YSZ ve CSZ esaslı termal bariyer kaplamaların üretimi, karakterizasyonu ve termal çevrim performanslarının karşılaştırılması

Gaz türbin motorlarında sıcak kesitlerde görev yapan türbin kanadı gibi parçalarda yaygın olarak kullanılan termal bariyer kaplamalar (TBK), termal yalıtım sağlayarak metal yüzey sıcaklığını azaltmakta ve bunun sonucunda da iş parçasının dayanımını ve motor verimliliğini artırmaktadır. Tipik bir TBK sistemi iki tabakadan oluşmaktadır. Süper alaşım altlık üzerinde sırasıyla oksidasyona dirençli MCrAlY (M:Ni/Co) esaslı bağ tabaka ve üzerine de termal yalıtım görevi yapan stabilize zirkonya esaslı bir seramik tabaka kaplanmaktadır. Yitriya (Y2O3) ile stabilize zirkonya (ZrO2) (YSZ), altlık ile uyumlu yüksek termal genleşme katsayısına sahip olması ve düşük termal iletkenliği nedeniyle genel olarak en çok tercih edilen yalıtım tabaka malzemesidir. TBK sistemleri arasında Serya (CeO2) ile stabilize zirkonya (CSZ) ise YSZ'ye göre daha yüksek termal genleşme katsayısına ve daha düşük termal iletkenlik katsayısına sahip olması nedeniyle YSZ'ye alternatif bir malzeme olarak düşünülmekte ve üzerinde kapsamlı araştırmalar sürdürülmektedir. Bu tez çalışmasında Taguchi ortogonal deneysel tasarım dizileri kullanarak stabilize zirkonya esaslı kaplamaların plazma sprey prosesi ile üretiminde (F4MB plazma sprey tabancası ile) plazma sprey proses parametrelerinin (Ar, H2, Sprey mesafesi, Akım) kaplamalarda birikme verimine, mikro sertliğe, yapışma dayanımına, yüzey pürüzlülüğüne ve porozite oranına etkisi araştırılmıştır. Ar ve H2 gaz akış hızları en önemli proses parametreleri olarak belirlenmiştir. Bu parametreler toz parçacıkların plazma jeti içerisinde uçuş davranışını belirleyerek parçacık sıcaklığı ve hızını etkilemektedir. Dolayısıyla da kaplamaların makroyapısını ve özelliklerini belirlemektedir.Yüksek sıcaklıklarda termal çevrim sonrasında kaplamalarda karşılaşılan hasar türleri genel olarak termal yükleme koşullarına ve TBK sistem karakteristiklerine (bağ ve üst tabaka kalınlıkları ile seramik tabakada porozite oranına) bağlı olarak değişmektedir. 1300 °C'nin üzerinde yüzey sıcaklıklarında seramik tabakada çatlak oluşumu ve kenar dökülmelerin başladığı gözlenmiştir. TBK sistemlerde bağ tabaka kalınlığı ve porozite oranı termal çevrim ömrünü ve kaplama dayanımında en önemli efektif faktörlerdir. Sonuç olarak CSZ kaplamaların termal çevrim performansının 1350 °C'de YSZ'ye göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir.