Production and characterisation of bond coat on nickel based superalloy
Nikel esaslı süperalaşım üzerinde bağ kaplamasının oluşturulması ve karakterizasyonu
- Tez No: 389215
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Gaz türbinleri, teknolojinin birçok alanında, enerji üretiminde kullanılmak üzere tasarlanmış ve enerji ihtiyacıyla doğru orantılı olarak gelişimleri devam etmiştir. Türbin içerisindeki çalışma ortam sıcaklığının günden güne artırılması ve aşındırıcı atmosfer, bu ortamda çalışabilecek, dayanıklı bıçak ve kaplamalara olan gereksinimini de artırmaktadır. Bu sebeple gaz türbinlerinde kaydedilecek yeni teknolojik gelişmeler, bu türbinlerin önemli parçaları olan bıçak, kanatçık (vane) gibi elemanlarında yapılacak olan gelişmelere birebir bağlıdır. Türbin motoru içerisine beslenen gaz, türbin disklerinin daha hızlı dönmesini dolayısıyla uçak üzerinde itme gücü (thrust) oluşmasını sağlar. Beslenen gaz sebebiyle türbin parçalarının yüksek sıcaklık (1090°C'yi aşan sıcaklıklar) ve basınca maruz kalır ve bu elemanlar üzerinde erozyon, oksidasyon, korozyon ve termal yorulma çatlakları gibi hasarlara yol açıp parçaların servis sürelerinin kısalmasına neden olur. Bu aşındırıcı etkilerden parçaları korumak için çevreye-dirençli kaplamalar (environment-resistant coating) ve termal bariyer kaplamalar kullanılır. Yüzey kaplamalarında üzerinde yapılan çalışmalar sonucu, yüksek oksidasyon direnci, nikel esaslı süper alaşımlara uygulandığında kararlı bir yapı sergilemesi ve diğer mekanik ve fiziksel özellikleri sebebiyle difüzyon alüminat (aluminides) kaplamalar en çok tercih edilen kaplama tipi olmuştur. Aluminat difüzyon kaplamaları, türbinin sıcak bölümlerinde kullanılan nikel esaslı olan bıçakların yüzeylerinde kullanılıp yüksek sıcaklıkta meydana gelen oksidasyon ve korozyona karşı bıçakları korurlar. Bu kaplamalar, yüksek sıcaklıklarda (900°C'nin üstünde) koruyucu ve yavaş yavaş büyüyen oksit (Al2O3) filmleri oluşturma özelliklerine sahiptirler. Bu sebeple Al2O3için bir bakıma rezervuar görevi üstlenirler. Süperalaşımlar üzerine uygulanan difüzyon aluminat kaplamaları, içe doğru (inward) ve dışa doğru (outward) difüzyon süreçleri sonucu oluşan mikroyapılara göre sınıflandırılmıştır. İçe doğru difüzyon, alüminyum aktivitesinin nikel aktivitesinden daha yüksek olduğu durumlarda meydana gelip alüminyum uygulandığı yüzeyden süperalaşımın içine doğru olan difüzyon hızı, nikelin süperalaşımdan kaplamaya doğru olan hızından daha yüksektir. Alüminyumun yüksek aktivitesi sonucu, en dış yüzeyde kırılgan yapıda δNi2Al3 oluşur. Aluminuymun yüksek difüzyonu sırasında bir kısım nikelde difüzyona uğrayarak δNi2Al3 hemen altında β-NiAl arametalik (intermetallic) fazı oluşur. Bu tür bir kaplama, hem kırılgan hem de düşük erime sıcaklığına sahip olup, kırılgan δNi2Al3 fazını daha az kırılgan yapıda olan ve alüminyum miktarınca zengin βNiAl (Al >50 at. %) fazına dönüştürmek için ek bir ısıl işleme ihtiyaç vardır. Dışa doğru difüzyon, alüminyum aktivitesinin nikel aktivitesinden düşük olduğu yüksek sıcaklık işlemlerinde (980-1090°C) gerçekleşir. İçe doğru difüzyonla oluşan kaplama ile karşılaştırıldığında, altlık bünyesinde bulunan refrakter elementler daha yavaş bir şekilde altlıktan kaplamaya doğru difüzyona uğrar ve burada oluşan NiAl fazı içerisinde alüminyum miktarı düşüktür (hypostoichiometry -Al
Özet (Çeviri)
The gas turbine produced energy is directly related the operating temperature therefore higher operating temperatures is required for energy production. The requirements need higher temperature capability materials and associated technologies such as improved oxidation and environmental coatings. Therefore, for elevated temperature application, Nickel-base superalloys are the best choice and they have become the standard for industrial gas turbines hot gas path components such as buckets, nozzles, and shrouds. Even though the base material provide great features for this kind of application the component has surface damage caused by oxidation and hot corrosions shortened the service life. Therefore, the blade protection is essential, and the solutions lead the protective coating layer of the turbine blades. For protection of the hot gas path component and better working condition of turbine, the coating must meet the engine operating condition requirements. It must withstand hot corrosion, oxidation, and erosion and static and alternate stresses applied to the blade surface; to this end the coating must have the requisite combination of strength and ductility. Besides, it must show good stability and not degrade the blade material mechanical properties. In the light of previous information, the thesis focus on the production of aluminide coating on the nickel based superalloys, Inconel 718 (IN718) by cold gas dynamic spray coating method. The method is promising technique because its working temperature relatively low when compares with the thermal barrier coatings methods. The main action of the study is examining the diffusion behavior of cold sprayed aluminum, nickel and other constituent elements of superalloy and understanding the formation of diffusion zones. Accordingly, some part of the specimens is coated only with unalloyed aluminum and remaining parts are coated with unalloyed aluminum and nickel separate steps (First Al is coated on substrate than Ni is coted on Al surface). In both sample groups, Al activity is higher than Ni (Al diffusion rate higher than Ni-DAl>DNi), because of being in elemental state. Especially, only Al coated and annealed at higher temperature (700°C, 850°C, 900°C for 24h- 950°C, and 1000°C, 1050°C for 1 h) samples clearly show three layered coatings and roughly name of these layers are, from surface to substrate, refractory element precipitates, NiAl, and Carbide layers. The multilayered coating is also called as“inward diffusion coatings”because of the high diffusion rate of Al than Ni (DAl>DNi). The samples that are coated only Al and annealed at 500°C, 600°C for 24h, represent the basic formation of Al3Ni and Al3Ni2 intermetallic that are the production of first interaction of Al and Ni below the 640°C (Melting temperature of Al). Moreover,thisis a result of predominant inward diffusion of aluminum from the aluminum layer, which causes the coating layer to grow into the substrate starting from its surface. The standard three layered (multilayered) structure is formed at specimens that are annealed at 700°C, 850°C, 900°C, 950°C, 1000°C,1050°C. The first zone of the multilayer is outer zone that includes refractory elements precipitates (α-Cr, Fe) in the AlNi matrix and that is formed by dominant diffusion of Al (inward diffusion) throughout to the substrate. In addition, AlNi phase is hyper stoichiometric (NiAl containing greater than 50 Al %at.). Second zone (middle zone) is formed by both inward and outward diffusion of Al and Ni that creates uniform AlNi phases (hypo stoichiometric AlNi- Al
Benzer Tezler
- Farklı kompozisyonlara sahip termal bariyer kaplama (TBC) sistemlerinde oluşan sıcak korozyon ve cao-mgo-al2o3-sio2 (Cmas) etkisinin incelenmesi
Investigation of hot corrosion and cao-mgo-al2o3-sio2 (Cmas) effect on thermal barrier coating (TBC) systems with different compositions
YASİN ÖZGÜRLÜK
Doktora
Türkçe
2020
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN AHLATCI
- Termal bariyer kaplamaların elektro biriktirme yöntemleriyle üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of thermal barrier coatings by electrodeposition method
KÜRŞAD OĞUZ OSKAY
Doktora
Türkçe
2019
Mühendislik BilimleriErciyes ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLAL DEMİREL
- Lantan zirkonat esaslı termal bariyer kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of lanthanum zirconate based thermal barrier coatings
MUHAMMET KARABAŞ
Doktora
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL YILMAZ TAPTIK
- Fonksiyonel derecelendirilmiş Al2O3/CYSZ termal bariyer kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Al2O3/CYSZ functionally graded thermal barrier coatings
FATİH KIRBIYIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
- Çok katmanlı CYSZ / Al2O3 AND CYSZ / Al2O3+YSZ termal bariyer kaplamaların üretimi ve ısıl-mekanik özelliklerinin belirlenmesi
Production of multilayer CYSZ / Al2O3 AND CYSZ / Al2O3+YSZ thermal barrier coatings and determination of thermal-mechanical properties
MEHMET MÜMTAZ DOKUR
Doktora
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER