Elmas nanoparçacık takviyeli krom kaplanmış gözenekli toz metal parçaların aşınma ve korozyon davranışlarının araştırılması
Investigation of wear and corrosion behavior of porous powder metallurgy parts coated with nano diamond particles modified chromium
Yazar: NIMA ZOGHIPOUR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ELMAS SALAMCİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Elektrokaplama = Electroforming ; Nanokompozitler = Nanocomposites ; Toz metalurjisi = Powder metallurgy ; Yüzey aşınması = Surface wear ; Çukur korozyonu = Pitting corrosion

Özet:
Bu çalışmada, gözenekli toz metal parçalar üzerine uygulanan nano elmas takviyeli krom kaplamanın aşınma ve korozyon dayanımına etkisi araştırılmıştır. Ön alaşımlı demir metal tozları 31.7×12.7×7.9 mm boyutlarında 550 MPa basınçta çift taraflı preslenerek gözenekli numuneler elde edilmiş ve sinterlenmiştir. Ayrıca aynı malzeme, presleme ve sinterleme şartları altında imal edilen Sprocket, PSA grubuna (Peugeot & Citroen) ait 1,2 litre benzinli motorunun yağ pompasında zincir dişli vasıtasıyla çalışan parça için aşınma cihazı tasarlanmış ve parçanın üzerinde aşınma, sertlik testleri yapılmıştır. Üniversiteler arası ikili işbirliği çerçevesinde üretilen numuneler, Bulgaristan Bilimler Akademisinde (BAS), elektrokimyasal yöntemle nano elmas takviyeli krom kaplama ile kaplanmışlardır. Kaplama öncesi ve sonrası numuneler optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskop (SEM) ile incelenmiş ve kaplanmış numunelerin enerji dağılımlı X- ışını spektroskopisi (EDS) analizleri yapılmıştır. Kaplama öncesi ve sonrası sertlik değerleri ölçülmüş ve karşılaştırılmıştır. Kaplama öncesi ve sonrası X-ışınları difraksiyon analizi (XRD) yapılmış ana malzemedeki bileşik oluşumu araştırılmış, kaplamadaki kristal yapı belirlenmiştir. Atomik kuvvet mikroskobu analizleri (AFM) ile kaplamaların yüzey pürüzlülük değerleri ölçülmüştür. Pin-on-plate aşınma cihazında, kaplanan numunelerden daha sert aşındırıcı malzeme kullanılarak 1,4 MPa yük altında, 20 mm/sn hız ve 10, 40 ve 90 metre kayma mesafelerinde kaplanmamış ve kaplanmış numunelerin aşınma kayıpları araştırılmıştır. Kaplanmış, kaplanmamış ve ısıl işlem görmüş Sprocketlere 2, 4 ve 6 saat boyunca, 500, 1000 ve 1500 rpm, 0, 1 ve 2 N.m tork uygulayarak yağlı ortamda aşınma testleri yapılmıştır. Kaplama öncesi ve sonrası numunelerin korozyona karşı davranışı 3,5 %ağ. NaCl çözeltisinde, dönüşümlü polarizasyon, Tafel ekstrapolasyonu ve elektrokimyasal empedans spektroskopi (EIS) yöntemleri ile araştırılmıştır. Yapılan tüm ölçüm ve analiz sonuçlarına göre, nano elmas takviyeli krom kaplanmış toz metal parçaların, saf krom kaplama ve kaplanmamış numunelere göre sertlik, aşınma ve korozyon dirençlerinin arttığı görülmüştür.

Abstract:
In this study, the effects of nano diamond reinforced chromium coating on porous powder metallurgy parts on wear resistance and corrosion resistance have been investigated. Prealloyed iron powders were biaxially pressed at 550 MPa. Samples with porosities have been obtained in 32.7×12.7×7.9 mm sizes and then sintered. Also, for the Sprocket belonging to the PSA group (Peugeot & Citroen) with the same material, working by the chain of the oil pomp of 1.2 liter engine motor and manufactured by pressing and sintering under the same conditions, the wear test machine has been designed and the wear as well as hardness tests have been carried out. The components produced in the framework of the bilateral cooperation between the universities were coated with diamond nano particle added chromium at Bulgarian Academy of Sciences (BAS) deploying an electrochemical method. The samples were examined before and after coating application with optical microscope and scanning electron microscope (SEM) and the coated samples were analysed in terms of their energy distribution X-ray spectroscopies (EDS). The hardness value of the components before and after coating was measured and compared. Pre- and post-coating XRD analysis was performed, composite formation on the main material was studied and the crystal structure on the coatings was defined. The surface roughness of the coatings was measured through Atomic Force Microscopy (AFM) analysis. Pin-on-plate wear test has been to study the dry wear resistances of the coated samples at 1.4 MPa, 20 mm/sec, 10, 40 and 90 meters. Meanwhile, the wear behavior of the non-coated, coated and heat treated Sprockets have been studied at 500, 1000 and 1500 rpm, 0, 1 and 2 N.m reverse torques for periods of 2, 4 and 6 hours in a lubricant circumastance. The corrosion behavior of the samples before and after coating was studied in 3.5 %wt. NaCl solution by applying cycle voltammetry, Tafel extrapolation and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods. According to all measurements and analysis results, hardness, wear and corrosion resistance of nano diamond reinforced chromium coated powder metallurgy specimens have increased compared to pure chromuim coated and uncoated samples.