CMAS ve erimiş tuz korozyonundan korumak için AL ile modifiye edilmiş CYSZ termal bariyer kaplamalar
AL-modified CYSZ thermal barrier coatings for protection against CMAS and molten salt corrosion
- Tez No: 1009658
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN EKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Uçak Mühendisliği, 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
Termal bariyer kaplamalar, yüksek sıcaklıklara maruz kalan parçaların oksidasyon ve korozif ortamlara karşı korunmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kaplama sistemleri, alt katman, bağ katman ve seramik üst katman olmak üzere üç farklı tabakadan oluşmaktadır. Alt katman, doğrudan yüksek sıcaklığa ve kaplama tozlarına maruz kalan yüzeyleri temsil etmekte, bağ katman ise altlık malzemeyi oksidasyona karşı korumaktadır. Seramik üst katman ise düşük termal iletkenlik özelliği sayesinde parçaları yüksek sıcaklık etkilerinden izole etmektedir. İtriya ile stabilize edilmiş zirkonya (YSZ), hem araştırma hem de endüstriyel uygulamalarda en yaygın kullanılan seramik üst katman malzemesidir. Bununla birlikte, YSZ'ye kıyasla daha yüksek faz kararlılığı, monoklinik–tetragonal faz dönüşüm eğiliminin daha düşük olması ve daha yüksek termal genleşme katsayısı nedeniyle seryum oksit (CeO2) katkılı YSZ (CYSZ), bu çalışmada seramik üst katman malzemesi olarak tercih edilmiştir. Ayrıca, CYSZ'ye göre daha yüksek termal iletkenlik değerlerine sahip olmasına rağmen oksijen difüzyonuna karşı dirençli, yüksek sertlik gösteren ve kaplama ara yüzeyinde yapışma mukavemetini artırdığı bilinen alümina (Al2O3), ikinci seramik üst katman malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu çalışmada, CYSZ esaslı termal bariyer kaplamalar üzerine termal buharlaştırma yöntemiyle ince bir alüminyum tabakası biriktirilmiş ve tabakanın oksitlenmesi amacıyla 850 °C'de 4 saat süreyle ısıl işlem uygulanmıştır. Yapılan karakterizasyon çalışmaları sonucunda, alüminyum tabakasının ısıl işlem sonrası alümina fazına dönüştüğü belirlenmiştir. Bu alümina tabakasının, CYSZ esaslı termal bariyer kaplamaların CMAS (CaO–MgO–Al2O3–SiO2) korozyonu ve sıcak korozyona karşı davranışı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Atmosferik Plazma Sprey (APS) yöntemiyle üretilen kaplamaların karakterizasyonu kapsamında; yüzey ve kesit morfolojileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelemeleri, enerji dağılımlı spektroskopi (EDS) incelemeleri, X-ışını difraktometresi (XRD) analizleri ve sertlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda, yüzeyde oluşturulan alümina tabakasının CMAS eriyiği ile kaplama arasındaki etkileşimi azaltarak koruyucu bir bariyer olduğunu ortaya koymuştur. SEM ve EDS analizleri, alümina ile modifiye edilmiş kaplamalarda CMAS fazının kaplama içerisine nüfuzunun sınırlı kaldığını ve bozunmanın büyük ölçüde yüzey bölgesi ile sınırlı olduğunu göstermiştir. CYSZ esaslı termal bariyer kaplamaların yüzeyine alümina tabakası kazandırılması, CMAS korozyonuna ve sıcak korozyona karşı dayanımı artıran bir yöntem olduğunu ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Thermal barrier coatings are widely used to protect components exposed to high temperatures against oxidation and corrosive environments. These coating systems consist of three distinct layers: the substrate, the bond coat, and the ceramic top coat. The substrate represents the surface directly exposed to elevated temperatures and coating feedstock, whereas the bond coat serves as an oxidation-resistant layer that protects the substrate material. The ceramic top coat, owing to its low thermal conductivity, thermally insulates the component from the detrimental effects of high-temperature environments. Yttria-stabilized zirconia (YSZ) is the most commonly employed ceramic top-coat material in both research and industrial applications. However, compared to conventional YSZ, ceria (CeO2)-doped YSZ (CYSZ) exhibits improved phase stability, a lower tendency for monoclinic tetragonal phase transformation, and a higher coefficient of thermal expansion. For these reasons, CYSZ was selected as the ceramic top-coat material in this study. In addition, although alumina (Al2O3) possesses a higher thermal conductivity than CYSZ, it is known to provide strong resistance against oxygen diffusion, exhibit high hardness, and enhance interfacial adhesion strength. Therefore, Al2O3 was utilized as a secondary ceramic top-coat material. In this study, a thin aluminum layer was deposited onto CYSZ-based thermal barrier coatings via thermal evaporation, followed by a heat treatment at 850 °C for 4 hours to promote oxidation. As a result of the characterization studies, it was determined that the aluminum layer transformed into the alumina phase after heat treatment. The effects of this alumina layer on the behavior of CYSZ-based thermal barrier coatings against CMAS (CaO–MgO–Al2O3–SiO2) corrosion and hot corrosion were investigated. Within the scope of the characterization of coatings produced by the Atmospheric Plasma Spray (APS) method, surface and cross-sectional morphologies were examined using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffractometry (XRD), and hardness measurements. Experimental studies revealed that the alumina layer formed on the surface acted as a protective barrier by reducing the interaction between the CMAS melt and the coating. SEM and EDS analyses showed that in alumina-modified coatings, the penetration of the CMAS phase into the coating was limited, and degradation was largely confined to the surface region. The addition of an alumina layer to the surface of CYSZ-based thermal barrier coatings was demonstrated to be an effective method for enhancing resistance against CMAS corrosion and hot corrosion.
Benzer Tezler
- Fonksiyonel derecelendirilmiş Al2O3 CYZS termal bariyer kaplamaların cmas ve sıcak korozyon özelliklerinin belirlenmesi
Determination cmas and hot corrosion properties of functionally graded Al2O3 CYSZ thermal barrier coatings
FATİH KIRBIYIK
Doktora
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Molten salt electrolysis of magnesium and its hydrodynamics
Erimiş tuz elektrolizi ile magnezyum üretimi ve hidrodinamiği
GÖKHAN DEMİRCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSHAK KARAKAYA
- Designing metal-substituted WB2 and MoB2 asefficient bifunctional electrocatalysts for hydrogenand oxygen evolution reactions
Hidrojen ve oksijen oluşum reaksiyonları için verimli ve iki fonksiyonlumetal katkılı WB2 ve MoB2 elektrokatalizörlerin dizaynı
EZGİ HATİPOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
KimyaKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ UMUT AYDEMİR
- Preparation and characterization of HA powders - dense and prous HA based composite materials
HA tozlarının - yoğun ve gözenekli HA bazlı kompozit malzemelerin hazırlanması ve karaterizasyonu
DENİZ ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Metalurji Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHSİN ÇİFTÇİOĞLU
PROF. DR. ŞEBNEM HARSA
- Ergimiş tuz elektrolizi ile metal oksit/sülfürden başlanarak metal ve metal borür sentezi
Synthesis of metal and metal boride starting from metal oxide / sulfide by molten salt electrolysis
MEHMET BARIŞ DARYAL
Doktora
Türkçe
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLDEM KARTAL ŞİRELİ