Mekanik alaşımlama yöntemi ile süperalaşım altlık yüzeylerinde Al-Si esaslı kaplamaların üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Al-Si based coatings on superalloy substrates via mechanical alloying method
Yazar: SERHAN KÖKTAŞ
Danışman: PROF. DR. ALİ BÜLENT ÖNAY
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum-silisyum alaşımlar = Aluminum-silicon alloys ; Karakterizasyon = Characterization ; Mekanik alaşımlama = Mechanical alloying ; Süper alaşımlar = Superalloys ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Süperalaşımlar, yüksek sıcaklıklarda sahip oldukları üstün mekanik özellikleri sayesinde öncelikli olarak enerji ve havacılık alanlarında kullanılan ve sistemlerin en kritik bölgelerinde tercih edilen alaşımlardır. Kullanılan bu özel alaşımların performanslarını iyileştirmek amacı ile yüksek sıcaklıklarda gösterdikleri korozyon özelliklerinin de geliştirilmesi yüksek önem taşımaktadır. Bu amaç ile gerçekleştirilen tez çalışmasında, nikel esaslı süperalaşım altlık yüzeyinde, mekanik alaşımlama yöntemi uygulanarak, Al-Si alaşım ve Al-Si alaşım matrisli kompozit kaplamaların yapılması amaçlanmıştır. 

Öncelikle, mekanik alaşımlama sürecinin kaplama üretim koşullarının optimize edilmesi amacı ile farklı bilye boyutu, alaşımlama süresi ve proses kontrol ajanı (PCA) ilavesi kontrol edilerek uygun kaplama parametreleri belirlenmiştir. Uygulanan kaplamaların ara yüzey ile ilişkilerini belirlemek için kesit incelemeleri, kaplama yüzey özelliklerini belirlemek içinse yüzey incelemeleri gerçekleştirilmiş, faz yapılarının belirlenmesi için XRD yöntemi uygulanmış, yüzey pürüzlülüğü parametrelerinin ve ara yüzey uyumunun geliştirilmesi amacı ile kaplama sonrası kontrollü atmosferde kısa süreli ısıl işlemler uygulanmıştır. Son olarak 200 saatlik oksitleme çalışmaları ile ağırlık kazanımı, yüksek sıcaklık oksidasyon direnci ve aşınma özellikleri incelenmiştir. Yapılan kaplama çalışmalarının hem aşınma hem de yüksek sıcaklık oksidasyon dirençlerini geliştirmeye yönelik Al-Si alaşım matrisli metal-oksit kompozit kaplama çalışmaları yapılmış ve standart Al-Si alaşım kaplamalar ile karşılaştırmaları yapılarak yüksek sıcaklık ortamında çalışmaya uygun kaplama karışımları belirlenmiştir. 

Sonuç olarak, mekanik alaşımlama yöntemi uygulanarak süperalaşım altlıklar üzerinde Al-Si esaslı alaşım ve kompozit kaplamalar başarıyla üretilmiş,  kaplamaların yüzey özellikleri, yüksek sıcaklık korozyonu, aşınma ve sertlik açısından değerlendirilerek karakterize edilmiştir.

Abstract:
Superalloys are alloys primarily used in energy and aerospace fields and preferred in the most critical parts of systems, thanks to their superior mechanical properties at high temperatures. In order to improve the performance of these special alloys used, it is of great importance to improve the corrosion properties of these special alloys at high temperatures. For this reason, in this present thesis, it was aimed to make Al-Si alloy and Al-Si alloy matrix composite coatings on the nickel-based superalloy substrate by applying the mechanical alloying method.

Primarily, suitable coating parameters were determined by controlling the different ball sizes, alloying time, and process control agent (PCA) addition in order to optimize the coating production conditions of the mechanical alloying process. Cross-section studies were carried out to determine the relationship of the applied coatings with the interface, and surface examinations were carried out to determine the coating surface properties, XRD method was applied to determine the phase structures, and short-term heat treatments were applied in a controlled atmosphere after the coating in order to improve the surface roughness parameters and interface compatibility. Finally, weight gain, high-temperature oxidation resistance, and wear properties were investigated with 200-hour oxidation studies. Al-Si alloy matrix metal-oxide composite coating studies have been carried out to improve both wear and high-temperature oxidation resistance of the coating studies, and coating mixtures suitable for working in high-temperature environments have been determined by making comparisons with standard Al-Si alloy coatings.

As a result, Al-Si based alloy and composite coatings were successfully produced on superalloy substrates by applying the mechanical alloying method, and the surface properties of the coatings were evaluated in terms of high-temperature corrosion, wear, and hardness.