Inconel üzerine kaplanmış Cryaln ve CrYN kaplamaların yüksek sıcaklık oksidasyon direncinin araştırılması
Investigation of high temperature oxidation resistance of Cryaln and CrYN coatings covered on inconel
Yazar: FATİH SERT
Danışman: PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Seramik kaplama = Ceramic coating ; Yüzey kaplama = Surface coating ; Yüzey kaplama malzemeleri = Surface coating materials ; Yüzey kaplama yöntemleri = Surface coating methods

Özet:
Süperalaşımlar; gaz türbinleri, fırınlar, roket tahrik sistemleri vb. yüksek sıcaklık dayanımı gerektiren uygulamalarda son yıllarda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Genel itibariyle süperalaşımların talaşlı işlenebilirlik özellikleri her ne kadar zor olsa da sahip olduğu yüksek ısıl direnç, aşınma dayanımı ve sertlik özellikleri bilhassa yüksek sıcaklık uygulamalarında bu tür malzemelerin yaygın kullanımına yol açmıştır. Bu çalışmada, taban malzemesi olarak nikel esaslı süperalaşımlar grubundan Inconel 600 kodlu malzeme seçilmiştir. Bu malzemenin halihazırda tatminkar olan yüksek sıcaklık dayanım verilerini daha da geliştirmeye yönelik yapılan bu çalışmada malzeme yüzeyine ince film kaplaması yapılarak istenilen sonuçlara ulaşılması hedeflenmiştir. Kaplama tekniği olarak fiziksel buhar biriktirme yöntemi ve bu yöntemin bir uygulama şekli olan kapalı alan dengesiz manyetik alanda sıçratma tekniği (CFUBMS) kullanılmıştır. Yüksek sıcaklık ve aşındırıcı etkilere dayanıklı ikili CrN ince kaplamaların mevcuttaki işlevsel özellikleri göz önünde bulundurularak bu kaplama yapısına Al ve Y elementlerinin dâhil edildiği CrYAlN/CrYN (Run 1) ve CrYN/CrN (Run 2)  gradyan (geçişli) - kompozit yapılı ince film kaplamaların mevcut yüksek oksidasyon dayanım verilerini ne kadar iyileştirebildiği ayrı ayrı araştırılmıştır. Bu amaçla, 20 adet taban malzeme eşit sayıda iki gruba ayrılarak  üç farklı zaman ve sıcaklık parametrelerinde işleme tabi tutulmuştur. Elde edilen numunelerden ısıl işleme tabi tutulmamış olanlarda mikrosertlik ölçümleri kıyaslanmıştır. Kaplamanın yapısal özelliklerinin karakterizasyonu taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile gerçekleştirilirken kaplama yapısındaki elementel kompozisyonun tespitinde enerji dağılım spektroskopisi (EDS) kullanılmış ve kaplamalardaki faz yapılarının tespiti için X-ışını kırınımı (XRD) analizi kullanılmıştır. Yapılan deneylerden elde edilen veriler sonucunda Run 1 kaplama yapısındaki ilave Al'nin, Run 2'ye kıyasla yüksek sıcaklık oksidasyonunu sınırladığı ve sıcaklık limitlerini arttıdığı görülmüştür.

Abstract:
Superalloys have been widely used in gas turbines, ovens, rocket propulsion systems and similar applications requiring high temperature resistance in recent years. In general, although the machinability properties of superalloys are difficult, their high thermal resistance, abrasion resistance and hardness properties have led to widespread use of such materials, especially in high temperature applications. In this study, Inconel 600 material was chosen from the nickel based superalloys group as the base material. In this study which aims to increase the high temperature resistance of this material which is already satisfactory, it is aimed to obtain the desired results with thin film coating on the surface of the material. As the coating technique, physical vapor deposition and closed area unbalanced magnetic field sputtering technique (CFUBMS) is used as an application method. Considering the current functional properties of CrN thin coatings resistant to high temperatures and abrasive effects, when Al and Y elements were added to this coating structure, it was investigated separately how much oxidation resistance improved in CrYAlN/CrYN (Run 1) and CrYN/CrN (Run 2) graded - composite thin film coatings. For this purpose, 20 base materials were divided into two groups of equal number and treated at three different time and three different temperature parameters. Microhardness measurements of the samples which were not heat treated were compared. Characterization of the structural properties of the coating was carried out by scanning electron microscopy (SEM), energy distribution spectroscopy (EDS) was used to determine the elemental composition in the coating structure and X-ray diffraction (XRD) analysis was used to determine the phase structures of the coatings. As a result, it has been observed that the additional Al in the Run 1 coating structure limits high temperature oxidation and increases the temperature limits compared to Run 2.