Alüminyum alaşımı ve bronzu yüzeyine oksit ve karbür bileşiklerinin plazma sprey yöntemiyle kaplanmasının araştırılması
The investigation of coating of oxide and cabide compound on the surface of aluminium alloy and bronze by using plasma spray process
Yazar: SERKAN ÖZEL
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN TURHAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Teknik Eğitim Bölümü / Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Plazma püskürtme = Plasma spraying

Özet:
Bu çalışmada, alüminyum alaşımı (AA2024-T4) ve Al bronzu (Cu alaşımı) yüzeyine çeşitli oksit ve karbür tozları atmosferik plazma püskürtme yöntemi kullanılarak kaplanmıştır. Yüzeyde elde edilen kaplama tabakalarının; mikroyapı, sertlik, yüzey pürüzlülüğü, birleşme mukavemetleri ve ısıl genleşme özellikleri incelenmiştir. Alüminyum alaşımı (AA2024-T4) yüzeyine Al2O3 ve Al2O3 içerisine farklı yüzdelerde ilave edilen TiO2 tozları ile elde edilen oksit toz karışımları kaplanmıştır. Aynı alt malzeme yüzeyine (AA2024-T4) saf Al tozu içerisine % 5 Cu ilave edilerek karıştırılan Al + % 5 Cu toz karışımına farklı oranlarda bor karbür (B4C) ilavesi ile elde edilen karbür toz karışımları da kaplanmıştır. Alüminyum bronzu (Cu alaşımı) yüzeyine ise İtriyum oksit ilaveli Zirkonyum oksit (ZrO2+Y2O3) tozu ve ZrO2+Y2O3 tozu içerisine farklı yüzdelerde ilave edilen Al2O3 tozları ile elde edilen oksit toz karışımları kaplanmıştır. Aynı alt malzeme yüzeyine (Cu alaşımı) saf Cu tozu içerisine % 5 Al ilave edilerek karıştırılan Cu + % 5 Al toz karışımına farklı oranlarda krom karbür (Cr3C2) ilavesi ile elde edilen karbür toz karışımları da kaplanmıştır. Kaplanmış numunelerin kaplama yüzeyine dik olarak çıkarılan deney numunelerinden; mikroyapı ve sertlik incelemeleri, ayrıca kaplama esnasında kaplanmış olan çekme numuneleri ile kaplamanın birleşme mukavemet incelemeleri ve meydana gelen tabakanın yüzey pürüzlülüğü ile ısıl genleşme özelliklerine bakılmıştır. Optik mikroskop, elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dispersive X-ray (EDX) aracılığıyla mikroyapılar incelenerek değerlendirilmiştir. Yüzey durumunu belirlemek amacıyla yüzey pürüzlülük ölçüm cihazıyla yüzey pürüzlülük değerleri (Ra) ölçülmüştür. Alt malzeme üzerine uygulanan kaplama işlemi sonrasında, numunelerin ısıl genleşme katsayılarını tespit etmek amacıyla dilatometre cihazından faydalanılmıştır.Alt malzeme (AA 2024-T4) yüzeyine gerçekleştirilen Al2O3 ve Al2O3 + TiO2 kaplanarak elde edilen A grubu numunelerde, en düşük gözenek miktarı, sertlik miktarı, yüzey pürüzlülük değeri ve ısıl genleşme katsayısı ile en yüksek yapışma mukavemet değeri % 40 TiO2'li numunede elde edilmiştir. Al+Cu ve Al+Cu+B4C kaplanarak elde edilen B grubu numunelerde ise en yüksek gözenek miktarı ve sertlik değeri ile en düşük yüzey pürüzlülük değeri ve ısıl genleşme katsayısı % 20 B4C'lü ve en yüksek yapışma mukavemeti 48,08 MPa değeri ile B4C ilavesiz numunelerde elde edilmiştir.Alüminyum bronz (Cu alaşımı) alt malzeme yüzeyine gerçekleştirilen ZrO2 + %8 Y2O3 ve ZrO2 + %8 Y2O3 + Al2O3 kaplanarak elde edilen C grubu numunelerde, en yüksek gözenek miktarı ve yapışma mukavemet değeri ile en düşük yüzey pürüzlülüğü ve ısıl genleşme katsayısı %20 Al2O3 ilaveli numunede, en yüksek sertlik değeri ise % 5 Al2O3 ilaveli numunede elde edilmiştir. Cu + % 5 Al ve Cu + % 5 Al + Cr3C2 kaplanarak elde edilen D grubu numunelerde ise en düşük gözenek miktarı ve yüzey pürüzlülüğü ile en yüksek sertlik değeri Cr3C2 ilavesiz Cu + % 5 Al ile kaplanan numunede elde edilmiştir. D grubu numunelerde ısıl genleşme katsayısı tespit edilememiştir. Kaplama esnasında yüzeyde oluşan oksitlenmeden dolayı yapışma mukavemet değerleri standartlardan düşük değerlerde tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, several oxide and carbide powders were coated on the aluminum alloy (AA2024-T4) and bronze surface by use of plasma spray process. Obtained coating layers were investigated according to microhardness, microstructural properties, surface roughness, bonding strength and also thermal expansion properties respectively. Different powder mixtures were tested coated on aluminum alloy (AA2024-T4) surface, such as Al2O3, Al2O3+ TiO2, Al + 5% Cu and Al + 5% Cu + B4C. In addition this, ZrO2+Y2O3, ZrO2+Y2O3+Al2O3, Cu + 5% Al, Cu + 5% Al + Cr3C2 powders were coated with different powder rates of aluminum bronze (Cu alloy) surface. In order to determine microstructure and hardness properties of coated layers, the samples were cross-sectioned perpendicular to the coating interface. All coated samples were subjected to bonding strength tests and surface roughness properties using Ra unit. A scanning electron microscope, also X-Ray (EDX) and an optical microscope were employed for the observations of the microstructure. Dilatometer was used for measuring the thermal expansion properties of coated samples. In order to determine surface roughness value (Ra) and quality, the surface roughness profilometer was used in this study. Furthermore, the dilatometer equipment was employed to measure the thermal expansion coefficient of samples after the coating process on the substrate.The group of A samples which were coated by Al2O3 ve Al2O3 + TiO2 on the substrate (AA 2024-T4), was determined lower porosity, lower hardness value, lower surface roughness value, lower thermal expansion coefficient and higher sticker effect (especially with 40% TiO2 samples). The group of B samples which were coated by Al+Cu and Al+Cu+B4C was performed the highest porosity, highest hardness value and also the lowest surface roughness value, thermal expansion coefficient (especially with %20 B4C samples). Moreover the highest sticker effect (about 48,08 MPa) was obtained the samples without B4C addition.The group of C samples which were coated on the substrate of Al bronze with ZrO2 + 8% Y2O3 and ZrO2 + 8% Y2O3 + Al2O3 were obtained the highest porosity, the highest sticker effect and lower surface roughness and thermal expansion coefficient in addition this, highest hardness value was obtained from the samples of 5% Al2O3 content. The group of D samples which were coated by Cu + 5% Al and Cu + 5% Al + Cr3C2 was obtained lower porosity, lower surface roughness value. However, the samples coated by Cu + 5% Al without Cr3C2 addition was obtained the highest hardness value. The thermal expansion coefficient value could not be obtained on the group of D samples. During coating process, the highest sticker strength value was obtained in lower value because of surface oxidation.