Termal bariyer kaplamaların lazer ile yüzey modifikasyonu özelliklerinin ve korozyon davranışının incelenmesi

Abstract

Termal bariyer kaplamalar, yüksek sıcaklığa maruz kalan parçaların korunmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Termal bariyer kaplama sistemi bağ katman ve seramik üst katman olarak iki farklı katmandan oluşmaktadır. Bağ katman altlık malzemeyi oksidasyondan korurken, seramik üst katman düşük termal iletkenlik özelliği ile parçaları yüksek sıcaklık etkisinden korumaktadır. Plazma püskürtme ile üretilen zirkonya esaslı seramik üst katman kaplamaların yüzeyleri pürüz, porozite ve çatlaklar gibi yapısal süreksizlikler içermekte olup kaplamaların sıcak korozyon ve oksidasyona karşı direncini azaltmaktadır. Çalışmanın temel amacı, kaplamadaki yapısal süreksizlikleri lazer yardımıyla en az seviyeye indirmektir. Çalışmada, zirkonya esaslı, itriya ile kararlı hale getirilmiş zirkonya (YSZ), serya-itriya ile kararlı hale getirilmiş zirkonya (CYSZ) ve lantan zirkonat (LZ) kaplamalar plazma püskürtme tekniği ile üretilmiş ve bu kaplamaların optimum lazer yüzey modifikasyon parametreleri belirlenmiştir. Lazer modifikasyon işlemi için seçilen lazer gücü, tarama hızı ve lazer mesafesi parametreleri değiştirilerek seramik üst katman yüzeyinde kaplama tabakasından ayrılmamış, çatlaksız ve yoğun bir mikro yapı elde edilmeye çalışılmıştır. Her bir parametre ile yapılan lazer yüzey modifikasyon tarama izleri elektron mikroskobu ile kesitten ve yüzeyden mikro yapısal olarak incelenmiştir. Elde edilen karakterizasyon sonuçları neticesinde, tüm kaplamalar için lazer gücü %10’dan %24’e doğru arttıkça yüzey üzerinde çatlakların sınırlandırdığı alanların büyüdüğü, yüzeyde oluşan krater benzeri çukurlukların azaldığı görülmüştür. Ortalama 200 mikron kalınlığında olan kaplama kesitlerinden alınan mikro yapı görüntüleri incelemesinde lazerle modifikasyon sonrası yaklaşık 30 mikron kalınlığında katman için sırasıyla en uygun lazer parametreleri; YSZ için %22 lazer gücü (77,7 W), 120 mm/s tarama hızı, 220 mm lazer mesafesi, CYSZ için %12 lazer gücü (36,5 W), 120 mm/s tarama hızı, 220 mm lazer mesafesi, LZ için ise %10 lazer gücü (28 W), 140 mm/s tarama hızı, 200 mm lazer mesafesi olarak belirlenmiştir. Lazerle gerçekleştirilen tam yüzey taraması sonucunda ise; artan ısı girdisi nedeniyle meydana gelen genleşme farklılıkları, üretimi yapılan bağ katman yardımıyla ortadan kaldırılmış ve optimizasyon ile hedeflenen, altlık malzemeden ayrılmamış, büyük çatlak ve boşluk içermeyen, yoğun bir yüzey elde edilmiştir.