Bazalt takviyeli epoksi kompozitlerde abrasiv aşınma ve sürtünme davranışları
Friction and abrasive wear behaviour of basalt fabric reinforced epoxy composites
Yazar: FATİH ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. MAHMUT İZCİLER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Son yıllarda daha iyi mekanik, fiziksel ve tribolojik özelliklere sahip yeni malzemeler elde etmek için birçok araştırma yapılmaktadır. Bu tezde, bazalt takviyesinin mekanik ve tribolojik özelliklerine etkisini görmek için bazalt kumaş takviyeli epoksi kompozit malzemeler incelenmiştir.  Basma testi, üç noktalı eğilme testi, sertlik testi ve darbe testi ağırlıkça %0, %40 ve %60 bazalt kumaş içeren kompozit malzemeler üzerinde yapılmıştır. Belirtilen oranlarda hazırlanan bazalt kumaş takviyeli kompozit malzemelerin sürtünme ve aşınma davranışları; aşınma yüzeyinde silikon karbür (SiC) yerleştirilen disk üzeri pim deney düzeneği kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Aşınma ve sürtünme deneyleri, oda sıcaklığında, 80 rpm, 140 rpm ve 200 rpm hızlarda, 5N, 10 N ve 15N yük uygulanarak farklı mesafelerde gerçekleştirilmiştir. Farklı hız, mesafe ve yüklerin uygulandığı kompozit numunelerle aşınma oranı Taguchi L27 tasarımı uygulanarak test edilmiştir.  Sürtünme katsayısı ise Taguchi L9 tasarımı ile gerçekleştirilmiştir. Sonuçların değerlendirilmesinde, aşınma oranları ve sürtünme katsayısının tahmininde regresyon denklemi kullanılmıştır. Deneysel sonuçlar göstermektedir ki; hacimsel aşınma miktarı üzerine en büyük etki malzeme cinsi ve bunu da uygulanan yük takip etmiştir. Hız ve kayma mesafesinin etkisi ise az olmuştur. Deneysel sonuçlar; artan yük ve mesafede hacimsel aşınma oranının azaldığını fakat orta devirde aşınma oranının arttığını göstermiştir. Abrasif aşınma ve sürtünme deneylerine gelince, katkısız epoksinin abrasiv aşınma ve sürtünme direncinin zayıf olduğu ama bazalt katkısı ile bu dezavantajın ortadan kalktığı saptanmıştır. Sürtünme katsayısının bazalt içeriği ile arttığı görülmekte iken en yüksek sürtünme katsayısı ise ağırlıkça %60 bazalt içeren kompozitte gözlenmiştir. Bunun dışında, varyans analizi, sürtünme katsayısının yüke çok bağımlı olduğunu, malzeme cinsi ve kayma hızının arasında büyük fark olmadığını göstermiştir. Sürtünme katsayısı üzerine; uygulanan yükün katkı payı %73,4; malzeme cinsi ve kayma hızının katkı payının ise sırasıyla %12,2 ve %12,59 olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
In recent years, there have been several researches in finding new materials to obtain better mechanical, physical and tribological properties.  In this thesis, in order to see effects of adding basalt reinforcements on the mechanical and tribological behaviors, basalt fabric reinforced composites were studied. Mechanical characterizations such as compression test, flexural test, hardness test and impact test were carried out on the epoxy based composites containing 0 wt.%, 40 wt.% and 60 wt.% basalt fabrics. The wear and friction behaviour of composites were conducted in a pin-on-disc type of wear testing machine against the water proof silicon carbide (SiC) abrasive paper. Wear and friction tests were performed at 80 rpm, 140 rpm and 200 rpm rotational speeds under 5N, 10N and 15N loads using different distances at room temperature. Taguchi L27 array was designed to find out the effect of material types, sliding speed, load and sliding distance on the wear rate. Furthermore, Taguchi L9 array was designed to determine friction coefficients. In evaluation of results, regression equations were also developed for the prediction of wear and friction coefficient of the tested samples. Experimental results showed that material type was found to be the most effective one on the volumetric wear rates, followed by load. Sliding speed and sliding distance had lower effects. Experimental results indicated that increasing loads and distance decreased wear rates, but at medium speed wear rates increased. As for the case of abrasive wear and friction experiment results, wear and friction resistance of pure epoxy was insufficient, but coefficient of friction increased with increasing basalt contents. Coefficient of friction increased with the content of basalt and maximum coeficient of friction was obtained with 60 wt.% basalt content. Moreover, analysis of variance revealed that coefficient friction was largely depended upon load, followed by material type and sliding speed without big differrences. In terms of friction coefficient, it could be observed that load, (P=73,4 %) had a significant effect on basalt content (P=12,59 %), which was followed by the speed (P=12,20 %), which had an insignificant effect.