Yüksek enerjili bilyeli öğütme ile nano kobalt borür sentezi ve düşük karbonlu çelik yüzeylerinin kaplanarak mekanik özelliklerinin geliştirilmesi
The synthesis of nano cobalt boride with high energy ball milling and the development of mechanical properties of low carbon steel surfaces with coating
Yazar: MUSTAFA BARIŞ
Danışman: DOÇ. DR. ADNAN AKKURT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Teknoloji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada, geçiş metal borürlerinden Co2B, uydu tip yüksek enerjili bilyeli öğütücüde mekanokimyasal yöntemle 250, 300, 350 rpm dönme hızlarında ve 20:1, 30:1, 40:1 bilye toz oranlarında nano boyutta üretilmiş ve optimum üretim parametreleri belirlenmiştir. Ar atmosferi altında gerçekleştirilen üretim deneylerinde başlangıç malzemesi olarak Co, B2O3 ve Mg kullanılmıştır. Reaksiyon sonrası açığa çıkan Co2B/MgO toz karışımları asetik asit ile liç edilerek MgO'nun çözeltiye geçmesi sağlanmış ve Co2B nano partikülleri katı formda elde edilmiştir. Elde edilen Co2B'ler, XRD, SEM, VSM, BET ve spesifik yoğunluk analizleri ile karakterize edilmiş, üretim parametrelerinin ürün özellikleri üzerindeki etkileri ortaya konmuştur. Üretim ve karakterizasyonu tamamlanan Co2B nanopartikülleri kullanılarak, farklı güçlerde CO2 lazeri ile S235JRC düşük karbonlu çelik malzeme yüzeyine ön kaplamalı yöntemle lazer kaplama yapılmış ve kaplama tabakalarının aşınma davranışları incelenmiştir. Ayrıca, modern kesme yöntemleri olarak bilinen lazer ışını, tel erozyon, aşındırıcı su jeti ve aşındırıcı disk ile kesme işlemlerinin kaplama tabakaları üzerindeki etkileri incelenmiştir.
 
Çalışma kapsamında üretilen Co2B tozlarının nano boyutta, ferromanyetik özellikte ve yüksek yüzey alanına sahip olduğu belirlenmiştir. Lazer kaplama ile ana malzemenin yüzeyinde FeN0,0760, Fe15,1C, FeCo ve B2C5N2 fazlarından oluşan kaplama tabakaları elde edilmiştir. Kaplama tabakalarının lazer gücüne bağlı olarak ortalama 35, 51 ve 71  µm kalınlıklarda ve ana malzemeye göre 2,83, 3,30 ve 3,43 kat daha sert olduğu tespit edilmiştir. Aşınma testleri, kaplama tabakalarının aşınma direncinin ana malzemeye oranla daha iyi olduğunu göstermiş ve aşınmaya karşı en dayanıklı kaplamalar 174 W ve 220 W lazer güçlerinde elde edilmiştir. Yapılan işlenebilirlik testlerinde kaplama yüzeyi değerlendirildiğinde en uygun kesme yönteminin aşındırıcı disk ile kesme olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, one of the transition metal borides compound-Co2B was mechanochemically synthesized in nano scale via planetary ball mill by 250, 300 and 350 rpm rotation rate. Furthermore 20:1, 30:1 and 40:1 ball to powder rates and optimum operating parameters were determined. Co, B2O3 and Mg initial powders were utilized in synthesize experiments as an initial material under argon atmosphere. The released Co2B/MgO powder mixtures from the experiments were leached with acetic acid to dissolution MgO. As a result of that pure Co2B nano particles were obtained in solid form. Synthesized Co2B nanoparticles were characterized by XRD, SEM, VSM, BET and specific density analysis. In addition the effect of synthesis parameters on products were introduced. The surface of S235JRC low carbon steel were coated with synthesized Co2B by different laser power using CO2 laser and the wear properties of coated layers were investigated. The laser cladded samples were cut with laser, wire erosion, abrasive water jet and abrasive disc methods and effect of the  these operations on the coatings were investigated. 

It was determined that the synthesized Co2B nano particles have ferromagnetic characteristics and high surface area. FeN0,0760, Fe15,1C, FeCo and B2C5N2 phases were found on the surface of low carbon steel after laser cladding experiments. According to laser power, the composite coating layers average thickness were 35, 51 and 71 µm and hardness of the coatings were  2,83, 3,30 ve 3,43 times harder than the substrate. Compared with the substrate, wear tests showed that the wear resistance of the composite coatings were improved significantly and laser coatings experiments with 174 and 220 W laser power exhibited best results. It was observed that the most suitable cutting method for coated materials is the abrasive disc cutting in the cutting tests.