Bir dizel motoru silindir yüzeyinin seramik malzeme ile kaplanarak aşınma davranışının deneysel incelenmesi
The experimental investigation of wear behaviour of a diesel engine with cylinder having ceramic coated surface
Yazar: HANBEY HAZAR
Danışman: Y.DOÇ.DR. CENGİZ ÖNER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2004
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
ÖZET Doktora Tezi BİR DİZEL MOTORU SİLİNDİR YÜZEYİNİN SERAMİK MALZEME İLE KAPLANARAK AŞINMA DAVRANIŞININ DENEYSEL İNCELENMESİ Hanbey HAZAR Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Eğitimi Anabilim Dalı 2004, Sayfa: 110 Bu çalışmada, bir dizel motorunun silindir yüzeyi CrN ile kaplanarak aşınma davranışı deneysel olarak incelenmiştir. Deneysel çalışma için seçilen tek silindirli direkt püskürtmeli bir dizel motorunun silindir yüzeyi, katodik Ark PVD (Fiziksel Buhar Biriktirme Yöntemi) kullanılarak 1,8 ±0,2 um kalınlığında CrN seramik malzeme ile kaplanmıştır. Deneysel çalışmada kullanılan motor önce kaplanmış olarak belirli yük ve devir sayılarında 200 saat test edilerek, performans değerleri alınmıştır. Daha sonra normal motor aynı yük ve devir sayılarında bu motor da 200 saat test edilmiş ve her iki motora ait performans değerleri karşılaştırmıştır. Silindirin aşınma etkilerini incelemek için kaplanmış ve kaplanmamış parçaların karşılıklı aynı bölgelerinden numuneler alınmıştır. Kaplanmış ve normal yüzeylerdeki mevcut fazlan ve bunların kimyasal bileşenlerini analiz etmek için SEM (Scanning Electron Microscopy), EDS (Energy Dispersive Spectrograph), X- Ray, yüzey pürüzlülüğü ve mikro sertlik analizleri yapılmıştır. Ayrıca özgül yakıt tüketimi, efektif güç, motor momenti, yağ sıcaklığı, egzoz gazı sıcaklığı, egzoz emisyonlarındaki değişmeler kaplanmış ve normal motor için ölçülmüştür. Yapılan analizler sonucunda, CrN kaplamalı silindirlerde, aşınmanın az ve aşınma çizgilerinin derinliğinin dökme demir silindire göre daha düşük olduğu görülmüştür. CrN kaplamalı silindirin yüzeyinde az da olsa mikro çatlakların olduğu tespit edilmiş, buna kaplama işlemi sırasında gelişen yüksek iç gerilmelerin sebep olduğu sonucuna varılmıştır. CrN kaplanmış yüzeyin aşınma direncinin yüksek, sürtünme katsayısının düşük olması, aşınmayı önemli ölçüde azaltmıştır. Yapılan kaplama işleminde, kaplama kalınlığının düşük olması (1,8 ±0,2 um) ısı yalıtımı açısından kayda değer bir fayda getirmediği, bunun Xsonucu olarak motor performansında önemli bir değişimin olmadığı gözlenmiştir. Seramik kaplanmış motorda egzoz gazı sıcaklığının bir miktar yükseldiği ölçülmüştür. Sıcaklık artışının yanmayı olumlu etkilediği, özellikle CO emisyonunu azalttığı sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler : Seramik kaplama, CrN, silindir, aşınma XI

Abstract:
ABSTRACT PhD Thesis THE EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF WEAR BEHAVIOUR OF A DIESEL ENGINE WITH CYLINDER HAVING CERAMIC COATED SURFACE Hanbey HAZAR Fırat University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Machine Education 2004, Page : 110 In this study, wear behaviours of cylinder surface coated with CrN of a diesel engine were investigated. The engine selected for evaluation was a four-stroke, direct-injection, one cylinder diesel engine which the surface of the engine's cylinder was coated with 1.8 ± 0,2 um thickness of ceramic materials (CrN) using the katodik Ark PVD (Physical Vapour Deposition) technique. First, tiie ceramic coated test engine was tested 200 hours at different speed and load conditions. Then, this teste engine was tested again under the same operation conditions as the standart engine without a coating. The test data for both engine's performance were compared as diagrams. Samples the coated and uncoated cylinder surfaces were cut of same part for examine of wear effects. Phases present in the coated and uncoated surfaces and their chemical compositions were analyzed by SEM (Scanning Electron Microscopy), EDS (Energy Dispersive Spectrograph), X-Ray diffraction, surface roughness and micro-hardness. In addition, the specific fuel consumption, effective power, the engine moment, exhaust and oil temperature and exhaust emissions to coated and uncoated engines have been measured. Comparing the CrN coated cylinder with the uncoated cylinder, the poor wear and the worn depth observed on samples. The surfaces of wear specimens were observed by an SEM. XIIMicrostructual analysis of the CrN coated surfaces showed that micro-craks were formed on the coated surfaces, which considered as a result of the a reaction during coating process. The micro-hardness and corrosion resistance of CrN coated cylinder is higher compared with gray cast iron cylinder, moreover the friction coffecient and surface roughness of CrN coated cylinder is smaller than gray cast iron cylinder. That affects wear resistance. The coating (1.8 ±0,2 um) thickness of ceramic materials (CrN) of the surface of the engine's cylinder is less significant to engine performance. In the case of coated engine, exhaust gas temperatures incresaed addition of insulation. The experimental results show that, the ceramic coated engine affects CO emission parameter. Keywords : Ceramic coating, CrN, cylinder, wear. XIII