Borlanmış tungstenin aşınma davranışının incelenmesi
Investigation of wear properties of borided tungsten
Yazar: AHMET MALİK AŞGIN
Danışman: DOÇ. İBRAHİM GÜNEŞ
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada borlanmış saf tungstenin aşınma davranışları incelenmiştir. Tungsten numuneler Ø20x8mmboyutlarında kesilerek gerekli zımparalama (120-180-240-320-400-600-800-1000 grid) işlemlerinden geçirilmiş ve 1 µm'luk Alümina solüsyon kullanılarak parlatılmıştır. Borlama işlemi katı ortamda, ticari Ekabor-II® bor tozu kullanılarak elektrik rezistanslı bir fırın içersinde 900, 950 ve 1000ºC'de 2, 4 ve 6 saat süresince gerçekleştirilmiştir. Borlanan numuneler kesitten kesilerek gerekli zımparalama ve parlatma işlemlerinden sonra elde edilen borür tabaka kalınlıkları Nikon MA100 marka optik mikroskop yardımıyla ölçülmüştür. Borlama işlemi sonucunda elde edilen borür fazları Shimadzu XRD 6000 marka XRD cihazı, mikro sertlik testleri ise Shimadzu HMV-2 marka test cihazı ile 100 gram yük uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Borlanmış tungsten numunelerinin XRD analizi sonucunda W2B5, WB, WB2, WB3 ve WB4 fazları elde edilmiştir. Borlama sıcaklığı ve süresine bağlı olarak saf tungsten numuneler üzerinde 18-184 μm arasında değişen kalınlıklarda borür tabakaları elde edilmiştir. Borlanmış saf tungsten numunelerinin mikro sertlik değerleri borlama sıcaklık ve süresine bağlı olarak 2182 ve 4292 HV0,1 arasında değiştiği görülmüştür. Borlanmamış numunenin sertliği ise 469 HV0,1 olarak elde edilmiştir. Aşınma testleri bilye disk cihazında, kuru ortamda, oda sıcaklığında,10 N yük altında, 0.2 ve 0.4 m/s kayma hızında ve 1000 metre mesafesinde gerçekleştirilmiştir. Aşınan tungsten numunelerinin aşınma yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışınları enerji dağılımlı spektroskopi (EDS) ile analiz edilmiştir. Aşınma testleri sonucunda borlama işleminin saf tungstenin aşınma direncini arttırdığı görülmüştür.  Borlanmış ve borlanmamış tungstenin aşınma oranlarının 3.86-42.75 mm3/Nm arasında değiştiği tespit edilmiştir.

Abstract:
In the present study, tribological properties of borides formed on pure tungsten have been investigated. The tungsten specimens were cut into Ø20x8mm dimensions, ground up to 1000 grid and polished using 1 µm Al2O3 solution. The boriding heat treatment was carried out in a solid medium containing an Ekabor-II® powder mixture placed in an electrical resistance furnace operated at the temperature of 900and 1000 ºC for 2 and 6 h under atmospheric pressure. The microstructures of polished and etched cross-sections of the specimens were observed under a Nikon MA100 optical microscope. The presence of borides formed in the coating layer was confirmed by means of X-ray diffraction equipment (Shimadzu XRD 6000) using Cu Kα radiation. The hardness measurements of the boride layer on each steel and untreated steel substrate were made on the cross-sections using a Shimadzu HMV-2 Vickers indenter with a 100 g load. X-ray diffraction analysis of boride layers on the surface of the tungsten revealed the existence of W2B5, WB, WB2, WB3 and WB4compounds. Depending on the chemical composition of substrates and boriding time, the boride layer thickness on the surface of the pure tungsten samplesranged from 18 μm to 184 μm. The hardness of the boride compounds formed on the surface of the pure tungsten samples ranged from 2182 to 4292 HV0,1, whereas Vickers hardness values of the untreated the steels was 469 HV0,1. The wear tests were carried out in a ball-disc arrangement under a dry friction condition at room temperature with an applied load of 10N and with a sliding speed of 0.3 and 0.4 m/sec at a sliding distance of 1000m. The wear surfaces of the pure tungsten were analyzed using a SEM microscopy and X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS).  It was observed that the wear rate of borided and unborided pure tungsten samples ranged from 3.86 to 42.75 mm3/Nm.