Monel 400 alaşımının kutu sementasyon yöntemiyle alüminyumlanması, büyüme ve oksidasyon kinetiğinin incelenmesi

Nikel bazlı süper alaşımlar, üstün sürtünme direnci, yüksek sıcaklık direnci ve etkileyici gerilme mukavemeti gibi olağanüstü mekanik özelliklerinden dolayı çeşitli endüstrilerde oldukça tercih edilmektedir. Monel 400 alaşımları geniş bir sıcaklık aralığında mukavemet ve toklukları yüksek olup ayrıca birçok aşındırıcı ortama karşı da mükemmel dirence sahiptirler. Alaşım 400 de denen Monel 400 alaşımı, denizcilik, kimyasal işleme ve petrol başta olmak üzere birçok alanda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Nikel esaslı süper alaşımlar olarak da isimlendirilmekte olup yüksek sıcaklıklara karşı üstün mekanik özelliklerini koruyabilen, yüksek sıcaklıklara karşı dirençli alaşımlardır. Monel 400 alaşımı yüksek oranda nikel ve bakır içermesinin yanısıra, az miktarda karbon, silisyum, mangan,demir ve kükürt de ihtiva eder. Bu tez çalışmasında Monel 400 nikel bakır temelli süperalaşımına kutu sementasyon yöntemiyle Alüminyumlama yapılarak, kaplama tabakasının oksidasyon davranışı incelenmiştir. 600, 650, 700 ve 750°C sıcaklıklarında, 2, 4 ve 6 saatlik süreler boyunca düşük sıcaklıkta kutu sementasyon yöntemi ile alüminyum kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Pota karışımı; metalik Al tozu, inert dolgu olarak Al2O3 ve aktivatör olarak amonyum Klorür (NH4Cl) kullanılarak hazırlanmıştır. Alüminyumlama işlemi sonrasında yüzeyde oluşan intermetalik nikel alüminid tabakaların analizi, oluşan kaplamaların mikro yapıları SEM ve EDS analizleri ile karakterize edilmiş, XRD analizi ile faz analizleri gerçekleştirilmiştir. SEM analizi, kaplama tabakalarının homojen, kompakt ve gözeneksiz olduğunu ve kaplama ile matris arasında sağlam bir bağlantı olduğunu ortaya koymuştur. Kaplama tabakasının kalınlığı yüzeyden matrise doğru ölçülmüş ve değerlerin 3 µm ile 40 µm arasında değiştiği gözlenmiştir. En düşük sıcaklık olan 600°C'nin alüminid tabakasının birikmesi için yeterli olduğu ve başarılı bir kaplama tabakasının elde edildiği tespit edilmiştir. Ayrıca, 750°C işlem sıcaklığı ve 6 saatlik işlem süresiyle gerçekleştirilen kutu sementasyon prosesi, en kalın kaplama tabakasını sağlamıştır. Yüzeyde homojen ve sürekli alüminyumca zengin kaplama tabakasına, 650°C sıcaklık 6 saat tutma süresinde ulaşılmıştır. Oluşan nikel alüminid intermetalik kaplamanın en dış yüzeyinden altlık matrisine kadar mikrosertlik tarama testi gerçekleştirilerek genel mekanik özellikler tayin edilmiştir. Yüzeyde oluşturulan alüminid tabakasının sertlik değerleri ölçülmüş ve artan işlem süresi ve sıcaklıkla birlikte sertlik değerlerinde artış gözlenmiştir. Monel 400 alaşımının 230 HV olan sertliğinin, kaplamanın süre ve sıcaklığınına bağlı olarak 1280 HV değerine kadar artış gösterdiği görülmüştür. Kaplama sonrasında elde edilen kaplama kalınlıkları, sıcaklık ve süreler göz önünde bulundurularak, alüminyumlama kaplamasına ait oluşum kinetiğinin hesaplamaları yapılmıştır. Kaplama tabakası kinetiği 117,960 kJ/mol şeklinde hesaplanmıştır. DTA-TG termal analizleri yapılarak kaplamanın oksidasyon ve termal dayanım özellikleri tespit edilmiştir. Kaplamanın büyüme kinetiği, alüminid tabakasının derinliği üzerinden zaman ve işlem sıcaklığıyla ilişkilendirilerek analiz edilmiştir. Alüminyumlama yapılmış numuneler 750, 800 ve 850°C sıcaklıklarda, 72 saat süre boyunca oksidasyon testlerine tabii tutulmuştur. Kaplanmış numuneleri oksidasyon analizi öncesi ve belirlenen sıcaklıklarda numunelerin ağırlık tartımları yapılıp, ağırlık kazançları karşılaştırılmıştır. En fazla ağırlık artışının 850°C derecede oksidasyona tabi tutulan numunede olduğu belirlenmiştir. Oksidasyon analizinde 800 ve 850°C'de sürenin artmasıyla beraber numunelerde oluşan kaplama tabakasının döküldüğü görülmüştür. Oksidasyon sonrası hesaplanan aktivasyon enerjisi 176,121041 kJ/mol şeklinde hesaplanmıştır.