Investigation of Solid Particle Erosion (SPE) Behaviors of Thermal Barrier Coatings (TBCs) with YSZ Ceramic Top Coating

Abstract

Gaz türbin motorları servis kullanım koşulları altında farklı birçok hasar mekanizmasına maruz kalmaktadır. Bunlardan birisi de yabancı madde hasarı (FOD) ve diğer yabancı partiküllerin (volkan küller vb.) oluşturduğu yüzey üzerinde meydana gelen hasar yapılarıdır. Bu durumlara bağlı olarak türbin bileşenlerini oluşturan türbin bıçağı ve kanatçık gibi komponentlerde dökülme ve pullanarak kalkma gibi hasar oluşumları meydana gelmektedir. Belirtilen partiküllerin yüksek hızlarda ve farklı açılarda malzeme yüzeyine tekrarlı çarpması sonucunda katı partikül erozyon (SPE) hasarları meydana gelmektedir. Bu çalışmada, Inconel 718 süper alaşım altlık malzeme üzerine CoNiCrAlY bağ ve yitriya ile stabilize edilmiş zirkonya (YSZ) içeriğine sahip seramik üst kaplamalar atmosferik plazma sprey (APS) püskürtme yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Üretilen termal bariyer kaplama (TBC) sistemindeki SPE sonucu oluşan mikroyapısal ve yüzey üzerindeki oluşum gösteren değişimler incelenmiştir. SPE testleri alümina (Al2O3) partiküllerinin kullanılmasıyla literatürde yaygın olarak çalışılmayan 25°, 50° ve 75°’lik püskürtme açılarında çalışılmış ve bu açılarda yapılan erozif aşınma testlerinde ortaya çıkan hasar mekanizmaları ve erozif aşınma oranı ayrıntılı olarak incelenmiştir. TBC kaplamalı numunelerde en yüksek erozyon oranı 50°’lik çarpma açısında gerçekleşirken bu değeri sırasıyla 75° ve 25°’lik çarpma açısı takip etmiştir. Çalışmalarda gerçekleştirilen alansal pürüzlülük ölçümlerinde erozyon oranlarının alansal pürüzlülük değerleri ile doğru orantılı olduğu görülmüştür. En yüksek alansal pürüzlülük değerlerinin 50°’lik çarpma açısında oluşum gösterdiği görülmüştür.