Alüminyum matrisli seramik partikül takviyeli kompozit kaplamaların plazma püskürtme tekniği ile üretilmesi ve aşınma davranışının incelenmesi
Production of ceramic reinforced aluminium matrix composite coatings by plasma spray technique and investigation of their wear behaviour
Yazar: AHMET SACİT EROĞLU
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Kaplama = Coating ; Metal matrisli kompozitler = Metal matrix composites ; Plazma püskürtme = Plasma spraying ; Silisyum karbür = Silicon carbide

Özet:
Yüksek mukavemet/ağırlık oranları nedeniyle hafif endüstriyel ürünler içerisinde, özellikle otomobil ve hızlı taşıma sistemlerinde önemli bir yere sahip olan alüminyum alaşımlarının aşınma direncinin düşük olması bu malzemelerin daha yaygın kullanımını sınırlamaktadır. Alüminyum alaşımlarının Al2O3 ve SiC gibi partiküllerle takviye edilmesi (metal matrisli kompozit), sertlik ve mukavemetin yanısıra aşınma direncini de önemli oranda arttırmaktadır.Mükemmel kaplama özellikleri ve yüksek işlem sıcaklığı ile plazma püskürtme kaplama tekniği, uygulamalarda genişçe yer bulmaktadır. Yüksek işlem sıcaklığının sağladığı ergitme gücü ile çok yüksek sıcaklıklarda ergiyen oksitli bileşikler dahi bu teknik sayesinde metalik altlık malzeme üzerine rahatlıkla biriktirilmektedir. Bunun yanısıra yüksek işlem sıcaklığı ergime noktası düşük bileşikler için uygulanabilirliği azaltmaktadır. Plazma püskürtme kaplama tekniği, endüstüriyel olarak; tekstil sektöründe, otomotiv sektöründe, uzay araçlarında, türbin kanatlarında, yanma odalarında, dizel motorlarda ve daha bir çok alanda aşınma dayanımı, yüksek sıcaklık dayanımı ve korozyon dayanımı sağlama amaçlı kullanılmaktadır.Bu çalışmada, 2014-T4 kalite alüminyum alaşımının yüzeyinin plazma püskürtme tekniği ile alüminyum matrisli SiC partikül takviyeli kompozit kaplanarak aşınma direncinin arttırılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda, kaplama yapısını oluşturacak olan, Al-12Si ve SiC tozları çeşitli oran ve parametrelerde karıştırılmış, kaplama uygulaması esnasında SiC toz kaybının engellenmesine ve kaplama yapısı içinde birikiminin arttırılmasına çalışılmıştır. Daha sonra, farklı oranda SiC partikül içeren 3 kaplama numnesi seçilmiş, kaplamaların kuru ortam koşulları ve saf su içerisindeki aşınma davranışları incelenmiştir. Plazma püskürtme kaplama uygulaması atmosferik plazma püskürtme sisteminde (APS), aşınma deneyleri karşı yüklemeli (reciprocating) aşınma test cihazında gerçekleştirilmiş olup, aşındırıcı olarak Al2O3 toplar kullanılmıştır.Kaplama işlemi öncesi uygulanan toz karıştırma işlemleri, yapı içerisindeki karbür oranını arttırmada etkili olmuştur. SiC takviyeli kompozit kaplamalar, uygulandığı altlık malzemenin sertliğini oldukça arttırmıştır. SiC oranı en yüksek olan kaplama en yüksek sertliğe, SiC oranı en düşük olan kaplama en düşük sertliğe sahiptir. Seçilen üç kaplamanın kuru ve saf su ortamı aşınma dirençlerinin altlık malzeme 2014-T4 alüminyuma göre oldukça iyi olduğu gözlemlenmiştir. Ayrıca genel olarak saf su içerisinde kuru ortama nazaran kaplamaların sürtünme katsayısının düştüğü ve aşınma dirençlerinin arttığı görülmüştür.

Abstract:
Aluminium alloys play an important role in light industrial products, especially in automobile systems and high speed transportation due to their high strength/weight ratio. However, they are limited in use, since they have low wear resistance. Reinforcing aluminium alloys with particulates such as Al2O3 and SiC, enhances their wear resistance as well as hardness and strength significantly.Plasma spray coating technique is used frequently in applications due to its excellent coating properties and high operating temperatures. The high operating temperature, exceeds the melting temperature of even oxidized compounds, which provides the ability to deposit those compounds on the surfaces of metallic substrate materials, but limits the use of compounds with low melting temperatures. Plasma spray coating technique is employed in automotive industry, textile industry and also in space shuttles, especially in turbine blades and burn chambers, to improve their thermal properties in addition to enhancing corrosion and wear resistance.In this study, it is aimed to increase the wear resistance of the quality 2014-T4 aluminium alloys coated with the composite reinforced aluminium matrix SiC particulate by plasma spray technique. Mixtures of Al-12Si and SiC powders with differing rates and parameters are prepared in order to minimize SiC powder loss, while forcing the powders to be collected inside the coating structure. Three coating specimens containing different SiC powder compositions are selected to analyze their wear behaviour in dry sliding and distilled water conditions. Plasma spray coating is performed with the atmospheric plasma spray system (APS). Abrasion tests are executed in reciprocating wear tester, and Al2O3 balls are used as abrasives.Mixing the powders before the coating operation, succeded in increasing the overall carbide rate in the structure. SiC reinforced composite coatings are able to improve the hardness of the substrate material significantly. The hardness of coatings are proportional to the SiC rate they contained. It is observed that dry sliding and distilled water condition wear resistances of three chosen coatings are considerably better than the metalic substrate 2014-T4 aluminium. It is also found that in general, the friction coefficent decreases on contrary to the increasing wear resistance.