AISI 4140 çelik malzemenin yüzey özelliklerini geliştirmek için yenilikçi bir PTA yöntemi
A novel PTA coating method to improve surface properties of AISI 4140 steel materials
Yazar: GÖKÇE MEHMET AY
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN NURİ ÇELİK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kuru sürtünme = Dry friction ; Yüzey aşınması = Surface wear ; Yüzey kaplama = Surface coating ; Yüzey kaplama malzemeleri = Surface coating materials ; Yüzey kaplama yöntemleri = Surface coating methods

Özet:
Sürtünme ve aşınma birbiri üzerinde hareket eden tüm parçalarda değişen oranlarda görülen iki olgudur. Sürtünme ve aşınmanın etkilerini azaltmak için çeşitli yağlama ve yüzey özellikleri geliştirme yöntemleri uygulanmaktadır. Bu çalışmada Plazma Transfer Ark ile yüzey kaplama yöntemi kullanılarak Nikel bazlı Borlu bir kaplama geliştirilmiştir. Nikel bazlı kaplamalar lazer kaplamada ve PTA'da kullanılıyor olsa da Nikel'in sadece Bor'la beraber uygulandığı kaplama mevcut değildir. Bor kaynağı olarak Ekabor II ve saf B C kullanılmıştır. Bu iki malzemenin ayrı ayrı 4 farklı oranlarda Nikel ile karıştırılması sonucunda elde edilen kaplama malzemesi AISI 4140 yüzeyine kaplanmıştır. Kaplanmış parçalardan alınan numuneler mikroyapı analizine ve aşınma testine tabi tutulmuştur. Hazırlanan numunelerin mikroyapısı optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Yapıdaki fazların netleştirilmesi için X ışını Kırınım (XRD) Analizi uygulanmıştır. Bu incelemelerin sonucunda kaplamada Fe-Ni, Fe-Ni-B, Ni-B ve Fe-B fazlarının oluştuğu tespit edilmiştir. Bu fazların oluşumunun sistemdeki Bor oranına ve soğuma hızına bağlı olduğu tespit edilmiştir. Kaplanmış parçanın olası çalışma şartlarına benzer bir aşınma testi Ball-on-disk testi ile uygulanmış ve kaplamanın aşınma karakteristiği elde edilmiştir. Aşınma incelemesinde yüzeyde sürtünmeyi düşürücü etki yapan oksitlerin oluştuğu, Nikel alaşımlarının aşınma testinde karşı kütle olan WC bilyada aşınmaya sebep olup malzeme transfer olduğu gözlenmiştir. Deney sonuçlarının istatistiki incelemesi sonucunda kaplamaya katılan Bor Karbür oranı ile elde edilen sürtünme katsayısı arasında doğrusal bir ilişki olduğu tespit edilmiştir. Deneylerin ışığında Bor kaynağı olarak borlamada kullanılan Ekabor II'nin Bor Karbür kadar iyi bir Bor kaynağı olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmada geliştirilen kaplamanın özellikle yüksek sıcaklık ve korozif ortamlarda çeliklerin yüzey özelliklerini geliştirmek için uyugun bir yöntem olduğu anlaşılmıştır.

Abstract:
Friction and wear are two phenomena seen in varying proportions in all moving parts. Various lubrication and surface modification methods are applied to reduce the effects of friction and wear. In this study, a nickel-based boron coating was developed using the Plasma Transfer Arc surface coating method. Nickel-based coatings are used in laser coating and PTA, but Nickel coatings are not used with just Boron. Ekabor II and pure B4C were used as boron source. Coating material obtained by mixing these two materials with Nickel at different ratios was applied on the AISI 4140 steel substrate. The samples from the coated pieces microstructure analysed and they were subjected to wear test. Microstructure of prepared samples was examined by optical microscope and scanning electron microscope. X-Ray Diffraction (XRD) Analysis was applied to clarify the phases in the building. As a result of these investigations, it was found that Fe-Ni, Fe-Ni-B, Ni-B and Fe-B phases were formed in the coating. It has been determined that the formation of these phases depends on the Boron ratio in the system and the rate of cooling. A wear test similar to the possible operating conditions of the coated part was carried out by Ball-on-disc test and the wear characteristic of the coating was obtained. When wear test results were inspected,it is observed that on the surface oxides that have friction reducing effect were formed and Nickel alloys formed in coating caused wear on WC ball and material transfer is observed. Examining thetest results by statistical methods , it was determined that there is a linear relationship between the coefficient of friction and the ratio of boron carbide addition in the coating. [[placeholder]]In the light of these experiments, it was determined that Ekabor II, that is used as boronizing agent, was as good boron source as Boron Carbide. It was found that the coating developed in this study is a suitable for surface modification of steels especially in high temperature and corrosive environments.