Zirkonya esaslı seramik kaplamanın fiziksel ve kimyasal özelliklerinin değiştirilmesi
Changing physical and chemical properties of zirconia based ceramic coating
- Tez No: 14301
- Danışmanlar: PROF.DR. OĞUZ BORAT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1990
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
ÖZET İleri teknoloji seramikleri içinde zirkonya fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı üzerinde en çok araştır ma yapılan malzemelerdir. Bu çalışmada metaller üzerine alevle püskürtme tekniği ile kaplanan kısmen stabilize edilmiş zirkonyan (PSZ) özelliklerinin daha da iyileştirilmesi ele alınmıştır. Bilhassa kaplandığı metali korozyona karşı korumasına engel olan ve kullanım alanını daraltan gözenekli yapısının değiştirilmesi hedeflenmiştir. Kaplanmaları esnasında metal yüzey sıcaklıklarının maksimum 200°C olması nedeniyle alevle püskürtme tekniği tercih edilmiştir. Bu teknikle elde edilen zirkonya kap lamanın %20 ye varan gözenekliliğini ortadan kaldırabilmek için çeşitli metal tuzları denenmiştir. Bu tuzlardan kap lamanın gözenekleri içinde bozunarak dayanıklı oksitler verebilen potasyum-krom şapı, amonyum bikromat ve kobalt nitrat' in doymuş çözeltileri kullanılarak geçirgen olmayan bir yapı oluşturulmaya çalışılmıştır. Bu yeni yapıdaki zirkonya kaplamanın ne gibi özellikler kazandığını tesbit etmek için çeşitli deneyler yapılmıştır. Korozyon direncini ölçmek için asidik ve bazik ortamlardaki davranışları incelenmiştir. Bu deneylerin sonuçları mukayese edilerek yüksek korozyon direnci sağla yan metal tuzu ve gözenek doldurma işlemi tavsiye edilmiş tir. Doymuş çözelti emdirilerek yapılan gözenek doldurma işlemlerinin ne şekilde gerçekleştiği deneysel ve matematiksel olarak ifade edilmiş, aralarındaki bağıntılar araştırılmıştır. Elde edilen yeni seramik yapının sertlik değişimleri de benzer şekilde ele alınmıştır. Termal şoka karşı daya nımlarını etkileyen parametreler ile termal şok esnasında meydana gelen gerilmelerin hesaplanmaları üzerinde çalışılmıştır. Diğer fiziksel özellikleri de dikkate alınarak kaplamanın kullanım alanlarına etkileri incelenmiştir. Bilhassa amonyum bikromat tuzu kullanılarak gözenek lerde Cr203 oluşturulması sonucunda kaplamanın yüksek korozyon direnci sağladığı ve 1400 vickers'e varan sertlik değerlerine çıkıldığı tesbit edilerek, yeni kullanım alanları üzerinde durulmuştur. - vı -
Özet (Çeviri)
CHANGING PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF ZIRCONIA BASED CERAMIC COATING SUMMARY In this study, it is intented to remove the porosity of coating which is applied on the cast irons and low carbon steels by zirconia. Zirconia was applied on the metal surfaces by flame spray technique. On coating that carried out by this technique approximately 20% porosity takes place. Porosity increases the thermal barrier of the coating but, decreases the mechanical properties and corrosion resistance of material. Corrosive gas and ions can easily penetrate to the metal through these porous coating. Zirconia was coated on standart samples. Cast iron samples were 105x105x3 mm in size, steel samples prepared were 105x105x1 mm. The surfaces on samples were cleaned with various ways and roughness were attained by sand blasting. The NiCrAlY adherent was applied on the samples first. On it 1 mm thick zirconia was coated. The physical and chemical properties of coatings was determined afterwards. The properties of ceramic dusts used in coating are given below: Chemical composition Zr02 (95%) +CaO (5%) Grain size range“”'“ Apparent density Macro-hardness approx. Maximum used temperature Particle shape Linear coefficant of expansion 10 -11x10”^ Powder consumption per 0,1 mm coat thickness approx. 0,54 Kg/m2 It was observed that prepared samples contain 12% pores. To fill the pores with resistant oxides, various metal salts were tested. Saturated solutions of metal salts were absorbed. Samples were heated at 10°C/min. heating velocity. Metal salts remained in pores were decomposed and oxide were formed. Maximum furnace temp, was selected as 550°C. To attain necessary binding of oxides to coating samples were held in furnace at given temperature 1 hour. - vix -Various salts were tested to fill the pores. Good results were obtained with KCr (SO.) ~. 12H“0, (NH.)”Cr207 and Co (NO.,)“. 6H”0. These salts were used during the study. The decomposition reactions of these salts are as following 2(KCr(S04)2.12H20 - -«- K2S04+Cr203+ 3SC>3 + 24H20 (NH4)2Cr207 Cr203+ N2 + 4H20 2Co (NOJ2. 6H20 *~ Co203 + 4N02 + 1/2C>2 + 6H20 As can be seen from reactions Cr“0., and Co.,0., are formed. Corrosion resistance of these oxides is hxgh and they show same properties as ceramics have. Saturated solutions of metal salts can penetrate to the open pores. After about 10 dipping, pores are filled. But the number of pores which are not filled completely are increased. The mass amount got in pores can be calcu lated theoretically for each step. Therefore, after each filling step the pore volume is, U = ( a~1 )nU pn a where, Upn is the porosity after operation, U is initial porosity, n is number of filling operation and a is the ratio of solution volume oxide volume. According to the above given equation to get Vp_=0 initate operation is required. Simply, it is impossxble to fill the pores completely. Indeed, many of the pores are closed before filling. Remaining open pores can be found with the following equation, U = u I ( a~1 )n - -5_ ( a”1 )10 I pg I { a ' 10 l a ' I This equation can be used for the salts which 10 steps are sufficient to fill the pores. a=28,57 and a=33,9 ammonium bichromate and cobalt nitrate respectively. The coatings in which pores are filled are tested in acidic and basic medium to determine their corrosion resistance. For acidic medium HNO.,, HC1 and CH^COOH and for basic medium NaOH are choosed. Samples were tested both in boiled medium and vapour phase. For each concentration, corrosion speed was calculated one by one with the equation, V = 24. A m (g/dm2.day) k T.S where A m is reduced mass amount (g) S is the surface area (dm2) T is corrosion time (hour) - viii -Test equipment used for acidic medium is made by heat resistance glass. But test equipment used for basic medium is stainless steel. As it is known it basic medium contacts with glass, glass corrodes either. This affects the corro sion results. The corrosion tests are made under the fol lowing conditions: Corrosion medium Concentration of HC1 Concentration of HNO3 Concentration of CH3COOH Concentration of NaOH Corrosion temperature Corrosion time Corrosion surface : HC1, HNO3, CH3COOH,Na0H : %(5, 10, 20, 30,40) : %(5, 10,20, 30, 40) : %(20,40,60,80,100) : %(1,2,3,4,5) : Solution boiling temperature : Different :50 cm2 Corrosion application type: Liquid, vapour. After the comparison at corrosion test results, it was understood that coatings in which ammonium bichromate pore filling is applied have higher corrosion resistance. The major mass loose was observed in concentrate HC1 solu tion as 0,45 g/dm2day. The resistance of thermal shock of coating are measured under the unfilled pores and filled pores condition. The average thermal shock temperatures are as follows: Material Low C Steel Cast Iron Coating ZrO, ZrO, ZrO. ZrO, ZrO, ZrO, ZrO, ZrO, During the thermal shock, the calculation of stresses in coating, metal and interface was explained. The normal stress in coating is: e. E. $ o = _ 55 s 1 + *. z - XX -where, is relative % elongation between tha coating and ceramic, Em is elastic modulus of metal, $ eaual2 coatings very usefull in the following applications: - The insulation of combustion chamber in internal combustion engines, - The various application in heating, - Various places in chemical industry, - Food industry and medical industry, - Civil engineering, mining, marine industry, - Engineering applications which require high wear resistance, - Clarifying of industrial wastes. - xi -
Benzer Tezler
- Thermal and mechanical behaviour of plasma-sprayed oxide ceramic coatings on steels
Başlık çevirisi yok
MURAT VURAL
- 7075 alüminyum alaşımı üzerinde oluşturulan mikro ark oksidasyon kaplamaların aşınma ve korozyon dayanımına zirkonya partikül takviyesinin etkisi
Effect of zirconia particle addition on wear and corrosion resistance of micro arc oxidation coatings fabricated on 7075 aluminum alloy
NURHAN ERK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Investigating the effects of micro arc oxidation (MAO) process on thermal and elevated temperature mechanical properties of AZ91 MG alloy
AZ91 MG alaşımlarının termal ve yüksek sıcaklık mekanik özelliklerine mikro ark oksidasyon (MAO) prosesinin etkilerinin incelenmesi
EKİN SELVİ
Doktora
İngilizce
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Düşük basınçlı döküm kalıpları için poteyaj uygulamasına alternatif termal sprey yöntemleri ile termal bariyer kaplama uygulaması
An alternative methods for poteyaj application with thermal spray thermal barrier coating application in low pressure die casting
SAMET TÜRKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EKREM ALTUNCU
- Wear behaviour of multilayer coated WE43 magnesium alloy
Çok katmanlı kaplanmış WE43 magnezyum alaşımının aşınma davranışı
MERTCAN KABA
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
PROF. DR. UĞUR MALAYOĞLU