Plazma ile polimer kaplanmış metalik malzemelerin bazı (tribolojik) özelliklerinin araştırılması
Investigation of some (tribological) properties of metalic materials polymer coated with plasma
Yazar: HATİCE VAROL ÖZKAVAK
Danışman: PROF. DR. CAHİT KURBANOĞLU
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Polimer kaplama = Polymer coating ; Yüzey aşınması = Surface wear ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Makine elemanlarından yatak, mil, dişli çark ile vida bağlantıları vb kullanım esnasında kuru, yarı sıvı ve sıvı sürtünme altında ve belli sıcaklıklarda gösterdiği davranışların ekonomik ve teknolojik açıdan incelenmesi bu zamana kadar birçok çalışmanın konusu olmuştur. Ayrıca günümüze kadar yapılan çalışmalar incelendiğinde plazma yöntemi kullanılarak kaplanan malzemelerin kaplama yapılmış ve yapılmamış haldeki davranışları karşılaştırılmıştır. Bunun yanında kaplama işlemine etki eden torç çapı, kaplama kalınlığı vb faktörlerin kaplama kalitesine etkisi incelenmiştir. Kaplama yapılmış numunelere aşınma deneyleri uygulanmış ve kaplanmış numunenin aşınma davranışı belirlenmiştir. Bu tez çalışmasında yatak, mil, dişli çark ile civata gibi makine elemanlarına ekonomik açıdan çözüm üretmek amaçlanmıştır. Bu amaçla AISI 1050 sade karbonlu çelik alt malzeme olarak seçilmiş ve değişik ısıl (tam yumuşatma işlemi, su verme + 210 °C?de temperleme işlemi ve su verme + 500 °C?de temperleme işlemi ) ve mekanik yüzey işlemlerine (bilyeli dövme işlemi) tabi tutulmuştur. Böylelikle alt malzemenin yüzey sertlik değerinin kaplama kalitesine etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Hazırlanan alt malzemeler üzerine atmosferik ve vakum şartlarında RF plazma kaplama yöntemleri kullanılarak kaplama işlemi yapılmıştır. Plazma işlem parametrelerinin kaplama kalitesine etkisinin belirlenebilmesi için işlem süresi, gaz cinsi, frekans, işlem basıncı ve güç gibi işlem parametreleri değiştirilmiştir. Ayrıca çalışmada kaplama malzemesinin kaplama kalitesine etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla Politetrafloraetilen (PTFE) polimer malzeme atmosferik şartlarda kaplama işleminde,  Politetrafloraetilen (PTFE) ve Hekzaflorapropan (C3F6) polimer malzemeler ise vakum şartlarında plazma kaplama işleminde kaplama malzemesi olarak kullanılmıştır. Yapılan kaplamaların aşınma davranışlarının belirlenebilmesi için kaplanmış numunelere tribotester aşınma cihazı kullanılarak aşınma deneyleri uygulanmıştır. Aşınma deney sonrası Enerji Dağılımlı X-ışınları Mikroanaliz Spekstrometresi (EDS), Optik Mikroskop, Atomik Güç Mikroskobu (AFM) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak kaplamaların aşınma karakteristiği analiz edilmiştir. Böylelikle uygun alt malzeme üzerine uygun kaplama malzemesi, yöntem ve parametreleri belirlenmiştir. Çalışmada optimum aşınma davranışı Suda sertleştirme ve 210 °C?de temperleme işlemi uygulanmış alt malzeme üzerine vakum şartlarında PTFE kaplanmış numunelerde elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler:AISI 1050, Atmosferik basınç plazma, Düşük basınç RF Plazma, Aşınma, PTFE,C3F6.

Abstract:
Machine elements such as bearings, shafts, some kinds of gears and bolts which have been served under dry, semi-lubricated and lubricated friction and specific temperatures conditions have been investigated in an economical and technological aspects for years up to dates. Such machine elements in the behavior of the economic and tecnological aspects have been widely investigated until nowadays by many researhers.  These recent studies were made by using plasma coatings on the specimens. Coated and uncoated specimens are compared each other for different behaviour.  Besides that in general, the effects of parameters such as the diameter of the torch, coating thickness etc. On the coating quality were investigated. In order to determine the tribological behaviour of the plasma coated specimens wear tests were applied. To determine the right working conditions for wear behaviour of materials, the test results have been used, in general. The aim of this experimental sudy is to find economical solutions for some machine elements such as bearings, gears and bolts work at wear conditions. For this purpose AISI 1050 carbon steel was selected as a substrate. AISI 1050 carbon steel specimens has been heat treated at different treatment parameters (fully annealed, tempered at different temperatures) and mechanical surface treatment (shot peening) in order to determine the effects of surface hardness on the coating quality. Surface treated AISI 1050 carbon steel specimens were coated by using atmospheric plasma system and RF vacuum plasma system. Effects of plasma parameters on coating quality try to be investigated by changing plasma treatment parameters such as power, pressure, treatment time and type of gas. Mainly, the effect of coating materials on the coating quality were investigated in this study. For this purpose Polytetrafluoroethyle (PTFE) polymer material was used by atmospheric plasma system and polytetrafluoroethyle (PTFE) and hexafluoropropene (C3F6) polymer materials were used by vacuum plasma systems. Wear tests of coated specimen?s surfaces were tested by using tribotester. After the deposition surface morphology of samples were analysed by EDS, Scanning Electron Microscope (SEM), Atomic Force Microscope(AFM) and Optical Microscope (OM). Suitable susbtrate material conditions, coating material, coating method and treatment parameters tried to be determined by using these selected values. As a result of this experimental study, optimum wear behavior was obtained at quenched and tempered at 210°C substrate coated with PTFE under vacuum plasma treatment conditions.