Plazma sprey termal bariyer kaplamaların ısıl ve mekanik özelliklerinin optimizasyonu

Abstract

Termal Bariyer Kaplamalar (TBK), havacılık ve enerji üretiminde görev alan gaz türbinlerinin sıcak kısımları başta olmak üzere, yüksek sıcaklık dayanımının istendiği sahalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Kullanımda olan mevcut kaplamaların termal, mekanik ve kimyasal özelliklerinde yapılacak olan iyileştirmeler; türbinlerin daha güvenli şekilde çalışmasını, türbin veriminin artmasını, türbin bakım aralıklarının uzamasını ve son derece pahalı olan sıcak kısım parçalarının ömürlerinin artmasını sağlayacaktır. Bu amaçla plazma sprey metodu ile elde edilmiş termal bariyer kaplamaların proses parametrelerinin değiştirilmesiyle farklı kaplamalar elde edilmiş, bu kaplamalar üzerinde ayrıca ön oksidasyon ve lazer sırlama modifikasyonları uygulanmıştır. Proses parametreleri ve modifikasyonların, ısıl ve mekanik özellikler üzerindeki etkisi incelenerek, daha iyi performans özelliklerine sahip, optimize edilmiş kaplamaların geliştirilmesi amaçlanmıştır. Numuneler üzerinde; termal şok direnci, oksidasyon dayanımı, statik tutunma mukavemeti, sertlik gibi hem mekanik hem de termal özelliklerin belirlenmesine yönelik çeşitli test ve ölçümler gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasının sonucunda; iyi performans için, parametre seçiminin uyumlu bir aralıkta yapılması gerektiği belirlenmiştir. Kaplama katılığını arttıran işlem parametreleri ile hazırlanmış numunelerin termal şok direncinin diğer numunelerden daha düşük, çekme mukavemetlerinin ise daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Kaplama kalınlığının arttırılmasının ısı yalıtımını iyileştirdiği, ancak termal şok direnci ve çekme mukavemetini düşürdüğü gözlenmiştir. Gerçek kullanıma sunulacak kaplamaların işlem parametrelerinin seçiminde, servis koşulları ve tez çalışmasında elde edilen bilgilerin bir arada kullanılması yararlı olacaktır. Uygulanan modifikasyonların, oksidasyon ve daha belirgin olarak termal şok direnci üzerinde olumlu etki gösterdiği görülmüştür.

Thermal Barrier Coatings (TBC) are extensively used in high temperature areas, especially on hot section parts of aviation and energy production type gas turbines. Improvements on thermal, mechanical and chemical features of presently used coatings will allow the turbines work more reliably, increase the turbine efficiency, extend the turbine maintenance periods and increase the lives of hot section parts that are of high cost. In this dissertation, plasma sprayed thermal barrier coated parts prepared with different coating parameters, and these coatings have been modified with pre oxidation and laser glazing. It has been aimed to improve optimized coatings with better performance features by investigating the effect of process parameters and modifications on thermal and mechanical properties. Coated and modified samples were subjected to thermal shock, oxidation, tensile and hardness tests, etc. The effect of process parameters and modifications on thermal and mechanical properties was reviewed to achieve more robust optimized coatings with high performance. As a conclusion of the thesis it has been determined that for a better performance the parameter selection needs to be carried out at an appropriate range. It has been determined that specimen prepared with process parameters increasing the coating stifness have lower thermal shock resistanceand higher tensile strength. It has been observed that increasing the coating thickness allows better thermal resistance but decreases the thermal shock resistance and tensile strength. It shall be useful to use service conditions and knowledge gained through the thesis together during selecting the process parameters of coatings that are going to be used in service. It has been observed that the modifications applied have positive influence no oxidation and more noticibly the thermal shock resistance.