İterbiyum silikat esaslı çevresel bariyer kaplamaların alüminyum yüzey modifikasyonu
Aluminium surface modification of ytterbium silicate-based environmental barrier coatings
- Tez No: 1009561
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN EKER, DOÇ. DR. ALİ AVCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Mechanical Engineering, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İmal Usulleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Gaz türbin motorlarının sıcak bölgelerinde kullanılan yeni nesil silisyum karbür (SiC) esaslı seramik matris kompozitlerin ömrünü uzatmak için Çevresel Bariyer Kaplamalar (ÇBK) kritik öneme sahiptir. Yüksek sıcaklık ve buharlı ortamlarda ÇBK'da SiO2 buharlaşması ve yanma gazlarından kaynaklanan korozif tuzlar, motor içine atmosferden giren tozların eriyip kaplama yüzeyinde birikmesi (Kalsiyum-Magnezyum-Alümina Silikat-CMAS) ile meydana gelen bozulmalar, bu kaplamaların kullanımını sınırlayan önemli hasar mekanizmalarıdır. Plazma püskürtme ile üretilen ÇBK'ların yüzeylerinde üretim yöntemi doğası gereği oluşan mikro-çatlaklar ve poroziteler korozif tuzların ve CMAS kalıntılarının kaplama içlerine difüze olmasını kolaylaştırmaktadır. Bu nedenle kimyasal olarak daha stabil ve düzenli bir yüzey yapısı ÇBK'ların korozyonu açısından avantaj sağlamaktadır. Bu çalışmada, plazma püskürtme yöntemi kullanılarak çok katmanlı, Silisyum/Mullit/İterbiyum Silikat mimarisine sahip bir ÇBK sistemi üretilmiştir. Kaplamanın CMAS ve sıcak korozyon dayanımını artırmak amacıyla, ÇBK'nin yüzeyine termal buharlaştırma yöntemiyle ince bir Alüminyum (Al) filmi biriktirilmiştir. Ardından, Al filmi 900°C'de 3 saat kontrollü fırın oksidasyonu işlemine tabi tutularak, yoğun ve koruyucu bir Al2O3 tabakasına dönüştürülmüştür. Üretilen ÇBK'lar, yüzey morfolojileri ve katman kalınlıkları açısından Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile detaylı olarak karakterize edilmiştir. Yapılan mikroyapısal karakterizasyonlar sonucunda SiC altlık üzerine üç katmanlı ÇBK'nın başarılı şekilde üretildiği anlaşılmıştır. Termal buharlaştırma ile üretilen Al tabakasının ise ÇBK'nın en üst tabakası olan iterbiyum silikat kaplama yüzeyinde oksidasyona uğrayarak sürekli bir Al2O3 tabakası oluşturduğu anlaşılmıştır. Alüminyum ile yüzeyi modifikasyona uğramış ve uğramamış numuneler CMAS ve sıcak korozyon testlerine 1400 ºC sıcaklıkta 12 saat süre ile tabi tutuşmuşlardır. Yapılan XRD, SEM ve EDS analizlerinde; Al2O3 tabakasının, sıcak korozyon ve CMAS eriyiğinin kaplama içine infiltrasyonunu önleyerek veya korozyon reaksiyon ürünlerini stabilize ederek bariyer etkisini artırdığı anlaşılmıştır. Bu çalışma, ÇBK sistemlerinin ileri nesil gaz türbini uygulamalarında kullanılabilirliğini artıracak yenilikçi bir yüzey modifikasyon yöntemini sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Environmental Barrier Coatings (EBCs) are of critical importance for extending the service life of next-generation silicon carbide (SiC)-based ceramic matrix composites used in the hot sections of gas turbine engines. Under high-temperature and water vapor–rich environments, degradation mechanisms such as SiO₂ volatilization, corrosive salts originating from combustion gases, and the deposition of molten ingested dust particles on the coating surface in the form of calcium–magnesium–alumino–silicate (CMAS) significantly limit the applicability of EBC systems. In plasma-sprayed EBCs, microcracks and porosities inherently formed during the deposition process facilitate the diffusion of corrosive salts and CMAS residues into the coating interior. Therefore, a chemically more stable and structurally uniform surface is advantageous in terms of corrosion resistance of EBCs. In this study, a multilayer EBC system with a Silicon/Mullite/Ytterbium Silicate architecture was fabricated using the plasma spraying technique. To enhance the CMAS and hot corrosion resistance of the coating, a thin aluminum (Al) film was deposited onto the EBC surface by thermal evaporation. Subsequently, the Al film was subjected to controlled furnace oxidation at 900 °C for 3 h, resulting in the formation of a dense and protective Al₂O₃ layer. The produced EBCs were comprehensively characterized in terms of surface morphology and layer thickness using Scanning Electron Microscopy (SEM). Microstructural analyses confirmed the successful deposition of a three-layer EBC system on the SiC substrate. It was also observed that the thermally evaporated Al layer oxidized on the surface of the ytterbium silicate topcoat, forming a continuous Al₂O₃ layer. Both Al-modified and unmodified samples were exposed to hot corrosion and CMAS tests at 1400 °C for 12 h. XRD, SEM, and EDS analyses revealed that the Al₂O₃ layer enhanced the barrier performance of the EBC by preventing the infiltration of molten CMAS and hot corrosion species into the coating or by stabilizing corrosion reaction products. Overall, this study presents an innovative surface modification approach that improves the applicability of EBC systems for advanced gas turbine applications.
Benzer Tezler
- Color tunable upconversion based white light properties of er-Tm-Yb phosphors and pmma nanocomposites
Er-Tm-Yb fosfor ve polimer nanokompozitlerde renk ayarlanabilir üst dönüşüm esaslı beyaz ışık özellikleri
SEVCAN TABANLI
Doktora
İngilizce
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖNÜL ERYÜREK
- Development of silica based photonic crystals doped by rare-earth elements
Silika esaslı nadir toprak elementleri katkılı fotonik kristallerin geliştirilmesi
RAMAZAN DALMIŞ
Doktora
İngilizce
2020
Metalurji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ IŞIL BİRLİK
- Fabrication and characterization of upconverting rf magnetron sputtered ytterbium-erbium silicate thin films
RF katot püskürtme metodu ile üretilmiş üst-çevrim yapan iterbiyum-erbiyum silikate ince filmlerin fabrikasyonu ve karakterizasyonu
MUHAMMET MUSTAFA ÇODUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK YERCİ
DOÇ. DR. İPEK GÜLER
- Effects of radiodarkening on the light transmission properties of ytterbium-doped optical fibers
Radyokararmanın iterbiyum katkılı optik fiberlerin ışık iletme özelliklerine etkisi
HÜSEYİN CAN ÇAMİÇİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLEND ORTAÇ
- Zirkonya seramik, lityum disilikat cam seramik ve zirkonya ile güçlendirilmiş lityum silikat cam seramiklere uygulanan farklı yüzey işlemlerinin, kompozit rezinlerin tamir bağlanma dayanımı üzerine etkisi
The effect of different surface treatments on repair bond strength of resin composite to zirconia ceramic, lithium disilicate glass ceramic and zirconia reinforced lithium silicate glass ceramic
AYŞE SEDA ATAOL
Doktora
Türkçe
2016
Diş HekimliğiGazi ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLFEM ERGÜN