Kolloidal süspansiyon formundaki ligand bağlı nano-bakırın tribolojik performansının incelenmesi
Investigation of tribological performance of ligand-bound nano-copper in colloidal suspension form
Yazar: ONUR CAN ŞİRVAN
Danışman: PROF. DR. BABÜR ÖZÇELİK ; DOÇ. DR. MUHAMMET HÜSEYİN ÇETİN
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Aşınma = Wear ; Bakır = Copper ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Talaşlı üretim = Machining ; Triboloji = Tribology ; Yağlayıcılar = Lubricants

Özet:
Bu çalışmada farklı ligandlarla kaplı bakır nano-partiküllerinin katkı maddesi olarak kesme sıvısındaki tribolojik performansı incelenmiştir. Bakır malzemenin talaş bölgesinde sıcaklığı düşürmesiyle aşınmanın azalması, takım ömrünün ve işlenen malzemenin yüzey kalitesinin artması hedeflenmiştir. Yüksek yüzey enerjisi sayesinde malzemeye iyi tutunan bakırın, sürtünmeden kaynaklı pürüzleri doldurarak sürtünmeyi ve aşınmayı minimize etmesi beklenmektedir. Aşınma bölgesine nüfuz eden bakır nano-partiküllerinin yağlama, yük taşıma ve ısı iletimini arttırma özellikleri göstererek sürtünen yüzeylerde deformasyonu azaltacağı, enerji verimini ve yüzey kalitesini arttıracağı düşünülmektedir.
Çalışma üç aşamada gerçekleşmiştir. İlk aşamada kimyasal indirgeme metodu yöntemiyle sentezlenen jelatin, selüloz ve PVP kaplı bakır nano-partiküllerinin, UV absorbans, STEM, ıslatabilirlik ve PSA analizleri yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre en iyi ligandın jelatin olduğu görülmüştür. İkinci aşamada farklı hız (0,5, 0,7 ve 0,9 m/s) yük (10, 20 ve 35 N) ve ligand parametreleri (Jel, Sel ve PVP) altında pin-on-disk cihazında aşınma deneyi yapılmıştır. Aşınma deneylerinden elde edilen sürtünme katsayısı, ağırlık kaybı ve 3D topoğrafya görüntülerine göre en iyi performansı gösteren ligandlar sırasıyla jelatin, PVP ve selüloz olduğu tespit edilmiştir. %1, %2,5 ve %4 oranlarında CuNP (Jel) içeren su ortamında, en iyi yük ve hız parametreleri kullanılarak aşınma deneyleri yapılmıştır. En iyi performansı gösteren CuNP (Jel) oranının %1 olduğu tespit edilmiştir. Son aşamada farklı hız, ilerleme, derinlik ve sıvı ortamlarında (Bor yağı + su, CuNP-Jel + su, CuNP-PVP + su) cevap yüzeyi metodu kullanılarak talaş kaldırma işlemi yapılmıştır. 3D topoğrafya analizlerinde yüzey pürüzlülüğü açısından en iyi sonuçlar bor solüsyonunda, kesme kuvvetlerine göre en iyi sonuçlar CuNP (Jel) + su ortamında olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, the tribological performance of copper nanoparticles coated with different ligands as additives in cutting fluid was investigated. It is aimed to reduce wear, increase tool life and surface quality of the processed material thanks to copper, which lowers the temperature in the chip zone. Thanks to its high surface energy, it is expected that copper, which has good adhesion to the material, fills the roughness caused by friction and minimizes friction and wear. It is thought that copper nano-particles penetrating the wear zone will show lubrication, load carrying and heat transfer properties, reducing deformation on friction surfaces, increasing energy efficiency and surface quality.
The study was carried out in three stages. In the first stage, UV absorbance, STEM, wettability and PSA analyzes of gelatin, cellulose and PVP coated copper nanoparticles synthesized by chemical reduction method were performed. According to the results of the analysis, it was seen that the best ligand was gelatin. In the second stage, wear test was carried out in pin-on-disc device under different speed (0,5, 0,7 and 0,9 m/s) load (10, 20 and 35 N) and ligand parameters (Gel, Sel and PVP). According to the friction coefficient, weight loss and 3D topography images obtained from the abrasion tests, the ligands showing the best performance were determined as gelatin, PVP and cellulose, respectively. Wear tests were carried out using the best load and velocity parameters in water medium containing 1%, 2.5% and 4% CuNP (Gel). It was determined that the CuNP (Gel) ratio showing the best performance was 1%. In the final stage, chip removal was carried out using the response surface method at different speeds, feeds, depths and liquid media (Boron oil + water, CuNP-Gel + water, CuNP-PVP + water). In the 3D topography analysis, it was seen that the best results in terms of surface roughness were in the boron solution, the best results in terms of shear forces were in CuNP (Gel) + water medium.