Cam elyaf takviyeli kompozit malzemelerin erozyon aşınma davranışının incelenmesi
Investigation of erosion wear behaviour of glass fibre reinforced composite materials
Yazar: MEHMET BAĞCI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN İMREK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, günümüzde hızlı bir gelişme gösteren, yüksek mukavemet, iyi kalıplama ve düşük maliyet özelliklerine sahip cam elyaf takviyeli kompozit malzemelerin erozyon aşınma davranışları incelenmiştir. Deneylerde çarpma açıları, çarpma hızları, aşındırıcı partikül boyutları ve fiber doğrultuları değiştirilerek erozyon oranlarındaki değişimler araştırılmıştır.Çalışmalar, kuru ve basınçlı hava ile aşındırıcı partiküllerin deney numunesi yüzeyine çarptırıldığı ve ASTM G76?95 standart test metoduyla uyumlu olan özel tasarlanmış erozyon aşınma deney tesisatında yapılmıştır. Ayrıca aşındırıcı partikül hızının tespiti için literatürdeki çift disk metodu düzeneği oluşturulmuş ve bu düzenek vasıtasıyla çarpma hızları tespit edilmiştir.Deneylerde saf haldeki cam elyaf takviyeli epoksi kompozit malzemeler ana deney numunesi olarak seçilmiş olup bu saf yapı içerisine reçinenin %15'i oranında ayrı ayrı Borik Asit (B2O3), Borax (B2O3), Silisyum Oksit (SiO2) ve Alüminyum Oksit (Al2O3) dolgu maddeleri ilave edilerek yeni cam elyaf takviyeli epoksi kompozit malzemeler elde edilmiştir. Üç farklı çarpma açısı (30o, 60o ve 90o), üç farklı çarpma hızı (?23, 34 ve 53 m/s), iki farklı alümina aşındırıcı partikül boyutu (?200 ve 400 mm) ve iki farklı fiber doğrultusu (0o ve 45o) için erozyon aşınma davranışları incelenmiştir. Elde edilen deney sonuçları ile deney numunelerindeki ağırlık kayıplarına bağlı olarak çarpma açısının, çarpma hızının, aşındırıcı partikül boyutunun ve fiber doğrultusunun bir fonksiyonu olarak erozyon oranı değerleri hesaplanmış ve bu değerlere bağlı olarak grafikler çizilmiş ve yorumlar yapılmıştır. Ayrıca deneye tabi tutulan deney numunelerinin aşınan yüzeylerinin mikroskop ve SEM görüntüleri incelenmiş olup deneysel sonuçların Çok Faktörlü Varyans Analizi (MANOVA) ile istatistikî değerlendirmesi yapılmış ve deney numunelerindeki hacimsel kayıplar tespit edilerek ağırlık kayıpları ile karşılaştırılmıştır.Yapılan deneyler sonunda saf GF/EP deney numunelerinin erozyon aşınması ile bu saf yapı içerisine katılan dört farklı katkı maddesinin oluşturduğu deney numunelerinin erozyon aşınmaları incelendiğinde Alüminyum Oksit ve Silisyum Oksit ilaveleri birbirine yakın sonuçlar vermekle birlikte erozyon oranını azaltmıştır. Borik Asit katkı maddesi saf GF/EP numunelerle karşılaştırıldığında erozyon direncinin azalmasına sebep olmuştur. Borax ilavesi ise yapıya ilave edilen diğer maddelerle kıyaslandığında en olumsuz etkiyi ortaya çıkarmıştır. Ayrıca çarpma açısındaki, çarpma hızındaki, aşındırıcı partikül boyutundaki ve fiber doğrultusundaki değişikliklerin erozyon oranında dikkate değer farklılıklar oluşturduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In this study, erosion behaviors of glass-fiber reinforced composite materials that are nowadays showing increasing applications due their high strengths, good molding features and relatively low costs are investigated. The study was conducted by varying parameters like impingement angles, impact velocities and sizes of the abrasive particles as well as the fiber directions in order to study corresponding wear rates of the specimen material.The tests were conducted on a special test device designed for the purpose and based on ASTM G76?95 standard test method where the test specimens were subjected to abrasive particles bombardments from dry and pressurized air. In addition, the impact velocities of the particles were determined by using the disc method explained in the literature.Pure glass fiber reinforced epoxy composite materials were selected as the main specimen and then Boric Acid (B2O3), Borax (B2O3), Silicon Oxide (SiO2) and Aluminium Oxide (Al2O3) were added into this pure structure as filler materials at 15% of resin and thereby new glass fiber reinforced epoxy composite materials were formed. The tests where the wear behavior was investigated, were conducted at three impingement angles, (30o, 60o and 90o), three different impact velocities (?23, 34 and 53 m/s), and at two different fiber directions (0o and 45o) by using two different alumina abrasive particle sizes (?200 and 400 mm). Based on the weight losses of the specimens, the results obtained were used to evaluate wear rates as a function of impingement angle, impact velocity, particle size and fiber direction. With these values, graphs were drawn and comments made too. In addition; microscopic and SEM views of the worn out specimen surfaces that were subjected to erosive wear tests were investigated, then evaluation of the Multivariate Analysis of Variance (MANOVA) of the experimental results with their statistical analysis were made and finally the volumetric losses obtained in the specimens during the tests were determined and compared with the weight losses.The results of the tests conducted show that the erosive wear rates of pure GF/EP test specimens and that of the specimens made by adding four different materials into this pure GF/EP specimen are close to each other when the added material is either Aluminium Oxide or Silicon Oxide and that erosion rates tend to decrease. Comparison of wear resistances of specimens filled with Boric Acid and that of pure GF/EP specimens shows that the addition of the filler material has caused reduction in the erosion resistance. Addition of Borax into the main structure of the material has induced the worst effects in the material as compared to other filler materials. Moreover, it was also found that changes in impingement angles of the particles, their impact velocities and sizes together with the fiber directions cause remarkable differences in erosion rates of a material.