Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi ile Üretilmiş MCrAlY ve ZrO2+Y2O3 içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi

Derviş Özkan; Garip Erdogan; Gülfem Binal; Yasin Ozgurluk; Abdullah Cahit Karaoglanlı

doi:10.29137/umagd.1232816

EN TR

Investigation of the Oxidation and Hot Corrosion Behavior of a MCrAlY and ZrO2+Y2O3 containing Thermal Barrier Coating (TBC) System Produced by the Atmospheric Plasma Spray (APS) Method at 750°C

Abstract

In this study, a metallic bond coat with MCrAlY content and a yttria-stabilized zirconia (YSZ) ceramic topcoat were deposited on the Inconel 718 Ni-based superalloy substrate using the atmospheric plasma spray (APS) coating method. The produced TBC system was tested under oxidation and hot corrosion conditions, and its microstructural properties and changes were investigated. At 750 °C, isothermal oxidation tests were performed for 5, 25, 50 and 75 hours. Hot corrosion tests were carried out at 750°C for time periods of 1, 3 and 5 hours using mixtures of 45% Na2SO4 and 55% V2O5. The high-temperature behavior of the TBC system against the main damage mechanisms such as isothermal oxidation and hot corrosion was determined, and its microstructural changes were investigated in detail. It has been observed that factors affecting the TBC system's strength and microstructural changes under high temperature conditions include the composition of the components that comprise the TBC system, the temperature and time processes in which the tests are conducted, the components that constitute the hot corrosion environment, and their ratios.

Keywords

Thermal barrier coating (TBC), MCrAlY, ZrO2+Y2O3 (YSZ), Atmospheric plasma spray (APS), Isothermal oxidation, Hot corrosion, Termal bariyer kaplama (TBC), Atmosferik plazma sprey (APS), İzotermal oksidasyon, Sıcak korozyon

Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi ile Üretilmiş MCrAlY ve ZrO2+Y2O3 içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, Inconel 718 Ni-esaslı süper alaşım altlık malzeme üzerine MCrAlY içeriğine sahip metalik bağ ve itriya ile stabilize edilmiş zirkonya (YSZ) seramik üst kaplamalar atmosferik plazma sprey (APS) kaplama yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Üretilen TBC sistemi oksidasyon ve sıcak korozyon koşulları altında test edilerek, mikroyapısal özellikleri ve oluşan değişimleri incelenmiştir. İzotermal oksidasyon testleri 750°C’de 5, 25, 50 ve 75 saatlik zaman süreçlerinde gerçekleştirilmiştir. Sıcak korozyon testleri 750°C’de 1, 3 ve 5 saatlik zaman süreçlerinde %45 Na2SO4 ve %55 V2O5 oranlarındaki karışımlar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. TBC sisteminin izotermal oksidasyon ve sıcak korozyon gibi ana hasar mekanizmalarına karşı yüksek sıcaklık davranışları belirlenerek, mikroyapısal değişimleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. TBC sistemini oluşturan bileşenlerin içerikleri, testlerin gerçekleştirildiği sıcaklık ve zaman süreçleri ile sıcak korozyon ortamını oluşturan bileşenler ve oranlarının TBC sisteminin yüksek sıcaklık koşullarında dayanımını ve mikroyapısal değişimlerini belirleyen faktörler olduğu görülmüştür.

Keywords

ZrO2+Y2O3 (YSZ), Termal bariyer kaplama (TBC), MCrAlY, Atmosferik plazma sprey (APS), İzotermal oksidasyon, Sıcak korozyon

References

Afrasiabi, A., Saremi, M., Kobayashi, A., (2008). A comparative study on hot corrosion resistance of three types of thermal barrier coatings: YSZ, YSZ+Al2O3 and YSZ/Al2O3. Mater. Sci. Eng. A 478, 264–269. doi: 10.1016/j.msea.2007.06.001
Brandon, J.R., Taylor, R., 1991. Phase stability of zirconia-based thermal barrier coatings part I. Zirconia-yttria alloys. Surf. Coat. Technol. 46, 75–90. doi:10.1016/0257-8972(91)90151-L
Brossmann, U., Würschum, R., Södervall, U., Schaefer, H.-E., (1999). Oxygen diffusion in ultrafine grained monoclinic ZrO2. J. Appl. Phys. 85, 7646–7654. doi:10.1063/1.370567
Chen, W. R., Wu, X., Marple, B. R., Patnaik, P.C. (2006). The growth and influence of thermally grown oxide in a thermal barrier coating Surf. Coat. Technol., 201(3-4), 1074-1079. doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.01.023
Chen, W. R., Wu, X., Marple, B. R., Patnaik, P.C. (2005). Oxidation and crack nucleation/growth in an air-plasma sprayed thermal barrier coating with NiCrAlY bond coat. Surf. Coat. Technol, 197(1), 109-115. doi: 10.1016/j.surfcoat.2004.06.027
Darolia, R., Thermal barrier coatings technology: critical review, progress update, remaining challenges and prospects, International Materials Reviews, 58:6, 315-348, 2013. doi:10.1179/1743280413Y.0000000019.
Gorelov, V.P., (2019). High-Temperature Phase Transitions in ZrO2. Phys. Solid State 61, 1288–1293. doi:10.1134/S1063783419070096
Guo, H., Khor, K.A., Boey, Y.C., Miao, X., (2003). Laminated and functionally graded hydroxyapatite/yttria stabilized tetragonal zirconia composites fabricated by spark plasma sintering. Biomaterials 24, 667–675. doi:10.1016/S0142-9612(02)00381-2
Jones, R.L., (1997). Some Aspects of the Hot Corrosion of Thermal Barrier Coatings. J. Therm. Spray Technol. 6, 77–84. doi:10.1007/BF02646315
Kim, D.J., Shin, I.H., Koo, J.M., Seok, C.S., Lee, T.W., (2010). Failure mechanisms of coin-type plasma-sprayed thermal barrier coatings with thermal fatigue. Surf. Coat. Technol, 205, S451-S458. doi:10.1016/j.surfcoat.2010.08.130

Kulkarni, A., Gutleber, J., Sampath, S., Goland, A., Lindquist, W.B., Herman, H., Allen, A.J., Dowd, B., (2004). Studies of the microstructure and properties of dense ceramic coatings produced by high-velocity oxygen-fuel combustion spraying. Mater. Sci. Eng. A 369, 124–137. doi:10.1016/j.msea.2003.10.295
Kumar, N., Mahade, S., Ganvir, A., Joshi, S., (2021). Understanding the influence of microstructure on hot corrosion and erosion behavior of suspension plasma sprayed thermal barrier coatings. Surf. Coat. Technol. 419, 127306. doi:10.1016/j.surfcoat.2021.127306
Lamuta, C., Di Girolamo, G., Pagnotta, L. (2015). Microstructural, mechanical and tribological properties of nanostructured YSZ coatings produced with different APS process parameters. Ceramics International, 41(7), 8904-8914. doi:10.1016/j.ceramint.2015.03.148
Liu, D., Seraffon, M., Flewitt, P.E., Simms, N.J., Nicholls, J.R., Rickerby, D.S., (2013). Effect of substrate curvature on residual stresses and failure modes of an air plasma sprayed thermal barrier coating system. Journal of the European Ceramic Society, 33(15- 16), 3345-3357. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2013.05.018
Loganathan, A., Gandhi, A.S., (2012). Effect of phase transformations on the fracture toughness of t′ yttria stabilized zirconia. Mater. Sci. Eng. A 556, 927–935. doi:10.1016/j.msea.2012.07.095
Mahade, S., Jonnalagadda, K. P., Curry, N., Li, X. H., Björklund, S., Markocsan, N., Peng, R.L., (2017). Engineered architectures of gadolinium zirconate based thermal barrier coatings subjected to hot corrosion test. Surf. Coat. Technol, 328, 361-370. doi:10.1016/j.surfcoat.2017.09.005
Mehboob, G., Liu, M. J., Xu, T., Hussain, S., Mehboob, G., Tahir, A., (2020). A review on failure mechanism of thermal barrier coatings and strategies to extend their lifetime. Ceramics International, 46(7), 8497-8521. doi:10.1016/j.ceramint.2019.12.200
Mohammadi, M., Kobayashi, A., Javadpour, S., Jahromi, S.A.J., (2019). Evaluation of hot corrosion behaviors of Al2O3-YSZ composite TBC on gradient MCrAlY coatings in the presence of Na2SO4-NaVO3 salt. Vacuum, 167, 547-553, 2019. doi:10.1016/j.vacuum.2018.04.042
Ozgurluk, Y., Doleker, K.M., Ozkan, D., Ahlatci, H., Karaoglanli, A.C., (2019). Cyclic hot corrosion failure behaviors of EB-PVD TBC systems in the presence of sulfate and vanadate molten salts. Coatings, 9(3), 166. doi:10.3390/coatings9030166
Özkan, D. (2022). MCrAlY İçerikli Bağ Kaplamaya Sahip Termal Bariyer Kaplamaların (TBCs) Mikroyapısal Özelliklerinin ve İzotermal Oksidasyon Davranışının İncelenmesi. Politeknik Dergisi, 25 (1) , 331-338. doi:10.2339/politeknik.885466
Parlakyigit, A.S., Ozkan, D., Oge, M., Ozgurluk, Y., Doleker, K.M., Gulmez, T., Karaoglanli, A.C., (2020). Formation and growth behavior of TGO layer in TBCs with HVOF sprayed NiCr bond coat. Emerging Materials Research, 9(2), 451-459.
Portinha, A., Teixeira, V., Carneiro, J., Martins, J., Costa, M.F., Vassen, R., Stoever, D., (2005). Characterization of thermal barrier coatings with a gradient in porosity. Surf. Coat. Technol. 195, 245–251. doi:10.1016/j.surfcoat.2004.07.094
Rabiei, A., Evans, A.G., (2000). Failure mechanisms associated with the thermally grown oxide in plasma sprayed thermal barrier coatings. Acta Mater. 48, 3963–3976. doi:10.1016/S1359-6454(00)00171-3
Rahimi, J., Sigaroodi, M.R.J., Poursaeidi, E., (2022). Thermal shock resistance of thermal barrier coating with different bondcoat types and diffusion pre-coating. Ceramics International. doi:10.1016/j.ceramint.2022.09.172
Shen, Z., Liu, G., Zhang, R., Dai, J., He, L., Mu, R., (2022). Thermal property and failure behavior of LaSmZrO thermal barrier coatings by EB-PVD. Iscience, 25(4), 104106. doi:10.1016/j.isci.2022.104106
Shi, J., Zhang, T., Sun, B., Wang, B., Zhang, X., Song, L., (2020). Isothermal oxidation and TGO growth behavior of NiCoCrAlYYSZ thermal barrier coatings on a Ni-based superalloy. Journal of Alloys and Compounds, 844, 156093. doi:10.1016/j.jallcom.2020.156093
Wei, ZY., Meng, GH., Chen, L., (2022). Progress in ceramic materials and structure design toward advanced thermal barrier coatings. J Adv Ceram 11, 985–1068. doi:10.1007/s40145-022-0581-7
Vaßen, R., Jarligo, M.O., Steinke, T., Mack, D. E., Stöver, D., (2010). Overview on advanced thermal barrier coatings Surf. Coat. Technol, 205(4), 938-942. doi:10.1016/j.surfcoat.2010.08.151
Vakilifard, H., Ghasemi, R., Rahimipour, M., (2017). Hot corrosion behaviour of plasma-sprayed functionally graded thermal barrier coatings in the presence of Na2SO4+V2O5 molten salt. Surf. Coat. Technol. 326, 238 246. doi:10.1016/j.surfcoat.2017.07.058

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Materials Engineering (Other)

Journal Section

Research Article

Authors

Derviş Özkan ^*
0000-0002-4978-290X
Türkiye

Garip Erdogan
0000-0002-3924-9984
Türkiye

Gülfem Binal
0000-0003-4750-8787
Türkiye

Yasin Ozgurluk
0000-0003-1121-5018
Türkiye

Abdullah Cahit Karaoglanlı
0000-0002-1750-7989
Türkiye

Early Pub Date

July 7, 2023

Publication Date

July 14, 2023

Submission Date

January 11, 2023

Acceptance Date

February 9, 2023

Published in Issue

Year 2023 Volume: 15 Number: 2

DOI

https://doi.org/10.29137/umagd.1232816

IZ

https://izlik.org/JA47JD57EB

APA

Özkan, D., Erdogan, G., Binal, G., Ozgurluk, Y., & Karaoglanlı, A. C. (2023). Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi ile Üretilmiş MCrAlY ve ZrO2+Y2O3 içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi. International Journal of Engineering Research and Development, 15(2), 404-415. https://doi.org/10.29137/umagd.1232816

AMA

1.Özkan D, Erdogan G, Binal G, Ozgurluk Y, Karaoglanlı AC. Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi ile Üretilmiş MCrAlY ve ZrO2+Y2O3 içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi. IJERAD. 2023;15(2):404-415. doi:10.29137/umagd.1232816

Chicago

Özkan, Derviş, Garip Erdogan, Gülfem Binal, Yasin Ozgurluk, and Abdullah Cahit Karaoglanlı. 2023. “Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi Ile Üretilmiş MCrAlY Ve ZrO2+Y2O3 Içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon Ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi”. International Journal of Engineering Research and Development 15 (2): 404-15. https://doi.org/10.29137/umagd.1232816.

EndNote

Özkan D, Erdogan G, Binal G, Ozgurluk Y, Karaoglanlı AC (July 1, 2023) Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi ile Üretilmiş MCrAlY ve ZrO2+Y2O3 içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi. International Journal of Engineering Research and Development 15 2 404–415.

IEEE

[1]D. Özkan, G. Erdogan, G. Binal, Y. Ozgurluk, and A. C. Karaoglanlı, “Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi ile Üretilmiş MCrAlY ve ZrO2+Y2O3 içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi”, IJERAD, vol. 15, no. 2, pp. 404–415, July 2023, doi: 10.29137/umagd.1232816.

ISNAD

Özkan, Derviş - Erdogan, Garip - Binal, Gülfem - Ozgurluk, Yasin - Karaoglanlı, Abdullah Cahit. “Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi Ile Üretilmiş MCrAlY Ve ZrO2+Y2O3 Içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon Ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi”. International Journal of Engineering Research and Development 15/2 (July 1, 2023): 404-415. https://doi.org/10.29137/umagd.1232816.

JAMA

1.Özkan D, Erdogan G, Binal G, Ozgurluk Y, Karaoglanlı AC. Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi ile Üretilmiş MCrAlY ve ZrO2+Y2O3 içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi. IJERAD. 2023;15:404–415.

MLA

Özkan, Derviş, et al. “Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi Ile Üretilmiş MCrAlY Ve ZrO2+Y2O3 Içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon Ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi”. International Journal of Engineering Research and Development, vol. 15, no. 2, July 2023, pp. 404-15, doi:10.29137/umagd.1232816.

Vancouver

1.Derviş Özkan, Garip Erdogan, Gülfem Binal, Yasin Ozgurluk, Abdullah Cahit Karaoglanlı. Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi ile Üretilmiş MCrAlY ve ZrO2+Y2O3 içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi. IJERAD. 2023 Jul. 1;15(2):404-15. doi:10.29137/umagd.1232816

Kırıkkale University, Faculty of Engineering and Natural Science, 71450 Yahşihan / Kırıkkale, Türkiye.

ijerad@kku.edu.tr

Investigation of the Oxidation and Hot Corrosion Behavior of a MCrAlY and ZrO2+Y2O3 containing Thermal Barrier Coating (TBC) System Produced by the Atmospheric Plasma Spray (APS) Method at 750°C

Abstract

Keywords

Atmosferik Plazma Sprey (APS) Yöntemi ile Üretilmiş MCrAlY ve ZrO2+Y2O3 içerikli Termal Bariyer Kaplama (TBC) Sisteminin 750°C Sıcaklıktaki Oksidasyon ve Sıcak Korozyon Davranışlarının İncelenmesi

Abstract

Keywords

References

Details

Primary Language

Subjects

Journal Section

Authors

Early Pub Date

Publication Date

Submission Date

Acceptance Date

Published in Issue

DOI

IZ

Cite