Elektrosprey Yöntemi ile Süperalaşımların Kaplanması ve Karakterizasyonu

Abstract

Havacılık endüstrisinde nikel esaslı bir süperalaşım olan Inconel 718 yüksek sıcaklık dayanımından dolayı uçak türbin kanat malzemesi olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Ancak servis şartlarının ağır olması nedeniyle Inconel 718'in yüzey özelliklerini geliştirmek için itriyum ile stabilize edilmiş zirkonya (YSZ) gibi seramik tozlar ve çeşitli kaplama yöntemleri tercih edilmektedir. Bu çalışmada; Elektrosprey kaplama yöntemi (ESK) kullanılarak nano boyutlu YSZ tozlar Inconel 718 altlık üzerine ince film formunda kaplanmış ve sinterleme işlemi yapılarak kaplamanın altlık yüzeyine yapışması sağlanmıştır. Nano YSZ toz kullanılarak hazırlanan kolloidal çözelti, Inconel 718 altlık malzemesi üzerine ESK cihazı kullanılarak 15, 30 ve 45 dakika sürelerinde; 0,05 ml/dk. akış hızında, 7 cm nozul-altlık arası mesafede ve 10 kV voltaj şartlarında kaplanmıştır. Kaplanan numuneler 1200 ℃'de 2 saat boyunca vakum altında sinterlenmiştir. Farklı sürelerde kaplama çalışması yapılan numunelere; yüzey karakterizasyonu (XRD, SEM, EDS, AFM), yüzey pürüzlülüğü analizi ve mekanik testler (mikro sertlik, sürtünme katsayısı tayini ve aşınma testi) yapılmıştır. Yapılan SEM ve EDS analizlerine göre YSZ kaplamanın homojen bir şekilde altlık malzemesi üzerine kaplandığı gözlemlenmiştir. Kaplama kalınlığı en fazla Inco45 numune yüzeyinde 6,37 μm elde edilmiştir. En yüksek sertlik Inco45 numunesinde 453,8 HV_0,2 olarak hesaplanmıştır. Yüzey pürüzlülüğü analizinde en fazla pürüzlülük Inco45 numunesinde 0,75 μm olarak ölçülmüştür.

Inconel 718 is a nickel based superalloy which is widely used as turbine blade material in aerospace industry due to its high temperature resistance. However, coating with ceramic powders such as yttrium stabilized zirconia (YSZ) is generally used to enhance surface properties according to severe service conditions of Inconel 718. In this study; nano-sized YSZ powders were coated in thin film form on Inconel 718 substrate using electrospray coating method (ESD) and adhesion of coating to substrate was provided by sintering. Nano-sized YSZ powder prepared in colloidal solution is coated on Inconel 718 substrate material by ESC method at a flow rate of 0,05 ml/min, at a nozzle-substrate distance of 7 cm and a voltage of 10 kV for 15, 30 and 45 min. The coated samples were sintered under vacuum for 2 hours at 1200 ℃. Samples which have been coated for different durations; surface characterization were made by XRD, SEM, EDS, AFM and surface roughness analysis; beside these, micro hardness, friction coefficient determination and wear tests were performed as mechanical tests. According to the SEM-EDS analyzes, it was observed that the YSZ coating was coated on the substrate homogeneously. The maximum coating thickness was 6.37 μm on Inco45 sample surface. The highest hardness was calculated as 453.8 HV_0,2 in Inco45 sample. The maximum roughness in surface roughness analysis was 0.75 μm in Inco45 sample.