Ni-Al ve Nano Al2O3 partiküllerinin plazma transfer ark yöntemi ile Ti6Al4V malzeme yüzeyine uygulanmasının araştırılması
Investigation of plasma transferred arc surface modified Ti6Al4V materials by using Ni-Al and Nano Al2O3 powders
Yazar: KORAY AYDIN
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN NURİ ÇELİK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada Ti6Al4V malzeme yüzeyi Plazma Transfer Ark (PTA) yöntemi kullanılarak Ni-Al ve nano Al2O3 partikülleri ile alaşımlandırılmıştır. Ni-Al metal tozuna %0,8 ağırlık oranında nano Al2O3 partikülleri karıştırılarak veya saf Ni-Al tozları ile yapılan PTA prosesinde 90A, 100A, 110A ve 120A akım değerleri kullanılmıştır. PTA sonrası numunelerin havada ve yağda olmak üzere iki şekilde soğumaları sağlanmıştır. Kaplamanın mikroyapısı; optik mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji saçınımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) ve X-ışını difraktogramı (XRD) ile analiz edilmiştir. CSM aşınma (tribometer) cihazı ile lineer harekette levha üzeri bilye (küre-disk) yöntemi kullanılarak numunelere aşınma testi yapılmıştır. Aşınma test verileri incelenerek, kayma mesafesine bağlı olarak ortalama sürtünme katsayıları, sürtünme kuvvetleri ve özgül aşınma oranları hesaplanmıştır. Sonuç olarak; PTA yöntemi Ni-Al metal tozu ile Ti6Al4V malzeme üzerine başarılı bir şekilde uygulanmıştır. Tüm PTA kaplanan numunelerde mikrosertlik ve aşınma dayanımlarında ana malzemeye göre iyileşme görülmüştür. Yapılan yüzey modifikasyonu işlemi sonrasında yapıda Ti, NiTi2 ve Ti3Al fazları tespit edilmiştir. NiTi2 kompozit yapının oluşturduğu fazların sertliği ve aşınma dayanımını arttırdığı gözlenmiştir.  Kaplama alanındaki sertlik nano Al2O3 ilavesi ile artmıştır. Ti6Al4V üzerine Ni-Al tozu kullanılarak yapılan PTA numunelerinde ana malzemeye göre aşınma oranında 2,05 kat iyileştirme sağlanmıştır.

Abstract:
In this study, Ti6Al4V material surface were alloyed with Ni-Al and nano Al2O3 powders by using plasma transferred arc (PTA) welding process. During PTA process, 0.8w.t.% ratio nano Al2O3 powders mixed with Ni-Al or pure Ni-Al were used at arc current values of 90A, 100A, 110A and 120A. Two types of cooling conditions which were air or oil were performed after PTA. The microstructure of the coating layer was characterized by optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and X-ray diffraction analysis (XRD). Wear was evaluated by ball-on-disc abrasive wear test conditions by using CSM instrument tribometer. While preparing wear surface cross-sectional area, coefficients of friction versus sliding distance, friction forces and friction coefficient, and also specific wear rate were analyzed. Ni-Al reinforced composite coatings were successively produced on Ti6Al4V alloys by the PTA process. The microhardness and wear resistances of all of the composite layers produced by the PTA process were enhanced relative to those of the Ti6Al4V substrate. The results indicate that Ti, NiTi2 and Ti3Al phases formed in the composite layers produced by PTA on the surface of the Ti6Al4V alloy. NiTi2 phases in the composite layers were responsible for the improvement in the wear resistance of the alloy and microhardness. Microhardness of composite layer increased by adding nano Al2O3 to Ni-Al particles. The wear rate of Ni-Al reinforced composite coatings on Ti6Al4V improved 2.05-fold relative to that of the unprocessed sample.