Düz dişli çarklarda WS2, WC/C, MoS2 kaplamalarının yüzey aşınması ve yorulmaya etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the effect of WS2, WC/C, MoS2 coatings on surface wear and fatigue in spur gear wheels
Yazar: ABDULL GHAFOOR SHAIB
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SENAİ YALÇINKAYA
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kaplama işlemleri yüzey aşınması ve yorulmaya etkisi açısından makine imalat sektöründe teknolojinin gelişmesi ile daha çok önem kazanmaktadır. Tasarım sonucunda makinelerde kullanılan makine parçaları, operasyon sürecinde yıpranmaktadır. Tribolojide makinelerde oluşan bu yıpranmaya aşınma adı verilir. Aşınma, iki makine elemanının birbirine bağıl hareketi ve güç iletim sırasında yüksek basınç altında kalarak kalıcı deformasyona uğraması ile oluşur. Hareket ve güç ileten dişli çark mekanizmalarında da pinyon tarafından dişli çark'a kuvvet iletilir. Bu sırada dişlilerin diş yüzeyinde yüksek basınç oluşumu nedeni ile diş yüzeylerinde aşınmalar ve dişlilerin kenarlarında kırılmalar meydana gelmektedir. Bu süreçlerin takibi ve gerekli durumlarda aşınmaları önlemek için gerekli tedbirlerin alınması makine sektöründe en önemli hususlardan biridir. Mekanik sistemlerde aşınma olayının ortadan kaldırılması ne kadar ulaşmak istenilen beklenti olsa da bilim adamları ve ilgili alanda çalışan mühendisler ancak aşınma olayını minimize etmenin yollarını deneysel çalışmalar ile araştırmaktadır. Dinamik ve yüzey temaslı makine parçalarından düz dişli çarkların diş yüzeyinden aşınmayı azaltan en önemli yöntemlerden yağlama işlemi geçse de yüksek gerilme altında çalışan düz dişlinin diş yüzeylerini kaplama yöntemleri ile geliştirmektedir. Bu metotlardan birisi yüksek gerilme altında çalışan yüzeyleri çalışma şartlarına uygun kaplama uygulaması geçmektedir. 
Bu çalışmada AISI 316 çelik malzemesinden imal edilen düz dişliler, WS2, WC/C, MoS2, birbirinden farklı kaplama malzemesi ile kaplanmıştır. Deneysel çalışmada dişlileri çalıştıran deney düzeneği kurulmuştur. Çalışma sürecinde diş profili yüzeylerinde oluşan aşınmaların parametrik değerleri incelenmiştir. Kaplama etkisinin incelemesi ile düz dişlinin diş yüzeyinin üzerine hasar analizleri yapılmıştır. Hasar analizi için veriler binde bir hassas Precisa terazi, Mitutoyo pürüzlülük cihazı ve Nikon SMZ800N stereo mikroskop ile toplanmıştır. Yapılacak hasar analizleri neticesinde yüzeylere uygulanan WS2, WC/C, MoS2 kaplamalar dikkate alınarak karşılaştırmaları yapılmıştır.
İncelenen çalışmalar dişli çark mekanizmalarının çalışma şartları altında maruz kaldıkları problemleri tespit edilmiştir. Bu problemler için çözüm önerileri sunuldu ve bu çözüm önerilerinin karşılaştırmaları yaılmıştır. 
Deneysel sonuçlar ağırlık kaybının büyük ölçüde dönme tekrarına bağlı olduğunu göstermiştir. Sırası ile hız ve kaplama malzemesi cinsi takip etmiştir. Optimum test parametreleri ağırlık kaybında ve yüzey pürüzlülük değerinde WS2 kaplaması olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Coating processes gain more importance with the development of technology in the machinery manufacturing sector in terms of its effect on surface wear and fatigue. The machine parts used in the machines are worn during the operation process. In tribology, this event is called wear. Wear occurs when two machine elements have relatively motion and are in relative contact under high pressure during power transmission. In gear wheel mechanisms that transmit motion and power, due to the high pressure on the tooth surface of the gears during the transmission of force from the pinion to the gear wheel, wear on the tooth surfaces and fractures on the edges of the gears occur. It is one of the most important issues in the machinery industry to follow these processes and take necessary precautions before wearing out occurs. Although it is an expectation to eliminate the wear phenomenon from mechanical systems, scientists and engineers tried ways to minimize the wear phenomenon. Because wear is in the nature and it cannot be eliminated from mechanical systems. Even though the most famous methods of reducing wear from the tooth surface of spur gear is lubricating method, the tooth surfaces of spur gear that are operating under high stress are developed by coating methods. One of these methods is the application of suitable coating. Spur gears made of AISI 316 Steel material will be coated with different coating method such as WS2, WC / C, MoS2. In the experimental study, the parametric values of the wear formed on the tooth profile surfaces during the working process of the gears will be examined. In addition, the effects of different coatings that applied to spur gear will be examined. Data for damage analysis were collected with a one-thousandth precision Precisa balance, Mitutoyo Roughness Tester, and Nikon SMZ800N Stereo Microscope. The investigated studies determined the problems that gear wheel mechanisms were exposed to under operating conditions. Solution suggestions were presented for the detected problems. Comparisons of these solution suggestions were made.
Experimental results showed that weight loss was largely dependent on rotation repetition. Speed and coating material type followed, respectively. Optimum test parameters showed the WS2 coating at weight loss and surface roughness value.