Sıcak pres yöntemiyle magnezyumun alüminyum ve Ni-Cr-Si-Fe-B-C nikel alaşımı ile çift tabakalı kaplanması
In situ aluminum and nickel alloy duplex coating on magnesium by hot pressing
Yazar: ÖZGE ARARAT
Danışman: PROF. DR. MUZAFFER ZEREN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Hafifliğinin yanı sıra magnezyum, biyouyumluluk, yüksek termal iletkenlik, yüksek enerji sönümleme kapasitesi, yüksek geri dönüşüm potansiyeli, iyi işlenebilirlik özelliklerine de sahiptir. Ancak magnezyum ve alaşımları sahip olduğu avantajların dışında istenmeyen özellikler de taşımaktadır. Aşınma ve korozyon direncinin düşük olması bazı uygulamalarda kullanımını sınırlandırmaktadır.
Bu çalışmada, magnezyumun üzerine aşınma ve korozyon direnci yüksek bir alaşımdan kaplama yapılarak, hafifliğin ve yüksek aşınma direncinin bir arada istendiği yerlerde magnezyumun kullanımını sağlamak amaçlanmıştır. Kaplama malzemesi olarak aşınma ve korozyon özellikleri çok iyi olan nikel esaslı Ni-Cr-Si-Fe-B-C alaşımı kullanılmıştır. Ancak, nikelin magnezyum alaşımlarında korozyon davranışını olumsuz etkilemesi söz konusu olduğundan, magnezyum alaşımı ve Ni alaşımı arasına ara katman olarak alüminyum kullanılmıştır. Bu amaçla, magnezyum alaşımı üzerine ilk kaplama olarak saf alüminyumdan, ikinci kaplama olarak nikel alaşımından oluşacak çift tabakalı kaplama yapılmıştır.
Yüzey özelliklerini geliştirilecek olan magnezyumun üretilmesi ve çift tabakalı kaplama malzemesinin hazırlanması sıcak pres makinesinde toz metalürjik üretim yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Öncelikle magnezyumun yüksek aşınmaya maruz kalacağı ortamlarda kullanımını sağlayacak olan nikel alaşımının, farklı sinterleme sıcaklığı ve süresi uygulanarak mekanik özellikleri optimize edilmiştir. Daha sonra, saf Al tozları ile sıcak preslenmiş Ni alaşımı sinterlenmiş ve magnezyum üzerine uygulanacak çift tabakalı kaplama elde edilmiştir. Son olarak, hazırlanan kaplama magnezyum üzerine uygulanmıştır.
Kaplama işlemi tamamlandıktan sonra, ara kesitte taramalı elektron mikroskobu ve ışık mikroskobu kullanılarak numunenin arayüzey bağlantıları incelenmiş ve EDS analizleri yapılmıştır. Kaplamanın eğme dayanımını tespit etmek için üç nokta eğme testi gerçekleştirilmiştir. Esas kaplama malzemesi olan nikel alaşımının en iyi mekanik özellikleri göstereceği sinterleme parametrelerini belirlemek için sertlik ve aşınma testleri uygulanmıştır.

Abstract:
In addition to its light weight, magnesium shows advanced biocompatibility, superior thermal conductivity, advanced energy absorption properties with high recycling and good forming characteristics. Nevertheless, besides above-mentioned advantages, magnesium also possesses undesirable characteristics such as low wear and low corrosion properties.
In this thesis, it is aimed at enabling magnesium usage in special applications which necessitate both low weight and high wear resistance properties together by coating magnesium surface with an alloy which shows higher wear and corrosion resistances. Considering its high wear and corrosion resistances, Ni-Cr-Si-Fe-B-C alloy is chosen as a coating material. Since nickel might affect corrosion characteristics negatively, aluminum is used as an intermediate layer. Magnesium alloy is first coated by pure aluminum and then nickel alloy is applied as a second coating layer.
Production of magnesium is realized in hot - press machines using powder metallurgy methods. Firstly, mechanical properties of nickel alloy are enhanced with an optimization of sintering temperature and time parameters. Then, nickel alloy which has a pure aluminum coating obtained through hot press of pure aluminum powders. Finally, magnesium alloy is coated with resulted optimum dual - layer.
After concluding coating process, interface properties of the specimens are investigated on cross - section using scanning electron microscope and EDS analysis. In order to determine bending stiffness of the coated final material, three - point bending test is carried out. Establishing optimum sintering parameters for the main coating material (nickel) which results in best mechanical properties is realized through hardness and wear tests.