Zirkonyum diborür nano kristal kaplanmış farklı malzemelerin 
mekanik ve işlenebilirlik özelliklerinin araştırılması
Investigation of the zirconium diboride nanocrystal coated 
different materials mechanic and mechinability properties
Yazar: TUNCAY ŞİMŞEK
Danışman: DOÇ. DR. ADNAN AKKURT ; PROF. DR. ŞADAN ÖZCAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Teknoloji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada mekanokimyasal yöntemle, yüksek ergime sıcaklığı ve sertliğe sahip önemli
geçiş metal borürlerinden ZrB2 nano boyutta sentezlenmiştir. Sentez deneylerinde Zr
kaynağı olarak elementel Zr ve ZrO2, bor kaynağı olarak B2O3 ve indirgeyici olarak
elementel Mg kullanılmıştır. Gezegensel tip yüksek enerjili öğütücüde, Ar atmosferinde
gerçekleştirilen sentez deneylerinde farklı bilye-toz kütle oranları ve dönme hızlarının
reaksiyon tamamlanma süresi ve elde edilen ürün üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Asetik
asit liçi ile saflaştırılan ZrB2 nanoparçacıklarının karakterizasyonları, XRD, SEM, TEM,
VSM, BET ve spesifik yoğunluk analizleri ile yapılmıştır. Ardından ZrB2 nanoparçacıkları,
ön kaplamalı yöntemle S355JR karbon çeliği ve 7075 serisi alüminyum alaşımı yüzeyine
N2 atmosferi altında CO2 lazeri ile kaplanmıştır. Ön kaplama işleminde tozlar fenolik
reçine ile metal yüzeyine yapıştırılmış ve vakum altında ısıl işlem yapılarak yüzeyle
yaptığı bağ güçlendirilmiştir. Lazer kaplama deneylerinde, farklı lazer güçleri ve ilerleme
hızları uygulanarak değişken parametrelerin kaplama tabakasının mikroyapısı, faz yapısı,
sertliği ve aşınma davranışları üzerindeki etkisi ortaya konmuştur. Yapılan incelemelerde,
S355JR karbon çeliği yüzeyinde, çatlak ve oyuklar bulunmasına rağmen en sert kaplama
tabakalarının 75 W ve 125 W lazer güçlerinde yapılan deneylerde elde edildiği ancak
sertliğin düşmesine rağmen homojen ve gözeneksiz kaplama tabakalarının ise 160 W ve
200 W lazer gücünde yapılan deneylerde elde edildiği tespit edilmiştir. Alüminyum alaşımı
ve seramik faz arasındaki yüksek ergime sıcaklık farklılıklarından dolayı 7075 serisi
alüminyum alaşımı yüzeyinde yapılan tüm kaplama deneylerinde kaplama tabakalarında
çatlak ve gözenekli yapı gözlenmiştir. Aşınma ve çizik testleri, kaplama tabakalarının
aşınma direncinin ana metale göre geliştirildiğini ve ana metalle çok iyi metalürjik bağ
yaptığını ortaya koymuştur. Daha sonra kaplanan numuneler ileri imalat yöntemlerinden
aşındırıcılı su jeti, tel erezyon, lazer ışını ve aşındırıcılı disk ile kesilerek, kesme
yöntemlerinin kaplama tabakalarındaki tahribatları araştırılmıştır. En uygun yöntemin
aşındırıcılı disk ile kesme yöntemi olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, ZrB2 nanoparticles that has high melting point and high hardness of transition metal borides, were synthesized via mechanochemical method. In the experiments as a zirconium source, ZrO2 and elemental Zr, as a boron source B2O3 and elemental Mg were
used as a reductant. The effect of different ball-to powder ratio and rotating speed on the
microstructures of sythesized nanoparticles and reaction completion time with planetary
ball milling were investigated. Nanoparticles leached with acetic acid were characterized
with XRD, SEM, TEM, VSM, BET and helium pycnometer. Afterwards synthesized ZrB2
nanoparticles were coated on the surface of S355JR carbon steel and AA7075 aluminum
alloys by pre-placed laser cladding method with CO2 laser under N2 atmosphere. For the
precoating process ZrB2 nanoparticles were mixed with phenolic resin and heat treated
under vacuum to make a strong bonding to substrate. Laser experiments were conducted
with different laser power, different feed rate and effect of parameters on the coating
microstructure, phase content, hardness and wear properties were investigated. When laser
coated surfaces were examined, the hardest coating layers including crack and cavity were
obtained at 75 W and 125 W laser power, despite that the decline of coating layers
hardness, crack free and homogen coating layers were obtained experiments conducted at
160 W and 200 W laser power on the surface of S355JR carbon steel. However there were
microcrack and porosity on the surface of aluminum alloy because of having high melting
difference between ceramic nanoparticles and aluminum alloy. According to wear and
micro scratch tests results, coated layers wear strength had been improved and coating
layers had a good metallurgical strentgh to substrate. After that coated layers were cut by
important advanced cutting methods such as abrasive water jut, wire erosion, laser and
abrasive cutting disk then the effect of these methods on the layers were investigated. The
results of this study showed that the abrasive cutting methods are the best method.