Mikro ark oksidasyon ile Al203 kaplanmış AA7075 alaşımının kuru ve yağlı şartlarda sürtünme ve aşınma davranışının incelenmesi
Investigation of the wear and friction behaviour of the AA7075 alloy that is covered with micro arc oxidation and Al203 in dry and lubricated conditions
Yazar: MİTHAT ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. ERTUĞRUL DURAK
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Aşınma davranışı = Wear behavior ; Metal kaplama = Metal coating ; Seramik kaplama = Ceramic coating ; Sürtünme = Friction ; Triboloji = Tribology

Özet:
Makina elemanlarında kaçınılmaz olan ve karmaşık bir sistem özelliği gösteren sürtünme ve aşınma olayı, sanayide birçok tribolojik sistemlerde görülen ve çağımızda en aza indirmek için büyük çabalar harcanan bir teknik problemdir. Bu tez çalışmasında, otomotiv, uçak sanayilerinde ve endüstride makina parçalarının imalatında yaygın bir kullanım alanına sahip olan AA7075 alaşımlarına Mikro Ark Oksidasyon (MAO) yöntemi ile yüzeyde tribolojik özellikleri geliştirilmiş ve korozyona dirençli Al2O3 seramik kaplamalar oluşturulması amaçlanmıştır. 

MAO ile Al2O3 kaplanmış ve kaplanmamış AA7075 test numunelerin tribolojik özelliklerin belirlenebilmesi için üç farklı deney düzeneklerinde seçilen çalışma parametrelerinde çok sayıda testler uygulanmıştır. Pim-Disk Aşınma Deney Düzeneği'nde ve Gidip-Gelme Aşınma Deney Düzeneği'nde numunelere 0,146 m/s, 0,292 m/s, 0,438 m/s kayma hızlarında ve 50 N, 100 N, 150 N yüklerde, 5 km kat etme mesafesinde ve 40 °C sıcaklığında sıvı madeni baz yağ gönderilerek ve yağ gönderilmeden testler uygulanmıştır. Ayrıca burç şeklinde kaplanmış ve kaplanmamış AA7075 numunelerin tribolojik özelliklerinin belirlenebilmesi için ise Sabit Yüklü Radyal Kaymalı Yatak Deney Düzeneği'nde 5 d/d ile 1000 d/d arasındaki sekiz farklı mil hızlarında ve 150 N, 250 N ve 500 N sabit yatak yüklerinde 40 °C sıcaklıktaki yağla besleyerek testler uygulanmıştır. Deneysel çalışma kapsamında; sürtünme katsayısı, aşınma oranı, pim test numunelerinin yüzey pürüzlülük ölçümleri, kaplama kalınlık ölçümleri, kaplamaların Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji dağılımlı X ışını spektrometresi (EDX), X-Işını Difraksiyon (XRD) ve Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) incelemeleri yapılmıştır. 

Yağ gönderilerek yapılan testlerde genellikle MAO ile Al2O3 kaplamalı numunelerde elde edilen sürtünme katsayılarının, kaplamasız numunelerde daha yüksek, öte yandan aşınma oranları ise daha düşük değerde çıkmıştır. Yağ gönderilmeden yapılan deneylerde kaplamalı numunelerin sürtünme katsayıları birbirine yakın ve aşınma oranları kaplamasız numunelerden daha düşük değerde çıktığı tespit edilmiştir. Yatak testlerinde ise yüksek hızlarda kaplamalı numunelerin sürtünme katsayıları daha düşük değerde çıkmıştır.

Abstract:
The friction and wear event that is an inevitable feature of machine components and shows a complex system property is a technical problem which is seen in many tribological systems in the industry and are being spent great efforts to minimize it in our age. In this thesis, AA7075 alloy surfaces have been coated with corrosion-resistant Al2O3 ceramic that have increased tribological properties. AA7075 alloys are widely used in automotive, aircraft and industrial machinery parts manufacturing industries. Micro Arc Oxidation (MAO) was the method used for coating.

In experimental studies, in order to determine the tribological properties of Al2O3 coated and uncoated AA7075 test samples with MAO method, many tests were applied on three different test platforms with determined working conditions. Tests were applied on a pin on disc wear test apparatus and reciprocating wear test apparatus both at dry conditions and with liquid mineral base lubricant feeding at 40 °C temperature under the following conditions: sliding velocity was 0,146 m/s, 0,292 m/s and 0,438 m/s, applied load was 50 N, 100 N and 150 N, total sliding distance was 5 km. Also other tests were applied on statically loaded journal bearing test apparatus with eight different rotational velocity between 5 rev/min and 1000 rev/min and with the statically loaded journal bearing magnitude of 150 N, 250 N, 500 N with feeding oil at 40 °C in order to realize the tribological properties of bearing of the coated and uncoated samples. In the scope of this thesis, friction force, friction coefficient, wear rates, surface roughness of the pin test samples, coating width measurements, Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), X-Ray Diffraction (XRD) and Atomic Force Microscopy (AFM) investigations were accomplished.

In tests performed with sending lubricant, generally it has seen that coefficient of friction values obtained from MAO with Al2O3 coated samples are higher from the values obtained from uncoated samples, while wear rates were lower. Coefficients of friction values obtained from experiments performed at dry conditions are close to each other while coated samples have lower wear rates than the uncoated samples. At journal bearing tests, coated samples show lower coefficient of friction values than the uncoated samples at high speeds.