Peek (polietereterketon) malzemeden üretilmiş düz dişli çarkların  PVD yöntemi ile seramik kaplanması ve aşınma davranışlarının incelenmesi
Ceramic coating of straight gear wheels made of peek (polyether ether ketone) material with PVD method and investigation of the wear behavior
Yazar: ARİF CÜREOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. MAHİR UZUN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİNE ŞAP
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Polimer malzemeler endüstride özellikle farklı makine elemanları olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadırlar. Kullanıldıkları ortamlarda, metal malzemelere kıyasla aşınma dayanımları özellikle kimyasal ortamlar da söz konusu olduğunda oldukça düşük olmaktadır. Dolayısı ile polimer malzemeler, bu ortamlara daha dayanıklı elementler ile kaplanabilirlerse dayanımları çok daha yüksek olacaktır. Bu çalışmada, dayanımı arttırabilmek amacıyla   literatürde rastlanılmayan PEEK (polieter eter keton)'dan imal edilmiş dişli çarkların  PVD yöntemlerinden biri olan manyetik alan sıçratma yöntemi ile kaplaması gerçekleştirilmiştir. Altlık malzeme olarak  PEEK numuneden oluşan 6 modül, 15 diş ve 20 mm yüzey genişliğinde düz dişliler kullanılmıştır. Dişliler Solidworks programında modellenmiştir. Daha sonra oluşturulan model doğrultusunda CNC freze tezgahında düz dişlilerin imalatı gerçekleştirilmiştir. PEEK dişliler fiziksel buhar biriktirme yönteminden olan manyetik alan sıçratma yöntemi kullanılarak VCN hedef malzemesi ile üç farklı kalınlıkta kaplanmıştır. Numunelerin sisteme yerleştirilmesinin ardından 2.2x10-3 torr basınçta 10 dk. iyon temizleme işlemi yapılmıştır. "V" hedef akımı 2.5 A ,  "C" hedef akımı 1A, azot akış hızı 7 sccm, çalışma basıncı 2.2x10-3 torr ve taban malzemesi voltajı 100 V olacak şekilde üçerli gruplar halinde sırasıyla 40 dk., 80dk. ve 120 dk. kaplama parametreleri ile üç farklı kalınlıkta kaplama işlemi tamamlanmıştır. Kaplama işleminden sonra numunelere sertlik ve aşınma testi uygulanmıştır.  Sonuç olarak,  saf haldeki PEEK numuneye göre 367,6  nμ  kalınlıkta kaplanmış PEEK numunenin sertlik değerinin % 70, 624,2 nμ kalınlıkta kaplanmış PEEK numunenin sertlik değerinin % 75 ve 918 nμ   kalınlıkta kaplanmış PEEK numunenin sertlik değerinin ise  yaklaşık % 102 arttığı görülmüştür. Kaplama kalınlığı arttıkça dişli çarklardaki aşınma miktarı da artmış ve aşınmaya karşı en dirençli numunenin, kaplama kalınlığı 367,6 nμ olan dişli çark olduğu görüşmüştür. NaCI çözeltisi ve  hidrolik sistem yağı ortamlarında yapılan deneylerde ise en fazla aşınmanın NaCI çözeltisinde meydana geldiği görülmüştür.

Abstract:
Polymer materials are widely used in industry, especially as different machine elements. In the environments in which they are used, their abrasion resistance is very low compared to metal materials, especially when it comes to chemical environments. Therefore, if polymer materials can be coated with elements that are more resistant to these environments, their strength will be much higher. In this study, coating of gear wheels made of PEEK (polyether ether ketone), which is not found in the literature, was carried out by magnetic field sputtering method, which is one of the PVD methods, in order to increase the strength. 6 modules consisting of PEEK sample, spur gears with 15 teeth and 20 mm surface width were used as the backing material. Gears are modeled in Solidworks program. Later, in line with the model created, spur gears were manufactured on the CNC milling machine. PEEK gears were coated with VCN target material in three different thicknesses by using magnetic field sputtering method, which is one of the physical vapor deposition method. After the samples are placed in the system, 10 minutes at 2.2x10-3 torr pressure. ion cleaning was done. "V" target current is 2.5 A, "C" target current is 1A, nitrogen flow rate is 7 sccm, working pressure is 2.2x10-3 torr and base material voltage is 100 V in groups of three for 40 minutes, 80 minutes, respectively. and 120 min. With the coating parameters, three different thickness coating processes were completed. After the coating process, hardness and abrasion tests were applied to the samples. As a result, it was observed that the hardness value of the PEEK sample coated with 367.6 nμ thickness increased by 70%, the hardness value of the PEEK sample coated with 624.2 nμ thickness increased by 75% and the hardness value of the PEEK sample coated with 918 nμ thickness increased by approximately 102% compared to the pure PEEK sample. As the coating thickness increased, the amount of wear on the gear wheels increased, and it was observed that the most resistant specimen against abrasion was the gear wheel with a coating thickness of 367.6 nμ. In the experiments carried out in NaCl solution and hydraulic system oil environments, it was observed that the most wear occurred in the NaCl solution.