Mikro ark yöntemiyle kaplanmış magnezyum AZ31 alaşımında darbeli aşınma davranışının incelenmesi
Investigation of impact wear behavior of TiO2 coated magnesium AZ31 alloy by micro arc method
Yazar: FATMA NUR HORASAN
Danışman: PROF. DR. RECEP SADELER
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Amaç: Darbe aşınması, tekrarlanan darbeler sonucunda malzemelerin aşınması ve bozulması anlamına gelir ve zamanla mekanik bir sistemin dayanıklılığının bozulmasına neden olabilir. İstenmeyen aşınma ve yıpranma, çalışan tüm makine ve sistemlerde ciddi mali hasarlara neden olabilir. Endüstride ve implant uygulamalarında bu konuda bilinen etkileri olan çok az araştırma vardır. Bu nedenle, mikro ark yöntemiyle kaplanmış MgAZ31 malzemenin tasarlanan deney cihazıyla darbe aşınmasının etkileri sonucunda malzemede nasıl bir etki yaratacağının araştırılması amaçlanmıştır. 
Yöntem: Çalışma üç temel aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada MgAZ31 malzeme üzerine mikro ark kaplama yapılarak alaşım malzemesi üzerindeki aşınma direnci artırıldı. İkinci aşamada darbeli aşınma cihazı kullanılarak testler gerçekleştirildi. Darbe test cihazı, değişken frekanslı elektrik motoruna bağlı eksantrik mil tarafından tahrik edilen ve farklı eğimlerde salınım hareketi yapan bir koldur. Deney numunelerinin hava ortamında dinamik yüklemelere karşı oluşan darbe direncini araştırmak için tekrarlı darbe testleri yapılmıştır. Darbe elemanı olarak tungsten karbür bilyeler kullanılmıştır. Üçüncü adımda ise darbe testinde kullanılan malzemelerin optik mikroskobik görüntülerinin yorumlanmasıdır.
Bulgular: Yapılan analizler sonucunda oluşan aşınma izleri, darbe elemanının geometrik yapısında ve mikroyapısında değişiklikler meydana gelmiştir. Numene üzerinde oluşan bütün izler çıplak gözle açıkça görülmektedir. Ancak farklı parametrelerde farklı yapılar oluşmuştur. 5 Hz frekansta çalışan numune örnekleri, temas anındaki darbe hızına ve dolayısıyla darbe kuvvetine bağlı olarak tüm numunelerde 2,5 Hz frekansta çalışan numunelere göre daha fazla aşınma izi oluşturmuştur. Tekrarlanan çarpma yüklemeleri sonrasında oluşan aşınma izlerinin ortalama çapları ve ortalama derinlikleri ölçülmüş ve SEM görüntüleri alınmıştır.
Sonuç: Çarpma elemanının şeklinden dolayı kalıcı hasar tüm numunelerde görüldü. Numuneye, çarpma elemanının vurma sıklığı arttıkça, daha fazla aşınma kaybı meydana geldi. Aşınma mekanizması temas anında oluşan sürtünmeden dolayı kopma, parçalanma ve delaminasyon şeklinde ortaya çıkmıştır. Ayrıca aşınmaya bağlı olarak yüzey oksidasyonu gözlenmiştir.

Abstract:
Purpose: Impact wear refers to the wear and deterioration of materials as a result of repeated impacts, and over time can cause the durability of a mechanical system to deteriorate. Unwanted wear and tear can cause serious financial damage to all operating machines and systems. There is little research with known implications for this in industry and implant applications. For this reason, it is aimed to investigate how the MgAZ31 material coated with the micro arc method will have an effect on the material as a result of the effects of impact wear with the designed test device.
Method: The study consists of three main stages. In the first stage, the wear resistance on the alloy material was increased by micro arc coating on the MgAZ31 material. In the second stage, tests were carried out using an impact wear device. Impact tester is an arm driven by a eccentric shaft connected to a variable frequency electric motor and oscillating at different slopes. Repeated impact tests were carried out to investigate the impact resistance of the test specimens against dynamic loading in air. Tungsten carbide balls are used as impact element. The third step is the interpretation of optical microscopic images of the materials used in the impact test.
Findings: As a result of the analyzes made, the wear marks and changes in the geometric structure and microstructure of the impact element occurred.
All traces formed on the sample are clearly visible to the naked eye.
However, different structures were formed in different parameters. Sample samples operating at 5 Hz frequency formed more wear marks than samples operating at 2.5 Hz frequency in all samples, depending on the impact velocity at the time of contact and therefore the impact force.
The mean diameters and mean depths of the wear marks formed after repeated impact loading were measured and SEM images were taken.
Results: Permanent damage due to the shape of the impact element was seen in all samples. The greater the frequency with which the impact element hits the sample, the greater the wear loss occurred. The wear mechanism has emerged in the form of rupture, fragmentation and delamination due to the friction that occurs at the time of contact. In addition, surface oxidation was observed due to wear.