AISI 304 çeliği üzerinde termokimyasal işlemle yapılan sermet kaplama sonrası yapısal ve mekanik özelliklerdeki değişimin değerlendirilmesi

Yıl 2025, Cilt: 40 Sayı: 2, 1325 - 1334, 03.02.2025

Murat Kayaalp , Hasan Hasırcı

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1459041

Öz

İşletme koşullarında karşılaşılan termal, mekanik ve kimyasal etkilere karşı dayanım için malzemenin tamamını değiştirmek yerine, çalışma koşullarına uygun kaplama yapılması sıklıkla tercih edilir. Ergitme, elektrokimyasal, kimyasal, termokimyasal ve mekanik yöntemler gibi birçok kaplama yöntemi bulunmaktadır. Malzemelerin özellikle yüksek sıcaklık koşullarında çalışması gerektiğinde, seramik ağırlıklı bileşenlere sahip kaplamalar tercih edilmekte, ancak bu kaplamaların yapılabilmesi için de çok özel teknolojiler ve cihazlar ile yüksek sıcaklık ve basınç ihtiyacı da bulunmaktadır. Bu nedenlerle; bu çalışmada maliyet etkin bir şekilde pahalı ve özel cihazlar kullanmadan, AISI 304 paslanmaz çelik malzeme yüzeyi Al2O3+SiO2+ZrO+B4C+Ti+Al toz sermet malzeme karışımı kullanılarak termokimyasal yöntemle atmosfer kontrolsüz ve basınçsız bir ısıl işlem fırınında kaplanmıştır. Altlık yüzey kalitesinin tespiti amacıyla, kaplama öncesinde malzemeler 600 ve 1200 mesh yüzey kalitesinde hazırlanmıştır. Kaplanan malzemelerde yapısal ve mekanik özelliklerin değişimi incelenmiştir. İncelemeler sonunda; basit bir fırın içerisinde dahi başarıyla kaplama yapılabildiği, kaplamanın mekanik test sırasında malzeme ile birlikte deformasyona uğrayarak kopmadan/ayrışmadan birlikte şekil değişimine uğradığı ve kaplamanın mekanik özellikleri geliştirdiği tespit edilmiştir. Sermet kaplama sonrasında; çekme dayanımında  % 65, akma dayanımında  + %32 ve sertlikte ise  %66 artış olurken, uzamada ise  % 1 oranında azalmanın meydana geldiği tespit edilmiştir. Kaplama işleminde sürenin çok önemli olduğu, süre arttıkça özelliklerin daha da iyileştiği tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Sermet kaplama, Yapısal özellikler, Mekanik Özellikler

Kaynakça

• 1. Pauliuk, S., Milford, R. L., Mu, D. B., Allwood, J. M. The steel scrap age. Environ. Sci. Technol. 47, 3448–3454, 2013.
• 2. World Steel Association. A Report on “Global Steel Production Forecast at Record High https: //mepsinternational.com/gb/en/news/global-steel-production-forecast-at-record-high-in-2022, Yayın tarihi 27 Mart 2022.
• 3. Tomohiro, H., Latest Developments in Steelmaking Capacity, DSTI/SC(2021)5/Final Organisation for Economic Co-Operation and Development (OECD), 9–23, March 2021.
• 4. A Report on Global Steel Production to Grow at 32% Annual Average until 2025—Report Hellenic Shipping News Worldwide. Available online: https://www.hellenicshippingnews.com/global-steel-production-to-grow-at-32-annual-average-until-2025 -report/ ,accessed on 27 March 2022.
• 5. Matthews, S., James, B. Review of Thermal Spray Coating Applications in the Steel Industry: Part 1—Hardware in Steel Making to the Continuous Annealing Process. J. Therm. Spray Technol. 19, 1267–1276, 2010.
• 6. Matthews, S., James, B. Review of Thermal Spray Coating Applications in the Steel Industry: Part 2—Zinc Pot Hardware in the Continuous Galvanizing Line. J. Therm. Spray Technol. 19, 1277–1286, 2010.
• 7. Hasirci H., Effects of heat treatment conditions and sliding rates on the adhesive wear resistance of AISI D6 Steel, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi Üniversity, 25 (3), 587-592, 2010.
• 8. Kay, C.M. Thermal Spray Applications in the Steel Industry, ASM Handbook, Thermal Spray Technology, 5A, 324–327, 2013.
• 9. Mindivan H., High temperature wear and oxidation behavior of electrochemically boronized low carbon steel, Journal of Gazi University Faculty of Engineering and Architecture, 38 (2), 937-946, 2022.
• 10. Ayman T., Orhan A., Coating of steel wires with Zn-Al-Mg alloy and investigation of coating characterization, Gazi University Faculty of Engineering and Architecture Journal,38 (4), 2409-2420, 2023.
• 11. Bolelli, G., Giovanardi, R., Lusvarghi, L., Manfredini, T. Corrosion Resistance of HVOF-Sprayed Coatings for Hard Chrome Replacement. Corros. Sci. 48, 3375–3397, 2006.
• 12. Ang, A.S.M., Berndt, C.C., Cheang, P. Deposition Effects of WC Particle Size on Cold Sprayed WC–Co Coatings. Surf. Coat. Technol. 205, 3260–3267, 2011.
• 13. Singh, S., Singh, P., Singh, H., Buddu, R.K. Characterization and Comparison of Copper Coatings Developed by Low Pressure Cold Spraying and Laser Cladding Techniques. Mater. Today Proc., 18, 830–840, 2019.
• 14. Singh, S., Raman, R.K.S., Berndt, C.C., Singh, H. Influence of Cold Spray Parameters on Bonding Mechanisms: A Review. Metals 2021, 11, 2016.
• 15. Morks, M., Cole, I., Corrigan, C., Kobayashi, A. Electrochemical characterization of plasma sprayed alumina coatings. J. Surf. Eng. Mater. Adv. Technol. 1, 107, 2011.
• 16. Özgürlük, Y. Soğuk Gaz Dinamik Sprey (CGDS) Kaplama Yöntemiyle Üretilen Termal Bariyer Kaplamaların (TBC) Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Bartın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 1-17, 2016.
• 17. Tafralı, M. Tel Püskürtme ile Kaplamada Püskürtme Parametrelerinin Mikroyapı ve Gözenekliliğe Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 96, 2020.
• 18. Altuncu, E. YSZ ve CSZ Esaslı Termal Bariyer Kaplamaların Üretimi, Karakterizasyonu ve Termal Çevrim Performanslarının Karşılaştırılması, Doktora Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya, 258, 2006.
• 19. Döleker, M. Bilyalı Dövme İşleminin Termal Bariyer Kaplamaların Oksidasyon Davranışı Üzerine Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Bartın Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bartın, 94, 2015.
• 20. Pawlowski, L. The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings. (Second Edition). John Wiley & Sons: Chichester, 67-107, 2008.
• 21. Gansert R.V., Plasma Sprayed Ceramic Coatings. Ceramic Industry, 2002.
• 22. Abdul Rahim Mahamad Sahaba, Nor Hayati Saadb, Salmiah Kasolangb and Juri Saedon, Impact of Plasma Spray Variables Parameters on Mechanical and Wear Behaviour of Plasma Sprayed Al2O3 3%wt TiO2 Coating in Abrasion and Erosion Application International Symposium on Robotics and Intelligent Sensors 2012 page 1690, 2012.
• 23. Zhang D B, Gong S K, Xu H B. Effect of bond coat surface roughness on the thermal cyclic behaviour of thermal barrier coatings [J]. Surf Coat Technol, 201, 649-653, 2006.
• 24. Hass D.D., Thermal Barrier Coatings via Directed Vapor Deposition, Department of Materials Science and Engineering, Vol. PhD. Charlottesville, VA: University of Virginia, 1-256, 2001.
• 25. Sui, Y., Liao X., Liu, Z., Tu Y., Yu P. and Chu P., Study on Microstructure and Properties of Thermal Barrier Coating for Gas Turbine, Journal of Physics: Conference Series 2468 011001, 2023.
• 26. Liu, Longhai, Haiyuan Yu, Chenglong Zheng, Dongdong Ye, Wei He, Silei Wang, Jining Li, Liang Wu, Yating Zhang, Jianhua Xie, and et al. "Nondestructive Thickness Measurement of Thermal Barrier Coatings for Turbine Blades by Terahertz Time Domain Spectroscopy" Photonics 10 (2), 105, 2023.
• 27. Shi L, Long Y, Wang Y, Chen X, Zhao Q. Evaluation of Internal Cracks in Turbine Blade Thermal Barrier Coating Using Enhanced Multi-Scale Faster R-CNN Model. Applied Sciences. 12 (13), 6446, 2022.
• 28. Couto, Miguel & Dosta, S. & Fernández, Javier & Guilemany, Jose Maria. Comparison of the Mechanical and Electrochemical Properties of WC-25Co Coatings Obtained by High Velocity Oxy-Fuel and Cold Gas Spraying. Journal of Thermal Spray Technology. 23, 1251-1258, 2014.
• 29. Moridi, Atieh & Hassani, Mostafa & Vezzù, Simone & Guagliano, M.Number of Passes and Thickness Effect on Mechanical Characteristics of Cold Spray Coating. Procedia Engineering. 74, 449-459, 2014.
• 30. Lima, Rogerio & Kucuk, A. & Berndt, Christopher & Karthikeyan, J. & Kay, C. & Lindemann, J., Deposition efficiency, mechanical properties and coating roughness in cold-sprayed titanium. Journal of Materials Science Letters. 21, 1687-1689, 10.1023/A:1020833011448, 2002.