Modeling and validation of high temperature corrosion's effect on al based coatings in superalloys
Süperalaşımlarda yüksek sıcaklık korozyonunun al esaslı kaplama üzerindeki etkisinin modellenmesi ve validasyonu
- Tez No: 915467
- Danışmanlar: PROF. DR. CEVAT SARIOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 52
Özet
Süperalaşımlar; nükleer ve yeşil enerji, havacılık gibi alanlarda yaygınca kullanılmaktadır. Bu uygulamalar esnasında malzemeler yüksek sıcaklık korozyonuna maruz kalmaktadır. Bu malzemelerin operasyon ömürlerini uzatabilmek adına alumina kaplamalar geliştirilmiştir. Alumina kaplamaların ömürleri matematiksel model kurularak tahmin edilebilir. Kaplama ömrü, substratın içeriği, difüzyon mekanizmaları ve kaplamanın içeriğiyle de doğrudan ilgilidir. Yuan ve arkadaşlarının çalışmasına göre kaplama ömrü, oksidasyon ve interdifüzyon olaylarının sonucu olan Al tükenmesine direkt olarak bağlıdır. Kaplamadaki Al tamamen tükendiği zaman, daha az koruma kabiliyetine sahip oksitler oluşmaya başlar ve kaplama bir Al kaynağı olmaktan çıkar. Oksidasyon davranışı, malzemenin kullanılacağı sıcaklık aralığında deneysel olarak gözlemlenmeden önce matematik modelleri kullanılarak incelenebilir. Bu modeller bir çok çalışmada da belirtilmiştir. Difüzyonun modeli Fick Yasası kullanılarak yapılır. Bazı çalışmalarda da oksidasyon modeli için ise Meier ve arkadaşlarının çalışmasında öngörülen model kullanılmıştır. Aynı zamanda çalışma koşullarında davranışı belirleyecek bir termodinamik modele de ihtiyaç vardır. Tüm bu modelleri kullanarak kaplama ömrünü tahmin etmede ise yeni teknoloji yazılımlar araştırmacılara destek sağlamaktadır. Bu çalışmada DICTRA-ThermoCalc yazılımı kullanılarak bir kaplama ömrü tahmini elde edilmiştir. Numune, Alumina oluşturan bond-coated bir Ni bazlı süperalaşım olarak seçilmiştir. Daha sonra gerçek numunenin yüksek sıcaklık korozyonu performansı literatürden incelenerek modelin validasyonunun yapılmıştır. Çalışmamızda β fazı 300 saatte tamamen tükenmiştir. Literatürdeki çalışmalara bakıldığında bunun doğru olduğu gözlemlenmiştir. β fazının devamlılığının sağlanması için gerekli Al değeri ağırlıkça %3-4 olarak belirlenmiştir. Literatürdeki sonuçlarda bu değerin altına düştüğü zaman β fazı devamlılığı sağlanamamaktadır. Bu çalışmada bir IN738 altlık ve üzerinde AMDRY960 kaplama bulunan bir sistem inceenmiş; kaplamadaki Al miktarı, 1150ºC'de ve normal basınçta, 300 saatlik oksidasyon ve difüzyon olayları sonrasında ağırlıkça %10'dan %4'ün altına düşmüştür ve β fazı tamamiyle tükenmiştir. Literatürdeki sonuçlara göre, bu simülasyon doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
Superalloys are being used widely in areas such as aviation, nuclear energy and green energy. In these applications, these materials are exposed to the high temperature corrosion. In order to increase the operating-lifetime of these materials, alumina coatings have been developed. The lifetime of these alumina coatings can be modelled mathematically. The lifetime strongly depends on substrate composition, diffusion mechanisms and coating composition. According to Yuan et. al., the lifetime of Al based coating is determined by oxidation and interdiffusion phenomena. When the coating has run out of Al, the less-protective oxides form and the coating fails to be a Al source. Oxidation behavior can be mathematically modelled before investigation in real life conditions at the desired temperature range. These models have been evaluated in various research. The diffusion model is based on Fick's Law of Diffusion. In various studies, Meier et. al.'s model of oxidation is used. In the meantime, there is a need for a thermodynamic model to determine the performance under the working conditions. There is new technology software to model and simulate the lifetime of the coating and these software are giving a helping hand to the researchers on the subject. In this work, the lifetime of a coating has been determined by using DICTRA-ThermoCalc software. Al diffusion and oxidation behavior inside the coating-substrate specimen will be examined. Specimen has been chosen as a Alumina forming bond-coated Ni-based superalloy. At the end, the results of high temperature corrosion performances from literature works is checked, and their results has been used for the validation of the model. According to literature work mentioned before, the critical value of Al to sustain the β-phase is 3-4%wt. When β-phase is depleted, alumina cannot be formed to protect the substrate thus leading to its failure. So, this phenomenon determines a coating's lifetime. In this work, an IN738 substrate coated with AMDRY960 bond coat system is simulated. Al content in the coating is found to be dropped from 10%wt. to below 4%wt. and β-phase almost completely depleted after 300 hours of oxidation at 1150 ºC at normal pressure. Literature work is presented to validate this simulation.
Benzer Tezler
- Modeling and sensitivity analysis the thermal behaviour of mass concrete with finite volume method
Sonlu hacim yöntemi ile kütle betonun ısıl davranışının modellenmesi ve hassasiyet analizi
FARZAD DANAEI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILMAZ AKKAYA
- Ekstrüzyon yöntemiyle polimer eriyik emdirme sistemlerinin proses optimizasyonu
Process optimization of polymer melt impregnation systems by extrusion method
MEHMET USTA
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. ALİİHSAN KOCA
- Kompakt grafitli dökme demirin delik delme işleminin incelenmesi ve sıcaklık modelinin oluşturulması
Investigation and thermal modelling of compacted graphite iron drilling
ALİ TANER KUZU
Doktora
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA BAKKAL
- Aynı kanallarda açısal ekstrüzyon probleminin sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Investigation of equal channel angular extrusion problem using finite element method
SEZGİN BİLGİLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ATAKAN ALTINKAYNAK
- Evaluation of EMEP SO2 emissions for Turkey using WRF-CMAQ modeling system
Emep SO2 emisyonlarının WRF-CMAQ model sistemi kullanılarak Türkiye için değerlendirilmesi
AMIRHOSSEIN ABDI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BURÇAK KAYNAK TEZEL