Induction assisted aluminizing of 316L and Inconel 718 alloys
316L ve Inkonel 718 alaşımlarının indüksiyon destekli aluminyum kaplama yöntemiyle kaplanması
- Tez No: 1013050
- Danışmanlar: PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu doktora çalışması, AISI 316L paslanmaz çeliği, Inconel 718 (IN718) süperalaşımı ve Soğuk Püskürtme Eklemeli İmalat (SPEİ) yöntemiyle üretilmiş IN718 üzerinde üç farklı aluminizasyon yönteminin sıcak daldırma aluminizasyon (SDA), püskürtme aluminizasyon (PA) ve kutu aluminizasyon (KA) uygulanmasını ve bu kaplamaların hızlı indüksiyon ısıtma ile geliştirilmesini kapsamaktadır. Tüm çalışmaların ortak amacı, indüksiyon ısıtmanın çok kısa sürelerde aluminid fazların oluşumunu hızlandırmadaki etkinliğini belirlemek ve elde edilen kaplamaların mikroyapısal, mekanik, tribolojik ve yüksek sıcaklık oksidasyon davranışlarını değerlendirmektir. Tezin birinci aşaması şu şekilde özetlenmektedir: Bu çalışma, hızlı indüksiyon ısıtmasının ardından iki farklı aluminizasyon işlemine (SDA ve PA) tabi tutulan AISI 316L paslanmaz çeliğin aşınma ve yüksek sıcaklık oksidasyon davranışlarını incelemektedir. Amaç, kısa süreli indüksiyon ısıtmanın bir difüzyon işlemi olarak etkinliğini değerlendirmek ve elde edilen kaplamaların yapısal ve fonksiyonel özelliklerini karşılaştırmaktır. Mikroyapısal karakterizasyon SEM, XRD ve EBSD ile gerçekleştirilirken, mekanik ve tribolojik özellikler nanoindentasyon ve aşınma testleriyle analiz edilmiştir. SDA kaplaması daha homojen bir dış morfoloji sergilerken, SA kaplamasında indüksiyon ısınması sırasında oluşan lokal sıcaklık gradyanları nedeniyle lameller bir yapı oluşmuştur. Bu morfolojik farklılıklara rağmen her iki kaplama da Fe₂Al₅, FeAl ve α-Fe (Al) fazlarından oluşmaktadır. PA kaplamaları daha yüksek yüzey sertliği (13.2 GPa; SDA için 10.8 GPa), daha düşük sürtünme katsayısı (0.40; SDA için 0.52) ve belirgin şekilde daha düşük aşınma oranı (3.2×10⁻⁵ mm³/N·m; SDA için 6.5×10⁻⁵ mm³/N·m) göstermiştir. 1000 °C'de 24 ve 96 saat boyunca yapılan izotermal oksidasyon testleri, iki kaplamanın da koruyucu bir Al₂O₃ tabakası içeren α-Fe (Al) matrisine dönüştüğünü ortaya koymuştur. Ancak PA numunelerinde kaplama kalınlığı 96 saat sonra 35 µm'den 400 µm'ye, SDA numunelerinde ise 230 µm'ye ulaşmıştır; bu da SA işleminde Al difüzyonunun daha etkin olduğunu göstermektedir. Genel olarak SA + indüksiyon işlemi daha iyi aşınma direnci sunarken, SDA + indüksiyon işlemi daha üstün oksidasyon dayanımı sağlamıştır. Tezin ikinci aşaması şu şekilde özetlenmektedir: Bu çalışma, IN718 süperalaşımında uygulanan iki rekabetçi ve maliyet açısından etkili aluminizasyon yöntemi olan SDA ve SA işlemlerinde çok hızlı indüksiyon ısıtmasının etkisini karşılaştırmaktadır. Her iki yöntem de iki veya daha fazla katmandan oluşan iyi yapışmış kaplama tabakaları üretmiştir. Kaplamaların morfolojik, yapısal ve kimyasal özellikleri detaylı şekilde incelenmiş ve oluşum mekanizmaları birbirleriyle karşılaştırmalı olarak tartışılmıştır. 700 °C'de Al-%11 Si banyosunda gerçekleştirilen SDA işlemi yaklaşık 120 μm kalınlığında, büyük ölçüde NiAl₃ fazından oluşan bir kaplama üretmiştir. 1000 °C'de 20 saniyelik indüksiyon ısıtma sonrasında kaplama kalınlığı iki katından fazla artarak 250 μm'ye ulaşmış, kaplama fazları Ni₂Al₃'e dönüşmüş, element dağılımı daha homojen hâle gelmiş ve potansiyel olarak oksidasyon direncini artırabilecek CrSi₂ çökeltileri oluşmuştur. SA işleminde indüksiyon ısınması daha uniform ve 43 μm kalınlığında, Ni₂Al₃ ve NiAl fazlarından oluşan iki katmanlı bir kaplama oluşturmuştur. EBSD analizi PA kaplamalarının daha uniform tane boyutuna ve rastgele kristal yönelimine sahip olduğunu göstermiştir; bu özellikler yüksek sıcaklık oksidasyon direnci açısından avantaj sağlamaktadır. Sonuçlar, SDA kaplamalarında PA kadar yüksek uniformitenin ancak indüksiyon ısıtması sonrası elde edilebildiğini ve PA + indüksiyon kombinasyonunun uzun süreli yüksek sıcaklık maruziyetine gerek duymadan pek çok Ni-bazlı altlıkta uygulanabileceğini göstermiştir. Tezin üçüncü aşaması şu şekilde özetlenmektedir: Bu çalışma, SPEİ yöntemiyle üretilmiş IN718 süperalaşımı üzerinde Kutu Aluminizasyon (KA) yöntemiyle aluminid kaplama geliştirilmesini incelemektedir. Önerilen yöntem, geleneksel fırın alkalizasyonunda birkaç saat süren işlem süresini yalnızca birkaç dakikaya düşürmektedir. Araştırmada elde edilen kaplamaların mikroyapısı, faz evrimi ve tribolojik performansı, klasik fırınlı pack aluminizasyon yöntemiyle karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, işlem süresi 5 dakikadan 10 dakikaya çıkarıldığında kaplama kalınlığının yaklaşık 10 μm'den 19 μm'ye yükselen, yoğun ve çift katmanlı bir aluminid kaplamanın oluştuğunu göstermiştir. XRD ve EDS analizleri, dış katmanın Ni(Fe,Cr)Al₃, iç katmanın ise Ni₂(Fe,Cr)Al₃ fazlarından oluştuğunu ve yüksek aktivite aluminizasyonuna özgü bir yapı sergilendiğini doğrulamıştır. KA işlemi IN718 altlığın tribolojik performansını belirgin şekilde artırmış; sürtünme katsayısını düşürmüş ve 10 ve 15 dakikalık işlem sürelerinde aşınma izi derinliğini kaplamasız numuneye kıyasla %80'den fazla azaltmıştır. Bu bulgular, KA yönteminin hızlı, etkili ve yüksek performanslı aluminid kaplamalar üretmek için son derece uygun bir yöntem olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This doctoral study encompasses the application of three different aluminizing methods hot-dip aluminizing (HDA), slurry aluminizing (SA), and pack induction aluminizing (PIA) on AISI 316L stainless steel, Inconel 718 (IN718) superalloy, and IN718 produced by Cold Spray Additive Manufacturing (CSAM), along with the enhancement of these coatings through rapid induction heating. The common objective of all studies is to determine the effectiveness of induction heating in accelerating the formation of aluminide phases within very short durations and to evaluate the resulting coatings in terms of their microstructural, mechanical, tribological, and high-temperature oxidation behaviors. In first stage of this thesis is summarized. This study investigates the wear and high-temperature oxidation behavior of AISI 316L stainless steel (SS) subjected to two distinct aluminizing processes hot-dip aluminizing (HDA) and slurry aluminizing (SA) both followed by rapid induction heating. The objective was to assess the efficiency of short-time induction heating as a diffusion treatment and to compare the resulting structural and functional properties of the coatings. Microstructural characterization was carried out using SEM, XRD, and EBSD, while mechanical and tribological properties were evaluated by nanoindentation and wear testing. The HDA coating exhibited a uniform outer morphology, whereas the SA coating developed a lamellar structure due to localized thermal gradients during induction heating. Despite these morphological differences, both coatings consisted of Fe₂Al₅, FeAl, and α-Fe (Al) phases. The SA coating demonstrated a higher surface hardness (13.2 GPa vs. 10.8 GPa for HDA) and a lower coefficient of friction (0.40 vs. 0.52), resulting in a markedly lower wear rate (3.2 × 10⁻⁵ mm³/N·m vs. 6.5 × 10⁻⁵ mm³/N·m). Isothermal oxidation at 1000 °C for 24 h and 96 h revealed that both coatings transformed toward a protective α-Fe (Al) matrix with a continuous Al₂O₃ scale. However, the coating thickness increased more significantly in SA samples from 35 μm to 400 μm after 96 h compared to 230 μm for HDA, indicating superior Al diffusion kinetics in the SA process. Overall, the SA process combined with rapid induction heating exhibited superior wear resistance compared to the HDA route, whereas the HDA process combined with the same thermal treatment demonstrated enhanced oxidation resistance relative to the SA. In second stage of this thesis is summarized. This study compares the effect of very fast induction heating for two competitive and cost effective aluminizing process, namely, hot dip aluminizing (HDA) and slurry aluminizing (SA) of Inconel 718 superalloy. Each process produced well adhered coating layers, which comprise two or more layers. Morphological, structural and chemical characterizations of each layer were extensively studied, and formation mechanisms of the coatings were discussed in comparison to each other. The HDA process performed in a molten Al-11 wt. Si bath at 700 °C formed a 120 μm coating layer, mostly comprising of NiAl3. The induction heating for 20 s at 1000 °C increased the coating thickness more than two times (250 μm), transformed the aluminides to Ni2Al3, made the elemental distribution more uniform within the coatings, and also formed CrSi2 precipitates, which might be beneficial for an improved oxidation resistance. In the SA process, the induction heating forms a coating of 43 μm in thickness, which is more uniform than the HDA coatings, and also comprises of two layers having Ni2Al3 and NiAl type aluminides. EBSD examination revealed that the SA coating has a uniform grain size and random grain orientation, which are promising for improved oxidation resistance. Evaluation of the results in comparison to each other provided a better understanding of the effect of induction heating on different aluminizing processes. For example, a coating uniformity similar to that of the SA coating can be achieved only after the application of the induction heating in the HDA coatings. Also, the SA process assisted with the induction heating can be applied to various substrates without subjected them to a high temperature for a long time, and would be a promising method for partial and complete aluminizing of Ni-based substrates. In thirth stage of this thesis is summarized. This study investigates the development of aluminide coatings using a Pack Induction Aluminizing (PIA) process on Inconel 718 (IN718) superalloy, which was produced by Cold Spray Additive Manufacturing (CSAM). Benefit of the proposed method is to significantly reduce the aluminizing time, from a few hours as for the conventional furnace aluminizing conducted in a furnace to a few ten minutes as for the prosed method. The research also aimed to characterize the resulting coating's microstructure, phase evolution, and tribological performance in comparison to the conventional pack aluminizing furnace. The results confirmed the formation of a dense, dual-layer aluminide coating that grew in thickness from approximately 10 µm to 19 μm with the increase in process time from 5 min to 10 min, respectively. XRD and EDS analyses identified the coating's primary constituents as aluminum-rich intermetallics, with an outer layer of Ni(Fe,Cr)Al₃ and an inner layer of Ni₂(Fe,Cr)Al₃, characteristic of a high-activity aluminizing process. The PIA treatment significantly enhanced the tribological properties of the IN718 substrate. It reduces friction coefficient, and improves wear resistance reducing the wear track depth by over 80% for the samples treated for the process durations of 10 and 15 min, as compared to the uncoated alloy. These findings demonstrate that the PIA method is a highly effective and rapid technique for producing protective, high-performance aluminide coatings on IN718 superalloy.
Benzer Tezler
- İndüksiyonlu ısıtma destekli yakıt pili veriminin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of induction heating assisted fuel cell efficiency
HAYDAR DEMİRAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSiirt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FEVZİ HANSU
- Yardımcı üreme teknikleriyle oluşan gebeliklerle preeklampsi ilişkisi
The association between pregnancies conceived by assisted reproductive technology and preeclampsia
ATINÇ ÖZER
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2012
Kadın Hastalıkları ve DoğumSağlık BakanlığıKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
UZMAN H. CEMAL ARK
- Polikistik over sendromlu infertil kadınlarda serum gonadotropin değerlerinin yardımcı üreme tedavisi sonuçlarına etkisi
The effect of serum gonadotropin values on the results of assisted reproductive therapy in infertil women with polycystic ovary syndrome
MİYASE CANSEVER
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2023
Kadın Hastalıkları ve DoğumSağlık Bilimleri ÜniversitesiKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SADIK ŞAHİN
- Psikojen non-epileptik nöbetlerin klinik, elektrofizyolojik ve video EEG monitörizasyonu yoluyla sınıflandırılması ve yeni sınıflama önerisi
Clinical, electrophysiological, and VEM-based classification of psychogenic non-epileptic seizures and a new classification proposal
EZGİ ERTURUL TOKGÖZ
- İntrasitoplazmik sperm enjeksiyonu (ICSI) uygulaması yapılan polikistik over sendromlu (pkos) kadınlarda rekombinant FSH (rFSH) ile yüksek saflıkta üriner fsh (HP-uFSH) kullanımının karşılaştırılması
Comparison of recombinant FSH and highly purified urinary FSH in women with polycystic ovary syndrome undergoing ICSI cycles
ÖNER AYNIOĞLU
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2010
Kadın Hastalıkları ve DoğumKocaeli ÜniversitesiKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEBİHA ÖZDEMİR ÖZKAN