Nitrürleme ve akımsız Ni-P ile inconel 625 kaplamanın yüzey özelliklerinin geliştirilmesi

Abstract

Yüksek sıcaklık ve yüksek korozif ortam gibi zorlu koşullarda deniz ve petrol endüstrisi gibi çeşitli uygulamalarda nikel esaslı süper alaşımlar içerisinde Inconel 625 yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, bu malzemelerin aşınma ve korozyon dirençleri nispeten çok düşüktür. Bu nedenle süper alaşım üreticileri servis koşullarında nikel esaslı süper alaşımların aşınma ve korozyon direncini iyileştirmek için çeşitli yöntemler uygulamaktadır. Bu yöntemlerden biri parçanın tümünü aşınmaya ve korozyona dirençli özel malzemelerden imal etmektir, fakat bu da pahalı bir yöntemdir. Ancak, aşınma ve korozyon; yüzey hasarı olduğundan dolayı uygun bir yüzey modifikasyon tekniği ile maliyet azaltılabilir ve nikel esaslı süper alaşımların servis ömrü düşük maliyet ve seri üretim kolaylığı ile uzatılabilir. Son yıllarda yüzey birden fazla işleme tabi tutularak yüzey modifikasyon işlemi gerçekleştirilmektedir. Isıl püskürtme uygulanmış Inconel 625 kaplamalar tekrar yüzey işlemi görerek modifiye edildiklerinde ise servis ömürleri daha uzun ve çalışma performansları daha yüksek olabilir. Bu çalışmada, düşük karbonlu çelik (St 37) üzerine yüksek hızlı oksijen-yakıt (HVOF) püskürtme işlemi ile Inconel 625 kaplamanın yapısal, korozyon, mekanik ve aşınma davranışı incelenmiş, elde edile sonuçlar HVOF Inconel 625 kaplama + pulse plazma nitrürleme ve HVOF Inconel 625 kaplama + akımsız Ni-P kaplamanın birleşimi olan dubleks yüzey işlemleriyle karşılaştırılmıştır. HVOF yöntemi ile püskürtülen Inconel 625 kaplama üzerine pulse plazma ile nitrürasyon işlemi 520 C işlem sıcaklığı, 12 saatlik işlem süresi ve % 75 N2 - % 25 H2 gaz karışım oranında gerçekleştirilirken, akımsız Ni-P kaplama hazırlamak için ticari bir akımsız nikel kaplama banyosu kullanılmıştır. Bu işlemlerden sonra mekanik özelliklerin tespit edilmesi için mikrosertlik ölçümleri, tribolojik özelliklerin belirlenmesi için ileri-geri aşınma deneyleri yapılmıştır. Ayrıca elektrokimyasal çalışmalar Yüksek sıcaklık ve yüksek korozif ortam gibi zorlu koşullarda deniz ve petrol endüstrisi gibi çeşitli uygulamalarda nikel esaslı süper alaşımlar içerisinde Inconel 625 yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, bu malzemelerin aşınma ve korozyon dirençleri nispeten çok düşüktür. Bu nedenle süper alaşım üreticileri servis koşullarında nikel esaslı süper alaşımların aşınma ve korozyon direncini iyileştirmek için çeşitli yöntemler uygulamaktadır. Bu yöntemlerden biri parçanın tümünü aşınmaya ve korozyona dirençli özel malzemelerden imal etmektir, fakat bu da pahalı bir yöntemdir. Ancak, aşınma ve korozyon; yüzey hasarı olduğundan dolayı uygun bir yüzey modifikasyon tekniği ile maliyet azaltılabilir ve nikel esaslı süper alaşımların servis ömrü düşük maliyet ve seri üretim kolaylığı ile uzatılabilir. Son yıllarda yüzey birden fazla işleme tabi tutularak yüzey modifikasyon işlemi gerçekleştirilmektedir. Isıl püskürtme uygulanmış Inconel 625 kaplamalar tekrar yüzey işlemi görerek modifiye edildiklerinde ise servis ömürleri daha uzun ve çalışma performansları daha yüksek olabilir. Bu çalışmada, düşük karbonlu çelik (St 37) üzerine yüksek hızlı oksijen-yakıt (HVOF) püskürtme işlemi ile Inconel 625 kaplamanın yapısal, korozyon, mekanik ve aşınma davranışı incelenmiş, elde edile sonuçlar HVOF Inconel 625 kaplama + pulse plazma nitrürleme ve HVOF Inconel 625 kaplama + akımsız Ni-P kaplamanın birleşimi olan dubleks yüzey işlemleriyle karşılaştırılmıştır. HVOF yöntemi ile püskürtülen Inconel 625 kaplama üzerine pulse plazma ile nitrürasyon işlemi 520 C işlem sıcaklığı, 12 saatlik işlem süresi ve % 75 N2 - % 25 H2 gaz karışım oranında gerçekleştirilirken, akımsız Ni-P kaplama hazırlamak için ticari bir akımsız nikel kaplama banyosu kullanılmıştır. Bu işlemlerden sonra mekanik özelliklerin tespit edilmesi için mikrosertlik ölçümleri, tribolojik özelliklerin belirlenmesi için ileri-geri aşınma deneyleri yapılmıştır. Ayrıca elektrokimyasal çalışmalar için potansiyostat cihazı, yapısal özelliklerin tespit edilmesi için X-Işınları Difraksiyonu (XRD), Optik Mikroskop (OM) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda, uygulanan pulse plazma nitrürleme ve akımsız Ni-P yüzey işlemleri HVOF püskürtülen Inconel 625 kaplamanın korozyon ve tribolojik özellikleri üzerine olumlu etkileri olduğu belirlenmiştir.için potansiyostat cihazı, yapısal özelliklerin tespit edilmesi için X-Işınları Difraksiyonu (XRD), Optik Mikroskop (OM) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda, uygulanan pulse plazma nitrürleme ve akımsız Ni-P yüzey işlemleri HVOF püskürtülen Inconel 625 kaplamanın korozyon ve tribolojik özellikleri üzerine olumlu etkileri olduğu belirlenmiştir.

Nickel-based superalloys such as Inconel 625, are used in a wide range of applications including the marine and petroleum industries under where it is subjected to harsh conditions such as high temperatures and highly corrosive environments. However, its wear and corrosion resistance are poor. Accordingly, efforts are being made to improve both the anti-wear and the anti-corrosion properties in service. One plausible solution is to construct components entirely from specialty wear and corrosion-resistant materials, but this can be very expensive. Since wear and corrosion are responsible for causing surface material loss, an appropriate surface modification process can be effective for minimizing costs and prolonging the service life of nickel-based superalloys with a low cost and capability of mass production. In recent years, surface modification treatments seemed to repair these problems. When thermaly sprayed Inconel 625 coatings are modified by resurface treatment, their service life may be longer and their working performance may be higher. In this study, structural, corrosion, mechanical and wear behaviour of Inconel 625 coating prepared by High-Velocity Oxy-Fuel (HVOF) thermal spraying on low carbon steel (St 37) alloy were investigated. The results were compared against HVOF-sprayed Inconel 625 coating + pulse plasma nitriding and HVOF-sprayed Inconel 625 coating + electroless Ni-P deposition which is a duplex surface treatment. Inconel 625 coating on low carbon alloy substrate by HVOF process was pulsed plasma nitrided at 520 C for 12 hours in a gas mixture of 75 % N2 and 25 % H2, while HVOF-sprayed Inconel 625 coating was used as the substrate for the preparation of electroless Ni-P coating. After these operations, microhardness measurements and reciprocating wear tests were determined in order to describe the mechanical and tribological properties. Structural analysis was performed using X-Ray Diffraction (XRD) analysis, Optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM), while corrosion performance of the coatings was analysed by using a potentiodynamic polarization scanning (PDS) technique. As a result, it was found that the pulse plasma nitriding and electroless Ni-P surface processes improved the corrosion and tribological properties of the HVOF-sprayed Inconel 625 coating.