Plazma elektrolitik oksidasyon (PEO) ve fosfat kaplama uygulanmış 7075 alüminyum alaşımının korozyon ve aşınma davranışının araştırılması
Investigation of corrosion and wear behavior of plasma electrolytic oxidation (PEO) and phosphate coated 7075 aluminum alloy
Yazar: BURAK ÖZDEL
Danışman: PROF. DR. YAŞAR TOTİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç: Son yıllarda teknolojinin ilerlemesiyle birlikte, otomotiv, uzay-havacılık, iletişim ve savunma sanayi gibi pek çok farklı sektörde, özellikle otomobil ve havacılık endüstrilerinde alüminyum ve alaşımları tercih edilmeye başlanmıştır. Ancak, alüminyumun endüstriyel kullanımı, özellikle aşırı yük altında mekanik ve tribolojik özelliklerinin zayıf olması, agresif ortamlarda korozyon dirençlerinin düşük olması gibi nedenlerle beklenen düzeyde artmamaktadır. Korozyon ve aşınma gibi yüzey problemleri alüminyum ve alaşımlarının kullanım ömrünü kısaltmaktadır. İstenmeyen bu yüzey problemlerinden malzemeleri korumak ve yüzey özelliklerini geliştirmek için değişik yüzey iyileştirme yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemler arsında malzemeler üzerine uygulana kaplama işlemleri önemli bir yer tutmaktadır. Kaplama işlemleri malzemelerin yüzeyine tek tabaka halinde uygulanabildiği gibi farklı kaplamaların birlikte kullanıldığı dubleks kaplamalarda yüzeylere uygulanmaktadır. Alüminyum üzerine son zamanlarda yüzeyde kararlı seramik oksit kaplama oluşturmak için uygulanan yöntemlerden biri plazma elektrolitik oksidasyon (PEO) kaplamadır. Yine malzemelerin yüzey özelliklerini iyileştirmek için kullanılan diğer bir yöntem ise ucuz ve kolay bir kaplama yöntem olan mangan fosfat kaplamadır. Bu çalışmamızda Al 7075 alaşımının yüzey özelliklerini iyileştirmek, korozyon ve aşınma davranışlarını geliştirmek için plazma elektrolitik oksidasyon (PEO) ve mangan fosfat kaplama yöntemleri birlikte kullanılarak dubleks kaplamalar geliştirilmiştir.
Yöntem: Bu çalışmada Al7075 malzemesi, 500 V ve 400 Hz frekans değerlerinde PEO kaplanmış, kaplanan numuneler üzerine 30 dk ve 60 dk süre ile daldırma yöntemiyle mangan fosfat kaplama yapılarak dubleks kaplamalar oluşturulmuştur. PEO ve PEO+ mangan fosfat kaplama ile büyütülen dubleks kaplı malzemelerin kristalografik ve yapısal analizleri SEM ve X-Ray difraktometresi yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Kaplama yapılan taban malzemelerin korozyon ve aşınma davranışlarını belirlemek için potansiyodinamik polarizasyon ve pin-on disk aşınma testleri kullanılmıştır.
Bulgular: PEO ve mangan fosfat kaplamalar üzerinde kaplama parametrelerinin yapısal özellikleri, yüzey morfolojisi ve kaplama kalınlığı üzerinde etkili olduğu gözlenmiştir. Taban malzemesi üzerine büyütülen tüm kaplamaların Al7075 alaşımının korozyon ve aşınma davranışı üzerinde etkili olduğu, korozyon ve aşınma özelliklerinin iyileşmesine neden olduğu belirlenmiştir.
Sonuç: Yapılan deneyler ve analizler sonucunda tasarlanan yüzey işlemlerinin korozyon ve aşınma davranışını iyileştirdiği gözlenmiş en iyi korozyon ve aşınma direncinin PEO ve mangan fosfat kaplanmış dubleks kaplamalarda elde edilmiştir.
Anahtar Kelimeler:  PEO, Mangan fosfat, Al 7075, Korozyon, Aşınma

Abstract:
Purpose: With the advancement of technology in recent years, aluminium and its alloys have become preferred in many different sectors such as automotive, aerospace, communications and defence industries, especially in the automobile and aerospace industries. However, the industrial use of aluminium is not increasing at the expected level due to its poor mechanical and tribological properties, especially under extreme loads, and low corrosion resistance in aggressive environments. Surface problems such as corrosion and abrasion shorten the service life of aluminium and its alloys. Various surface improvement methods are used to protect materials from these undesirable surface problems and to improve their surface properties. Among these methods, coating processes applied on materials have an important place. Coating processes can be applied to the surface of the materials as a single layer or duplex coatings where different coatings are used together. One of the methods recently applied on aluminium to form a stable ceramic oxide coating on the surface is plasma electrolytic oxidation (PEO) coating. Another method used to improve the surface properties of materials is manganese phosphate coating, which is a cheap and easy coating method. In this study, duplex coatings were developed by using plasma electrolytic oxidation (PEO) and manganese phosphate coating methods together to improve the surface properties, corrosion and wear behaviours of Al 7075 alloy.
Method: In this study, Al7075 material was coated with PEO at 500 V and 400 Hz frequency values, and duplex coatings were formed on the coated samples by immersion manganese phosphate coating for 30 min and 60 min. Crystallographic and structural analyses of duplex coated materials grown with PEO and PEO + manganese phosphate coatings were investigated using SEM and X-Ray diffractometer methods. Potentiodynamic polarisation and pin-on disc wear tests were used to determine the corrosion and wear behaviour of the coated base materials.
Findings: It was observed that the coating parameters on PEO and manganese phosphate coatings were effective on structural properties, surface morphology and coating thickness. It was determined that all coatings grown on the base material were effective on the corrosion and wear behaviour of Al7075 alloy and caused improvement in corrosion and wear properties.
Results: As a result of the experiments and analyses, it was observed that the designed surface treatments improved the corrosion and wear behaviour, and the best corrosion and wear resistance was obtained in PEO and manganese phosphate coated duplex coatings.
Keywords: PEO, Manganese phosphate, Al 7075, Corrosion, Abrasion