İçten yanmalı motorların sürtünmeli yüzeyleri için elektrodepolama metoduyla Ni-B/TiC nanokompozit kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Ni-B/TiC nanocomposite coatings by electrodeposition method for friction surfaces of internal combustion engines
Yazar: ERSİN ÜNAL
Danışman: PROF. DR. ABDULKADİR YAŞAR
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Elektrodepozisyon = Electrodeposition ; Korozyon = Corrosion ; Seramik kaplama = Ceramic coating ; İçten yanmalı motorlar = Internal combustion engines

Özet:
İçten yanmalı motor parçalarının sürtünmeye maruz kalan yüzeylerine kaplama uygulanması malzemeyi aşınma ve korozyona daha dayanıklı hale getirmek için oldukça verimli bir yöntemdir. Bu çalışma kapsamında, paslanmaz çelik altlık malzeme TiC seramik nano parçacık takviyeli Ni-B alaşımı esaslı kompozit film ile elektrokimyasal depolama yöntemi ile kaplanmıştır. Kaplama işleminde Watts tipi nikel elektroliti esas alınmış, alaşım ve kompozit kaplamaların elde edilebilmesi için uygun malzemeler banyoya ilave edilmiştir. Üretilen Ni-B/TiC nanokompozit kaplamaların gelişen özellikleri paslanmaz çelik altlık, saf nikel, Ni-B alaşım ve Ni/TiC kaplamalar ile karşılaştırılarak incelenmiştir. Elektrodepolama üretim değişkenlerinden TiC parçacık banyo miktarı, bor kaynağı trimetilamin boran (TMAB) banyo miktarı ve depolama akım yoğunluğu değişiminin nanokompozit kaplamaların üzerinde etkisi incelenmiştir. Bu yeni tür malzemelerin özelliklerini belirlemek için çeşitli yöntemlerle aşınma ve korozyon davranışları ile kristal yapıları analiz edilmiş, mikrosertlik ölçümleri yapılmış, bunun yanında kaplamaların yüzey ve kesit yapıları ile kimyasal içerikleri incelenmiştir. Ayrıca kaplamaların üretildiği elektrolitlerin elektrokimyasal analizleri de yapılmıştır. Bunlara ilaveten, elde edilen kaplamaların deneysel yollarla ölçülen mikrosertlik ve kristal tane boyutu değerlerinin yapay sinir ağları (YSA) metodu ile tahmin edilebilmesi için model geliştirme çalışmaları yapılmıştır. Yapılan çalışmalar neticesinde üretilen nanokompozit kaplamaların paslanmaz çelik altlık, saf nikel, Ni-B alaşımı ve Ni/TiC kaplamalara göre mekanik ve korozyon özelliklerinde ciddi derecede iyileşme sağladığı görülmüş ve özellikle zorlu çalışma koşullarındaki makine parçaları için uygun bir seçenek olduğu kanıtlanmıştır. 

Anahtar kelimeler: TiC, Ni-B alaşım, elektrodepolama, aşınma, korozyon

Abstract:
Applying coatings to the frictional surfaces of internal combustion engine parts is a very efficient method to make the material more resistant to wear and corrosion. In scope of this study, stainless steel substrate material was coated with TiC ceramic nano-particle reinforced Ni-B alloy matrix composite film by electrochemical deposition method. In the coating process, Watts type nickel electrolyte was taken as basis, and suitable materials were added to the bath in order to obtain alloy and composite coatings. The enhanced properties of the produced Ni-B/TiC nanocomposite coatings were investigated by comparing them with stainless steel substrate, pure nickel, Ni-B alloy and Ni/TiC coatings. The effects of TiC particle bath concentration, boron source trimethylamine borane (TMAB) bath concentration and deposition current density variation on nanocomposite coatings, which are among the electrodeposition production parameters, were investigated. In order to characterize the properties of these new types of materials, their wear and corrosion behavior and crystal structures were analyzed, microhardness measurements were carried out, and the morphology and chemical contents of the coatings were investigated. In addition, electrochemical analyzes of the electrolytes from which the coatings produced were also carried out. Moreover, model development studies were carried out so as to predict the experimentally measured microhardness and crystal grain size values of the obtained coatings by artificial neural network (ANN) method. According to the results gained in this study, the nanocomposite coatings produced have improved significantly in mechanical and corrosion properties compared to stainless steel substrate, pure nickel, Ni-B alloy and Ni/TiC coatings, and it has been proven to be a suitable alternative for machine parts especially in hard operating conditions.

Key words: TiC, Ni-B alloy, electrodeposition, wear, corrosion