Bi-metal malzeme üretimi korozyon davranışı ve karakterizasyonunun incelemesi
Bi-metal material production, corrosion behavior and characterization of
Yazar: OBAID HAMOOD SAIF SAEED AL-MEKHLAFI
Danışman: PROF. DR. MELİK ÇETİN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Gerilme korozyonu = Stress corrosion ; Metal kompozitler = Metal composites ; Mikrosertlik = Microhardness ; Yüzey aşınması = Surface wear ; Yüzey pürüzlülüğü = Surface roughness

Özet:
Bi-metal malzemeler farklı metaller birleştirilerek daha iyi mekanik, termal veya elektriksel özelliklere sahip olması amacıyla oluşturulan malzemelerdir. Bi-metal malzemelerin üretimi için farklı birleştirme yöntemleri kullanılabilmekte ve üretim süreci malzemenin özelliklerini etkileyebilmektedir. Bu malzemeler farklı metal kombinasyonlarından kaynaklanan özelliklerin birleşmesiyle çeşitli uygulama alanlarına sahip olabilir. Bi-metalik malzemeler; genellikle daha iyi mukavemet; sertlik; aşınma  veya korozyon direnci gibi özelliklere sahip olabilir. Korozyon; malzemelerin çevresel etkilere maruz kaldığında kimyasal veya elektrokimyasal olarak bozunması sürecidir. Bi-metalik kompozitlerin korozyon direnci farklı metallerin birleşimiyle ortaya çıkan galvanik korozyon etkisiyle ilgilidir. Galvanik korozyon farklı elektrokimyasal özelliklere sahip metallerin birleşmesi sonucu oluşan bir elektrokimyasal hücreye dayanır. Aşınma, malzeme yüzeyinin sürtünme veya diğer mekanik etkiler sonucu zamanla aşınması veya kaybıdır. Bi-metalik kompozitlerin aşınma direnci farklı metallerin birleştirilmesiyle elde edilen kombinasyonun mekanik dayanıklılığına bağlı olabilir. Bi-metalik kompozitlerin sertlik özellikleri birleştirilen farklı metallerin sertlikleri ve mikroyapısal özelliklerine bağlı olarak değişebilir.

Bu çalışmada; bi-metal malzemelerin üretim sürecini ve bu sürecin sonucunda elde edilen malzemelerin özelliklerini incelenmiştir. Bi-metal malzeme üretimi süreci kademeli döküm yöntemiyle iki farklı metalin bir araya getirilmesi ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmada öncelikle üretilecek bi-metal kırıcı çekicin modeli hazırlanmış, sonra alphaset reçineli kalıplama sisteminde kalıpları hazırlanmıştır. Döküm işlemleri iki kademeli döküm tekniği ile gerçekleştirlmiştir. Döküm aşamasında iki malzemenin birleşme yüzeyi kontrol edilerek bi-metal döküm kırıcı çekiç üretimi gerçekleştirilmiştir. Çekiçlerden alınan numuneler; Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM-EDX), X-ışınları Difrakrometresi (XRD), makrosertlik, aşınma testi, yüzey pürüzlülük ölçümü ve elektrokimyasal korozyon testileri yapılarak incelenmiştir. Korozyon testleri %3,5 NaCl ve H2SO4 çözeltisi içerisinde oda sıcaklıklarında elektrokimyasal olarak yapılmıştır. Aşınma testleri ileri-geri aşınma test cihazında, oda sıcaklığında 10, 20 ve 40N yükler altında 200, 400 ve 600 m olmak üzere toplamda 600 m kayma mesafesinde, 0,1 m/s hızında ve 6 mm çapında 52100 çelik ve Al2O3 bilyelere karşı yapılmıştır. Aşınma deney sonuçlarından; 10, 20 ve 40N deney yüklerinde ve 400 m kayma mesafesinde her iki bilye ile aşındırılan numunelerin aşınma kaybının en az olduğu tespit edilmiştir. Aşınmış numunelerin yüzey morfolojileri, Al2O3 bilyeyle aşındırılan numunede aşınma mekanizmasının abrasiv, 52100 çelik bilyeyle aşındırılan numunede ise adheziv aşınmanın baskın aşınma mekanizması olduğunu ortaya koymuştur. Korozyon direncinin ise çoğunlukla yüzey pürüzlülüğüne ve yüzeyde bulunan kusurlara (özellikle mikro çatlaklara) bağlı olduğu tespit edilmiştir

Abstract:
Bi-metal materials are materials created by combining different metals to have better mechanical, thermal or electrical properties. Different joining methods can be used to produce bi-metal materials and the production process can affect the properties of the material. These materials can have various application areas by combining the properties resulting from different metal combinations. Bi-metallic materials; generally better strength; hardness; It may have properties such as wear or corrosion resistance. Corrosion is the process of chemical or electrochemical degradation of materials when exposed to environmental influences. The corrosion resistance of bi-metallic composites is related to the galvanic corrosion effect that occurs when the combination of different metals. Galvanic corrosion is based on an electrochemical cell formed by the union of metals with different electrochemical properties. Abrasion is the wear or loss of the material surface over time because of friction or other mechanical effects. The wear resistance of bi-metallic composites may depend on the mechanical strength of the combination obtained by joining dissimilar metals. The hardness properties of bi-metallic composites may vary depending on the hardness and microstructural properties of the different metals combined.

In this study, the production process of bi-metal materials and the properties of the materials obtained because of this process were examined. The bi-metal material production process is carried out by combining two different metals with the gradual casting method. In the study, firstly, the model of the bi-metal crusher hammer to be produced was prepared, and then the molds were prepared in the alphaset resin molding system. Casting operations were carried out with a two-stage casting technique. Bi-metal casting crusher hammer was produced by checking the joining surface of the two materials during the casting stage. Samples taken from hammers; It was examined by Scanning Electron Microscope (SEM-EDX), X-ray Diffrometer (XRD), macrohardness, wear test, surface roughness measurement and electrochemical corrosion tests. Corrosion tests were carried out electrochemically in 3.5% NaCl and H2SO4 solution at room temperatures. Wear tests were carried out on a forward-backward wear test device against 52100 steel and Al2O3 balls with a speed of 0.1 m/s and a diameter of 6 mm, at a sliding distance of 200, 400 and 600 m, a total of 600 m, under 10, 20 and 40 N loads at room temperature.  From the wear test results, It was determined that the wear loss of the samples abraded with both balls was the least at 10, 20 and 40N test loads and 400 m sliding distance. The surface morphologies of the worn samples revealed that the dominant wear mechanism was abrasive in the sample abraded with Al2O3 shot, and adhesive wear was the dominant wear mechanism in the sample abraded with 52100 steel shot. It has been determined that corrosion resistance mostly depends on surface roughness and defects (especially microcracks) on the surface.