Demir esaslı toz metalürjisi ile üretilmiş parçalarda alüminyum kaplamanın yüzey özelliklerine etkisi
Effects on surface properties of the hot dip aluminum coated parts which were produced iron-based powder metallurgy
Yazar: SEDAT KOÇANAOĞULLARI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. N. SİNAN KÖKSAL
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada demir esaslı TM numunelere sıcak daldırma yöntemi ile alüminyum kaplanmıştır. TM'in içerdiği karbon oranı ile daldırma sıcaklık ve süre değişkenlerinin, kaplama kalınlığı ve yapısı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Karbon içeriğine göre dört farklı toz metal gruptan imal edilmiş parçalar 5 dk. ve 30 s. süre ile 700C° ve 750C° sıcaklıklarında argon örtüsü altında bulunan eriyik Etial 171 alüminyumuna daldırılmıştır. TM numuneler üzerinde oluşan kaplamaların tabaka kalınlıkları ve içyapı özelliklerini belirlemek için metalografik muayeneler yapılmış, kimyasal özellikleri ise elde edilen SEM görüntüleri üzerinden alınan EDS analizleri ile belirlenmiştir. Yapılan mikroskobik incelemelerde, TM yüzeyinde oluşan alüminyum kaplamanın, alüminyum tabaka ile hemen altında bulunan intermetalik bir ara tabakadan oluştuğu belirlenmiştir. EDS analizleri, kaplama işleminin bir difüzyon mekanizması olduğunu göstermiştir. Daldırma sırasında yüksek enerji seviyesindeki alüminyum atomları, yüzeyden TM malzeme içerisine doğru nüfuz ederek intermetalik bir katman oluşturmuştur. Difüzyon mekanizmasında etkin olan sıcaklık ve süre parametrelerinin intermetalik ara tabaka oluşumunda da etkin olduğu görülmüştür. Buna göre daldırma sıcaklığının ve süresindeki artışın ara alaşım tabakası oluşumunu arttırdığı belirlenmiştir. Benzer şekilde TM yüzeyinde biriken alüminyum tabaka kalınlığının, daldırma sıcaklığının artışına bağlı olarak azaldığı belirlenmiştir. TM numunenin karbon bileşiminin kaplama özelliklerine olan etkisini belirlemek için yapılan incelemelerde ise karbon oranındaki artışın intermetalik ara tabaka kalınlığını çok az arttırdığı görülmüştür.Korozyon dayanımı özelliklerini belirlemek için, kaplamalı ve kaplamasız TM numunelere aynı yoğun tuz ortamında korozyon testi uygulanmıştır. Kaplamalı numuneler 7 gün, kaplamasız numuneler ise 90 gün süre ile test edilerek oluşan kütle kayıpları belirlenmiş, korozyon etkileri metalografik yöntemlerle incelenerek kıyaslanmıştır. Demir esaslı TM numunelerin kimyasal bileşiminin korozyon üzerinde belirgin bir etkisinin olmadığı ve alüminyum kaplanmış numunelerin yoğun tuz ortamında korozyona karşı çok daha iyi direnç gösterdiği belirlenmiştir. Kaplamasız numunelerin yüzeyinde çukurcuk tipi korozyon oluşumu gözlemlenirken, alüminyum kaplanmış numunelerin yüzeyinde ise beyaz renkli sert alüminyumoksit tabakası oluşumu gözlemlenmiştir. Alüminyum kaplı TM numunelerin, kaplamasız TM numunelere göre yoğun tuz ortamına karşı çok daha iyi direnç göstermiştir.Test sırasında alüminyum kaplama üzerinde oluşan oksit tabakası yumuşak fırça ile periyodik olarak temizlenmiştir. Test sonunda yapılan mikroskobik incelemelerde, kaplama yüzeyinde oluşan pitting tipi korozyonun kaplama içerisine doğru kılcal çatlaklar halinde nüfuz ettiği ve bazı yerlerde intermetalik faza kadar ulaştığı belirlenmiştir. Korozyon direncinde alüminyumoksit tabakasının etkili olduğu görülmüştür.Daldırma alüminyum kaplama kalitesini iyileştirmek için kaplama kusuru olan numunelerde yapılan mikroyapı incelemelerinde kaplamanın yüzeyden çatlama ve kopmalar halinde ayrıldığı görülmüştür. Bu ayrılma ve kopmaların daha çok alüminyum ve intermetalik tabakalarda bulunan gözenekler ve mikro çatlaklar gibi yapısal hatalardan kaynaklandığı belirlenmiştir. Bu kusurların oluşumunda eriyik alüminyum üzerinde oluşan oksit tabakasının ve daldırılan TM yüzeylerinde bulunan kir, yağ ve oksitlenmenin doğrudan etkisi olduğu belirlenmiştir. Argon örtüsünün yetersiz olduğu, uygun yüzey temizleme ve dekapan işlemi uygulanmadığı durumlarda kaplama kalitesinin düştüğü belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, iron based PM aluminum coated by using hot-dip aluminizing method. Dipping time , bath temperature and chemical composition variable effects were investigated on coating thickness and structures of hot-dip aluminum process. For that purpose , four different group of iron based PM samples were produced according to different carbon rate in compositions and were dipped in Etial 171 aluminum bath under argon gas cover, at 5 min. - 30 sec dipping time and at 700 °C - 750 °C temperature. Aluminum coating thickness and structure were investigated by using metallographic and microscopic techniques and chemical composition of coating determined by using EDS analyses on SEM images. According to metallographic studies, aluminum coating on iron based PM samples consist of two layer, aluminum coating at outer surface and inferior intermetallic compound. EDS analyses proof that coating process is a diffusion mechanism. During dipping, because of high energy level of aluminum atoms are advancing through PM and forming band shape intermetallic structure with iron atoms. Observed that, dipping time and bath temperature parameters has a strong effects on forming of intermetallic compound which also effective on diffusion mechanism. According to results, this intermetallic layer thickness increasing with raising temperature. After reaching optimum temperature level, there is no change observed in thickness with increasing temperature, but contrary almost stay constant. Similar effects can be say for while forming of aluminum coating on intermetallic layer. With the increasing of the temperature, the thicknesses of the aluminum coating were increased. At the beginning; coating layer thickness increased with longer dipping time. But later increase slow down and almost stay constant. Time dependent increasing on coating thickness raise is matching parabolic speed law. With increasing dipping time and related coating thickness observed that, there is a crack occurrence and gap propagating in micro structure those are resulting splitting in coating layer. Chemical composition effects on coating thickness also determined with experimental. While carbon rate increasing in chemical composition of PM, also trigger a little increasing on intermetallic layer thickness.PM and Aluminized PM samples had been examined under same intensive salt environment to defining corrosion resistance properties. For that purpose, uncoated PM samples at 7 day and coated PM samples tested at along 90 day in the corrosion incubator. At the end of the test, mass lost was measured from samples and investigated micro structural propagating of corrosion on PM samples by using metallographic and microscopic techniques.Experimental results prove that chemical composition of iron based PM, has no effects on corrosion or corrosion resistance and hot dip aluminized PM samples showed that has strong corrosion resistance than uncoated samples. While surface of the uncoated PM samples pitting type of corrosion advance, white colored aluminum oxide observed on aluminized PM samples. According to microscopic investigations and metallographic studies, aluminum oxide propagated on surface micro cracks and pitting type of corrosion on aluminum layer also propagating, but in the other hand mentioned hard aluminum oxide saved beneath of PM sample from aggressive corrosion environment.With the intention of improve hot dip aluminum coating properties, the samples had investigated which were has got flaw on coating. According to metallographic studies, coating come apart from outer surface because of stamping and crack. This splitting and come outs from surface determined because of micro structural flaws such as porosity and micro-cracks. Such discovery prove that in any case of dirt or oxide remaining on surface of PM or aluminum bath, or insufficient inert argon gas cover on aluminum bath, during dipping cause a forming of such micro structural flaws on coatings.