Kriyojenik işleminin termal sprey WC-Co kaplamaların aşınma özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation on effect of cryogenic treatment on wear properties of thermal sprayed WC-Co coatings
Yazar: İLYAS BAYRAK
Danışman: DOÇ. DR. HAKAN GAŞAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında termal sprey yüksek hız oksi yakıt sistemi ile elde edilmiş WC-17%Co kaplamanın kriyojenik işlem ile birlikte mikroyapı, faz, mikrosertlik, aşınma ve sürtünme özellikleri incelenmiştir. Kriyojenik işlemler numunelere sırası ile 12, 24 ,36 ve 48 saat bekletme süreleri uygulanarak -196 °C'de gerçekleştirilmiştir. Elde edilen kriyojenik işlem görmüş ve görmemiş numuneler ASTM G77'ye göre aşındırıcı halka üzeri kaplama bloğu ve ASTM G99'a göre alümina bilye ile kaplanmış numune üzerine aşınma ve sürtünme testleri yapılıp elde edilen kütle kayıpları, sürtünme katsayıları ve sürtünme kuvvetleri birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Halka üzeri blok test her numune için 10000 metre temel alınarak 320 meşlik SiC zımpara kağıdı kullanılarak 25 N yük altında 200 rpm devir ile yapılmıştır. 3 mm. çapında alümina bilye ile kaplama üzeri sürtünme testi ise 1000 metre mesafe baz alınarak 5 N yük ve 10 cm/s kayma hızı ile yapılmıştır. Ayrıca numunelere mikroyapı, EDS ve XRD analizleri de uygulanmıştır. Mekanik test olarak ise HV skalada 300 gr. yük ile mikrosertlik ölçümleri alınmıştır. Tez çalışması kapsamında birçok endüstriyel uygulaması olan WC-Co aşınma direnç kaplamaların kriyojenik işlem ile aşınma ve sürtünme davranışları incelenmesi amaçlanmıştır. Elde edilen sonuçlarda kriyojenik etki ile mikroyapıda Co6W6C faz artışı ve Co martensitik dönüşümü gözlemlenmesi ve buna bağlı mikrosertlikte yükselme meydana gelmiştir. Aşınma testi sonrası kriyojenik işlem ile birlikte numunelerin kütle kayıplarında azalma ve buna bağlı olarak aşınma direncinde artış gözlenmiştir. Sürtünme testinde ise ortalama sürtünme katsayısının ve kuvvetinin 48 saat kriyojenik etki gören CT48 numunede en düşük olduğu, 900-1000 metre tribolojik dengede ise kriyojenik etki ile doğrudan kinetik sürtünme katsayısının ve kuvvetinin azaldığı tespit edilmiştir. Sonuçlarda 48 saatlik kriyojenik işlem gören CT48 numunede en fazla aşınma direnci ve en düşük sürtünme katsayısı elde edilmiştir.

Abstract:
Within the scope of this master thesis, wear and friction behavior of cryogenically treated WC-17%Co coating materials sprayed by high velocity oxy fuel system (HVOF) are investigated in terms of microstructure, phase analysis, microhardness, wear and friction. Specimens were deep cryogenically treated to -196 °C with soaking times 12, 24, 36, 48 hours respectively. Cryogenically treated and untreated specimens were conducted for block on ring wear testing according to ASTM G77 standard and ball on disc friction testing according to ASTM G99 standard then obtained mass differences, coefficient of friction and friction forces were compared to each other. Blok on ring wear testing was applied to 10000 meters running distance with the usage of 320 mesh size SiC abrasive paper under 25 N load and 200 rpm. Ball on disc friction testing was conducted by using 3 mm. alumina ball within 1000 meters under 5 N applied load and 10 cm/s sliding velocity. In addition to these, samples were investigated for microstructural, EDS and XRD analysis. As mechanical testing, microhardness measurements were taken with Vickers indentation under 300 gr. applied load. In the scope of thesis, wear and friction behavior investigation with cryogenic treatment on WC-Co coatings having various applications in many industries were aimed. In obtained results, increased amount of Co6W6C phase and cobalt martensitic tranformation in microstructure were observed with cryogenic effect and dependly microhardness values raised. After block on ring wear testing, mass diffrencess were measured and decreasing in mass differencess observed for cryogenically treated ones and therefore wear resistance increased. While coefficient of friction and friction forces are lowest in 48 hours cryogenically treated CT48 sample in ball on disc friction testing, kinetic coefficient of friction and friction forces were obtained to decrease directly with cryogenic soaking effect in 900-1000 meters range of tribologically balanced zone. In final results, best wear resistance and lowest coefficient of friction were obtained in sample that cryogenically treated with 48 hours soaking time.