Östenitik paslanmaz çeliğin bor katkılı Ni3Al ile kaplanabilirliğinin araştırılması
Investigation of boron doped Ni3Al coating of austenitic stainless stell
Yazar: MEHMET AKKAŞ
Danışman: DOÇ. DR. SERMİN OZAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Yüksek sıcaklık korozyon direncini çok ekonomik ve hızlı bir yöntemle geliştirmek mümkün olacaktır. Üstelik çok özel bir cihaz ve ekipman gerektirmemesi yöntemin her yerde uygulanabilmesini sağlayacaktır. Östenitik paslanmaz çelikler %12 Cr %8 Ni içeren çeliklerdir. Bu çeliklerin mikroyapıları ısıl işlem ile değiştirilemez. Yapı bütünüyle östenitten oluşur. Bu çeliklerde   karşılaşılan başlıca sorun 900 ile 500 ºC arasında görülen karbür çökelmeleri ve yüksek Cr?lu olanlarda karşılaşılabilecek sigma fazıdır[1]. Özellikle karbürler tane sınırlarına çökelerek lokal bileşimi bozmakta, (Cr miktarı azaltmakta) ve tane sınırı korozyonuna yol açmaktadırlar. Dolayısıyla soğutma esnasında bu sıcaklıkların çabuk geçilmesi gerekir[2].
Östenitik paslanmaz çelikler başlıca; medikal, mutfak malzemeleri, gıda, enerji ve gemi endüstrisi gibi alanlarda kullanılmaktadırlar. Bu malzemelerin ekonomik yollarla aşınma ve korozyon dirençlerinin arttırılması kullanım alanlarını genişletecektir[3]. Bu amaçla bugüne kadar boyama, polimer kaplama ve seramik kaplama çalışmaları ve yüzey modifikasyon işlemleri kullanılmıştır. Östenitik paslanmaz çeliklerin yüksek sıcaklık, aşınma ve korozyon dayanımlarını geliştirebilecek potansiyel bir uygulama, bu malzemelerin yüzeyinin metaller arası bileşiklerle kaplanmasıdır. Günümüzde bu yönde bir çok çalışma yapılmaktadır. Kaplama yöntemi olarak buhar faz, toz püskürtme, plazma püskürtme, lazer püskürtme, TIG eritme gibi yöntemler uygulanmaktadır[4-5-6]. Son zamanlarda yeni bir yöntem olarak SHS (Self Propogating High Temperature Synthesis) yani kendi kendine ilerleyen yüksek sıcaklık sentezlemesi yöntemi de kullanılmaya başlamıştır. SHS, termit yöntemine benzer bir yöntep olup, ilk toz karışımının ateşlenmesi ile oluşan yanma dalgasının ilerlemesiyle meydana gelen egzotermik bir reaksiyonla kısa sürede uygulanabilen ekonomik ve kolay bir üretim yöntemidir. Reaksiyon esnasında meydana gelen sıcaklık oluşan bileşiğin ergime sıcaklığına ulaşmaktadır[7]. Reaksiyon hızı çok yüksektir. Dolayısıyla, oluşturulan reaksiyon ısısı kullanılarak hem bileşik oluşturmak hem de aynı anda kaplanacak yüzeyle birleşme sağlanması SHS ile kaplama yönteminin esasını oluşturmaktadır.[8]
Bu çalışmada, AISI 304 östenitik paslanmaz çelik malzemesine SHS yöntemiyle Ni3Al tozu kaplanarak elde edilen malzemelerin mikro yapılarına ve mikro sertlik değerlerine üretim parametrelerinin etkileri araştırılmıştır. 
Kaplama esnasında paslanmaz çelik türünün etkisi ve kaplama malzemesi olarak kullanılacak metalik tozlar değişken parametreler olarak seçilmiştir. Kaplanmış malzemelerin mekanik özelliklerini belirlemek amacıyla numunelere mikrosertlik testleri uygulanmıştır. 
Yapılan çalışmalar sonucunda; seçilen malzemeye SHS yöntemi ile yapılan kaplamada paslanmaz çelik türünün etkisi ve kaplama malzemesi olarak kullanılacak metalik tozlar değişken parametrelerinden en uygun olanı belirlenmesi amaçlanmıştır.
Bu çalışmanın birinci bölümünde konuya giriş yapılmıştır. İkinci bölümde paslanmaz çelikler ile östenitik paslanmaz çelikler tanıtılmıştır. Üçüncü bölümde metallerarası bileşikler hakkında bilgi verilmiştir. Dördüncü bölümde Alüminyum esaslı intermetalik bileşikler hakkında bilgi verilmiştir. Beşinci bölümde Nikel Alüminyum İntermetalik fazların oluşum mekanizması hakkında bilgi verilmiştir. Altıncı bölümde Nikel Alüminatların reaktif işlenmesi hakkında bilgi verilmiştir. Yedinci bölümde Nikel Alüminid kaplamaların termodinamiği hakkında bilgi verilmiştir. Sekizinci bölümde deneysel çalışmalar detaylı olarak incelenirken, deney sonuçları irdelenmiştir. Dokuzuncu son bölümde çalışma sonunda elde edilen genel sonuçlar değerlendirilmiştir. 

Anahtar Kelimeler: SHS, AISI 304L, Ni3Al, Kaplama, İntermetalikler

Abstract:
With this method high-temperature corrosion resistance can be improved in the very economic and rapid way. Moreover, the method does not require a special apparatus and equipment and thus it can be applied even an ordinary place. Austenitic stainless are the steels which contains %12 Cr % 8 Ni. Microstructure of these steels can not be changed they have a by heat treatment. Fully austenitic structure. The main problem encountered in steels is carbides forming between 900 and 500  ºC and sigma phase, with high Cr contents Carbides precipitates in the grain boundaries and lead to a grain boundary corrosion (reducing the amount of Cr). Therefore, during cooling, these temperature must be passed rapidly.
Austenitic stainless steels are used in the areas such as the major, medical, kitchen supplies, food, energy and shipping industry. Increasing the wear and corrosion resistance of these steels will expand the application fields. For this purpose, so far paint, polymer coating and ceramic coating and surface modification processes have been used in studies. A potantial application to improve high temperature wear and corrosion resistance is to coat the surfaces of this materials with a intermetallic compounds. Nowadays, a lot of work have been done in this field. Vapor phase deposition, powder spraying, laser spraying, TIG methods are applied, as coating methods. Recently, as a new method, SHS (Self Propogating High Temperature Synthesis) namely high-temperature synthesis method has been used for the self-advancing. SHS, for surface coating. It is an economic and easy method similar to thermit reaction in which an exothermic reaction provides forming intermetallic and welting the substrate surface with a flame propogation after the first ignation. The reaction created during the reaction increases the temperature up to the melting temperature of the compound. The reaction rate is very high. Therefore, using the heat of reaction both to form the compound and joint the compound with the substrate is the principle of this method.   
In this study, AISI 304 austenitic stainless steel material, the method of SHS powder coated Ni3Al micro-structures and micro-hardness values of the materials investigated the effects of production parameters.
The effect of the type of stainless steel as a coating material during coating and metallic powders to be used is chosen as variable parameters. Microhardness tests were applied to the samples to determine the mechanical properties of coated materials.
After the study, the coating of stainless steel type of material chosen by the method of SHS effect and the variable parameters of metallic powders to be used as a coating material to determine the most appropriate one.
In the first part of this study is made of an introduction. In the second part of austenitic stainless steels is presented to stainless steels. The third section provides information on compounds to metals. The fourth chapter provides information on aluminum-based intermetallic compounds. In the fifth chapter provides information on the formation mechanism of nickel-aluminum intermetallic phases. The sixth chapter provides information on the processing of nickel-reactive aluminates. Nickel aluminide coatings are given information about the thermodynamics of the seventh chapter. Experimental studies are examined in detail in the eighth section, which were analyzed experimental results. Working at the end of the last section is obtained the ninth overall results.

Keywords: SHS, AISI 304L, Ni3Al, Coating, Intermetallic