Değişik metal oksit katkılı zirkonya seramiklerin sürtünme ve aşınma davranışlarının incelenmesi
Investigation of friction and wearing behaviors of different metal oxide additives of zirconia ceramics
Yazar: RAHİME ŞERBETÇİ
Danışman: DOÇ. DR. BÜLENT AKTAŞ
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada, Er2O3 ve CeO2 (Ağ.%1–15) ilavesiyle %8 mol yitriya ile kararlı hale getirilmiş zirkonyanın (8YSZ) sürtünme ve aşınma davranışı üzerine tane büyüklüğü ve mikroyapının etkisi; pin-on-disk tipi aşınma cihazı, yüzey profilmetre cihazı ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir. Örnekler 1400 °C'de 10, 50 ve 100 saat süreyle tavlandı. Tavlama süresi arttıkça tüm örneklerde tane boyutunun arttığı gözlendi. Er2O3 ve CeO2 ilave edilmiş 8YSZ örneklerin aşınma testleri, 8YSZ disk üzerinde ticari olarak temin edilen WC seramik bilye karşısında kuru kayma sürtünme koşulları altında, oda sıcaklığında, 5 ve 6 N yüklerde gerçekleştirildi. Sürtünme ve aşınma testi sonuçları, Er2O3 ve CeO2'in önemli bir sürtünme azalmasına neden olduğunu ve ayrıca Er2O3 ve CeO2 ile katkılı 8YSZ örneklerin WC bilyeye karşı kaydığı zaman spesifik aşınma oranının azaldığını göstermiştir. WC bilye karşısında kayan Er2O3 katkılı 8YSZ örneklerin sürtünme katsayısı 0.51'den 0.23'e düşmüş ve aynı zamanda spesifik aşınma oranıda 1.34 x 10-4 mm3N-1m-1'den 8.24 x 10-5 mm3N-1m-1 değerine azalmıştır. Ağırlıkça %15 CeO2 ilavesiyle 8YSZ'nin aşınma hacmi 5 N yükte 0.336'dan 0.161 mm3 değerine azalmış ve sürtünme katsayısı ise 0.51'den 0.21 değerine düşmüştür. Sürtünme sonuçları, sürtünme katsayısının sadece tane boyutuna zayıf bir şekilde bağlı olduğunu göstermiştir, çünkü en büyük tane büyüklüklerine sahip örnekler biraz daha yüksek sürtünme katsayısı ve kısmende daha düşük sürtünme katsayısı sergilemiştir. Er2O3 katkılı 8YSZ diskin WC bilyeye karşı aşınma davranışı, düzgün aşınmış bir yüzeyle sonuçlanan hafif aşınmanın ve buna eşlik eden tanenin çekilerek oyuklanmaların, bazı tribofilminlerin ve delaminasyon aşınmasının meydana geldiğini göstermiştir. Ayrıca, CeO2 katkılı örneklerin aşınma mekanizmaları çoğunlukla abrasiv aşınma, tane çekme oyuklanması ve kısmen delaminasyondur. Sonuç olarak, Er2O3 ve CeO2'in 8YSZ'ye ilavesinin aşınma direncini ve yüzey özelliklerini iyileştirdiği bulunmuştur.

Abstract:
Effect of grain size and microstructure on the friction and wear behaviour of 8 mol% yttria-stabilized cubic zirconia (8YSZ) with addition of Er2O3 and CeO2 (1–15 wt%) were investigated using a pin-on-disc tribotester, surface profilometer, and a scanning electron microscopy (SEM) system. Samples were annealed at 1400 °C for 10, 50, and 100 h. It was observed that the grain size in all samples increased as the annealing time increased. The wear tests of the Er2O3 and CeO2 added 8YSZ samples were conducted on the 8YSZ disk against commercially available WC ceramic pin under dry-sliding friction conditions at room temperature at loads of 5 and 6 N. The friction and wear test results showed that Er2O3 and CeO2 caused significantly a reduction of friction, and also decreased in the specific wear rate when the 8YSZ samples doped with Er2O3 and CeO2 were sliding against WC pin. The friction coefficient of Er2O3 doped in 8YSZ sliding against WC pin reduced from 0.51 to 0.23, and also specific wear rate decreased from 1.34 x 10-4 to 8.24 x 10-5 mm3N-1m-1. The wear volume of 8YSZ with the addition of 15 wt% CeO2 decreased from 0.336 to 0.161 mm3 at a load of 5 N, and its friction coefficient reduced from 0.51 to 0.21. The friction results showed that the friction coefficient was only weakly dependent on the grain size, because Samples with the largest grain sizes exhibited slightly higher friction coefficients and partly lower friction coefficients. Wear behavior of Er2O3-doped 8YSZ disk against WC pin indicated mild abrasion that resulted in a smooth worn surface, and accompanying grain pull out formation and delamination of tribofilm. Furthermore, the wear mechanisms of CeO2-doped samples were mostly abrasive wear, grain pull out, and partly delamination. In conclusion, it was found that the addition of Er2O3 and CeO2 to 8YSZ improved its wear resistance and surface properties.