AA7075 alaşımları üzerine büyütülen PEO kaplamaların korozyon ve aşınma özelliklerinin araştırılması; proses parametrelerinin optimizasyonu
Investigation of corrosion and wear properties of PEO coatings grown on AA7075 alloys; optimization of process parameters
Yazar: FATMA SONGUR
Danışman: PROF. DR. ERSİN ARSLAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum alaşımları = Aluminum alloys ; Aşınma = Wear ; Elektrolitik = Electrolytic ; Korozyon = Corrosion ; Plazma = Plasma ; Taguchi deneyleri = Taguchi experiments

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, yüksek mukavemetli AA7075 alaşımı üzerine Plazma Elektrolitik Oksidasyon (PEO) yöntemi ile büyütülen kaplamaların korozyon ve aşınma özelliklerinin  araştırılması ve PEO prosesinde kullanılan parametrelerin Taguchi deney tasarım yöntemi ile optimize edilmesi amaçlanmıştır. 
Yöntem: AA7075 alaşımının yüzeyine korozyon ve aşınma özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla PEO yöntemi kullanılarak oksit kaplamalar büyütülmüştür. Deney esnasında kullanılacak parametre ve seviyeler Taguchi deney tasarım yöntemine göre belirlenmiştir. L9(34) ortogonal dizisi kullanılarak hazırlanan deney tasarımında, kontrol edilebilir proses parametreleri olan akım yoğunluğu, frekans, görev döngüsü ve elektrolit konsantrasyonunun üç farklı seviyesi seçilmiştir. PEO kaplamaların yapısal özellikleri XRD, XPS ve SEM/EDS analizleri ile belirlenmiş ve ayrıca kalınlık, pürüzlülük ve nano-sertlik ölçümleri yapılmıştır. Kaplamaların elektrokimyasal incelemeleri potansiyodinamik tarama (PDS) tekniği ile gerçekleştirilirken, aşınma testlerinde pin-on disk cihazı kullanılmıştır. Ayrıca kaplamaların aşınma profilleri 3D optik profilometre cihazı kullanılarak belirlenmiştir. Hesaplanan S/N oranlarına göre en iyi korozyon direnci ve aşınma oranı için optimize edilen parametre/seviye kombinasyonlarında doğrulma deneyleri yapılmıştır.
Bulgular: AA7075 alaşımı üzerine büyütülen PEO kaplamaların korozyon direncinin, kalınlık değerindeki artış ve kompaktlığına bağlı olarak iyileştiği görülmüştür. PEO kaplamaların korozyon dirençleri üzerinden yapılan varyans analizine göre etkin parametrelerin sırasıyla frekans, elektrolit konsantrasyonu, akım yoğunluğu ve görev döngüsü olduğu belirlenmiştir. Aşınma oranının ise pürüzlülük değerlerindeki azalmanın yanı sıra, sertlik ve kristal faz oranındaki artışa bağlı olarak azaldığı görülmüştür. PEO kaplamaların aşınma oranı üzerinden yapılan varyans analizine göre etkin parametreler, akım yoğunluğu, frekans, görev döngüsü ve elektrolit konsantrasyonu olarak sıralanmıştır.
Sonuç: PEO prosesinin optimize edilen parametre/seviye kombinasyonlarında büyütülen doğrulama deneylerinde, korozyon direnci için 476 kat, aşınma oranı için ise 14 kat iyileşme elde edilmiştir. Bu sayede AA7075 alaşımının korozyon ve aşınma hasarına maruz kaldığı ortamlarda kullanım ömrünün arttırıldığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Objective: In this study, it was aimed to investigate the corrosion and wear properties of coatings grown by the Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) method on high-strength AA7075 alloy and to optimize the parameters used in the PEO process with the Taguchi experimental design method.
Method: In order to improve the corrosion and wear properties of AA7075 alloy, oxide coatings were grown on its surfaces by using the PEO method. The parameters and levels to be used during the experiment were determined according to the Taguchi experimental design method. In the experimental design prepared using the L9(34) orthogonal array, three different levels of current density, frequency, duty cycle and electrolyte concentration, which are controllable process parameters, were selected. Structural properties of PEO coatings were determined by XRD, XPS and SEM / EDS analyses, and also thickness, roughness and nano-hardness measurements were performed. The electrochemical investigations of the coatings were carried out by the potentiodynamic scanning (PDS) technique, while a pin-on disc device was used in wear tests. In addition, the wear profiles of the coatings were determined using a 3D optical profilometer device. Confirmation experiments were carried out at optimized parameter/level combinations for the best corrosion resistance and wear rate according to the calculated S/N ratios. 
Findings: It was observed that the corrosion resistance of PEO coatings grown on AA7075 alloy improved with the increase in thickness value and compactness. According to the analysis of variance on the corrosion resistance of PEO coatings, it was observed that the effective parameters are respectively frequency, electrolyte concentration, current density and duty cycle. It was also determined that the rate of wear decreased with the increase in the hardness and crystal phase ratio as well as the decrease in the roughness values. According to the analysis of variance on the wear rate of PEO coatings, the effective parameters were sorted as current density, frequency, duty cycle and electrolyte concentration.
Results: In confirmation experiments grown in optimized parameter/level combinations of the PEO process, an improvement of 476 times for corrosion resistance and 14 times for wear rate was achieved. In this way, it was determined that AA7075 alloy service life is increased in environments where it is exposed to corrosion and wear damage.