Inconel 601 süper alaşımının %8 YSZ tozu ile termal bariyer kaplama sonrası korozyon ve termal şok dayanımlarının incelenmesi
Investigating the corrosion and thermal shock resistance of inconel 601 super alloy after thermal barrier coating with 8% YSZ powder
Yazar: NİDA NUR ERDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. AZİZ BARIŞ BAŞYİĞİT
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Korozyon = Corrosion ; Süper alaşımlar = Superalloys ; Termal bariyer kaplama = Thermal barrier coating ; Yüzey kaplama malzemeleri = Surface coating materials

Özet:
Demir esaslı, nikel esaslı, kobalt esaslı olmak üzere üç grupta kategorize edilen süper alaşımlar özellikle yüksek sıcaklık uygulamalarında tercih edilmektedirler. Nikel esaslı bir süper alaşım olan Inconel 601, kimya sanayi, havacılık, enerji üretimi, ısıl işlem, kimyasal arıtma ve gaz türbini motorları uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Her ne kadar süper alaşım malzemelerin mekanik özellikleri, aşınma, korozyon ve oksidasyona karşı dayanımları diğer metalik malzemelere kıyasla daha yüksek olsa da, bazı uygulamalarda bu özellikler tatmin edici seviyede olmamaktadır. Bu gibi durumlarda, süper alaşımlara ısıl işlem ve çeşitli endüstriyel kaplama işlemleri uygulanarak istenen teknolojik özellikler elde edilebilmektedir. Bu çalışmada, Inconel 601 altlık malzemesine bağ kaplama için NiCrAlY ve seramik üst kaplama için %8 YSZ toz kaplama malzemeleri ile ortalama olarak; 100, 200 ve 300 μm seramik üst kaplama kalınlıklarında termal bariyer kaplama sistemi oluşturulmuş olup,  SEM, EDS ve XRD analizleri yapılmıştır. Ardından numunelere %3,5 NaCl çözeltisi ile elektrokimyasal korozyon testi ve FCT termal şok yöntemi kullanılarak 1200 °C sıcaklıkta 8 döngü şeklinde termal şok testi uygulanmıştır. Elektrokimyasal korozyon testi sonrası, korozyon hızı değerleri ve SEM görüntüleri göz önüne alındığında, korozyon dayanımı en yüksek olan numunenin 100 μm seramik üst kaplama kalınlığına sahip numuneler olduğu belirlenmiştir. Termal şok testi sonrası numunelerin SEM görüntülerinde sinterlenme etkisine bağlı olarak gözenek ve çatlak oranının düştüğü, ancak daha yüksek sıcaklıklarda ve daha uzun servis koşullarında TGO tabakası kalınlığının artacağı göz önünde bulundurulduğunda, termal bariyer kaplama deformasyonu açısından 100 ve 200 μm seramik üst kaplama kalınlığına sahip numunelerin termal şok açısından daha güvenli olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
Superalloys, which are categorized in three groups as iron-based, nickel-based and cobalt-based, are especially preferred in high temperature applications. Inconel 601, a nickel-based superalloy, is widely used in the chemical industry, aerospace, power generation, heat treatment, chemical treatment and gas turbine engine applications. Although the mechanical properties of superalloy materials and their resistance to wear, corrosion and oxidation are higher than other metallic materials, these properties are not at a satisfactory level in some applications. In such cases, the desired technological properties can be obtained by applying heat treatment and various industrial coating processes to superalloys. In this study, a thermal barrier coating system was created with an average of 100, 200 and 300 μm ceramic top coating thicknesses with NiCrAlY for bond coating and 8% YSZ for ceramic top coating powder coating materials  to Inconel 601, and SEM, EDS and XRD analyzes were performed. Then, electrochemical corrosion test with 3.5% NaCl solution and 8 cycles of thermal shock test at 1200 °C using FCT thermal shock method were applied to the samples. Considering the corrosion rate values and SEM images after the electrochemical corrosion test, it was determined that the sample with the highest corrosion resistance was the samples with 100 μm ceramic top coating thickness. The pore and crack ratio decreases due to the sintering effect in the SEM images of the samples after the thermal shock test, but considering that the TGO layer thickness will increase at higher temperatures and longer service conditions, in terms of thermal barrier coating deformation, it was concluded that the samples with 100 and 200 μm ceramic top coating thickness were safer in terms of thermal shock.