Nanoyağlayıcılar kullanarak aluminyum esaslı hibrit yatak malzemelerinin tribolojik özelliklerinin araştırılması
Investigation of the tribological properties of aluminum based hybrid bearing materials using nanolubricants
Yazar: VALERY TUSAMBILA WADI
Danışman: PROF. DR. MEHMET BAKİ KARAMIŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada Aluminyum esaslı hibrit yatak malzemelerinin Grafen Nanopletelet (GNP) ve Haloyzit Nanokil (HNT)   esaslı nanoyağlayıcılar ile kuru ve yağlamalı şartlarında tribolojik özelliklerinin araştırılması gerçekleştirilmiştir. Nanoyağlayıcıların hazırlanmasında iki adımlı yöntem kullanılmıştır. Hazırlanan nanoyağlayıcıların termal iletkenlik ve viskozite ölçümleri 25-80 0C sıcaklık aralığında yapılmıştır. Ardından bu termofiziksel özellikler 4 farklı yapay zeka metodu (GPR, ANN, SVM, ve DT) kullanarak modellenmiştir. Diğer taraftan 15 farklı Alüminyum esaslı hibrit kompozit malzemesi toz metalürjisi-ekstrüzyon yöntemiyle üretilmiştir. Referans malzeme (RM) olarak konvansyonel SAE 770 alüminyum esaslı yatak alaşımı seçilmiştir . Elde edilen sonuçlara göre, ağırlıkça % 0.5 GNP ve % 0.1HNT konsantrasyonları, sürtünme azaltma ve aşınma direnci için optimal konsantrasyonlar olarak tespit edilmiştir. Baz yağlayıcı ile karşılaştırıldığında, Sürtünme katsayısı  (SK)'deki maksimum azalmalar GNP için % 40.2 (% 0.5 konsantrasyon, 80 0C ve 142N) ve HNT için %39.8 (% 0.1 konsantrasyon, 25 0C ve 142N) kaydedilmiştir. Baz yağlayıcı ile karşılaştırıldığında, aşınma oranın maksimum iyileştirmeler GNP için %36.3 (% 0.5 konsantrasyon, 80 0C ve 142N) ve HNT için %30.8 (% 0.1 konsantrasyon, 25 0C ve 117N) tespit edilmiştir. SEM görüntüleri, EDX sonuçları ve yüzey pürüzlülük ölçümleri, yüzeyde nanoparçacıkların birikimini aşınma oranı ve SK azaltmaya katkıda bulunan tribofilm oluşumunu teyit etmiştir. RM numuneye kıyasla SiC, Zn ve Sn partikülleri ile takviye edilen üçüncü grup malzemeler, kuru ve yağlı koşullarda sürtünme azaltma ve aşınma direnci açısından daha iyi performans göstermiştir

Anahtar Kelimeler: Grafen Nanopletelet, Haloyzit Nanokil, Nanoyağlayıcı, Aşınma, Sürtünme, Alüminyum Metal Matris Kompozit

Abstract:
In this study, the tribological properties of aluminum-based hybrid bearing materials with Graphene Nanopletelet (GNP) and Halloysite Nanoclay (HNT) based nanolubricants were investigated under dry and lubricating conditions. Two-step method was used for the preparation of nanolubricants. Thermal conductivity and viscosity measurements of the prepared nanolubricants were made in the temperature range of 25-80 0C. Then, these thermophysical properties were modeled using 4 different artificial intelligence methods (GPR, ANN, SVM, and DT). On the other hand, 15 different aluminum-based hybrid composite materials were produced by powder metallurgy-extrusion method. Conventional SAE 770 aluminum-based bearing alloy was chosen as the reference material (RM). According to the obtained results, the  Concentrations of 0.5% GNP and 0.1%HNT were found as optimal concentrations for friction reduction and wear resistance. Compared with the base lubricant, maximum reductions recorded in friction coefficient (COF) were 40.2% (0.5% concentration, 80 °C and 142N)  and 39.8% (0.1% concentration, 25 °C and 142N) for GNP and HNT, respectively. Compared with the base lubricant, the maximum improvements in wear rate were found to be 36.3% (0.5% concentration, 80°C and 142N) and 30.8% (0.1% concentration, 25°C and 117N) for GNP and HNT, respectively. SEM images, EDX results and surface roughness measurements confirmed the deposition of nanoparticles on the surface and the formation of tribofilm, which contributes to reducing the wear rate and COF. Compared to the RM sample, the composite materials of the third group reinforced with SiC, Zn and Sn particles performed better in terms of friction reduction and wear resistance in dry and lubrication conditions. 

Keywords: Graphene Nanopletelet, Halloysite Nanoclay, Nanolubricant, Wear, Friction, Aluminum Metal Matrix Composite