Seramik malzemelerle kaplanmış AA7075 ve AZ91 alaşımlarının korozyon direnci ve yüzey özelliklerinin incelenmesi
Investigation of corrosion resistance and surface properties of AA7075 ve AZ91 alloys coated with ceramic materials
Yazar: HÜSEYİN ÖZKAVAK
Danışman: PROF. DR. RECAİ FATİH TUNAY
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Seramik kaplama = Ceramic coating ; Termal sprey kaplama = Thermal spray coating ; Çukur korozyonu = Pitting corrosion

Özet:
Bu tez çalışmasında; hafifliğin önemli olduğu sistemlerde yaygın olarak kullanılan AA7075 alüminyum alaşımı ile AZ91 magnezyum alaşımlarının farklı ortamlardaki korozyon dayanımının artırılması ve malzemelerin özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla AA7075 ve AZ91 altlık malzemeler Atmosferik Plazma Kaplama yöntemi kullanılarak kaplanmıştır. Kaplama işlemi öncesi kaplama kalitesini artırmak amacıyla altlık malzemelere yüzey hazırlığı işlemi uygulanmıştır. Çalışma için seçilen kaplama malzemeleri termal sprey kaplama yöntemleri için en uygun kaplama malzemeleri arasından TiO2 ve Al2O3 olarak belirlenmiştir. Kaplama işlemi için %3 TiO2 + %97 Al2O3, %13 TiO2 + %87 Al2O3, %40 TiO2 + %60 Al2O3, %100 TiO2 ve %100 Al2O3 kaplama malzeme oranları kullanılmıştır.  Kaplama işlemi sonrası SEM taramalı elektron mikroskobu ile numunelerin yan kesitinden kaplama kalınlıkları ölçülmüştür. Yapılan kaplamaların yapısal karakterizasyonunu belirlemek amacıyla taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile mikro yapı incelemeleri yapılmıştır. Ayrıca yapılan kaplamaların yapısal karakterizasyonu ve kompozisyon noktasal analizleri enerji dağılım spektroskopisi (EDS) ile incelenmiştir. Herbir kaplama için kaplama öncesi ve sonrası yüzey pürüzlülük değerleri belirlenmiştir. Kaplanan numunelerin korozyon davranışını belirlemek amacıyla korozyon deneyleri yapılmıştır. Korozyon deneyleri için potansiyostat/galvanostat cihazı kullanılmıştır. Korozyon deneyleri öncesinde altlık malzemenin korozif ortamdan izole olması amacıyla numunelere bakalite alma işlemi uygulanmıştır. Bakalite alınan numuneler ultrasonik olarak temizlenmiştir.  Çalışma için %3,5 NaCl ve 0,3 M H2SO4 olmak üzere iki farklı korozif ortam kullanılmıştır. Böylelikle altlık malzemelerin kullanım alanlarına göre korozyon davranışı belirlenmiştir. Korozyon deneyleri sonrası her bir numune grubu için akım yoğunluğu-potansiyel eğrileri kullanarak korozyon potansiyeli (Ecorr), korozyon oranı, korozyon akımı (Icorr), polarizasyon direnci (Rp) değerleri belirlenmiştir. Belirlenen bu değerler ile her kaplama oranı için potansiyodinamik polarizasyon eğrileri (Tafel eğrileri) çizilmiştir. Ayrıca korozyon deney sonrası yapısal değişimleri belirlemek amacıyla korozyona uğrayan numunlerin SEM taramalı elektron mikroskobu ile incelemeleri ve enerji dağılım spektroskopisi (EDS) analizleri yapılmıştır. AA7075 altlık malzeme üzerine yapılan kaplamaların %3,5 NaCl ortamındaki korozyon hızları değerlendirildiğinde en yüksek korozyon hızı kaplanmamış numunede en düşük korozyon hızı ise %100 Al2O3 kaplanmış numunede elde edilmiştir. AA7075 altlık malzeme üzerine yapılan kaplamaların 0,3M H2SO4 ortamındaki korozyon hızları değerlendirildiğinde en yüksek korozyon hızı kaplanmamış numunede en düşük korozyon hızı ise %100 TiO2 kaplanmış numunelerde elde edilmiştir. AA7075 altlık malzeme üzerine yapılan kaplamaların korozyon oranları incelendiğinde ise 0,3 M H2SO4 çözeltisinde %3,5 NaCl çözeltisinde daha fazla korozyona uğradığı belirlenmiştir. AZ91 altlık malzeme üzerine yapılan kaplamaların %3,5 NaCl ortamındaki korozyon hızları değerlendirildiğinde en yüksek korozyon hızı kaplanmamış numunede en düşük korozyon hızı ise %100 Al2O3 kaplanmış numunede elde edilmiştir. AZ91 altlık malzeme üzerine yapılan kaplamaların 0,3 M H2SO4 korozif ortamdaki davranışları %3,5 NaCl çözeltisinde elde edilen sonuçlara benzer şekilde olduğu belirlenmiştir. AZ91 altlık malzeme üzerine yapılan kaplamaların %3,5 NaCl ve 0,3 M H2SO4 ortamlarında korozyon sonuçları incelendiğinde 0,3 M H2SO4 ortamında korozyona tabi tutulmuş numunelerin korozyon potansiyeli (Ecorr) %3,5 NaCl ortamında korozyona tabi tutulmuş numunelere göre daha yüksek elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis; It is aimed to increase the corrosion resistance of AA7075 aluminum alloy and AZ91 Mg alloys, which are widely used in systems where lightness is important, in different environments and to improve the properties of the materials. For this purpose, AA7075 and AZ91 substrate materials were coated using the atmospheric plasma coating method. Before the coating process, surface preparation process was applied to the base materials in order to increase the coating quality. The coating materials selected for the study were TiO2 and Al2O3, which are among the most suitable coating materials for thermal spray coating methods. For the coating process, coating material ratios of 3% TiO2 + 97% Al2O3, 13% TiO2 + 87% Al2O3, 40% TiO2 + 60% Al2O3, 100% TiO2 and 100% Al2O3 were used. After the coating process, coating thicknesses were measured from the side section of the samples using an SEM scanning electron microscope. Microstructure examinations were carried out using scanning electron microscopy (SEM) to determine the structural characterization of the coatings. In addition, structural characterization and composition point analyzes of the coatings were performed using energy dispersive spectroscopy (EDS). Surface roughness values before and after coating were determined for each coating. Corrosion experiments were carried out to determine the corrosion behavior of the coated samples. A potentiostat/galvanostat device was used for corrosion experiments. Before the corrosion tests, a bakelite process was applied to the samples in order to isolate the substrate material from the corrosive environment. Bakelite samples were cleaned ultrasonically. Two different corrosive environments were used for the study: 3.5% NaCl and 0.3 M H2SO4. Thus, the corrosion behavior of the substrate materials was determined according to their usage areas.  After corrosion experiments, corrosion potential (Ecorr), corrosion rate, corrosion current (Icorr), polarization resistance (Rp) values were determined for each sample group using current density-potential curves. With these determined values, potentiodynamic polarization curves (Tafel curves) were drawn for each coating ratio. In addition, in order to determine the structural changes after the corrosion experiment, the corroded samples were examined by SEM scanning electron microscope and energy dispersion spectroscopy (EDS) analysis was performed. When the corrosion rates of the coatings applied on AA7075 substrate material in 3.5% NaCl environment were evaluated, the highest corrosion rate was obtained in the uncoated sample and the lowest corrosion rate was obtained in the 100% Al2O3 coated sample. When the corrosion rates of the coatings applied on AA7075 substrate material in 0.3M H2SO4 environment were evaluated, the highest corrosion rate was obtained in the uncoated sample and the lowest corrosion rate was obtained in the 100% TiO2 coated samples. When the corrosion rates of the coatings applied on AA7075 substrate material were examined, it was determined that they suffered more corrosion in 3.5% NaCl solution than in 0.3 M H2SO4 solution. When the corrosion rates of the coatings applied on AZ91 substrate material in 3.5% NaCl environment were evaluated, the highest corrosion rate was obtained in the uncoated sample and the lowest corrosion rate was obtained in the 100% Al2O3 coated sample. It was determined that the behavior of the coatings applied on AZ91 substrate material in a 0.3 M H2SO4 corrosive environment was similar to the results obtained in 3.5% NaCl solution. When the corrosion results of the coatings applied on AZ91 substrate material in 3.5% NaCl and 0.3 M H2SO4 environments were examined, the corrosion potential (Ecorr) of the samples subjected to corrosion in 0.3 M H2SO4 environment was obtained higher than the samples subjected to corrosion in 3.5% NaCl environment.