Al-6061 alaşımı için uygun elektrokimyasal işleme parametrelerinin ve elektrolitin araştırılması
Investigation of the optimum electrochemical machining parameters and electrolyte for the al-6061 alloy
Yazar: GÜLNUR ŞEHNAZ KORKMAZ
Danışman: DOÇ. DR. SELİS ÖNEL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Geleneksel yöntemlerle hassas bir şekilde işlenmesi zor olan, sertliği yüksek ve ısıya dayanıklı veya ince film formunda iletken malzemeler için ileri bir imalat yöntemi olan elektrokimyasal işleme (EKİ) yöntemi kullanılmaktadır. Bu yöntemde iş parçasına sıvı bir elektrolit içinde elektrik potansiyeli uygulanması yoluyla yüzey atomlarını iyonlaştırılarak  işleme yapılmaktadır. Teknolojide meydana gelen gelişmeler sonucu savunma, havacılık ve medikal endüstrilerinde EKİ yöntemi ile mikro boyutlarda işlenebilecek hassaslıkta ve düşük yüzey pürüzlülüğüne sahip, yüksek kalitede malzemelere ihtiyaç duyulmaya başlanmıştır. Sertliği yüksek titanyum, nikel ve karbür gibi malzemelerin EKİ yöntemi ile işlenmesine yönelik pek çok çalışma bulunmaktadır. Alüminyum alaşımlarının yüzey sertliği diğer malzemelere kıyasla düşüktür. Dolayısıyla geleneksel yöntemlerle işlenmesi mümkündür; ancak ileri teknoloji sanayilerde talep edilen karmaşık şekillerin daha hassas işlenebilmesi gerekmektedir. Çalışmada, bu amaçla T.C. Sanayi ve Ticaret Bakanlığı, Tekno Girişim Sermayesi Desteği Programı kapsamında geliştirilmiş olan yerli bir EKİ tezgahında, ülkemizde oldukça fazla alanda kullanımı olan Al-6061 alaşımının elektrokimyasal yöntemle işlenme potansiyeli araştırılmış ve uygun çalışma parametreleri belirlenmiştir. İş parçası yüzeyinde pasifizasyonun engellenmesi, yüksek malzeme kaldırma hızı (MKH) ve en az yüzey pürüzlülüğü eldesi için uygun kimyasal içeriğe, derişime ve pH değerine sahip elektrolitin tespit edilmesi, bu çalışmanın temel amacıdır. NaBr, NaCl, NaNO3, NaF ve NaHCO3 tuzlarının farklı derişimlerde çözeltilerinin iletkenlikleri tespit edilerek işleme yapılmıştır. Deney tasarımında istatistiki bir yazılım olan Design Expert kullanılmıştır. En iyi MKH ve yüzey kalitesini sağlayan elektrolitler 1,370 M NaBr ve 0,755M NaBr-0,036 M NaNO3-1,726 M NaCl çözeltileri olarak belirlenmiştir. Malzeme işleme performansı üzerinde asidik ve bazik ortam etkisini incelemek amacıyla belirlenmiş olan çözeltiler, 1 M NaOH, 0,1 M HNO3 ve 0,1 M  HCl çözeltileri ile kullanılarak pH değerleri 2 ve 10 olarak değiştirilmiştir. Asidik çalışma ortamının yüzey kalitesine daha olumlu etkisi olduğu görülmüştür. HCl kullanılarak pH değeri 2 yapılan bu iki elektrolitin çalışma için en uygun çözeltiler olduğu belirlenmiştir. 
Elektrolit çözeltileri belirlendikten sonra, EKİ cihaz değerleri değiştirilerek, bir çalışma yapılmıştır. Yapılan bu çalışma kapsamında, işleme süresi 5 ve 15 dk, elektrot aralığı 1, 2 ve 3 mm, gerilim değeri ise 5 ve 8 V olarak çalışılmıştır. Çalışma sonucu elde edilen veriler bir istatiksel analiz programı olan 'Design Expert' yazılımı ile analiz edilmiştir. Çalışma koşulu, elektrolit içeriği pH 2/ 0,660 M NaBr-0,061 M NaNO3- 1,729 M NaCl, işleme süresi 15 dakika, elektrot aralığı 2 mm ve gerilim değeri 8 V olarak belirlenmiştir. 
Sonuç olarak Al-6061 alaşımı için belirtilen parametre koşullarında iyi MKH hızı ve yüzey kalitesine sahip malzemeler elde edilmiştir. Bu tez çalışmasında elde edilen eniyileme çalışmalarının endüstriyel alanda kullanılma potansiyeli çok yüksek olup, ülke sanayisine ve teknolojisine önemli katkılar sağlayacaktır.

Abstract:
For conductive materials with high hardness and heat resistance or in thin film form, which are difficult to machine accurately by conventional methods,  electrochemical machining (ECM) is used as an advanced manufacturing method. In this method, machining is accomplished by ionization of the atoms at the surface of the work piece by applying an electric potential in a liquid electrolyte. With technological developments, high quality materials that have low surface roughness enough to be processed via ECM method in micro dimensions with precision are needed in defense, aviation and medical industries. There are various studies that study processing of high hardness materials such as titanium, nickel and carbide via ECM method. Aluminum alloys have lower surface hardness compared to other materials. Thus, they can be processed with traditional methods; however complicated shapes which are demanded in advanced technology industries need to be processed more delicately. In the study, with this reason, electrochemical  method processing potential of A1-6061 alloy which is used considerably in our country is researched in a local ECM bench which was developed under the scope of TR Industry and Commerce Ministry, Techno Initiative Fund Support program and suitable work parameters are determined. Main purpose of this study is to determine the electrolyte that has suitable chemical contents, concentration and pH value in order to obstruct passivization on the surface of workpiece, and to obtain high material removal rate (MRR) and minimum surface roughness. Conductivity of solutions of  NaBr, NaCl, NaNO3 and NaF salts were determined in different concentrations whilst they were processed. Design Expert, which is a statistical software was used in the experimental design. 1,370 M NaBr ve 0,755M NaBr-0,036 M NaNO3-1,726 M NaCl solutions are determined as electrolytes to provide best MRR and surface quality.  Determined solutions were used with 1 M NaOH, 0,1 M HNO3 and 0,1 M HCl solutions in order to observe acidic and alkaline environment effect on material processing performance and pH value was changed as 2 and 10. It was observed that acidic work environment has better effect on surface quality. It has been determined that, using HCl with these two electrolytes of pH value 2  is the best solution for this study. 
After determining the best electrolyte solutions, study was done by changing the working conditions of the ECM device. In scope of parameter study, machining time as 5 and 15 minutes, inter electrode gap as 1, 2 and 3 mm, voltage value as 5 and 8 V were applied. Results which were obtained from parameter study was analyzed with statistical analysis program. Working conditions were determined as pH 2/ 0,660 M NaBr-0,061 M NaNO3- 1,729 M NaCl as electrolyte, 15 min as machining time, inter electrode gap as 2 mm and voltage value as 8 V.
As a result, for Al-6061 alloy, best MRR and materials with best surface quality was obtained in determined conditions. Results obtained in this thesis has a tremendous usage potential in industrial field and will make important contributions to country's industry and technology.