Gaz türbinli motorlarda erozyona dirençli kaplama geliştirilmesi: Yapısal-mekanik-tribolojik özelliklerin araştırılması
Development of erosion resistant coatings for gas turbine engines: Investigation of structural-mechanical-tribological properties
- Tez No: 993168
- Danışmanlar: PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Triboloji, Aşınma, Erozyon, Korozyon, PVD Multilayer Kaplama, Kapalı Alan Dengesiz Manyetik Alanda Sıçratma (CFUBMS), Ti64, Inconel 718, Gaz Türbinli Uçak Motoru Kompresör Kanatçıkları (Impeller), Taguchi Ortogonal Deney Tasarımı, Aşınma dayanımı, Eroziv aşınma, Film kaplama, PVD, Seramik kaplama, Yapışma performansı, Yüzey aşınması, Yüzey kaplama, Tribology, Wear, Erosion, Corrosion, PVD Multilayer Coating, Closed Field Unbalanced Magnetron Sputtering (CFUBMS), Ti64, Inconel 718, Gas Turbine Aircraft Engine Compressor Blades (Impeller), Taguchi Orthogonal Experiment Design, Wear resistance, Erosive wear, Film coating, Ceramic coating, Adhesion performance, Surface wear, Surface coating
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Bu çalışmada, TiN veya CrN gibi temel geleneksel ince seramik kaplamaların yenilikçi çoklu tabakalı kaplama mimarileri ile yapısal, mekanik ve tribolojik özelliklerinin iyileştirilmesi yönünde; Ti64 (Ti6Al4V) ve Inconel 718 (IN718) olarak değişen taban malzemeler ile Ti:TiN:TiAlN ve Cr:CrN:CrAlN olarak değişen kaplama yapılarının özelliklerinin etkileri dikkate alınarak, uygulanan değişken biriktirme parametrelerinin incelenmesi ve bu parametrelerin karakterizasyon analizlerine göre optimize edilmesi sayesinde esas olarak erozyon ve korozyon dayanımlarının geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Yöntem: Titanyum alaşım Ti64 ve nikel süper alaşım Inconel 718, gerçekleştirilen deneysel çalışmalar için taban malzeme olarak seçilmiştir. Gaz türbinli uçak motoru kompresör kanatçıklarını temsil eden bu numunelere, Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD) yöntemi kullanılarak, kapalı alan dengesiz manyetik sıçratma (CFUBMS) tekniğiyle belirlenen mimaride, Ti ve Cr esaslı çok katmanlı (multilayer) kaplamalar uygulanmıştır. Kaplama işlemi, dc ve pulsed-dc güç kaynakları ile gerçekleştirilmiş ve taban malzemelere aynı parametrelerle belirlenen Ti:TiN:TiAlN ve Cr:CrN:CrAlN kaplama yapıları uygulanmıştır. Böylece, taban malzeme ve kaplama türüne bağlı olarak dört farklı grupta kaplanmış deneysel numune elde edilmiştir. Kaplama sürecinde, biriktirme parametrelerinin kaplama özellikleri üzerindeki etkilerini belirlemek amacıyla Taguchi L4 (2³) ortogonal deney tasarımı doğrultusunda değişken biriktirme parametreleri uygulanmıştır. Bu parametrelerin kaplama özellikleri üzerindeki etkileri, karakterizasyon teknikleri kullanılarak sistematik olarak incelenmiştir. Bu kapsamda, kaplamaların yapısal, mekanik ve tribolojik özellikleri değerlendirilmiştir. Bulgular: Ti64 ve Inconel 718 taban malzemeler üzerine uygulanan 4 grup (4'er Run) Ti:TiN:TiAlN ve Cr:CrN:CrAlN multilayer kaplamaların yapısal, mekanik ve tribolojik testleri sonucunda; XRD faz pikleri, EDS elementel analizleri, SEM ve optik profilometre görselleri, mikrosertlikleri, pin-on-disk sürtünme-aşınma, çizik (scratch) adezyon, erozyon ve korozyon test bulguları elde edilmiştir. Taguchi L4 (23) ortogonal deney tasarımına göre belirlenen değişken biriktirme parametrelerinin kaplamaların karakterizasyonuna etkileri tespit edilmiştir. Sonuç: Gerçekleştirilen karakterizasyon analizlerinin sonuçlarına göre, kaplama uygulamalarının taban malzemelerin genel performansını iyileştirerek özellikle erozyon ve korozyon dayanımlarını artırdığı ve aynı zamanda sertlik, adezyon, sürtünme ve aşınma özelliklerini geliştirdiği gözlemlenmiştir. Belirlenen değişken biriktirme parametreleri arasında azot gaz akışı oranının kaplama karakteri üzerinde en etkili faktör olduğu belirlenmiş ve R2-R3 numunelerinin genel olarak üstün erozyon ve korozyon dayanımı sergilediği tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Purpose: In this study, the essential aim is to improve the structural, mechanical, and tribological performance of fundamental conventional thin ceramic coatings such as TiN and CrN by employing advanced multilayer coating architectures, wherein the effects of varying substrate materials, including Ti64 (Ti6Al4V) and Inconel 718 (IN718), and coating configurations, specifically Ti:TiN:TiAlN and Cr:CrN:CrAlN, are systematically investigated, and the enhancement of erosion and corrosion resistance is achieved through the examination and optimisation of the applied variable deposition parameters based on the characterisations. Method: Titanium alloy Ti64 and nickel superalloy Inconel 718 were selected as substrates for the experimental studies. Ti-based and Cr-based multilayer coatings were applied to these specimens representing gas turbine aircraft engine compressor blades using the Physical Vapor Deposition (PVD) method with the specified multilayer architecture deposited by the closed field unbalanced magnetron sputtering (CFUBMS) technique. The coating process was carried out using dc and pulsed-dc power supplies, and Ti:TiN:TiAlN and Cr:CrN:CrAlN coating structures were applied to the substrates with the same deposition parameters. Thus, four different groups of coated experimental specimens were obtained depending on the substrate and coating type. In the coating process, the selected variable deposition parameters were applied in accordance with the Taguchi L4 (2³) orthogonal experimental design in order to determine the effects of the deposition parameters. The effects of these parameters on the coating properties were systematically investigated using characterisation techniques. In this context, the structural, mechanical, and tribological properties of the coatings were evaluated. Findings: As a result of structural, mechanical, and tribological tests of Ti:TiN:TiAlN and Cr:CrN:CrAlN multilayer coatings applied on Ti64 and Inconel 718 substrates as four groups of four Runs each, XRD phase peaks, EDS elemental analyses, SEM and optical profilometer images, microhardness, pin-on-disc friction-wear, scratch adhesion, erosion, and corrosion test findings were obtained. The effects of variable deposition parameters on the characterisation of the coatings were determined according to the Taguchi L4 (23) orthogonal experimental design. Results: Based on the results of the characterisation analyses performed, it was observed that the coating applications improved the overall performance of the substrate materials by especially increasing erosion and corrosion durability while also enhancing hardness, adhesion, friction, and wear properties. Among the selected variable deposition parameters, the nitrogen gas flow rate was identified as the most influential factor affecting the coating characteristics, and the R2-R3 coated specimens generally exhibited superior erosion and corrosion resistance.
Benzer Tezler
- Kobalt bazlı haynes 188 süperalaşımında lazer kesim sonrasında oluşan recast tabakasının karakterizasyonu ve mekanik özelliklere etkisi
Characterization of recast layer formed on haynes 188 cobalt based superalloy by laser beam machining and effect on mechanical properties
AYBERK YENİCE
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CEVAT FAHİR ARISOY
- Solid particle erosion testing on turbine blade
Türbin kanatçıklarinda katı parçacık erozyon testi
AYHAN İSMAİL KIRCA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiEnerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLYAS KANDEMİR
- Gaz türbinli motorlarda performans analiz ve değerlendirme programları
Performance analysis and evaluation programs of gas turbine engines
ÖNDER TURAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
Sivil HavacılıkAnadolu ÜniversitesiSivil Havacılık Ana Bilim Dalı
PROF.DR. T. HİKMET KARAKOÇ
- Gaz türbinli motorlarda kompresör muhafaza bağlantı elemanlarının Ansys yazılımı ile parametrik analizleri
Parametric analyses of joint elements used on compressor casing of a gas turbine engine by using Ansys
FERHAT ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. BİLAL PAR
- Gaz türbinli motorlarda kullanılan model bir yakıcıda doğal gaz yanmasının sayısal analizi
Numerical analysis of natural gas combustion in a model combustion chamber of gas turbine engine
SELİM TANGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Sivil HavacılıkErciyes ÜniversitesiSivil Havacılık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NAFİZ KAHRAMAN