Seçici lazer ergitme yöntemi ile oluşturulan farklı yüzey tekstürlerinin ve plazma nitrürleme işleminin AISI 316L paslanmaz çeliğinin yapısal, mekanik ve tribolojik özelliklerine etkileri
Effect of different surface textures produced by selective laser melting and plasma nitriding treatment on the structural, mechanical abd tribological properties of AISI 316L stainless steel
Yazar: YEŞİM SEÇER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HALİM KOVACI
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Birçok mühendislik uygulamasında kullanılan metalik malzemeler ömürleri boyunca aşınma, yorulma ve korozyon gibi istenmeyen etkilere maruz kalmaktadırlar. Metalik malzemelerin maruz kaldığı bu etkileri azaltmak ve kullanım ömrünü uzatmak için farklı işlemler uygulanmaktadır. Bu işlemlerden en çok tercih edilenlerden biri de yüzey işlemleridir. Yüzey doku/tekstür tasarımı, özellikle tribolojik özelliklerin iyileştirilmesi açısından yüzey mühendisliğinin önemli bir parçasıdır. Bu çalışmada amaç, farklı yüzey desenlerinin/tekstürlerinin metalik malzemelerin tribolojik özellikleri üzerindeki etkilerini incelemektir. Bu amaç doğrultusunda, eklemeli üretim yöntemlerinden biri olan seçici lazer ergitme (SLM) üretim yöntemi ile 316L paslanmaz çelik tozu kullanılarak farklı yüzey desenlerine (altıgen, dağınık, elips, kare, üçgen ve yeni model) sahip numuneler üretilmiştir. Üretim iki aşamada gerçekleştirilmiştir: 1. grup numuneler alan yoğunluğunun optimum değerini tayin etmek için, 2. grup numuneler ise geometrik desenin şeklinin tribolojik özellikler üzerindeki etkisini gözlemlemek için üretilmiştir. Ayrıca, 2.grup olarak üretilen numunelere plazma nitrürleme işlemi uygulanarak, yüzey desenleri ve bu plazma nitrürleme işleminin mekanik özellikler üzerindeki sinerjik etkisi incelenmiştir. Numunelerin morfolojik, yapısal ve mekanik özelliklerini incelemek için XRD, SEM, üç boyutlu profilometre ve mikro sertlik cihazı kullanılmıştır. Numuneler kuru ve simüle edilmiş vücut sıvısı-simulated body fluid (SBF) ortamında dairesel (pin-on-disk) aşınma testine tabii tutulmuştur. Kuru ortamda yapılan deneylerde, geometrik desende keskin köşelerin olmaması ve aşınma hapsetme yeteneğinden dolayı, sıvı ortamda ise pozitif net hidrodinamik fayda elde edildiğinden dolayı en iyi tribolojik özellik elips geometrik desen göstermiştir. Plazma nitrürleme sonucunda sertlikte meydana gelen artış aşınma oranında azalma meydana getirmiştir ve bütün numune grupları için plazma nitrürleme işlemi sonrasında en düşük aşınma oranı elde edilmiştir.

Abstract:
Metallic materials used in many engineering applications are exposed to undesirable effects such as wear, fatigue and corrosion throughout their lifetime. Different processes are applied to reduce these effects to which metallic materials are exposed and to extend their service life. One of the most preferred of these processes is surface treatments. Surface pattern/ texture design is an important part of surface engineering, especially in terms of improving tribological properties. The aim of this study is to investigate the effects of different surface patterns / textures on tribological properties of metallic materials. For this purpose, samples with different surface patterns (hexagonal, scattered, ellipse, square, triangular and new model) were produced by using 316L stainless steel powder together with selective laser melting (SLM) production method, which is one of the additive manufacturing methods. The production was carried out in two stages: Group 1 samples were produced to determine the optimum value of field density and group 2 samples were produced to observe the effect of the shape of the geometric pattern on tribological properties. In addition, plasma nitriding process was applied to the samples produced as group 2 and the surface patterns and the synergistic effect of this plasma nitriding process on the mechanical properties were investigated. XRD, SEM, three dimensional profilometer and micro hardness tester were used to examine the morphological, structural and mechanical properties of the samples. The samples were subjected to a circular (pin-on-disk) wear test in a dry and simulated body fluid (SBF) medium. The ellipse geometric pattern showed the best tribological feature due to the absence of sharp corners and the ability to trap wear in the geometric pattern in dry experiments, and that the positive net hydrodynamic benefit was obtained in the liquid environment. The increase in hardness as a result of plasma nitriding resulted in a reduction in wear rate and the lowest wear rate after plasma nitriding was achieved for all sample groups.