Kutu sementasyon yöntemiyle alüminyum kaplanmış Ti6Al4V alaşımının oksidasyon davranışının incelenmesi
Investigation of the oxidation behavior of aluminum coated Ti6Al4V alloy by pack cementation method
Yazar: FERHAT YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. TUBA YENER ; DOÇ. DR. GÖZDE FATMA ÇELEBİ EFE
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alümina = Alumina ; Oksitlenme = Oxidation ; Sementasyon = Cementation ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys

Özet:
Titanyum bazlı alaşımlar üstün mekanik özellikleri hafif olmaları ve yüksek korozyon direncine sahip olmalarından dolayı havacılık, tıp ve savunma sanayii gibi alanlarda sıkça kullanılan bir malzemedir.Titanyum alaşımlarından olan Ti6Al4V alaşımı, bir α+β alaşımıdır. Ti6Al4V alaşımı iyi mekanik özellikler sergilemesine rağmen 400°C sıcaklıktan sonra mukavemetinde azalma meydana gelmektedir. Bu yüzden havacılık gibi malzeme ömrünün çok önemli olduğu alanlarda kullanım ömrünü uzatmak amacıyla bazı yüzey işlemleri yapılması gerekmektedir.Bu çalışmada Ti6Al4V titanyum alaşımına kutu sementasyon yöntemiyle Alüminyumlama yapılarak, kaplama tabakasının oksidasyon davranışı incelenmiştir. Kaplama işlemi 600 ve 800°C'de 4, 6 saat, 700°C'de 4, 6 ve 8 saatte gerçekleştirilmiştir. Kaplama sonrası yapılan sertlik ölçümlerinde, Ti6Al4V alaşımının 320 HV olan sertliğinin 600 HV değerine arttığı görülmüştür. Yüzeyde homojen ve sürekli alüminyumca zengin kaplama tabakasına, 700°C sıcaklık 6 saat tutma süresinde ulaşılmıştır.Alüminyumlama yapılmış ve işlem görmemiş numunelere farklı sıcaklık ve sürelerde oksidasyon testlerine tabii tutulmuştur. Bu testler 800, 850 ve 900°C sıcaklıkta 4, 20 ve 40 saat gerçekleştirilmiştir. Oksidasyon testleri öncesi ve sonrası ağırlık tartımları yapılıp, ağırlık kazançları karşılaştırılmıştır. En fazla ağırlık artışının işlem görmemiş numunede olduğu belirlenmiştir.Al kaplanmış numunelerde oksidasyon sonrasında yüzeyinde Al2O3 oksit tabakası görülürken, işlem görmemiş numune üzerinde ise TiO2 oksit tabakası oluşmuştur. Oksidasyon testinde 900°C'de sürenin artmasıyla beraber 4 ve 6 saat kaplanan her iki numunede de oluşan kaplama tabakasının döküldüğü görülmüştür. Oksidasyon yapılan numunelere gerçekleştiren karakterizasyon işlemleri sonucunda 6 saat alüminyumlanmış numunenin 4 saate göre oksidasyon direncinin daha fazla olduğu görülmüştür. Oksidasyon sonrası hesaplanan aktivasyon enerjileri işlem görmemiş numunenin 181,13 kJ/mol, 700°C 4 saat alüminyum kaplanmış numunenin 464,79 kJ/mol ve 700°C 6 saat alüminyum kaplanmış numunenin ise 530,93 kJ/mol şeklinde hesaplanmıştır.

Abstract:
Titanium-based alloys are a material frequently used in areas such as aviation, medicine, and defense industries due to their superior mechanical properties, such as lightweight, and high corrosion resistance. Ti6Al4V alloy, which is one of these titanium alloys, is an α+β alloy. Although Ti6Al4V alloy exhibits good mechanical properties, hovewer its strength decreases after 400°C. Therefore, some surface treatments are required to ensure its use in areas where material life is very important, such as aviation.In this study, the oxidation behavior of the coating layer was investigated by aluminizing the Ti6Al4V titanium alloy with the pack cementation method. The coating process was carried out at 600, 800°C for 4, 6, and at 700°C for 4, 6 and 8. Hardness measurements of aluminised samples showed that the hardness values  increased from 320 to 600 HV for the coating layer compared to the bare Ti6Al4V alloy. The homogeneous and continuous aluminum-rich coating layer on the surface was obtained for 700°C and 6 hours process  time.Aluminized and untreated samples were subjected to oxidation tests at different temperatures and times. These tests were carried out at 800, 850, and 900°C for 4, 20, and 40 hours. Weights of the samples were determined before and after oxidation tests, and weight gains were compared. It was observed that the highest weight gain were obtained for the untreated sample.Al2O3 oxide layer was observed on the surface of the Al-coated samples after oxidation, while an TiO2 oxide layer was formed on the untreated sample. It was observed that the oxide layer formed in both of the samples, which were coated for 4 and 6 hours, was dramatically increased with the oxidation time. As a result of the characterization processes performed on the oxidized samples, it was observed that the oxidation resistance of the sample aluminized for 6 hours was higher than that of 4 hours. After oxidation process, calculated activation energies are 181,13kJ/mol for the bare sample, 464,79 kJ/mol for 4 hours aluminum coated at 700°C, 530,93 kJ/mol for 6 hours aluminum coated at 700°C respectively.