HVOF tekniği kullanılarak üretilen WC-Co ve NiCr kaplamaların katı partikül erozif aşınma davranışlarının incelenmesi
Investigation of solid particle erosive wear behaviors of WC-Co and NiCr coatings produced with HVOF
Yazar: SEFA ERDEM YILMAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DERVİŞ ÖZKAN
Bartın Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma dayanımı = Wear resistance ; Katı partikül erozyonu = Solid particle erosion ; Termal sprey kaplama = Thermal spray coating ; X ışını = X ray

Özet:
Günümüzde kimyasal, fiziksel ve mekanik özellikler bakımından yüksek performanslı malzemelerin üretimine olan ilgi gün geçtikçe artış göstermektedir. Yüzey mühendisliği alanında termal sprey kaplama teknolojisinin kullanımı ile endüstriyel kullanımda olan parçaların aşınma, oksidasyon, korozyon ve termal şok gibi hasarlara karşı servis kullanım ömürleri önemli ölçüde artırılabilmektedir. Termal sprey kaplamalar otomotivden havacılığa, kimya endüstrisinden uzay ve savunma teknolojilerine kadar çok geniş bir yelpazede kullanım alanına sahiptir. Katı partikül erozif aşınması (SPE) diğer mekanik ve tribolojik olarak meydana gelen etkenler gibi endüstride kullanılan parça ve bileşenlerin malzeme yüzeyinden başlayarak plastik deformasyon neticesinde hasara uğramasına sebebiyet vermektedir. Özellikle makine sanayinde kullanılan parçaların maruz kaldıkları aşınmaya bağlı şartlar göz önüne alındığında parçaların kısa çevrim süreçlerinde hasara uğramadan kullanımda olmaları önem arz etmektedir. Aşınma ve aşınmaya dayanıklı kaplamalar termal sprey kaplama yöntemlerinden özellikle yüksek hızlı oksi-yakıt (HVOF) püskürtme tekniği kullanılarak üretilmektedir. Bu yöntem, daha az oksit, daha düşük porozite içeriğine ve yüksek sertlik değerlerine sahip kaplamaların üretilmesine olanak sağlamaktadır. Yüksek lisans tez çalışmasının ana içeriğini oluşturan çalışmada, 316L paslanmaz altlık malzeme üzerine WC-Co ve NiCr içeriğine sahip kaplamalar, HVOF tekniği kullanılarak üretilmiştir. Üretilen kaplamaların SPE davranışları ayrıntılı olarak incelenmiş ve SPE deneyleri farklı açı ve farklı partikül boyutlarına sahip alümina (Al2O3) aşındırıcılar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Literatürde yapılan çalışmalar ve elde edilen bulgular karşılaştırmalı olarak değerlendirilerek çıkarımlar yapılmıştır. Çalışmalar sonucunda, WC-Co kaplamaya sahip malzemelerin katı partikül erozyonuna karşı gevrek/kırılgan yüzey özellikler sergilediği, NiCr kaplamaya sahip malzemelerin ise sünek yüzey özellikleri sergilediği görülmüştür. Kaplamaya sahip ve deneyler sonrası oluşan aşınmış yüzeylerin tespiti ve ayrıntılı değerlendirmelerinin yapılabilmesi için ileri karakterizasyon tekniklerinden X-ışınları difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılım spektrometresi (EDS) ve 3D profilometre analiz ölçümleri alınmıştır. Elde edilen bulgular ile güncel literatüre, karşılaştırmalı olarak farklı kaplamaya sahip sistemlerin üretim, SPE davranışları ve hasar oluşumları yönüyle olumlu yönde katkı sağlanmıştır.

Abstract:
Today, the interest in the production of high-performance materials in terms of their chemical, physical, and mechanical properties is increasing day by day. With the utilization of thermal spray coating technology in the field of surface engineering, the service life of parts in industrial use against damages such as wear, oxidation, corrosion, and thermal shock can be significantly increased. Thermal spray coatings have a wide range of uses, from automotive to aviation, from the chemical industry to aerospace and defense technologies. Like other mechanical and tribological factors, solid particle erosive wear (SPE) causes damage to parts and components used in industry as a result of plastic deformation, starting from the material surface. Given the wear-related conditions to which the parts used in the machinery industry are subjected, it is critical that the parts remain operational without being damaged during short cycle periods. Wear and abrasion resistant coatings are carried out using thermal spray coating methods, especially the high velocity oxy-fuel (HVOF) spray technique. This method allows the production of coatings with less oxide, lower porosity content, and high hardness values. In the study, which constitutes the main content of the master's thesis, coatings with WC-Co and NiCr content on 316L stainless steel substrates were produced using the HVOF technique. The SPE behavior of the produced coatings was examined in detail, and SPE experiments were carried out using different impact angles and alumina (Al2O3) abrasives with different particle sizes. Studies conducted in the literature and the findings obtained were evaluated comparatively, and inferences were drawn. As a result of the studies, it was observed that the materials with the WC-Co coating exhibit brittle surface properties against solid particle erosion, while the materials with the NiCr coating exhibit ductile surface properties. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy distribution spectrometry (EDS) and 3D profilometer analysis measurements were taken from advanced characterization techniques in order to detect and make detailed evaluations of the coated and eroded surfaces after the experiments. With the findings obtained, a positive contribution has been made to the current literature in terms of production, SPE behavior, and damage formation in systems with different coatings.