtım katmanı olarak da bilinen seramik esaslı kaplamanın, yapışma, oksidasyon ve korozyon direncini arttırmak, taban malzeme ile ısıl genleşme farklılığını gidermek için seramik kaplama ile taban malzeme arasına bağlanma katmanı olarak bilinen metalik katman, MCrAlY (M=Co,Ni) kaplanır. Bu çalışmada, HVOF (Yüksek Hızlı Oksi-Yakıt) sistemi ile metalik bağlanma katmanı ve APS (Atmosferik Plazma Sprey) sistemi ile seramik ısıl yalıtım katmanı uygulaması yapılmıştır. Proses parametrelerinin ürün karakteristiğine etkileri Deneysel Tasarım yöntemi (Design of experiement) kullanılarak yapılan deneyler ve yürütülen karakterizasyon çalışmaları ile ortaya konmuştur. Bu karakterizasyon çalışmalarını; metalografik çalışmalar, mikroyapı analizi, porozite ölçümü, kaplama kalınlığı tespiti, SEM incelemeleri ve yapışma mukavemetinin belirlemesinden oluşan performans testleri oluşturmaktadır.

Thermal Barrier Coatings (TBC) find a large application as a protection shield against high temperature for the structural components in stationary and aerospace gas turbines. The Thermal Barrier Coating (TBC) concept involves placing a thermally insulating layer between a cooled metallic component and the hot working gas to reduce heat transfer to the component. A TBC consists of a heat-resistant ceramic top coat and a metallic bond coat. The purpose of this thesis is to define the factors affecting the coating properties and to design and realize well-qualified thermal barrier coatings, especially %8 YSZ inclusive coatings, since they are preferred with accelerating rates in domestic aerospace and energy industries. However, to achieve higher efficiencies in power engines, increasing the operation temperature is envisaged State of the art TBC´s based on yttrium stabilized zirconium (YSZ) may be used at temperatures up to 1200°C, have the ability of low thermal conductivity and high thermal shock resistance. TBC system occurs from two different layers as one metallic based and the other is ceramic. Depositing metallic bond coat, MCrAlY alloys to substrate material enhance the ability of binding YSZ layer and oxidizing resistance on the substrates. Bond coat and top coat applications conducted by HVOF (High Velocity Oxy-fuel) and APS (Atmospheric Plasma Spray) systems respectively. Characterization studies on bond strength, determining porosity and coating thickness, microstructure and SEM analysis are done to realized in order to optimize the process parameters.