Öz: Giriþ: Seramik malzemeler, yüksek sertlik, yüksek termal-korozyon dayanýmlarý ve düþük özgül aðýrlýk gibi özelliklerinden dolayý metal veya plastik üzerinde kaplanaraktan birçok avantaj saðlarlar. Alümina, zirkonya, titanya, silika veya serya gibi oksitli seramik kaplamalar malzemelerin aþýnma ve erozyon dayanýmlarýný iyileþtirmek için çok yaygýn kullanýlan malzemelerdir. Ayný zamanda bu kaplamalar yüksek termal genleþme katsayýsý, yüksek tokluk, yüksek rijitlik, yüksek aþýnma dayanýmý ve düþük termal iletkenlik gibi özelliklerinden dolayý baþta zirkonya olmak üzere gaz türbinleri ve motor kýsýmlarýnda sýcaklýða maruz kalan parçalarýn korunmasý içinde kullanýlmaktadýr. Gaz türbinlerinde yüksek sýcaklýða maruz kalan, aktarma kýsýmlarý, türbin kanatlarý, roket nozulleri, egzoz sistemleri, rulmanlar, halkalar ve burçlarda içten yanmalý motorlarda ise, piston silindir baþlarý, valfler, yanma odasý iç çeperi ve egzoz sistemlerinde kullanýlmaktadýr. Gaz türbin giriþ sýcaklýklarý her geçen gün artmaktadýr bundan dolayý her geçen gün seramik malzemeler üzerine yapýlan çalýþmalar da artmaktadýr. Seramik kaplamak motor verimi artýrýr, motor ömrünü uzatýr, yakýt tüketimi ve gaz emisyonunu azaltýr. 1000 uçak üzerinde yapýlan çalýþmada seramik kaplý gaz türbini parçalarý sayesinde bir yýlda 150 milyon yakýt tasarrufu yapýlmýþtýr. Plazma sprey yöntemi kaplamalara, iyi tribolojik davranýþ ve yüksek aþýnma dayanýmý saðlamaktadýr. Plazma sprey seramik kaplamalarýn aþýnma ve sürtünme davranýþlarý büyük oranda kaplamanýn birleþimi ve porozite, morfoloji, mikro çatlaklar, daðýlým gibi mikro yapýsal özellikler ile ilgilidir. Amaç: Bu araþtýrma Termal bariyer kaplamalarýn pin on disk cihazý ile iki farklý yükte, sabit çevresel hýz ve sabit çevrim sayýsýndaki kuru aþýnma davranýþýný incelemek amacýyla yapýlmýþtýr. Kapsam: Üretilen kaplamalar aþýnmaya ve sýcaklýða ayný anda maruz kalan yerlerde bilinen malzemelere alternatif olarak kullanýlabileceðinden kapsamlý bir çalýþma yapýlmýþtýr. Yapýlan araþtýrmada aðýrlýkça eþit olarak karýþtýrýlan seryum oksit(CeO2) titanyum oksit(TiO2)CT, seryum oksit itriya ile kararlý zirkonya(CYSZ), CYSZ alümina(Al2O3), CYSZ Al2O3 titanyum di oksit (TiO2), itriya ile kararlý zirkonya (YSZ), YSZ+Al2O3, YSZ+TiO2+Al2O3 tozlarý kaplanarak 7 farklý kaplama üretilmiþtir. Kaplamalarý oluþturan tozlarýn aþýnma karakteristiðine, aþýnma oranýna ve sürtünme katsayýsýna etkileri incelenmiþtir. Sýnýrlýklar: Aþýnma oraný hesabý, kütle kaybý ve aþýnma iz geniþliði yöntemleri ile bulunup karþýlaþtýrýlmýþtýr ayrýca profilometre ile aþýnma izlerinin profilleri çýkarýlmamýþtýr. Yöntem: Kaplamalar AISI 304 paslanmaz çelik üzerine yüksek hýzlý oksijen ve yakýt yöntemi ve atmosferik sprey plazma(APS) yöntemi ile kaplanmýþtýr. Seramik tozlar ticari olarak metco firmasýndan tedarik edilmiþ ve deðiþken mikron seviyesinde boyutlara sahiptirler. Tozlar kaplamadan önce bir deðirmen yardýmýyla karýþtýrýlaraktan hibrit haline getirilip daha sonra kaplanmýþlardýr. Aþýnma testi öncesi kaplamalarýn ortalama yüzey pürüzlülüklerinin 0,8 µm’den küçük olmasý için zýmparalama ve parlatma iþlemleri yapýlmýþ olup yüzey pürüzlülükleri ölçülmüþtür. Aþýnma testi ASTM G99-04’e göre pin on disk cihazýnda (Tribo Tester , France) 143 rpm hýzda ve en az 8000 çevrim olarak kuru ortamda yapýlmýþtýr. Aþýnma testinde 4N, 8N deðiþken yükler ve 6mm çapýnda alümina bilye kullanýlmýþtýr. Aþýnma testi sonrasý oluþan izlerin kalýnlýklarý ýþýk mikroskobu yardýmýyla ölçülmüþtür. Aþýnma oraný hesabý ASTM G99-04’e göre hem iz çapýndan hem de kütle kaybýndan yola çýkarak hesaplanmýþtýr. Üretilen kaplamalarýn yüzey görüntüleri aþýnma öncesinde ve sonrasýnda taramalý elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiþ olup mikro yapý ve aþýnma karakteristiði irdelenmiþtir. Aþýnan izlerden EDS analizi yapýlarak aþýnma þekli hakkýnda bilgi sahibi olunmuþtur. Bulgular: Üretilen kaplamalarýn kesit SEM fotoðraflarý incelendiðinde APS yönteminden olmasý gereken lamiler ve boþluklu bir mikro yapý görülmüþtür. Yüzey görüntülerinde ise kaplamalarda mikro çatlaklar, yarý ergimiþ tozlar ve boþluklar gözlemlenmiþtir. Aþýnma testi sonrasý yüzey SEM fotoðraflarýnda adhesive, abrazif, yorulmalý aþýnma izlerine rastlanmýþtýr. 4N yük altýnda, en yüksek sürtünme katsayýsý YSZ +Al2O3 ve CYSZ numunelerinde görülürken en düþük sürtünme katsayýsý ise CYSZ+Al2O3+TiO2 numunesinde görülmüþtür. 8N yük altýnda, en yüksek YSZ+ Al2O3 ve Ce2O3+TiO2 numuneleri en düþük sürtünme katsayýsý ise CYSZ+Al2O3 numunesinde görülmüþtür. Sonuç: Çalýþma sonunda, alümina ilavesi ile kaplamalarýn aþýnma oranýnýn belirgin þekilde azaldýðý görülmüþtür. Bazý numunelerde yük artmasýna raðmen aþýnma oranýnda belirgin artýþ olmamýþtýr bu numunelerin SEM fotoðraflarý incelendiðinde sývama þeklinde bir aþýnmanýn meydana geldiði anlaþýlmýþtýr. Ayrýca izlerden Aþýnma izinden yapýlan EDS analizlerinde aþýndýrýcý kürede bulunan elementlere rastlanmýþ olmasý adhesive aþýnma oluþtuðunu göstermektedir. CYSZ, CT ve YSZ+Al2O3 numunelerinde yükün artmasý sürtünme katsayýsýnýn ve aþýnma oranýnýn azalmasýna neden olmuþtur.
Anahtar Kelimeler: Aþýnma, Seramik Kaplamalar, Termal Bariyer Kaplamalar
|
