Çelik esaslı metal disklerin üzerine lazer metal biriktirme (LMD) yöntemi ile kaplanan süper alaşımların yüksek sıcaklıklarda sürtünmesi sonucunda oluşan aşınma davranışlarının incelenmesi /
Yazar: ALPER ÖNER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENAİ YALÇINKAYA
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma davranışı = Wear behavior ; Metalik disk = Metallic disc ; Süper alaşımlar = Superalloys ; Sürtünme = Friction

Özet:
Süper alaşımlar kayıpları azaltmak için özellikle zor şartlar olarak kabul edilen uzay ve havacılık, savunma sanayi,  petrol çıkarma ve taşımacılık sektörü, madencilik vb sektörlerde süper alaşımların kullanımı artmaktadır. Yüksek sıcaklıklarda sadece ısı değil onun tetiklediği korozif, erozif, yorulma, yapışma ve aşındırıcı aşınmalar önemli olmaktadır. Zor şartlarda yapılan çalışmaların zorluklarının çözümünde Nikel (Ni) ve Kobalt (Co) esaslı süper alaşımların kullanılması önemli bir yer tutmaktadır. Bunların özellikle dökümü ve döküm malzemelerinin işleme zorlukları pahalı çözümler olmaktadır. Artan kaplama teknolojileri ile birçok alanda süper alaşımlar yerine dayanıklı daha düşük alaşımlı malzemeler tercih edilmektedir. Gelişen teknoloji ile birlikte bu ürünler, döküm ve işleme maliyetlerinden dolayı ve işlenmesi zor malzemelerin üzerlerine şartları karşılayacak süper alaşımlar kaplanmaktadır.  
Deneysel çalışmada, savunma sanayinde, Otomotiv sanayinde, kalıpçılık teknolojilerinde, hareket ileten mil ve dişlilerde yaygın olarak kullanılan düşük alaşımlı ve orta karbonlu AISI4140 çeliği kullanıldı. Deney malzemesi olarak çapı 100 mm ve kalınlığı 10 mm olacak şekilde 18 adet AISI4140 çelik disk hazırlanmıştır.  
Lazer Eritme Biriktirme (LMD) yöntemiyle kaplamalar yapıldı. Bunlar önce 6 adet diskin üzerine 0,7 mm kalınlığında kobalt esaslı süperalaşım kaplama yapılmıştır. 6 adet diskin üzerine 0,7 mm kalınlığında demir esaslı süper alaşım kaplanmıştır. Son olarak 6 disk AISI4140 kaplamasız olarak deneysel uygulamada kullanılmıştır.
Aşınma konusunda gerçeğe en yakın kabul edilen ve en yaygın olarak kullanılan test yöntemi olan Disk Üzerinde Pim yöntemi seçilerek amaca uygun test cihazı tasarlanmıştır ve yapılmıştır. Bu cihaz Otimsa firmasında yüksek gürültü çıkarttığından dolayı cihaz, firmanın boş köşelerinde veya tenha köşelerinde kullanılmıştır. Yüksek ısılara çıkabilen test cihazıyla diskler oda sıcaklığı (25oC), 200oC, 300oC, 450oC, 500oC, 650oC, 800oC'lerde 50 N yük altında ortalama 10,000 mm mesafe katedecek kadar teste tabii tutulmuştur.
Yapılan testler sonucunda diskler hassas terazide tartılarak değerlendirilmiştir. Oksitlenmenin ağırlık yapması sonucu net sonuç alınamadığından dolayı disklerin SEM mikroskobunda EDS analizleri yapılmıştır. SEM mikroskobundan her deney parçasına ait 15mm x 15mm boyutlarında numuneler kesilmiştir. Numuneler Tel Erezyon yöntemi ile elde edilmiştir.
Tel Erezyon Yöntemiyle kesim için her bir diskin kesiminin başlayacağı nokta belirlenmiş ve her diskten numune alınmıştır. Fakat Tel Erezyon yönteminde, metal kesim sırasında tel başka bir malzemeye denk gelirse tel erezyon makinesi kendini güvene almak için kesme işlemini durdurur ve bu durum kesimler sırasında çokça yaşanmıştır. Tel Erezyon yöntemiyle elde edilen numuneler SEM Mikroskobuna yerleştirilmiştir.
Sem Mikroskobunda görüntüler Bartın Üniversitesi'nde alınmıştır. Her numune için 100µm uzaklık ve 20µm uzaklık olacak şekilde ikişer görüntü alınmış ve 20 µm mesafede çizgisel analizleri yapılmıştır.
Ağırlık yorumlamaları ve analizler sonucu kobalt esaslı süper alaşım kaplamanın yüksek sıcaklıklarda diğerlerine göre daha iyi olduğu sonucu elde edilmiştir.

Abstract:
The use of superalloys is increasing in sectors such as space and aviation, defense industry, oil extraction and transportation sector, mining etc., which are considered to be particularly difficult conditions to reduce superalloy losses. At high temperatures, not only heat, but also corrosive, erosive, fatigue, adhesion and abrasive wear triggered by heat are important. The use of Nickel (Ni) and Cobalt (Co) based super alloys has an important place in solving the difficulties of working in difficult conditions. Especially their casting and processing difficulties of casting materials are expensive solutions. With increasing coating technologies, durable lower alloy materials are preferred instead of super alloys in many areas. Along with the developing technology, these products are coated with super alloys to meet the conditions, due to the casting and processing costs and on materials that are difficult to process.
In the experimental study, low alloy and medium carbon AISI4140 steel was used, which is widely used in the defense industry, automotive industry, molding technologies, shafts and gears that transmit motion. As test material, 18 pieces of AISI4140 steel discs with a diameter of 100 mm and a thickness of 10 mm were prepared.
Coatings were made using the Laser Melting Deposition (LMD) method. First of all, 0.7 mm thick cobalt-based superalloy coating was applied on 6 discs. Iron-based super alloy of  0.7 mm thickness is coated on 6 discs. Finally, 6 discs of AISI4140 uncoated were used in the experimental application.
Pin-on-Disc method, which is the most widely used and accepted test method in terms of wear, was chosen and a test device suitable for the purpose was designed and built. The device was used in Otimsa Company. Since this device produces high noise, the device was used in empty corners or secluded corners in the company. With a test device that can reach high temperatures, the discs were tested at room temperature (25oC), 200oC, 300oC, 450oC, 500oC, 650oC, 800oC under 50 N load to cover an average distance of 10,000 mm.
As a result of the tests, the discs were weighed on a precision scale and evaluated. EDS analyzes of the discs were made under the SEM microscope, since no clear result could be obtained as a result of the weight of the oxidation. Samples of 15mm x 15mm dimensions of each test piece were cut for the SEM microscope. The samples were obtained by Wire Erosion method.
For cutting with Wire Erosion Method, the point where the cutting of each disc will start was determined and samples were taken from each disc. However, in the Wire Erosion method, if the wire comes across another material during metal cutting, the wire erosion machine stops the cutting process in order to secure itself, and this has happened a lot during the cuts. The samples obtained by the Wire Erosion method were placed in the SEM Microscope.
Images were taken under the Sem Microscope at Bartın University. For each sample, two images were taken at a distance of 100 µm and a distance of 20 µm, and linear analyzes were made at a distance of 20 µm. As a result of weight interpretation and analysis, it was concluded that the cobalt-based superalloy coating was better than the others at high temperatures.