Karbon malzemelerin ılık derin çekme prosesinde yağlayıcı olarak kullanılabilirliğinin araştırılması ve sıcak koşullar için düşük maliyetli yağlayıcı geliştirilmesi
Investigation of the usability of the carbon materials as lubricant in warm deep drawing process and development of low cost lubricant for hot conditions
Yazar: ÖZGÜR ERDEM YURT
Danışman: DOÇ. DR. MUHAMMET HÜSEYİN ÇETİN ; DOÇ. DR. NURİ ŞEN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada hidrotermal karbon (HTC) yağlayıcının sentezi ve sıcak endüstriyel koşullarda yağlayıcı olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu kapsamda, organik kaynaklardan düşük maliyetle ve kısa sürede sentezlenerek üretilen hidrotermal karbonun (HTC) karakterizasyonu yapılmış ve tribolojik performansı detaylı olarak analiz edilmiştir. Hidrotermal karbonizasyon yöntemi ile üretilen HTC yağlayıcı SEM görüntüsü ve EDS analizi ile karakterize edilmiştir. HTC'nin farklı sıcaklıklarda sürtünmeye etkisinin belirlenmesi için AA5754 malzemesi ile pin-on-disk aşınma deneyine tabi tutulmuştur. HTC'nin derin çekme prosesine tribolojik etkisinin analizi için farklı yağlayıcı, sıcaklık, baskı plakası basıncı ve şekillendirme hızı parametrelerinin şekillendirme kuvvetine etkisi istatistiksel olarak analiz edilmiştir. HTC'nin performansı teflon, fulleren, grafen ve karbon nano-tüp (CNT) malzeme ile kıyaslanmıştır. Aşınma deneylerinden elde edilen sonuçlara göre en düşük sürtünme katsayısı değerinin fulleren yağlayıcı ortamında elde edildiği ve sıcaklık arttıkça sürtünme katsayısının azaldığı belirlenmiş, HTC'nin oksidasyon sebebiyle aşınma deneyinde fullerenden daha düşük performans gösterdiği görülmüştür. Derin çekme parametrelerinin şekillendirme kuvvetine etkisi analiz edildiğinde en etkili parametrelerin sırasıyla sıcaklık (%72,32) ve yağlayıcı (%20,89) parametreleri olduğu sonucu elde edilmiştir. S/N analizi sonuçlarına göre minimum şekillendirme kuvvetinin teflon katı yağlayıcı, 250°C sıcaklık, 15 bar baskı plakası basıncı ve 2 mm/s şekillendirme hızı koşullarında elde edildiği belirlenmiştir. HTC ile teflon arasındaki tribolojik performans farkı %1 seviyesindedir. Elde edilen sonuçlar HTC'nin endüstriyel yağlayıcı olarak kullanılabilirliğini kanıtlar niteliktedir.

Abstract:
In this study, the synthesis of hydrothermal carbon (HTC) lubricant and its usability as a lubricant under hot industrial conditions were investigated. In this context, the characterization of HTC produced from organic sources at low cost and in a short time was performed, and its tribological performance was analysed in detail. HTC produced by the hydrothermal carbonization method was characterized through SEM images and EDS analysis. To determine the effect of HTC on friction at different temperatures, HTC was subjected to a pin-on-disc  wear test with AA5754 material. The effect of various lubricants, temperatures, blank holder pressure, and forming speed parameters on the forming force for the analysis of the tribological effect of HTC on deep drawing processes were statistically analysed. The performance of HTC was compared with Teflon, fullerenes, graphene, and carbon nanotube (CNT) materials. According to the results obtained from wear tests, the lowest friction coefficient value was achieved in the presence of fullerenes as the lubricant, and as the temperature increased, the friction coefficient decreased. It was observed that HTC exhibited lower performance in the wear test compared to fullerenes due to oxidation. When the effect of deep drawing parameters on the forming force was analysed, it was concluded that the most effective parameters were temperature (72.32%) and lubricant (20.89%). According to the S/N analysis results, the minimum forming force was obtained under the conditions of solid Teflon lubricant, 250°C temperature, 15-bar blank holder pressure, and 2 mm/s forming speed. The tribological performance difference between HTC and Teflon is at the 1% level. The results demonstrate the potential industrial usability of HTC as a lubricant.