Paslanmaz çeliklerin ve kromun iyi oksidasyon dirençleri yüzeylerinde oluşan
koruyucu Cr2O3 tabakasından kaynaklanmaktadır. Fakat bu yüzey tabakası 1000°C ve
üzeri sıcaklıklarda kararsızlaşarak ana metali koruyamayacak hale gelir. Yapılan son
araştırmalar, alüminyumlama işlemleri ile çeliklerin yüzeylerinde oluşturulan ve yüksek
sıcaklıklarda Cr2O3’ten daha kararlı olan Al2O3 tabakasının, malzemenin oksidasyon
direncini arttırdığını göstermiştir. Kutu sementasyon işlemi metal ile kaplama arasında
iyi yapışma gösteren alüminid tabakasının en iyi şekilde elde edildiği yöntemdir. Ancak,
alüminyumlama işleminde alüminid tabakasının kırılganlığını arttıran ve oksidasyon
direncinin azalmasına sebep olan yüksek Al içeren fazların (FeAl3 ve Fe2Al5)
oluşumundan kaçınılmalıdır. Alüminyumlama işlemi ile en yüksek oksidasyon direnci
kaplama tabakasının yüzeyinde Fe3Al ve FeAl gibi intermetalik fazların oluşması ile
elde edilebilir.
Bu çalışmada kutu semantasyon tekniği ile AISI 304 altlık malzemesine
alüminyum kaplama uygulanmıştır. İşlem sıcaklığı ve süresinin alüminid kaplama
tabakasının yapısı ve kalınlığına etkileri araştırılmıştır. Kaplanmış numunelerin
mikroyapı görüntüleri optik mikroskop, SEM ve EDS kullanılarak araştırılmış ve fazlar
XRD analizleri ile tanımlanmıştır. Sonuçlar kaplamanın iki tabakadan oluştuğunu
göstermiştir. Birinci tabaka Fe-Al intermetalik fazlarından, ikinci tabaka ise Cr, Ni, Al,
Fe elementlerinin ikili intermetalik bileşiklerini içeren arayüzey tabakasından
oluşmuştur. Oksidasyon direnci açısından en uygun fazların ve kaplama tabakası
kalınlığının elde edildiği numune seçilmiş ve bu numunenin oksidasyon direnci ve
kinetiği araştırılmıştır. Alüminyum kaplanmış ve kaplanmamış numunelerin oksidasyon
dirençleri 700°C ve 1000°C sıcaklıklarda O2 atmosferi altında termogravimetrik
analizler ile araştırılmıştır. Bu sıcaklıklarda tüm numunelerde parabolik oksidasyon
davranışları gözlemlenmiştir. Oksidasyon sonuçları alüminyum kaplanmış numunenin
kaplanmamışa karşı daha yüksek oksidasyon direnci gösterdiğini, alüminyum kaplama
tabakasının oksidasyon direncini arttırdığını ortaya koymuştur.
Oxidation resistance of chromium and stainless steels is due to formation of
Cr2O3 on the surface. But this surface layer will be destabilized above 1000°C and will
not protect the metal. Recent investigations show that aluminizing process increases
oxidation resistance of these steels by formation of Al2O3 which is more stable than
Cr2O3 at high temperatures. The pack cementation process is ideally for the formation
of well bonded diffusion aluminide coatings. However, formation of high Al
concentration phases (FeAl3 and Fe2Al5) during aluminizing should be avoided as they
tend to embrittle the aluminide layer and reduce its oxidation resistance. The optimum
oxidation resistance can be achieved with substrate when the intermetallic phases Fe3Al
and FeAl for the surface of the aluminide layer.
In this study, aluminum coatings were grown on AISI 304 substrates by the pack
cementation method. The effect of process temperatures and time on the structure and
thickness of the aluminide layer has been investigated. The microstructure of the coated
samples was examined by optical microscopy, SEM, EDX and phases were identified
by XRD. The results show that the coating consists of two layers. The first consists of
Fe-Al intermetalik phases and the second one is an interdiffusion layer consists of Cr,
Ni, Al, Fe elements binary intermetallic phases. For oxidation resistance, optimum
phases and the thickness of the coating layer containing sample was chosen and then
oxidation resistance and kinetic of this sample were examined. Oxidation resistances of
samples with or without aluminization treatment were evaluated by conducting termal
gravimetric analysis in O2 atmosphere at 700°C and 1000°C. At these temperatures,
parabolic oxidation behavior was observed for all the specimens investigated. The
oxidation results revealed that the application of a coating layer increased the oxidation
resistance of the coated sample as opposed to the uncoated ones.
