Elektrik ark püskürtme yöntemi ile FeCrCMn esaslı kompozit kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of FeCrCMn based composite coatings by twin wire arc spraying
Yazar: AHMET GÜLEÇ
Danışman: PROF. DR. AHMET TÜRK
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, endüstride abrazif aşınmalı ortamlarda çalışan iş parçalarının abrazif aşınma dayanımlarını arttırmak için kullanılan FeCrCMn esaslı özlü tel kaplamaların elektrik ark püskürtme yöntemi ile farklı proses parametrelerinde üretilmesi ve proses parametrelerinin kompozit kaplama yapısına etkisinin incelenerek kaplamaların abrazif aşınma performansına etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla Metco firmasının 8222® kodlu 28Cr5CMn ticari bileşime sahip özlü kaplama teli kullanılmıştır. Kaplama metodu elektrik ark püskürtme yöntemi olup prosesin parametreleri olan akım, voltaj, primer gaz basıncı ve püskürtme mesafesinin değiştirilmesi ile kompozit esaslı kaplamalar üretilmiştir. Üretilen kaplamaların optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu (SEM) incelemesi ile EDS analizi gerçekleştirilmiştir. X ışınları difraksiyon analizi (XRD) ile üretilen kaplamalarda oluşan fazlar analiz edilmiştir. İmaj analiz programı ile kaplamalardaki oksit ve porozite tayinleri gerçekleştirilmiş, 10 saniye boyunca 20 N.'luk yük kullanılarak mikrosertlik ve HRA cinsinden kaplama makro sertlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. 

Kaplamalarda yapılan karakterizasyon çalışması sonucunda kaplama ana fazında Cr7C3, (Cr,Fe)7C3 ve az miktarda Mn7C3 olarak M7C3, (Cr,Fe)23C6 olarak M23C6 karbürlerinin bulunduğu, yapının γ – (Cr,Fe) + (Cr,Fe)23C6'dan oluştuğu tespit edilmiştir. 

Akım, voltaj, primer gaz basıncı ve püskürtme mesafesi değiştirilerek üretilen kompozit esaslı kaplamalar ASTM G65-04 standardına uygun şekilde bu çalışma için özel olarak tasarlanıp üretilen abrazaif aşınma test cihazında 30 saniye boyunca ASTM G65-04 standardı Prosedür A'ya göre abrazif aşınma testine tabi tutulmuşlardır. Abraazif aşınma testi sonrası kaplamaları aşınma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve EDS analizi ile incelenmiştir. Özlü tel kaplamanın abrazif aşınma performansının belirlenmesi açısından optimum proses parametrelerinde elektrik ark püskürtme yöntemi ile üretilen 13 Cr'lu metalik çelik tel kaplama ve FeCrCMn esaslı kompozit kaplama yine ASTM G65-04 standardına uygun olarak 30 dakika boyunca Prosedür C'ye göre abrazif aşınma testine tabi tutulmuştur.

Bu çalışma sonucunda proses parametrelerin kaplama karakteristiğini etkilediğini, oksit miktarının yüksek olduğu kaplamalarda kaplama makro sertliğinin düştüğü görülmüştür. Abrazif aşınma testi sonrasında kaplama makro sertliği yüksek olan kaplamaların daha yüksek abrazif aşınma dayanımı gösterdiği, düşük kaplama makro sertliğine sahip olan kaplamaların abrazif aşınma sebepli hacim kayıplarının yüksek olduğu tespit edilmiştir. FeCrCMn esaslı özlü tel kaplamanın 13 Cr'lu metalik çelik kaplamaya göre % 57 oranında daha yüksek abrazif aşınma performansına sahip olduğu bu çalışmada tespit edilen diğer bir unsurdur.

Abstract:
In this study, it was focused on the investigation effect of process parameters of FeCrCMn based composite coatings produced by twin wire arc spraying technique with diffrent process parameters on abrasion wear performance of industrial components which in used severe abrasion environment. It was used Metco 8222® (28Cr5CMn) cored wire as a coating wire in this study. FeCrCMn based composite coatings were produced by twin wire arc spraying technique with different process parameters such as amperage, voltage, primary gas pressure and spraying distance. The coatings were investigated optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) with EDS analysing methods. By x-ray diffraction (XRD) method, phases were determined in the coatings. Oxide and porosite amount of the coatings were indicated by using image analyzer (Image J®). Microhardnesses of coatings were measured with 20 N during 10 seconds and coating makro hardnesses of coatings were determined as HRA. 

After characterization of coatings, M7C3 as Cr7C3, (Cr,Fe)7C3 and less amount Mn7C3 and M23C6 as (Cr,Fe)23C6 complex carbide were found in coating structures. It was appeared to consist of main coating phases was γ – (Cr,Fe) + (Cr,Fe)23C6. 

The abrasion tests of coatings which produced by different process parameters as amperaje, voltage, primary gas pressure and spraying distance were carried out during 30 seconds according to ASTM G65-04 standard, Procedure A in abrasive tester which produced only this study.After abrasion tests, the surface of the coatings were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and EDS analys. To determined of cored wire coatings abrasion wear performance, 13 Cr metallic wire coating and FeCrCMn based composite coating produce by twin wire spraying in optimum process parameteres were tested with abrasion test according ASTM G65-04, Procedur C during 30 minutes and compared with wear volume losses of two coatings.

In this study, it was found that process parameters affected on coating characteristics. Bulk hardnesses of coatings were decreased when oxide amount was high. The coatings which had higher bulk hardness appeared to be higher abrasion performance. It was found that FeCrCMn based composite coatings had more than 50 % performance than 13 % Cr steel coating.