Refrakter metal alaşımlarının korozyon dirençlerini arttırıcı yüzey işlemlerinin geliştirilmesi
Development of surface coatings increasing corrosion resistance of refractory alloys
Yazar: CANDAN ŞEN ELKOCA
Danışman: PROF. DR. ALİ BÜLENT ÖNAY
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya = Chemistry ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Niyobyum = Niobium ; Yüksek sıcaklık malzemeleri = High temperature materials ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Yüksek ergime sıcaklığından dolayı, niyobyum (Nb) ve Nb bazlı alaşımlar geleneksel nikel bazlı süper alaşımların şu anki limitlerinden daha yüksek sıcaklıklardaki kullanım için umut vaat eden refrakter malzemelerdendir. Ancak, yüksek sıcaklık oksidasyonuna zayıf dirençlerinden dolayı Nb bazlı refrakter malzemelerin kullanımı için oksidasyon direncinde belirgin bir iyileştirme gerekir. Nb'u diğer alaşım elementleri ile alaşımlamak mekanik özelliklerini ve oksidasyon direncini bir dereceye kadar iyileştirir. Farklı yöntemlerden yararlanarak yoğun bir Al2O3 (alüminyum oksit) tabakası içeren alüminyum (Al) bazlı bir kaplama oluşturarak oksidasyon direncindeki bir iyileştirme Nb bazlı refrakter malzemelerin geliştirilmesi için olası bir yol olarak gözükmektedir.

Bu çalışmada, Nb baz metal üzerinde oksidasyona dayanıklı bir kaplama oluşturmak için halojen ile aktive edilmiş kutu sementasyonu (HAPC) ve ardından plazma elektrolitik oksidasyonu (PEO) kombine edilmiştir. Sementasyon tabakasının anodik oksidasyonuyla yüzeyde oluşan olası amorf ya da çeşitli kristal yapılardaki Al2O3 fazları daha sonra 1000oC'de (santigrat derece) 2 saat argon gazı altında tavlanarak oksidasyona dayanıklı α-Al2O3 (korundum) fazına çevrilmiştir.

Kombinasyonların performansını karşılaştırmak için tüm numuneler 4 saat süre ile 800, 900, 1000 ve 1100oC'de 4 saat süre ile havada oksitlenmişlerdir. Kaplamaların içyapı, morfoloji ve özelliklerini incelemek için stereo ve taramalı elektron mikroskopları (SEM) ve x-ışınları difraktometresi (XRD) kullanılmıştır.

Abstract:
Niobium and niobium-based alloys are candidate refractory materials for use at temperatures higher than those currently used by conventional nickel-based super alloys because niobium has a very high melting point. However, due to the weak resistance of niobium to high temperature oxidation, its oxidation resistance has to be increased. Alloying of niobium with other elements improves its high temperature strength, fracture toughness and oxidation resistance to some extent. Its seems that forming an Al-based coating at the surface is the preferable way for the development of niobium-based refractory materials.
                                                                           
In the current study, halide activated pack cementation and plasma electrolytic oxidation methods were used together to form an oxidation-resistant coating on the niobium base metal. First, amorphous Al2O3 (aluminium oxide) was formed by anodic oxidation of the cementation layer, then annealing in argon gas at 1000oC (celsius degree) for 2 hours was conducted in order to increase the oxidation resistance of α-Al2O3 ( corundum) layer.
 
The coated and treated samples were oxidized in air at 800oC, 900oC, 1000oC and 1100oC for 4 hours to compare the oxidation behavior of the samples. Stereo microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffractometry were used to study the microstructure, morphology and properties of the coatings.