HVOF yöntemiyle kaplanmış küresel grafitli dökme demirin sıcak korozyon davranışının araştırılması
An investigation on hot corrosion behavior of spherical graphite cast iron coated by HVOF method
Yazar: RAMAZAN TUNCER
Danışman: PROF. DR. YILMAZ YALÇIN
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Küresel grafitli dökme demirler = Nodular graphite cast irons

Özet:
Endüstriyel uygulamalardaki yüksek çalışma sıcaklıklarında, malzemelerin ısı ve korozyona direnci önemli bir etkendir. Malzemeleri korozif ortamdan korumak için bazı kaplamalar uygulanmaktadır. Otomobillerin motorlarında, kirli yakıtların vanadyum ve sülfat ihtiva etmesinden dolayı bu tuzlar, yüksek sıcaklıktaki korozif aşınma oranını arttırmaktadır. Bu araştırmada, kaplanmış olan malzemelerin laboratuvar ortamında, yüksek sıcaklıklarda bu istenmeyen tuzlara karşı dayanımı ve meydana gelebilecek olası makro ve mikro yapı değişiklikleri incelenmiştir. Küresel grafitli dökme demir malzemeden hazırlanan numuneler, Termal Püskürtme yöntemlerinden Yüksek Hızlı Oksi-Yakıt (HVOF) yöntemi ile Amdry 9624 (NiCrAlY) ve Amdry 9951 (CoNiCrAl) metalik tozları ile kaplanmıştır. Kaplama tabakasının yapışma özellikleri Rockwell-C Adhezyon yöntemi ile analiz edilmiştir. Ayrıca kaplama yüzeylerine Vanadyum Pentaoksit (V2O5) ve Sodyum Sülfat (Na2SO4) tuz karışımı tatbik edildikten sonra kuyu tipi fırın içerisinde 500 oC, 600 oC ve 700 oC olmak üzere 3 farklı sıcaklıkta 6 saat bekletilerek Sıcak Korozyon testi uygulanmıştır. Sıcak Korozyon deneyine tabi tutulmuş numunelerin yüzeyindeki makro ve mikro yapı değişiklikleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve X Işınları Difraksiyonu (XRD) yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Rockwell-C Adhezyon testi sonucunda iki farklı metalik tozdan elde edilen, her iki kaplamanın da yapışma mukavemetinin VDI 3198 prensiplerine göre kabul edilebilir (HF1) kategoride olduğu belirlenmiştir. Amdry 9624 ve Amdry 9951 olmak üzere iki farklı metalik tozun HVOF yöntemiyle kaplanmış, 500 oC'de sıcaklıkta sıcak korozyon deneyine tabi tutulmuş numunelerde korozif tuzlarla ve atmosfer ile etkileşimi sonucunda herhangi bir korozyon ürünü oluşmadığı tespit edilmiştir. 600 oC ve 700 oC sıcaklıkta ise Amdry 9624 kaplamada, Ni3V2O8, NaCrV2O7 ve AlV2O4, Amdry 9951 kaplamada CO1.5Ni1.5(VO4)2 ve AlV2O4 vanadat bileşiklerinin korozyon ürünü olarak meydana geldiği tespit edilmiştir.  Sıcak korozyon deneyine tabi tutulmuş numunelerin yüzeylerinde vanadat bileşikleri halinde meydana gelen korozyon ürünlerinin SEM görüntülerinde ince, uzun ve kolonsal yapılar halinde bulunduğu belirlenmiştir. Her iki kaplamanın da altlık malzemeyi korozif dış etkilerden koruduğu ve kaplama tabakasından altlık malzemeye doğru herhangi bir difüzyon mekanizmasının oluşmadığı tespit edilmiştir. Sıcak korozyon deneyi sonrasında kaplama kalınlıklarında bariz bir azalmanın gerçekleşmediği gözlemlenmiştir.

Abstract:
Industrial applications have a significant impact on heat and corrosion resistance of materials at high operating temperatures. Some coatings are applied to protect materials from corrosive environment. Since automotive engines contain vanadium and sulphate in dirty fuels, these salts increase the rate of corrosive wear at high temperatures. In this study, the resistance of the coated materials to these undesirable salts at high temperatures in the laboratory environment and the possible macro and microstructural changes that may occur in the field were investigated. Samples prepared from spherical graphite cast iron material were coated with Amdry 9624 (NiCrAlY) and Amdry 9951(CoNiCrAl) metallic powders by High Volume Oxy-Fuel (HVOF) method from Thermal Spraying methods. The adhesion properties of the coating layer were analyzed by Rockwell-C Adhesion method. In addition, Vanadium Pentaoxide (V2O5) and Sodium Sulphate (Na2SO4) salt mixture was applied to the coating surfaces and then Hot Corrosion test was carried out in a well type oven at 500 ° C, 600 ° C and 700 ° C for 6 hours. Macro and microstructural changes on the surface of the samples subjected to the Temperature Corrosion test were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD) methods. It was determined that the adhesion strength of both coatings obtained from two different metallic powders as a result of the Rockwell-C adhesion test was in the acceptable (HF1) category according to VDI 3198 principles. Two different metallic powders, Amdry 9624 and Amdry 9951, were coated by HVOF method and samples tested at 500°C for hot corrosion were found to have no corrosion products with corrosive salts and interaction with the atmosphere. At temperatures of 600°C  and 700°C, Amdry 9624 coatings were found to be Ni3V2O8, NaCrV2O7 and AlV2O4, Amdry 9951 coatings CO1.5Ni1.5 (VO4) 2 and AlV2O4 vanadate compounds as corrosion products. It has been determined that the corrosion products in the form of vanadate compounds on the surfaces of the samples subjected to the hot corrosion test have thin, long and colonsal structures in the SEM images. It has been found that both coatings protect the substrate material from corrosive external influences and no diffusion mechanism from the coating layer to the substrate material occurs. It has been observed that there is no obvious reduction in coating thicknesses after the hot corrosion test.