Alaşım elementlerinin magnezyumun plazma elektrolitik oksidasyon davranışına olan etkisi
Effect of alloying elements addition on the plasma electrolytic oxidation behaviour of magnesium
Yazar: KEREM ÖZGÜR GÜNDÜZ
Danışman: DOÇ. DR. YÜCEL GENÇER
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Elektrokimyasal oksidasyon = Electrochemical oxidation ; Magnezyum = Magnesium ; Magnezyum alaşımları = Magnesium alloys ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Bu çalışmada magnezyum içerisine ilave edilen en yaygın alaşım elementlerinden alüminyum ve çinkonun Plazma Elektrolitik Oksidasyon (PEO) metoduyla, Mg yüzeyinde oluşturulan kaplamalara etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla öncelikle atomik olarak % 2, % 4, % 8, % 12 ve % 16 alaşım elementi içeren ikili Mg-Al ve Mg-Zn alaşımları kontrollü argon atmosferi altında ergitilerek hazırlanmıştır. Hazırlanan bu alaşımlar XRD, SEM-EDS ve Vickers mikrosertlik yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Yapılan karakterizasyonlar, alaşımların homojen ve istenilen elementel dağılıma sahip olduğunu, alaşımların dendritik olarak katılaştığını ve ayrışmış ötektik mikroyapıya sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca faz analizlerinde Mg fazına ek olarak Mg-Al alaşımlarında Mg17Al12, Mg-Zn alaşımlarında ise Mg7Zn3 fazlarının olduğu tespit edilmiştir. Bu aşamadan sonra saf Mg altlık üzerinde elektrolit optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. 4 g/l KOH, 3 g/l Na2B4O7.10H2O ve 10 g/l Na2SiO3.5H2O (E3) elektroliti içerisinde 120 dk süreyle kaplandığında 300 µm kalınlığa sahip, Mg2SiO4 (dış bölge) ve MgO (iç bölge) fazlarından oluşan, düzgün bir kaplama/altlık arayüzeyine sahip göreceli olarak yoğun kaplamalar elde edilmiştir. Kaplamaların dış bölgesi maksimum 800 HV iç bölgesi ise 550 HV mikrosertlik değerlerine sahiptir. İkili Mg-Al ve Mg-Zn alaşımları da 60 dk ve 120 dk süreyle E3 içerisinde kaplanmıştır. Mg-Al alaşımların üzerinde oluşan PEO kaplamaların dalgalı bir kaplama/altlık arayüzeyine sahip olduğu, Al ilavesiyle kaplama kalınlığının düştüğü ve mikrosertlik değerlerinin arttırdığı tespit edilmiştir. Mg-Zn alaşımları üzerine sentezlenen PEO kaplamaların Zn ilavesiyle kalınlığının düştüğü, kaplama arayüzeyinin daha girintili çıkıntılı hale geldiği ve homojen olmayan kaplama kalınlıkları oluşmuştur. Ayrıca, Mg-Zn alaşımlarında bulunan Mg7Zn3 fazının kaplama içerisinde oksitlenmeden, kaplamanın iç bölgesinde yer aldığı tespit edilmiştir. Al, kaplamaların hem dış hem de iç bölgesinde yer alırken, Zn, kaplamaların sadece dış bölgelerinde olduğu tespit edilmiştir. Tüm ikili alaşımların PEO ile kaplanması ile MgO ve Mg2SiO4 fazları oluşmuş ve oksit esaslı farklı bir faz oluşmamıştır.

Abstract:
In this thesis, the effect of Al and Zn addition on the Plasma Electrolytic Oxidation Behaviour of Mg was studied. For this purpose, Mg-Al and Mg-Zn binary alloys containing 2, 4, 8, 12, 16 at. % Al and Zn were preperad under controlled argon atmosphere. The binary alloys were characterized by XRD, SEM-EDS and Microhardness tester. The characterizations revealed that all alloys had a uniform microstructure with the anticipated elemental composition. Moreover, XRD analysis showed that, all alloys contained Mg phase while secondary phases of Mg17Al12 and Mg7Zn3 were observed in the alloys containing 8 at.% and more Al and Zn. Additionaly, the dendritic solidification was evident and divorced eutectic microstructure was observed instead of lamellae in the microstructures in the alloys. Upon characterization of binary alloys, an electrolyte optimization study which resulted in a continuous and stable oxide layer on magnesium was carried out. Relatively dense and thick (300 µm) coatings consisted of Mg2SiO4 (outer layer) and MgO (inner layer) with a smooth coating/substrate interface layer were obtained in the electrolyte 3 (E3) which contained 4 g/l KOH, 3 g/l Na2B4O7.10H2O for the duration of 120 min. After the optimization step, binary Mg-Al and Mg-Zn were coated by PEO in the same electrolyte (E3) for 60 min and 120 min process durations. The results showed that the addition of Al into Mg resulted in a wavy substrate/coating interface, retarded the growth rate and increased microhardness. The addition of Zn into Mg also retarded the coating growth rate, though not as significantly as Al. However, bright precipitates as a continuous part of the substrate were observed in the compact region of the coatings around which oxidation was hindered. No oxide phases other than Mg2SiO4 and MgO were determined according to the XRD results though some pits in the inner region which might be a mixture of MgO-Al2O3 were detected by cross-sectional SEM-EDS studies. Moreover, Al is incorporated both in the outer and inner layer of the coatings whereas Zn is detected in outer region of the coatinng.