Mikro ark oksidasyonda (MAO) elektriksel proses parametrelerin alüminyum esaslı malzeme kaplamalarına etkisi
Effects of electrical process parameters of micro arc oxidation coatings on aluminium alloy
Yazar: MUSTAFA SAFA YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ORHAN ŞAHİN
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Elektrokaplama = Electroforming ; Kaplama malzemeleri = Coating materials ; Seramik kaplama = Ceramic coating ; Yüzey kaplama = Surface coating ; Yüzey kaplama malzemeleri = Surface coating materials ; Yüzey kaplama yöntemleri = Surface coating methods ; Yüzey malzemeleri = Surface materials

Özet:
Günümüz teknolojilerinde malzeme seçiminde hafiflik, mekanik değerler, geri dönüşebilirlik ve kolay şekillendirme gibi özelliklere dikkat edilmektedir. Özellikle hafif metal tercihi birçok sebepten ötürü son yıllarda çok popüler olmuştur. Alüminyum ve alaşımları düşük yoğunlukları ile göze çarpan ve üzerine araştırmalar yapılan bir metaldir. Savunma, gemicilik, uzay ve otomotiv endüstrisinde alüminyum ve alaşımlarının kullanımı son yıllarda önemli bir artış göstermektedir.
Alüminyum metalinin düşük sertlik ve düşük aşınma direncine sahip olması, üretilen parçaların kullanım ömrünü azaltmakta ve kullanım alanlarını kısıtlamaktadır. Bu dezavantajların giderilmesi için farklı alaşımları kullanılmakta veya yüzey modifikasyonu işlemlerine başvurulmaktadır. Anodik oksidasyon prensibiyle çalışan Mikro Ark Oksidasyon (MAO) tekniği, alüminyum metali özelinde tercih edilen bir yüzey modifikasyon yöntemidir. MAO, son 20 yıl içerisinde çok hızlı bir şekilde gelişmiş ve bu yöntem endüstriyel boyutlarda kullanılmaya başlanmıştır. MAO sistemi; elektrolit içerisindeki numuneye yüksek voltaj uygulayarak malzeme yüzeyinde oksit tabaka oluşturulma prensibi ile çalışmaktadır. Bu yöntemle oluşturulan oksit kaplama tabakasının yapışma kuvveti, kaplama kalınlığı, maliyeti, çevreye salınan kirliliği ve kaplama porozite miktarı konularında birçok kaplama işlemlerine göre avantaj sağlamaktadır. Bu yöntemin en göze çarpan özelliği ise alüminyum metaline çok yüksek korozyon ve aşınma direnci kazandırmasıdır.
Bu çalışmada MAO yöntemi ile alüminyum malzemelerin yüzeyleri kaplanmıştır. Farklı elektriksel parametreler kullanılarak kaplama tabakasının morfolojik ve mekanik özellikleri araştırılmıştır. Çalışmalarda taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağıtıcı X-ışını spektrometresi (EDX), kaplama kalınlığı, yüzey pürüzlülüğü, XRD, kaplama porozite ölçümleri, korozyon ve sertlik analizleri yapılmıştır. Yapılan karakterizasyonlar sonucunda farklı yapılarda kaplama tabakaları tespit edilmiştir. Anot-katod darbe vuruş süreleri artıkça ve uygulanan katodik voltaj değeri değiştikçe kaplama tabakasının morfolojik, mekanik ve kimyasal özellikleri büyük farklılıklar sergilemiştir.

Abstract:
Aluminium and its alloys have acquired more importance in several industries such as automotive, aerospace and transportation parts. This interest in the aluminium comes from its high strength to weight ratio, convenient corrosion resistance and lightweight. Nevertheless, their disadvantages are low wear resistance, low hardness and hard to lubricate, thus they have limitative usage applications. Due to have low mechanical and tribological properties, some surface treatment have performed on aluminium alloys for improving their properties, such as physical vapour deposition, chemical vapour deposition, thermal spraying and ion beam assisted deposition. One of the alternative system is Micro-Arc Oxidation which performs thick and hard alumina coatings at bulk material and acquired wear resistance, thermal resistance and corrosion resistance surfaces.
By the litreture, it is showed that the electrical parameters, such as current mode, applied voltage, applied current, etc., made differences on MAO coatings. However, our knowledge of the effect of pulse duration on coating properties was not yet investigated. Thus, the aim of this study was examined the effect of anodic- cathodic pulse couple duration on structure and morphology of MAO coatings on aluminium alloy.
Due to the finding pulse duration effect: duty cycle, anode voltage, cathode voltage, coating time, electrolyte temperature and electrolyte composition were kept constant. Nine different anode-cathode pulse duration couples were used in this investigation.
The scanning electron microscope (SEM), surface roughness (Ra), X-ray diffraction (XRD) technique, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), coating porosity measuremnt, corrosion tests and indentation tests were carried out to investigate the microstructure, surface properties, phase distribution and hardness of the coatings etc. By increasing of pulse couple durations and cathodic voltages, there occurred three different trends on coatings, which have different the morphological, mechanical and chemical properties.