T.C
FIRAT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
FARKLI BİLEŞİME SAHİP SERT MADEN KESİCİ UÇLARIN MİKRO AŞINMA DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Osman TEMİR
Anabilim Dalı: Metalurji Eğitimi Programı: Mekanik Metalurji Eğitimi
Tez Danışmanı: Prof. Dr. Mehmet H. KORKUT
Tezin enstitüye verildiği tarih: 15 Mayıs 2013
FARKLI BİLEŞİME SAHİP SERT MADEN KESİCİ UÇLARIN MİKRO AŞINMA DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ
Osman TEMİR
Yüksek lisans tezi
Metalurji Eğitimi Anabilim Dalı
Tez Danışmanı: Prof. Dr. Mehmet H. KORKUT
T.C
FIRAT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
FARKLI BİLEŞİME SAHİP SERT MADEN KESİCİ UÇLARIN MİKRO AŞINMA DAVRANIŞLARININ İNCELENMESİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Osman TEMİR
(092122101)
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih: 15 Mayıs 2013 Tezin Savunulduğu Tarih: 05 Haziran 2013
Tez Danışmanı: Prof. Dr. Mehmet H. KORKUT (F.Ü.) Diğer Jüri Üyeleri: Prof. Dr. Halis ÇELİK (F.Ü.)
Prof. Dr. Hüseyin TURHAN (F.Ü.)
II ÖNSÖZ
Çalışmalarım boyunca, bilgi ve tecrübeleriyle beni yönlendiren, Her türlü yardımını esirgemeyen Tez Danışman Hocam Fırat Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Metal Eğitimi Bölüm Başkanı Sayın Prof. Dr. Mehmet H. KORKUT’ a ve T.E.F 11.08 Nolu Projeye maddi destek sağlayan Fırat Üniversitesi Bilimsel Araştırma (FÜBAP) Koordinasyonu Birimine ve çalışanlarına teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca deneylerin yapılmasında büyük katkı sağlayan Doç. Dr. Sabri GÖK’e ve Malzemelerin temininde kolaylık sağlayan İNSİMA firması sorumlularına ayrıca teşekkür ederim. Tezimi hazırlamam esnasında yardımlarını hiçbir zaman esirgemeyen eşime ve aileme sevgi ve saygılarımı sunarım.
Osman TEMİR ELAZIĞ-2013
III İÇİNDEKİLER Sayfa No ÖNSÖZ ... II İÇİNDEKİLER ... III ÖZET ... VI SUMMARY ... VII ŞEKİLLER LİSTESİ ... VIII TABLOLAR LİSTESİ ... XI KISALTMALAR ... XII SEMBOLLER… ... XIII 1. GİRİŞ… ... 1 2. AŞINMA ... 3 2.1. Aşınma Mekanizmaları ... 5 2.1.1. Adhesiv Aşınma ... 5
2.1.1.1. Kazımalı veya Yenme Aşınması ... 5
2.1.1.2. Sıyırma veya Kaldırma Aşınması ... 6
2.1.1.3. Sürümeli Aşınma ... 6
2.1.1.4. Oksidasyon Aşınması ... 6
2.1.2. Abrasiv Aşınma ... 7
2.1.2.1. Düşük Gerilmeli Abrasyon ... 9
2.1.2.2. Yüksek Gerilmeli Öğütme Abrasyonu ... 9
2.1.2.3. Oyma Abrasyonu ... 9
2.1.3. Erozyon Aşınması ... 9
2.1.4. Korozyon Aşınması ... 10
2.1.5. Yorulma Aşınması ... 10
2.2. Aşınma Mukavemetini Artırma İşlemleri ... 11
2.2.1. Pürüzlülük ... 11 2.2.2. Sertlik ... 11 2.2.3. Tane Boyutu ... 11 2.2.4. Malzeme Boyutu ... 12 2.2.5. Yüzey İşlemleri... 12 2.2.6. Ortamın Etkisi ... 12 2.2.6.1. Sıcaklık ... 12 2.2.6.2. Atmosfer ... 13 2.2.6.3. Nem ... 13 2.2.7. Malzeme Seçimi ... 13 2.2.8. Yağlama ... 13 2.2.9. İşletme Koşulları ... 14 2.2.9.1. Hız, Kayma Yolu ... 14 2.2.9.2. Yük ... 14 2.2.10. Zaman ... 14 2.3. Aşınma Ölçüm Yöntemleri ... 15
2.3.1. Ağırlık Farkı Metodu ... 15
IV
Sayfa No
2.3.3. İz Değişim Metodu ... 16
2.3.4. Radyoizotop Metodu ... 16
2.3.5. On-Line İzleme Metodu ... 16
2.3.6. Bilgisayar Destekli Aşınma Test Metodu (BDAT) ... 17
2.4. Bazı Aşınma Deney Yöntemleri ... 18
2.4.1. Aşınma Deney Cihazlar ... 18
2.4.1.1. Pim - Disk Cihazı ... 18
2.4.1.2. Levha - Kayış Cihazı ... 19
2.4.1.3. Dört Bilya Düzeneği ... 20
2.4.1.4. Çapraz Silindir Deney Cihazı ... 20
2.4.1.5. Top Krater Testi... 21
3. KAPLAMALAR ... .. 23
3.1. Kaplamada Kullanılan Termal Spray Yöntemleri ... 24
3.1.1. Alev Püskürtme ... 25
3.1.2. Elektrik Ark Püskürtme ... 26
3.1.3. Detonasyon Tabancası (Patlamalı) Püskürtme ... 27
3.1.4. Plazma Püskürtme ... 27
3.1.5. Yüksek Hızlı Oksi-Yakıt (HVOF) Püskürtme ... 27
3.1.6. Soğuk Püskürtme Yöntemi ... 28
3.2. Kaplamada Kullanılan PVD ve CVD Yöntemleri ... 28
3.2.1. Fiziksel Buharlaştırma ile Biriktirme İşlemleri (PVD) ... 28
3.2.1.1. Reaktif Olmayan Kaplama Yöntemi ... 30
3.2.1.2. Reaktif Kaplama yöntemi ... 30
3.2.2. Kimyasal Buharlaştırma ile Biriktirme İşlemleri (CVD) ... 30
3.2.3. PVD ve CVD Kaplama Tekniklerinin Karşılaştırılması ... 31
4. KESİCİ TAKIM MALZEMELERİ ... 32
4.1. Karbon ve Alaşımlı Takım Çelikleri ... 33
4.2. Yüksek Hız Çelikleri ... 34
4.3. Stellitler (Kobalt Esaslı Döküm Alaşımları) ... 35
4.4. Sinterlenmiş Karbürler ... 36
4.5. Seramikler ... 37
4.6. Elmaslar ... 38
4.7. Kübik Bor Nitrürler ... 39
5. LİTERATÜR ÇALIŞMASI ... 41
6. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ... 46
6.1. Numunelere Uygulanan İşlemler ... 46
6.1.1. PVD Kaplama ... 46
6.1.2. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM- Scanning Elektron Microscopy) ... 47
6.1.3. Yüzey Profilometresi ... 47
6.1.4. Sertlik Deneyleri ... 47
6.1.5. Mikro-Abrasyon Aşınma Deneyleri ... 47
6.1.6. Deney Numunesi Boyutları ... 49
6.1.7. Bilya Çapı ... 49
7. DENEY SONUÇLARI VE TARTIŞMA ... 50
V
Sayfa No 7.2. PVD Yöntemi ile TiAlN kaplanmış WC Uçların Mikro-Abrasyon Aşınma
Deney Sonuçları ... 59
7.3. PVD Yöntemi ile TİN kaplanmış WC Uçların Mikro-Abrasyon Aşınma Deney Sonuçları ... 66
7.4. Al2O3 (Alümina) Uçların Mikro-Abrasyon Aşınma Deney Sonuçları ... 71
8. SONUÇLAR ... 79
KAYNAKLAR ... 80
VI
ÖZET
Bu çalışmada saf Al2O3 ve altyüzeyi WC olan toz metalurjisi yöntemi ile üretilen sert maden kesici uçların yüzeyi PVD yöntemi kullanılarak TiN ve TiAlN kaplanmıştır. Yüzey kaplama işlemi sadece WC uçlara uygulanmıştır. Kaplama işlemi uygulanan ve uygulanmayan kesici uçlara mikro-abrasyon aşınma deneyleri uygulanmıştır. Deney sonuçlarının değerlendirilmesinde ve yorumlanmasında, tarayıcı elektron mikroskobundan (SEM) ve yüzey profilometresinden faydalanılmıştır. Mikro abrasiv aşınma testleri sabit top yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yapılan araştırma ve incelemelerde aşağıda belirtilen sonuçlar elde edilmiştir.
En iyi aşınma direnci TiN numunelerde görülmüştür. Ancak TiAlN kaplamaların kaplama kalınlığı göz önüne alındığında ve diğer araştırmacıların çalışmaları incelendiğinde TiAlN kaplamaların aşınma dirençlerinin daha üstün olduğu görülmüştür. En düşük aşınma direncine sahip olan kesici uç numunesi Saf Al2O3 den imal edilmiştir. Bunu sırası ile WC, TiN ve TiAlN kaplı numunelerin izlediği görülmüştür. 1 µm kalınlığındaki TiAlN kaplama kalınlığının dahi malzemenin aşınma direncinde önemli bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. Kaplama kalınlığının aşınma direncinde önemli bir parametre olduğu görülmüştür. Mikro-abrasyon testlerinde artan devir ve yükün aşınma oranında ve numunelerin pürüzlük değerlerinde önemli bir parametre olduğu görülmüştür. Değişen numune özelliğine göre aşınma mekanizmasının da değiştiği görülmüştür.
VII SUMMARY
EXAMINATION OF THE WEAR BEHAVIOR OF MICRO-HARD METAL INSERTS WITH DIFFERENT COMPOSITIONS
In this study, pure Al2O3 and the lower surface of the WC is produced with the method of powder metallurgy hard metals using TiN and TiAlN PVD method of cutting edges in surface coated. Surface coating process is applied only ends of WC. Inserts were applied coating process applied to micro-abrasion wear tests. Coating process implemented and unimplemented cutting edges has been applied to micro-abrasyon wear experiments. The evaluation and interpretation of the test results, scanning electron microscope (SEM) and surface profile mistress was utilized. Micro-abrasive wear tests were performed using a fixed ball method. The results of research and investigations have been specified below. Samples showed the best wear resistance of TiN. However, TiAlN coatings,coating thickness and examined the work of other researchers. TiAlN coatings were found to be superior wear resistance. Insert the sample with the lowest wear resistance is made from pure Al2O3. It was followed with WC, TiN and TiAlN coated samples was followed. TiAlN coating thickness of 1 micron thick, abrasion resistance, even material was found to have a significant impact.Manufactured from pure Al2O3 cutting insert and it is the sample having the lowest wear resistance respectively, WC, TiN and TiAlN coated samples were found to follow. Corrosion resistance of the coating thickness is found to be an important parameter. Increasing speed and load tests of micro-abrasion wear rate and roughness values of the samples were found to be an important parameter. Changing the mechanism of wear on the specification of the sample had ranged.
Keywords: Micro-abrasion, TiAlN, TiN, PVD Coating, Hard metal insert
VIII
ŞEKİLLER LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 2.1. Adhesiv aşınmanın meydana gelişi ... 5
Şekil 2.2. Abrasiv aşınma ... 7
Şekil 2.3. Saf metallerin abrasiv aşınma özelliklerine sertliğin etkisi... 8
Şekil 2.4. Pim-Disk aşınma mekanizmasının görünüşü ... 19
Şekil 2.5. Levha-kayış cihazının görünümü ... 19
Şekil 2.6. Dört bilya deney düzeneği ... 20
Şekil 2.7. Mikro-abrasyon aşınma testi şeması ... 22
Şekil 2.8. Alev püskürtme yöntemi ... 25
Şekil 2.9. Elektrik ark sprey ... 26
Şekil 3.1. Çeşitli sinterlenmiş karbür yapıları ... 36
Şekil 3.2. Kübik bor nitrür ... 39
Şekil 6.1. Mikro-abrasyon deney aparatının şematik görünüşü ... 48
Şekil 6.2. Mikro-abrasyon deney aparatının fotoğrafı ... 49
Şekil 6.3. Aşınma deney numunesi ... 49
Şekil 6.4. Top çapı (AISI 52100) ... 49
Şekil 7.1. a) 800 mesh SiC abrasiv partikül (X 700) b) 800 mesh SiC abrasiv partikül (X 200) ... 51
Şekil 7.2. a) 1000 mesh SiC abrasiv partikül (X 700) b) 1000 mesh SiC abrasiv partikül (X 200) ... 52
Şekil 7.3. WC kesici uç numuneye ait mikro-abrasyon deney sonuçları ... 53
Şekil 7.4. a) 800 mesh SiC ile 160 dv/dk’da 2 N’luk yük altında aşındırılmış WC uç aşınma krateri x80 ... 55
Şekil 7.4. b) 800 mesh SiC ile 40 dv/dk’da 1 N’luk yük altında aşındırılmış WC uç aşınma krateri x120 ... 55
Şekil 7.5. 800 mesh SiC ile 80 dv/dk’da 1 N’luk yük altında aşındırılmış WC uç aşınma yüzeyi x300 ... 56
Şekil 7.6. 800 mesh SiC ile 80 dv/dk’da 2 N’luk yük altında aşındırılmış WC uç aşınma yüzeyi x300 ... 57
IX
Sayfa No
Şekil 7.7. a) 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 2 N aşındırılmış WC numunenin yüzey profilometresi... 57
Şekil 7.7. b) 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 2 N aşındırılmış WC numunenin yüzey pürüzlük değerleri ... 58 Şekil 7.8. a) 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 1 N aşındırılmış WC numunenin yüzey profilometresi... 58 Şekil 7.8. b) 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 1 N aşındırılmış WC numunenin yüzey pürüzlük değerleri ... 59 Şekil 7.9. TiAlN kaplanmış WC kesici uç numuneye ait mikro-abrasyon deney
sonuçları ... 60 Şekil 7.10. a) 800 mesh SiC ile 160 dv/dk’da 2 N’luk yük altında aşındırılmış TiAlN kaplanmış WC uç aşınma krateri x80 ... 61
Şekil 7.10. b) 800 mesh SiC ile 40 dv/dk’da 1 N’luk yük altında aşındırılmış TiAlN kaplanmış WC uç aşınma krateri x100 ... 62 Şekil 7.11. 800 mesh SiC ile 80 dv/dk’da 1 N’luk yük altında aşındırılmış TiAlN
kaplanmış WC uç aşınma yüzeyi x1000 ... 63 Şekil 7.12. 800 mesh SiC ile 80 dv/dk’da 2 N’luk yük altında aşındırılmış TiAlN
kaplanmış WC uç aşınma yüzeyi x300... 63 Şekil 7.13. a) 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 2 N aşındırılmış TiAlN kaplı WC
numunenin yüzey profilometresi ... 64 Şekil 7.13. b) 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 2 N aşındırılmış TiAlN kaplı WC
numunenin yüzey pürüzlük değerleri ... 64 Şekil 7.14. a) 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 1 N aşındırılmış TiAlN kaplı WC
numunenin yüzey profilometresi ... 65 Şekil 7.14. b) 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 1 N aşındırılmış TiAlN kaplı WC
numunenin yüzey pürüzlük değerleri ... 65 Şekil 7.15. TİN kaplanmış WC kesici uç numuneye ait mikro-abrasyon deney
sonuçları ... 67 Şekil 7.16. 800 mesh SiC ile 160 dv/dk’da 2 N’luk yük altında aşındırılmış TİN
X
Sayfa No
Şekil 7.17. 800 mesh SiC ile 40 dv/dk’da 1 N’luk yük altında aşındırılmış TİN
kaplanmış WC uç aşınma krateri x120 ... 68 Şekil 7.18. a) 800 mesh SiC ile 80 dv/dv’da 1 N’luk yük altında aşındırılmış TİN
kaplanmış WC uç aşınma yüzeyi x1000... 69 Şekil 7.18. b) 800 mesh SiC ile 80 dv/dk’da 2 N’luk yük altında aşındırılmış TİN
kaplanmış WC uç aşınma yüzeyi x1000... 69 Şekil 7.19. a) 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 1 N aşındırılmış TiN kaplı WC
numunenin yüzey profilometresi ... 70 Şekil 7.19. b) 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 1 N aşındırılmış TiN kaplı WC
numunenin yüzey pürüzlük değerleri ... 70 Şekil 7.20. Al2O3 kesici uç numuneye ait mikro-abrasyon deney sonuçları ... 71 Şekil 7.21. a) 800 mesh SiC ile 160 dv/dk’da 2 N’luk yük altında aşındırılmış
Al2O3 uç aşınma krateri x75 ... 72 Şekil 7.21. b) 800 mesh SiC ile 40 dv/dk’da 1 N’luk yük altında aşındırılmış
Al2O3 uç aşınma krateri x85 ... 73 Şekil 7.22. 800 mesh SiC ile 80 dv/dk’da 1 N’luk yük altında aşındırılmış Al2O3 uç
aşınma yüzeyi x300 ... 74 Şekil 7.23. 800 mesh SiC ile 80 dv/dk ‘da 2 N’luk yük altında aşındırılmış Al2O3 uç
aşınma yüzeyi x1000 ... 74 Şekil 7.24. 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 2 N aşındırılmış Al2O3 numunenin
yüzey profilometresi ... 75 Şekil 7.25. 800 Mesh SiC ile 160 dv/dk’da 2 N aşındırılmış Al2O3 numunenin
yüzey pürüzlük değerleri ... 75 Şekil 7.26. 800 Mesh aşındırıcı ile 1-2 N'luk yük altında aşındırılmış 40-160 dv/dk’da
hacim kaybı grafikleri (tüm numuneler) . ... 76 Şekil 7.27. a-d. 1000 Mesh aşındırıcı ile 1 N'luk yük altında aşındırılmış
40-160 dv/dk’da hacim kaybı grafikleri ... 77 Şekil 7.28. 1000 Mesh aşındırıcı ile 1 N'luk yük altında aşındırılmış 40-160 dv/dk’da
XI
TABLOLAR LİSTESİ
Sayfa No
Tablo 6.1. Yüzeyi kaplanacak malzemelerin kimyasal bileşimleri ... 46 Tablo 7.1. WC işlemsiz kesici uçların üzerinde yapılan mikro-abrasyon aşınma
deney parametreleri ... 53 Tablo 7.2. PVD yöntemi ile TiAlN kaplanmış WC kesici uçların üzerinde yapılan
mikro-abrasyon aşınma deney parametreleri ... 59 Tablo 7.3. PVD yöntemi ile TiN kaplanmış WC kesici uçların üzerinde yapılan
mikro-abrasyon aşınma deney parametreleri ... 66 Tablo 7.4. Saf Al2O3 kesici uçların üzerinde yapılan mikro-abrasyon aşınma
XII
KISALTMALAR
PVD : Fiziksel Buhar Biriktirme CVD : Kimyasal Buhar Biriktirme Al2O3 : Alimünyum Oksit
WC : Tungsten Karbür TiN : Titanyum Nitrür
TiAlN : Titanyum Alimünyum Nitrür
SEM : Taramalı Elektron Mikroskobu Görüntüsü µm : Mikrometre
HRc: : Rockwell Sertlik Birimi
BDAT : Bilgisayar Destekli Aşınma Test Metodu HVOF : Yüksek Hızlı Oksi-Yakıt
CBN : Kübik Bor Nitrür Sİ3N4 : Silisyum Nitrür NbC : Niyobyum Karbür TaC : Tantal Karbür
ÇKKBN : Çok Kristalli Kübik Bor Nitrür DIN : Alman Endüstri Normu CC : Seramikler
YHÇ : Yüksek Hız Çeliği MPa : Mega Pascal
XIII SEMBOLLER LİSTESİ ∆v : Hacim Kaybı C1 : Malzeme Sabiti P : Basma Kuvveti S : Aşınma Yolu Wa : Aşınma Oranı ( mm3 / Nm ) ∆G : Ağırlık Kaybı ( mg ) S : Aşınma yolu ( m ) Wr : Aşınma Direnci Ar : Argon He : Helyum
Ra : Ortalama yüzey pürüzlülük Değeri ( µm ) HV : Vickers Sertliği Hz : Hertz Ti : Titanyum Cr : Krom Al : Alimünyum Mo : Molibden W : Tungsten Mn : Mangan
1. GİRİŞ
İçerisinde bulunduğumuz yeni yüzyılda teknolojinin baş döndürücü şekilde ilerleme kaydetmesi, malzeme bilimcilerini isteklere cevap verecek nitelikte yeni nesil malzemeler üretmeye mecbur etmiştir. 1900’lü yıllardan sonra, otomasyon ve fabrikasyon devrinin başlaması ile makinelerden faydalanma oranı hızlı bir şekilde artmış ve 1950 yıllarda uzay çağının başlaması ile bu sektörlere tribolojik olarak cevap verecek nitelikli malzeme arayışı içerisine girilmiştir.
Birbirleriyle etkileşim içerisinde çalışan malzemelerin tribolojik ömürlerini uzatmada kullanılan en ucuz ve yaygın yöntem, bu malzemeler arasında yağlayıcı bir tabakanın oluşturulmasıdır. Önemi giderek artan diğer bir yöntem ise, etkileşim içerisindeki yüzeylerin birinin veya her ikisinin ince sert bir tabaka ile kaplanması, yani yüzey modifikasyonu işlemidir. Yüzey kaplama işlemi, son on yıl içerisinde yeni kaplama tekniklerinin gelişmesinde de önemli rol oynamıştır (Holmberg ve Matthews, 1994).
Yüzey mühendisliği, aşınma problemlerine çözüm üretmek için son yıllarda endüstriyel alanda geniş uygulama alanı bulmuştur. Yüzey mühendisliği bu yüzyılın başlarında sert kaynak, alevle sertleştirme, gaz karbürleme ve nitrürleme ile oldukça gelişmiş ve PVD (fiziksel buhar biriktirme), CVD (kimyasal buhar biriktirme) teknikleri ve iyon implantasyon ile büyük ilerleme göstermiştir. Yüzey kaplamalar, korozyon direncini arttırmak, mekanik ve elektriksel özellikleri geliştirmek veya dekoratif amaçlı olarak mühendislik problemlerinde yaygın şekilde kullanılmaktadır. İnce, sert kaplamalar kesici takımlarda aşınma ömürlerinin üretilmesinde de önemli bir uygulama alanı bulmuştur. Düşük işlem sıcaklıklarında uygulanan PVD yönteminin keşfi, taban malzemenin mukavemeti değiştirilmeksizin genellikle takım çelikleri üzerine kaplama yapma imkanı vermiştir. Mükemmel fiziksel, mekaniksel ve metalurjik özelliklerinden dolayı kullanılan TiN ve TiAlN gibi ince film kaplamalar, takım ömrünün ve kesme hızının arttırılması açısından etkilidir.
Bu çalışmada saf Al2O3 ve altyüzeyi WC olan toz metalurjisi yöntemi ile üretilen sert maden kesici uçların yüzeyi PVD yöntemi kullanılarak TiN ve TiAlN kaplanmıştır. Yüzey kaplama işlemi sadece WC uçlara uygulanmıştır. Kaplama işlemi uygulanan ve uygulanmayan kesici uçlara mikro-abrasyon aşınma deneyleri uygulanmıştır.
2
Deney sonuçlarının değerlendirilmesinde ve yorumlanmasında, tarayıcı elektron mikroskobundan (SEM) ve yüzey profilometresinden faydalanılmıştır. Mikro abrasiv aşınma testleri sabit top yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
Dokuz bölümden oluşan araştırma ve incelemenin birinci bölümünde genel giriş, ikinci bölümünde genel aşınma kavramları üzerinde durulmuş, üçüncü bölümde kaplamalar, dördüncü bölümde endüstride yaygın olarak kullanılan kesici takım malzemeleri hakkında bilgi verilmiştir, Beşinci bölümde genel literatür çalışması yapılmış ve altıncı bölümde deneysel çalışmalar açıklanmıştır. Yedinci bölümde deney sonuçları ve düşünceler tartışılmış, sekizinci bölümde sonuçlar kısmı verilmiştir. Son bölümde ise tezin yazımında faydalanılan kaynaklar verilmiştir.
2. AŞINMA
Korozyon ve yorulma problemleriyle birlikte günümüz sanayisinde sıkça görülen bir büyük problemde aşınma olayıdır. Aşınma teknik bir problem olmasından dolayı ekonomiyi de yakından etkilemektedir. Yapılan araştırmalarda çeşitli aşınma sebebiyle oluşan malzeme kaybının ülkelerin yıllık brüt milli hâsılasının % 6-7’sini oluşturduğu tespit edilmiştir (Gök, 2008).
Teknik olarak aşınma malzemelerin yüzeyinden mekanik etkenlerle mikro taneciklerin kopup ayrılması sonucu malzemede istenilmeyen bir değişikliğin meydana gelmesi olayıdır. DIN 50320’e göre aşınma; katı cisim yüzey bölgesinden tribolojik zorlanma sonucu ilerleyen malzeme kaybı şeklinde diye tanımlanmıştır. Moore’a (1976) göre aşınma; kullanılan malzemelerin yüzeylerine katı, sıvı ve gazların teması neticesinde çeşitli etkenlerle malzemenin yüzeyinden mikro taneciklerin kopması sonucu meydana gelen yüzey bozulması olarak tanımlanmıştır (Gök, 2008).
Malzemedeki yıpranma olayının aşınma sayılabilmesi için bazı şartların yerine gelmesi gerekir. Bu şartlar;
Mekanik bir etkinin olması, Sürtünmenin olması,
Hareketin yavaş ve devamlı olması,
Malzeme yüzeyinde değişiklik meydana getirmesi, Olayın istek dışı gerçekleşmesi.
Bu şartların hepsini birlikte sağlamayan yıpranma olayı aşınma olarak değerlendirilmemelidir (Varol, 1994).
Aşınma olayı genellikle; pistonlarda, frenlerde, yataklarda, dişlilerde, kırma ve öğütme değirmenlerinde, yol, toprak ve ziraat makineleri gibi yerlerde görülmektedir. Farklı mühendislik malzemelerinin ve makine elemanlarının ömürlerini büyük oranda etkileyen aşınma; yakın zamanda yapılan çalışmalar ile aşınma karakteristiklerinin malzemenin cinsine ve sürtünme sırasında oluşan yüzey filmlerinin özelliklerine bağlı olduğu görülmüştür. Aşınma olayının bir bütün olarak sistem içinde değerlendirildiği sisteme tribolojik sistem denilmektedir. Tribolojik sistem aşınma, sürtünme ve yağlama ve yükün bileşimiyle oluşan aşınma olayını da incelediği bilinmektedir (Erdem, 2006).
4 Tribolojik sistemin elemanları;
Esas malzeme (aşınan): Fiziksel ve kimyasal özelliklerinin yanında yüzeysel yapısı, geometrik şekli ve aşınma durumu tamamen belli olan katı cisimdir.
Karşı malzeme (aşındıran): Karşı malzeme katı bir cisim, sıvı veya gaz olabilir. Karşı malzeme ile esas malzeme aşınma çiftini meydana getirirler.
Ara malzeme: Esas sürtünme elemanı ile karşı sürtünme elemanı arasında katı, sıvı, gaz ya da bunların karışımı şeklinde bulunan maddedir.
Yük: Etki eden kuvvetin büyüklüğü, türü (statik, dinamik, darbeli veya titreşimli), doğrultusu ve zamana göre değişimi yüklemenin şiddetini belirleyen etkenleri oluşturur ve
aşınma üzerinde büyük bir etkisi vardır.
İzafi hareket: Temel sürtünme elemanının karşı sürtünme elemanına göre izafi hareketinin cinsi, büyüklüğü ve doğrultusu ile belirlenir.
Çevre: Sistemi içine alan ve genellikle sıvı veya gaz halinde bulunan ortamdır. Su, hava ve gazlar teknik olarak en sık rastlanan çevre ortamlarıdır (Atik, 1994).
Aşınmaya Etki Eden Faktörler; Metalurjik Değişkenler Sertlik Tokluk Mukavemet Mikroyapı Kimyasal Bileşim Çalışmayla İlgili Değişkenler
Temas Eden Malzeme Basınç veya Kuvvet
Hız
Sıcaklık
Yüzey Düzgünlüğü Diğer faktörler
Yağlama
5 2.1. AŞINMA MEKANİZMALARI
2.1.1. Adhesiv Aşınma
Metalik yüzeyler arasında yağlayıcı madde olduğu zamanlarda yağlayıcı maddenin molekülleri yüzeylere düzgün bir şekilde yapışırlar ve yapışmış yağ tabakası bir ölçüde metalik yüzeylerin birbirleri ile doğrudan temasını engeller. Parçaya uygulanan yük tatbiki ile yağ tabakasının bir kısmının kopmasını sağlar ve küçük metalik temas alanları ortaya çıkar. Bu alanlardaki sürtünme ile mikro-kaynak şeklinde metalik yapışmalar adhezyon aşınmasına neden olur.
Şekil 2.1. Adhesiv aşınmanın meydana gelişi (Gök, 2008).
Şekilde görüldüğü gibi adhezyon aşınması; yükleme koşullarına uygun yağ filminin kullanılmayışı, aşırı yükleme ve yağ filminin zamanla özelliğini yitirmesi sonucu ortaya çıkan yetersiz yağlama koşullarında metal-metal temasıyla oluşan bir aşınma şeklidir. Adhezyon aşınma türleri dörde ayrılır;
2.1.1.1. Kazımalı veya Yenme Aşınması
Bu aşınma; yağlayıcının işlevini görmediği veya varlığını sürdüremeyeceği için kullanılmadığı zamanlarda, temas halinde çalışan iki metalik yüzeyin titreşimi ile oluşan salınım ile gözle görülmeyecek kadar küçük genlikli ve tekrarlı kayma hareketlerinin sonucu ortaya çıkan bir aşınma türüdür (Sarıkaya, 2007).
6
Titreşimin frekansı aşınma miktarı üzerinde doğrudan etkili olan bir parametredir. Örneğin, frekansı 26 Hz olan bir titreşimde tek bir çevrim için temas süresi 0,022 sn iken, frekansı 60 Hz olan bir titreşimde bu süre 0,005 sn gibi bir süreye düşer. Frekans azaldıkça iki yüzey arasındaki temas süresini arttırdığından yüzeyden kalan malzeme miktarını da arttırır. Küçük genlikli (50-1000µ) kayma hareketi ile oluşan temas sonucu yüzeyden kopan partiküller abrasiv aşındırıcı gibi hareket ederek yüzeyden kazıma ile malzeme kaldırırlar. Bu tür bir aşınmaya karşı en etkili çözüm; yüzeyin sertlik derecesinin uygun bir kaplama işlemi ile yükseltilmesi ve yağlayıcı ile çalışan ortamlarda uygun yağ seçiminin yapılmasıdır (Sarıkaya, 2007).
2.1.1.2. Sıyırma veya Kaldırma Aşınması
Sıyırma veya Kaldırma aşınması yüksek temas sıcaklıklarının olmadığı, düşük hızlarda ve düşük temas gerilmelerinde görülür. Temas halinde çalışan iki metalik yüzey arasında yağ filminin olmaması veya işlev görmemesi durumunda sürtünme etkisinden doğan sıcaklığın artması ile oluşan kaymalarla aşınma ortaya çıkar. Sıyırma aşınması, diğerine göre daha sert olan metalin yüzeyinde kayma yönünde radyal çizikler ve yumuşak olan metalden kaynamış ufak parçacıklar şeklinde kendisini gösterir (Sarıkaya, 2007).
2.1.1.3. Sürümeli Aşınma
Sürümeli aşınma; Sıyırma türü aşınma gibi, yine çalışma ortamında yağ filminin olmaması veya işlev görmemesi durumunda sürtünme etkisinden doğan sıcaklığın artması ile oluşan şiddetli kaymalardan oluşmaktadır. Sıyırmadan farkı aşınmanın yüksek temas sıcaklıklarının ortaya çıktığı yüksek çalışma hızlarında ve temas gerilmelerinde meydana gelmesi ve çok hızlı gelişmesidir. Sürümeli aşınma eş çalışan yüzeylerden sert olanında çok hafif yenme, yumuşak olan diğer yüzeyde ise şiddetli yenme şeklinde kendini gösterir (Sarıkaya, 2007).
2.1.1.4. Oksidasyon Aşınması
Metalik malzemeler üzerlerinde havanın etkisiyle şekillenmiş çok ince bir oksit tabakası taşırlar. İki metal arasında ortaya çıkan sürtünme kuvvetinin etkisi ile bu oksit
7
tabakası zamanla dökülür ve hava ile temasta tekrar şekillenir. Yağlayıcı ortamda çalışan parçalarda özellikle yüksek viskozite değerli ve yüksek basınca dayanıklı yağların içindeki kimyasal maddelerin etkisiyle koruyucu oksit tabakası tekrar şekillenirken bu kimyasalları da beraberinde bünyelerine taşırlar. Kullanılan yağın sıcaklığının yükselmesi de yağ moleküllerinin kopma mukavemetini azaltarak oksidin parçalanma hızını arttırır. Böylece, ortaya çıkan reaksiyon ürünlerinin miktarı artar ve oluşan oksit tabakası gevrek bir hal alarak ufak yüklemelerde bile kolayca kırılır. Kırılan tabaka, metal içindeki oksit yapıcı elementler zamanla belli bir değerin altına düşünceye kadar doğal olarak kendisini sürekli yeniler. Oksit tabakası kendisini yenilemeyecek düzeye gelince korozyon ürünleri metalden içeri nüfuz ederler ve metali korozyona uğratırlar (Sarıkaya, 2007).
2.1.2. Abrasiv Aşınma
Abrasiv aşınma iki cisimli ve üç cisimli olmak üzere iki şekilde meydana gelir. İki cisimli abrasiv aşınma olayı sert ve pürüzlü bir yüzeyin kendinden daha yumuşak bir malzeme ile temas ettiği durumda, kuvvet ve basıncın etkisiyle yumuşak malzeme yüzeyinde oluşan çizilme ile küçük parçacıkların kaldırılması suretiyle oluşan deformasyon türüdür. İki cisimli abrasiv aşınmaya örnek olarak kazı makineleri, toprak işleme aletleri, eğeleme ve zımpara işlemi verilebilir. Sert ve pürüzlü bir yüzey daha yumuşak bir yüzey üzerinde kaydığında yumuşak yüzeyi oyduğunda ve bir grup oluk açtığında abrasiv aşınma ortaya çıkar. Ayrıca abrasiv aşınma biraz farklı bir durumda da sert abrasiv partiküller kayma yüzeyleri arasına girdiğinde ve malzemeyi aşındırdığından da meydana gelebilir. Abrasiv aşınmanın endüstri alanında en çok transport makineleri, değirmenler, cevher işleme ve öğütme tesislerinde görülür (Kuş, 2007).
8
İki ve üç boyutlu abrasiv aşınma olarak iki tür abrasiv aşınma vardır. Aşınma dış yüzey üzerindeki sert tümseklerden kaynaklanıyorsa “iki boyutlu abrasiv aşınma” denir. Üç boyutlu abrasiv aşınmada ise sert abrasiv parçacıklar vardır ve iki farklı kayma yüzeyi arasında yuvarlanıp aşınırlar. İki boyutlu aşınmada aşınma hızları üç boyutlu aşınmaya göre daha hızlıdır (Kuş, 2007).
Şekil 2.3. Saf metallerin abrasiv aşınma özelliklerine sertliğin etkisi (Yıldız ve Gür, 2006).
Abrasiv aşınma olayında aşındırıcı parçacık ile aşınma hızı arasında bir bağıntı vardır. Yuvarlatılmış aşındırıcı parçacıklar kullanıldığında, aşınma hızı çok yüksek değildir. Abrasiv olarak kullanılacak malzemelerde sertlik en önemli etkenlerden biridir. Abrasiv malzeme aşındıracağı malzemeden daha sert olmalıdır. Yumuşak malzemenin sertliği sert malzemenin sertliğinin en az 1/3’ü olmalıdır (Kuş, 2007).
Abrasiv aşınmada sert tanecikler basınç altında yüzeyde kayarken veya yuvarlanırken önce metal yüzeyine girerler ve sonrada metalik tanecikleri yerinden yırtarlar. Sert malzemenin yüzeyindeki pürüzler kesici kenarlar gibi çalışır ve yumuşak yüzeyden sürekli malzeme kaldırır (Korkut, 1991).
Abrasiv aşınma şekli üçe ayrılır (Aydın, 1996). 1. Düşük gerilmeli abrasyon
2. Yüksek gerilmeli öğütme abrasyonu 3. Oyma abrasyonu Sertlik Saf Metallerin Abrasiv Aşınması Abr asiv Aşınm a Dire nc i
9 2.1.2.1. Düşük gerilmeli abrasyon
Bu aşınma türünde aşındırıcı parçacık küçük ve sert bir malzeme olup gaz ortamında çok yüksek hızda hareket etmektedir. Belli bir açıyla oluşan bölgesel darbe hareketleri kısa bir zaman aralığında bu hareketleri tekrarlayarak bir bombardıman şeklini gösterecektir. Erozyon bir kez başlayınca çok hızlı bir şekilde büyüme gösterecektir. Bu sebeple malzemenin yüzey konumu önemli olacağından yüzeyi düzgün ve kaygan olmalıdır. Endüstrilerde ziraat, çimento, dökümhaneler vb. yerlerde görülür (Aydın, 1996).
2.1.2.2. Yüksek gerilmeli öğütme abrasyonu
Bu aşınma türünde aşınmayı oluşturan malzeme ile Abrasiv parçacık aynı olup ek olarak bir kuvvet uygulanarak oluşur Bu aşınmada Abrasiv parçacık iki metal malzeme arasında kalıp sıkışarak öğütülmekte ve bu sırada metal yüzeyleri aşındırmaktadır. Bu tür aşınmalarda Martenzitik çelik ve bazı karbürlü alaşımlar kullanılır (Aydın, 1996).
2.1.2.3. Oyma abrasyonu
Yüksek ve düşük gerilmeli abrasyonun ağırlık ve darbe ile birleştiği durumda ortaya çıkan aşınma şeklidir. Bu tür aşınma özellikle kömür ve taş ocaklarında kullanılan kepçe dişlerinde görülmektedir. Ağır kütleli Abrasiv parça metal malzeme üzerine basınçla etki ederek ve metal malzemeyi oyarak aşındırır. Oyma abrasyonuna maruz kalan parçalar döner kaya kırıcıları, silindir kırıcılar, çeneli kırıcılar ve kazıcı kepçelerdir (Aydın, 1996).
2.1.3. Erozyon Aşınması
Erozyon aşınması kendi içinde beş çeşit mekanizmayla meydana gelmektedir. Aşınmayı oluşturan ortamlar ve şartlar şunlardır;
Akışkan bir ortam ile hareketlendirilen aşındırıcı parçacıklar yüksek hızlarda bir katı yüzey üzerine tekrarlı çarpması sonucu oluşturduğu darbe etkisiyle oluşan aşınma
Yüksek hızlarda hareket halindeki sıvı damlalarının bir katı yüzey üzerine tekrarlı çarpması sonucu oluşan şok dalgalarının tahribatıyla oluşan aşınma
10
Yüksek hızlarda hareket halindeki bir katının kendisinden çok yavaş su damlalarına tekrarlı çarpması sonrası oluşan şok dalgalarının tahribatıyla oluşan aşınma
Gaz kabarcıklarının yüksek bir basınçla malzeme yüzeyinde tekrarlı patlaması sonucu oluşan aşınma (kavitasyon aşınması)
Biri anot diğeri katot olmak üzere kutuplanan elektriksel yüklü iki parça arasındaki akımsal boşalım etkisiyle oluşan aşınma (elektro-erozyon) (Sarıkaya, 2007).
2.1.4. Korozyon Aşınması
Malzemenin içerisinde bulunduğu ortamda kimyasal ve elektrokimyasal olarak etkileşirken malzemede gerçekleşen aşınma korozyon aşınmasıdır. Korozyon aşınması düşük ve yüksek sıcaklık korozyon aşınması olarak iki şekilde olur. Metalik malzemelerin herbiri korozyonun birçok şekline maruz kalarak aşınmaya uğrarlar. Korozyon aşınmasının en yaygın olanı oksitlenmedir. Metalik malzemeler içerdikleri alaşım elementlerinin cinsine ve miktarına bağlı olarak yüzeylerinde yaklaşık 0,1 mikron kadar doğal bir oksit tabakası bulundururlar. Bu tabaka sayesinde korozif ortamlara karşı direnç gösterir. Aşındırıcı ortam tarafından metal yüzeyine uygulanan tekrarlı darbeler esnasında yüzeyden malzeme ile birlikte oksit tabakası da kalkar. Tekrarlı darbelerin sıklığından veya koruyucu tabakayı oluşturan elementin alaşım içinde zamanla bitmesinden dolayı oksit tabakası tekrar şekillenemez duruma gelir ve metal yüzeyi korozif saldırılara karşı savunmasız kalır. Aşınma ile korozyonun birlikte geliştiği ve korozyonun aşınma hasarına katkıda bulunduğu bu olaya düşük sıcaklık korozyon aşınması denir (Sarıkaya, 2007).
2.1.5. Yorulma Aşınması
Malzemelerde yorulma olayı tekrarlanan zorlamalar sonucu zamanla oluşur. Sürtünme bölgelerindeki yüksek basınçtan dolayı yüzeyde çatlak ortaya çıkar. Bu çatlaklara giren sıvı yağlayıcı çatlağı ilerletir. İşte bu arada yüzeyde çukurcuklar oluşur. Bu yıpranma olayı yorulma aşınması olarak bilinir. Yorulma aşınmasında iç yapı tahribatı, çatlamalar ve lokal ayrılmalar meydana gelir. Bu aşınma tipi daha çok rulmanlı yataklarda, dişli çarklarda ve kama mekanizmaları gibi yuvarlanma hareketi yapan parçaların yüzeylerinde çok küçük çukurcukların meydana gelmesi şeklinde ortaya çıkar. Yorulma aşınmasını engellemek için yüzeylerin sertleştirilmesi işlemi uygulanır (Varol, 1994).
11
2.2. AŞINMA MUKAVEMETİNİ ARTIRMA İŞLEMLERİ
Aşınmayı etkileyen en önemli etken malzemenin kimyasal içerikleri ile temas yüzeylerinin sertliğidir. Malzemenin içeriğinin birbirine yapışmayı engelleyici ve korozyona karşı dayanıklı olması aşınmayı azaltır. Sertliğin artması yüzeyden parça kopmasını azaltacağı için mukavemeti arttırır.
Malzemenin yüzey pürüzlülüğünün, kimyasal ve termokimyasal işlemlerinin aşınma miktarını arttırdığı bilinmektedir. İstenmeyen bir durum olduğundan dolayı aşınma olayını azaltmak için bazı önlemler alınması gerekir (Varol, 1994).
2.2.1. Pürüzlülük
Malzemelerin yüzey pürüzlülüğü arttıkça yükü taşıyacak olan gerçek alan azalır ve buna bağlı olarak aşınma miktarı da artar. Temas alanının küçük olmasından dolayı yüzeye etkiyen kuvvet büyük olacak ve dolayısıyla aşınma daha fazla olacaktır. Sürtünen iki yüzeyin arasındaki çekim kuvvetinin fazla olması ve pürüzsüz bir yüzeyde aşınma artıklarının kalması adhezyon ve abrasiv aşınmalarını arttırır. Sürtünme hareketinin yönü pürüzlülük yönüne dik olursa aşınma miktarı azalır (Varol, 1994).
2.2.2. Sertlik
Malzemenin sertliğinin arttırılması ile aşınma direnci artar. Sertleştirilmemiş malzemenin yüzeyinde deformasyon sertleşmesinin etkisinde mikro bölgeler oluşur. Oluşan bu bölgelerin kopması da mümkündür. Abrasiv aşınma direnci genelde malzemenin sertliğine bağlıdır. Aşınma işleminin dayanımını arttırmak için ısıl işlemle veya alaşımlandırma ile yüzey sertleştirilebilir (Sarıkaya, 2007).
2.2.3. Tane Boyutu
Tane boyutu ile malzemenin dayanıklılığı doğrudan bağlantılıdır. Tane boyutu ne kadar küçük ise malzemenin dayanıklılığı o kadar yüksektir. Malzemenin kristal yapısının da aşınma üzerinde büyük etkisi vardır. Malzemenin kristal sıkı paket yapıya sahip olması aşınma mukavemetini arttırır. Kobalt bu yapıya örnek olarak verilebilir. Kobalt oda
12
sıcaklığında sıkı paket yapının hekzagonal kristal yapısına sahip iken aşınma direnci fazladır. Bu metal ısıtılıp kübik yüzey merkezli kristal yapıya dönüşmesiyle aşınma direnci azalmaktadır (Sarıkaya, 2007).
2.2.4. Malzeme Boyutu
Geometrik şekli ideal daireye yakın olan parçaların daha az aşındığı ve şeklini koruduğu tespit edilmiştir (Sarıkaya, 2007).
2.2.5. Yüzey İşlemleri
Malzemelerin aşınma direnci yüzey tabaka yapısıyla yakından alakalıdır. Yüzeyde termo-kimyasal, kimyasal, elektro-kimyasal yöntemlerle oluşturulan tabakaların beraber çalışan parçalar arasındaki sürtünmeyi azaltması durumunda aşınma direnci artabilir (Sarıkaya, 2007).
2.2.6. Ortamın Etkisi
Aşınma miktarına bulunduğu ortamında etkisi vardır. Özelikle atmosferde çalışan sistemlerde çevre şartları büyük etkendir. Bu etkenler çevre sıcaklığı, ortamın atmosferi ve atmosferdeki nem oranı olarak sayılabilir (Varol, 1994).
2.2.6.1. Sıcaklık
Sürtünen yüzeyler arasında sıcaklık meydana gelmesi aşınmayı etkiler. Aşınmanın hafif olduğu zaman artan sıcaklığın yüzey sertliğini düşürdüğü, oksidasyonu gerçekleştirdiği ve plastik deformasyonu kolaylaştırdığı belirlenmiştir. Aşırı aşınmada ise çevre sıcaklığının aşınmaya etkisi olumlu yönde olmaktadır.
Yapılan araştırmalarda belli bir sıcaklık değerine kadar sıcaklığın arttırılması aşınmayı etkilemediği ancak daha fazla sıcaklıklarda aşınmayı artırdığı ve ergime sıcaklığı yüksek olan malzemelerin yüksek aşınma direncine sahip olduğu belirlenmiştir. Özellikle sürtünmenin istenmediği kaymalı yatak ve kızaklarda yatağın ısınması problem çıkarır.
13
Yatağın çalışma sıcaklılığının düşük tutulması için ısı iletim görevi yapan yağlayıcı maddelerin kullanılması gerekmektedir (Varol, 1994).
2.2.6.2. Atmosfer
Atmosferde bulunan oksijen malzeme yüzeyinde oksit tabakasını oluşturur. Ortamda soygaz kullanılırsa oksit oranı azalır ve yüzeyden oksit tabakasının koparılmasından sonra bölgede adhezyon aşınması gözlenebilir (Varol, 1994).
2.2.6.3. Nem
Atmosferdeki nem oranının artması sürtünme katsayısının azalmasına neden olmaktadır. Sürtünme katsayısının azalması ile aşınma miktarı azalmaktadır (Varol, 1994).
2.2.7. Malzeme Seçimi
Farklı iki malzemenin birbirleri ile kaynak yapma özellikleri aynı malzemelerin birbirleri ile kaynak yapma özelliklerinden daha düşüktür. Bu yüzden birbirleri ile sürtünme halinde çalışan malzeme parçalarının farklı seçilmesi adhezyon aşınmasına karşı direnci arttırır (Varol, 1994).
2.2.8. Yağlama
Aşınmaya karşı alınacak tedbirlerden en kolay ve ekonomik olanı yağlama yapmaktır. Kullanılan yağın kayma mukavemeti düşük olmalıdır ve kullanıldığı yerde korozif etki yapmamalı, malzeme yüzeyinde oksit tabakası oluşturmamalı, uzun süre özelliklerini muhafaza edebilmeli ve sıcaklıktan etkilenmeden görevini devam ettirebilmelidir.
Sürtünen yüzeyler arasına giren yağ, sıvı-malzeme sürtünmesini sağlar. Yataklarda olduğu gibi hareket hızının fazla olduğu yerlerde yükü, yüzeyler arasında oluşan yağ filmi taşır ve bu da çalışan sistemlerin ömrünü doğrudan etkileyen bir etkendir (Varol, 1994).
14 2.2.9. İşletme Koşulları
2.2.9.1. Hız, Kayma Yolu
Şiddetli aşınma durumunda aşınma miktarı ile kayma hızı ters orantılıdır. Bunun sebebi sürtünen alanın azalması ve ısıdan dolayı sürtünme katsayısını düşürecek etkide bulunmasıdır.
Tek yönlü kayma ve sabit hızdaki aşınma miktarının iki yönlü ve değişken hızdaki aşınma miktarından daha az olduğu tespit edilmiştir. Düşük hızlarda ısınma önemli ölçüde
olmayacağından aşınma miktarı sürtünme hızından fazla etkilenmez (Sarıkaya, 2007). Bir aşınma olayında hacim kaybı şu bağlantı ile ifade edilmektedir.
∆v = C1. P. S ∆v: Hacim kaybı C1: Malzeme sabiti P: Basma kuvveti S: Aşınma yolu
Bu bağıntıya göre hacim kaybı, basma kuvveti ve aşınma yolu ile doğru orantılıdır.
2.2.9.2. Yük
Uygulanan kuvvetin artması ile aşınma miktarı da artmaktadır Çünkü Aşınma yüzeyinin etkileneceği yükün büyüklüğü, birim yüzeye uygulanan kuvvet ve sürtünme kuvvetinin artmasına sebep olacağından aşınmada artacaktır. Aşınma miktarının iki kat arttığı durumdaki yüke kritik yük denir. Kritik yükleme miktarı aşınma yüzeyinin soğuk deformasyonla sertliğin belli bir oranda arttığı değer olarak tanımlanır.
Kayma olayı süresince malzeme yüzeyinde oluşan oksit tabakası aşınır. Uygulanan yük miktarı arttıkça oksit tabakası aşınacak sonra tabaka sürekli kendisini yenilemeye çalışacak ve şiddetli aşınma gerçekleşecektir (Varol, 1994).
2.2.10. Zaman
Malzeme yüzeyinin yorulması devir sayısıyla bağlantılı olduğuna göre yüzeyin aşınması da devir sayısı, zaman ve frekansın bir fonksiyonudur (Varol, 1994).
15 2.3. AŞINMA ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ
2.3.1. Ağırlık Farkı Metodu
Bu yöntem hem ekonomikliği hem de hassas sonuçlar elde edilmesi sebebiyle en çok kullanılan yöntemdir. Ağırlık kaybı genellikle 10-4
veya 10-5 ghassasiyete sahip duyarlı terazilerde yapılır.
Ağırlık farkı metodunda aşınma sonucu meydana gelen ağırlık kaybı; aşınma miktarı gram veya miligram olarak ifade edildiğinde kat edilen sürtünme mesafesine karşılık olarak g/km veya mg/m cinsinden, birim alan için hesap edilecekse g/cm2
cinsinden ifade edilir. Aşınma miktarı hacimsel olarak hesaplanmak istenirse malzemenin yoğunluğu ve numune üzerine uygulanan yük dikkate alınarak, birim yol ve birim yükleme ağırlığına karşılık gelen hacim kaybından yola çıkılarak ağırlık kaybı hesaplanabilir (Korkut, 1997). Ağırlık farkı ölçümünde en çok aşağıda verilen bağıntı kullanılmaktadır.
Wa : ∆G / d.M.S ( mm3 / Nm ) Wa : Aşınma oranı ( mm3 / Nm ) ∆G : Ağırlık kaybı ( mg ) M : Yükleme ağırlığı ( N ) S : Aşınma yolu ( m ) d : Malzeme yoğunluğu ( gr / cm2 )
Aşınma oranının ters değeri de aşınma direnci ( Wr ) olarak kabul edilmiştir. Wr=1 / Wa ( Nm / mm 3),
Ağırlık farkı metodunda en çok kullanılan ölçme yöntemi tartı yöntemidir. Aşındırılan numune hassas terazide tartılarak aşınma miktarı bulunur. Bu yöntemde malzemenin tamamen temiz olmasına ve yüzeylerinde herhangi bir yabancı maddenin kalmamasına dikkat edilmelidir. Tartı yönteminden farklı olarak ağırlık kaybı radyoaktif izleyiciler kullanarak da ölçülebilir. Bu yöntem kullanılarak deney esnasında aşınmanın meydana geldiği sırada da aşınma kaybı ölçümü yapmak mümkün olmaktadır (Karabaşoğlu, 2008).
16 2.3.2. Kalınlık Farkı Metodu
Bu yöntemde aşınma miktarı, aşınma süresince oluşan boyut değişikliğinin ölçülmesi ve ilk değerler ile karşılaştırılması suretiyle ölçülmektedir. Elde edilen kalınlık farkı değerlerinden gidilerek hacimsel kayıp değeri ile birim hacimdeki aşınma miktarı hesaplanabilir. Bu yöntemde kalınlık hassas ölçü aletleri + 1, -1 μm duyarlılıkta ölçüm yapılmalıdır. Kalınlık farkı yöntemine dayanan ölçümler çoğu zaman aşınmanın nasıl olduğu hakkında sağlam bir bilgi veremediği için daha çok hacimce meydana gelen değişimler dikkate alınmaktadır. Bu yöntem kullanım zorluğundan fazla tercih edilmez (Karaoğlu, 2006; Soydaş, 2006).
2.3.3. İz Değişim Metodu
Bu yöntemde aşınma yüzeyinde plastik deformasyon ve geometrisi ile belirli bir iz oluşturulur. Bu izin oluşumu için en çok Vickers veya Brinell sertlik ölçme uçları kullanılır. Deney boyunca oluşturulan bu izin bir boyutunun değişimi izlenir ve mikroskop vasıtasıyla ölçülerek değerlendirilir (Korkut, 1997).
2.3.4. Radyoizotop Metodu
Bu yöntemin esası aşınma yüzey bölgesinin proton, nötron veya yüklü α paçacıklarıyla bombardıman edilerek radyoaktif hale getirilmesi esasına dayanır. Radyoizotop ile aşınma yüksek hassasiyetle ölçülebilmesi ve çalışma koşulları değiştirilmeden ölçüm yapılması sayesinde avantaj sağlanmasına rağmen ekonomik olmaması nedeniyle ancak özel amaçlarda kullanılır (Korkut, 1997).
2.3.5. On-line izleme Metodu
Lazer diyot tarafından oluşturulan ışığın fiber optik aracılığıyla iş parçası üzerine gönderilmesi ve iş parçası üzerinden yansıyan ışığın başka bir fiber optik aracılığıyla alınarak foto diyot üzerine verilmesi sonucunda foto diyot çıkışından alınan voltaj değerlerinin A/D dönüştürücü vasıtasıyla bilgisayarda depolanması temeline bağlı dolaylı
17
bir ölçme yöntemidir. Yöntemin uygulanmasında fiber optik uçlarının iş parçası eksenine sabit bir uzaklıkta eksene paralel hareket ettirilmesi gereklidir. Kesici takımdaki aşınmaya bağlı olarak iş parçasının işlenen yüzeyinde oluşan boyutsal değişim ile bu yüzeylere çarparak yansıyan lazer ışınlarının algılayıcı fiber optiğe yansımasında en önemli etkenlerdir. Kesici takımdaki aşınma, yansıyan ışık şiddeti ile orantılıdır (Çakan, 2006).
2.3.6. Bilgisayar Destekli Aşınma Test Metodu (BDAT)
Bu yöntemlerde aşınma ve aşınma değişkenliklerine ait veriler ile pim disk aşınma test mekanizmasına ilave edilen veriler kontrol kartı üzerinden bilgisayara aktarılarak hazırlanan paket programlarda değerlendirilir. Bunlarda Implant sciences Corp. Tarafından geliştirilen ISC-200 PC real-time ve pim-disk aşınma yöntemi en çok kullanılan yöntemlerden biridir. Bu yöntemde numune, dönme sayısı değiştirilebilen bir tabla üzerine düzgünce yerleştirilmekte ve hız, yük, dönme sayısı ve sürtünme katsayısı gibi değişkenler bulunabilmektedir. Temas yüzeyinde oluşan herz basıncı rahatlıkla ölçülebilmektedir (ipek ve karamış, 1999).
Aşınma kayıpları ve sürtünme katsayıları verileri, kontrol kartları üzerinden bilgisayara aktarılarak işlenir. Bu veriler bir paket programla grafik formlara dönüştürülebilir, istatiksel analizlerle gösterilebilmektedir. Pim üzerine uygulanan Herz basıncı sonucunda pim ve disk yüzeyinde oluşan aşınma izlerinin profili bir çizici ile belirlenmektedir.
Bu yöntemin en önemli avantajı, aşınma testlerinin daha hızlı ve daha az numune ile gerçekleşmesini sağlamasıdır. Sistemin duyarlılığı, kullanılan sensörlerin ve kontrol kartının voltaj değerindeki doğrusal sapmaya bağlıdır (ipek ve karamış, 1999).
18 2.4. BAZI AŞINMA DENEY YÖNTEMLERİ
Makine parça ve elemanlarının sürtünme aşınma davranışlarının incelenmesi için yapılan testler tasarım açısından çok önemli görülmektedir. Gerçek makineler ve uygulama şartlarında yapılan testler sürtünme ve aşınma özelliklerinin görülmesi için yapılmaktadır. Doğrudan makine üzerinde ve uygulama şartlarında yapılan deneylerin maliyeti yüksek ve karmaşık tribolojik etkilerin meydana gelmesi sebebiyle değerlendirilmeleri oldukça zordur. Bu sorunları gidermek için farklı aşınma deney yöntemleri geliştirilmiştir (Karaoğlu, 2006).
Farklı model deney yöntemleri geliştirilmesinin sebebi sürtünme ve aşınma mekanizmalarının ve tribolojik sistemlerin farklı olmasından kaynaklanmaktadır. Bu sebeple günümüzde yapılan aşınma ve sürtünme testlerinin çoğu uluslararası standartlarla belirlenmiş parametreler kullanılarak yapılmaktadır. Sürtünme aşınma testleri genel olarak aynı sistemler üzerinde yapılmakla beraber aradaki fark genellikle ölçüm yöntemlerindeki farklılıklardan kaynaklanmaktadır. Yapılan testlerde test süresi önemli bir parametre olarak değerlendirilebilir. Aşınma testleri bazen kısa sürelerde biterken bazende uzun süreler alabilmektedir (Karaoğlu, 2006).
2.4.1. AŞINMA DENEY CİHAZLARI
2.4.1.1. Pim - Disk Cihazı
En yaygın kullanılan ve en basit model deney yöntemlerinden birisi Pim-disk yöntemidir. Bu deneyde metal bileşenlerden oluşan bir döner disk kullanılmaktadır. Aşınma özelliği incelenecek numune küre, koni veya silindir şeklinde olan bir pimdir. Nispi kayma hızı, diskin merkezi ile pimin temas noktası arasındaki mesafe değiştirilerek ayarlanabilir. Pim üzerinden diske uygulanacak yük, mekanik, pnömatik veya bir hidrolik silindir vasıtasıyla uygulanabilir. Bu test tekniği ile kuru kayma halindeki sürtünme ve aşınma davranışları araştırılabilir (Karaoğlu, 2006). Şekil 2.4’de pim-disk aşınma mekanizmasının görünüşü görülmektedir.
19
2.4.1.2. Levha - Kayış Cihazı
Bu sistemin oluşumunda İki geniş silindir ve bu silindirlerin etrafından geçen bir kayış bulunmaktadır. Sistemde kayış silindirlerin etrafından geçmektedir ve silindirleri birbirine bağlamaktadır. Silindirlerin etrafından dönen kayışın gerginliği bir gerdirme mekanizması ile ayarlanabilmektedir. Silindirlerden bir tanesi bir motora bağlıdır ve devri değiştirilerek kayışın hızı da değiştirilebilir. Şekil 2.2’de levha-kayış cihazının görünümü şematik olarak gösterilmektedir.
Şekil 2.5. Levha-kayış cihazının görünümü (Karaoğlu, 2006).
Hidrolik silindir
Kayış gerdirici
Hız ayarlayıcı Terazi
Numune
20
Kayış lastik malzemeden olabileceği gibi çelik şerit ve kompozit malzemeden de olabilir. Deneyde aşınmayı kayış yüzeyine yapıştırılan zımpara kâğıdı veya kayış yüzeyine kaplanan aşındırıcı sağlamaktadır. Deneyde aşındırılacak numune bir hidrolik sistem vasıtasıyla kayış üzerine bir kuvvetle bastırılır ve yük meydana getirilir. Kayış ve numune arasında oluşan sürtünme ile numune üzerinde aşınma meydana getirilir (Karaoğlu, 2006).
2.4.1.3. Dört Bilya Düzeneği
Bu test yönteminde numune olarak eşit çaplara sahip dört adet bilya kullanılmaktadır. Bu bilyaların üç tanesi deney sırasındaki şartlarda rahatça hareket edebildikleri bir taşıyıcı içine yerleştirilirler ve üst taraftaki bilyaya göre izafi olarak hareket eder. Dördüncü bilya ise bir milin ağzında açılan bir yuvaya yerleşecek şekilde diğer bilyaların üzerindedir ve aşağıya doğru normal bir yük ile bastırmaktadır. Alttaki taşıyıcı döndürülerek milin ağzındaki bilyanın dönmesi sağlanır ve böylece bilyalar birbirine göre izafi hareket ederek aşınma oluşturulur. Bu test genellikle yağlama performansının değerlendirilmesinde kullanılır (Karabaşoğlu, 2008).
Şekil 2.6. Dört bilya deney düzeneği (Karabaşoğlu, 2008).
2.4.1.4. Çapraz Silindir Deney Cihazı
Kâğıt kesme, kumaş kesme ve saç metal kesme işlemlerinde bıçakla metal arasında çok küçük temas alanı ve yırtılmalar meydana gelebilir. Saç metal kesme işlemi buna iyi bir örnek olarak verilebilir. Bu tür aşınmaların ölçümünde ASTM G78 Çapraz Silindir deney cihazı kullanılır. Bu deneyde genellikle takım çeliklerinde ve kaplanmış yüzeylerde
21
meydana gelen aşınmalar incelenmektedir. Cihaz kendi ekseni etrafında dönen bir silindir ve bu silindire çizgisel temas eden çarpı şeklinde konulmuş sabit bir silindirden meydana gelir. Dönen parçanın dış çapında meydana gelen yivin hacmi ölçülür. Sonra sabit parça üzerinde meydana gelen aşınma lekeleri ölçülür ve bunla birlikte sistemdeki toplam aşınma bulunur (Karabaşoğlu, 2008).
2.4.1.5. Top Krater Testi
Son zamanlarda top konfigürasyonu kullanılarak yapılan mikro-abrasyon aşınma testi ince sert kaplamaların aşınma davranışlarını karakterize etmek için çok sık kullanılmaktadır. İlk zamanlar bu konfigürasyon sadece filmlerin kalınlığını ölçmek için kullanılırken, son zamanlarda aşınma çalışmalarına adapte edilmiştir. Bu test hızlı, uygun, küçük parçalar üzerine uygulanabilir ve nispeten ucuz ekipman kullanır. Eğer test şartları aynı şekilde kullanılırsa bu test konfigürasyonu araştırmacıların aradıklarını karşılar ve güvenilir ve tekrarlanabilir ölçümleri sağlar. Bununla beraber aşınma oranları yükleme ve aşınma mekanizması test şartları değiştikçe (yük, kayma hızı) önemli ölçüde değişebilir. Mikro-abrasyon aşıma testi sırasında iki aşınma modu elde edilebilir. Bunlar “three body abrasyon” ve “two body abrasyon” modlarıdır. Aşınma modu ayarlanan yüke, seçilen abrasive, top yüzey şartlarına göre değişebilir (Silva vd. 2011).
Bu test yönteminde dönen bir top (genellikle sertleştirilmiş çelik) abrasiv süspansiyon varlığında numune yüzeyine bir yük ile basınç uygular. Aşınma izi kullanılan kürenin yüzeyini tamamlayıcı şekilde olur. Bu iz optik mikroskop veya profilometre yardımıyla ölçülür. İki farklı mikro-abrasyon test tezgâhı vardır. Bunlar yükün uygulanma yöntemine göre değişiklik gösterir. Eğer top dönen bir mil üzerinde serbestçe dönüyorsa ve test parçasına kendi ağırlığını yüklüyorsa bu yönteme “free ball” yöntemi denir (şekil a). Eğer top bir motor yardımıyla döndürülüyorsa ve yük bir teçhizat yardımıyla uygulanıyorsa bu yönteme “fixed ball” yöntemi denir (Ibánez vd. 2009).
ığ ı
22
3. KAPLAMALAR
Yüzeylerin kaplanması için değişik yöntemler kullanılmaktadır; Bunların başında kimyasal ve elektrokimyasal yöntemlerle malzemenin kaplanması gelmektedir. Günümüze kadar bu yöntemlerle malzemenin kaplanması korozyondan korunma ve dekoratif görüntü kazanma amacıyla yapılmıştır. Aşınmaya dayanıklı kaplama üretimi için ise sert malzemelerin yüzeye yoğunlaştırılması gerekmektedir. Bunları elektrokimyasal yollarla üretmek mümkün değildir (Keleşoğlu, 2011).
Sert malzemelerin, başka malzemelerin yüzeyleri üzerine kaplanması işlemi için“fiziksel buharlaştırma ile biriktirme”(PVD) ya da “Kimyasal buharlaştırma ile biriktirme”(CVD) tekniklerine ihtiyaç duyulmaktadır. Fiziksel buhar biriktirme işleminde elde edilen yüksek sıcaklıklı buhar fazı soğuk altlık yüzeyine çarptığında fiziksel olarak yoğuşmaya zorlanmaktadır. Burada yoğuşmayı iten güç, buharın soğuk altlık yüzeyinde hızla katı sıcaklığına düşürülmesidir (Keleşoğlu, 2011).
Kaplama malzemesini buharlaştırarak ya da ortama sıçratarak altlık malzeme yüzeyine biriktirilmesi işlemleri özellikle vakum teknolojisindeki gelişmelerle birlikte ortaya çıkmış ve kullanımını yaygınlaştırmıştır. Sert malzemeler veya bunların bileşenleri çoğu zaman yüksek ergime sıcaklığına sahiptir ve bunları ortam basıncında ergitmek dahi zorlu bir işlemdir. Ancak düşük basınçlarda maddelerin ergime sıcaklıklar düşmekte ve buharlaşma sıcaklığı aşağılara çekilmektedir. Buharlaştırmanın kolay yapılabilmesinin yanında elde edilen buharın kaplanmak istenen altlık yüzeyine transferi için de düşük yoğunluklu ortama ihtiyaç duyulur. Aksi takdirde buharlaşan parçacıklar atmosfer içindeki gaz parçacıklarıyla çarpışarak ortam içinde yoğuşacaklardır. Bu sebeple düşük basınç ya da yüksek vakum bu tür teknikler için zorunluluktur. Kimyasal buhar yoğuşturma tekniklerinde ise ortamdaki gazın bileşenlerinden bazıları altlık yüzeye çarptığında kimyasal reaksiyona uğramakta ve reaksiyon ürünü altlık yüzeye yoğunlaşmaktadır. Kısacası yoğuşma için itici güç kimyasal enerjidir. Bu nedenle kimyasal yoğuşturma işlemlerinde yüksek derecede vakuma ihtiyaç duyulmaz (Keleşoğlu, 2011).
24
3.1. Kaplamada Kullanılan Termal Spray Yöntemleri
Termal sprey kaplama yöntemi eski bir teknoloji olup 1900’lü yılların başında tamir amacıyla kullanılmaya başlanmıştır (Sert, 2007). Termal sprey kaplama yöntemi ilk defa endüstride Reinecke tarafından 1939 yılında kullanılmıştır ve bundan sonra Amerikan şirketleri tarafından geliştirilmiştir (Tafralı, 2006).
Bu yöntem erimiş kaplama malzemesinin çalışma parçası üzerine biriktirilmesi suretiyle oluşturulan bir kaplama yöntemidir. Kaplama malzemesi ince partiküller şeklinde (5-200µ) bir tabancada eriyerek püskürtülür. Hızlı bir gaz bulutu malzemeyi kaplanacağı karşı yüzeye taşır ve sonra partiküller hızlıca katılaşır. Partiküller yüzeye mekanik, kimyasal veya metalurjik olarak bağlanır. Bütün partiküllerin aynı anda ısıtılması sebebiyle hepsi aynı sıcaklıkta ısınmamakta ve bu nedenle kaplamada boşluk ve oksitler meydana gelebilmektedir. Bu sorunlar seçilen kaplama yöntemine ve işlem parametrelerine bağlı olarak değişmektedir (Sert, 2007).
Püskürtme yöntemleri amacına uygun olarak iki kategoriye ayrılabilir. Bunlar; Düşük enerjili ve Yüksek enerjili yöntemlerdir. Düşük enerjili yöntemler elektrik ark ve alev püskürtme yöntemleridir ve enerjinin düşük olması sebebiyle kaplamada bazı poroziteler meydana gelmektedir. Poroziteli yapı kaplamadaki gerilimin az olması, kalın kaplamalarda ara yüzeyden kopma riskinin az olması ve yatak malzemelerinde yağlama özelliğinin olması gibi özellikleri sebebiyle kullanım alanları bulmaktadır. Aynı zamanda korozyonun ara yüzeye etkimesi için ilerleyişinde porozite engel olarak da karşı koyabilir. (Şahin, 1996; Tafralı, 2006).
Daha düşük porozite ve yüzeye iyi bir yapışma yüksek enerjili yöntemler ile elde edilir. Bu yöntemde bağ kuvvetleri oldukça yüksektir ve en iyi sonuç için kaplanacak iş parçasının temizliğine ve pürüzlülüğüne dikkat edilmesi gerekir. Isıl püskürtme ile elde edilen kalınlıklar genel olarak 0,025 - 3 mm arasındadır (Tafralı, 2006).
Termal sprey kaplama yöntemleri genellikle havayla temas halinde veya hava atomizasyonu kullanılarak gerçekleşmektedir. Püskürtme sırasında kimyasal etkileşimler ve oksitlenme metalik partiküllerin yüzeylerinde oluşur (Sert, 2007).
Küçük küreler altlık yüzeyine hızla çarparak soğurlar ve yassılaşarak yüzeyde lamelsi tane yapılarının oluşmasına sebep olurlar. Bağ mukavemeti üzerinde parçacık sıcaklığı, hızı, boyutu, altlık malzemesinin sıcaklığı ve yüzey pürüzlüğünün etkisi vardır (Sert,2007).
25
Termal sprey kaplamalar farklı nedenlerden dolayı belirli oranlarda (% 0,025 - % 50) porozite içerirler. Erimemiş parçacıkların düşük çarpışma enerjisi, erimemiş partiküllerin açıdan dolayı neden olduğu gölgeleyici efektler, çekme ve stres oluşturan etkiler bu sebepler arasında sayılabilir. Kaplamalar bu sebeplerden dolayı altlık malzemesinden farklı fiziksel ve kimyasal özellikler göstermektedir (Sert, 2007).
3.1.1. Alev Püskürtme
En basit ve en ucuz yöntemlerin arasındadır ve kaplanacak malzemenin cinsine bağlı olarak tel, toz veya çubuk kullanılarak uygulanabilir. Düşük sermayeli yatırım, yüksek depozite oranı ve verimliliği, kullanım kolaylığı, düşük bakım maliyeti gibi özelliklere sahiptir. Tel alev püskürtme tekniğinde ergime sıcaklığı oksi-asetilen alev sıcaklığından düşük ve tel halinde üretilen bir metalin kaplanacak yüzeye püskürtülmesi ile kaplama işlemi yapılır. Toz alev püskürtme tekniğinde ise toz halinde üretilen kaplama materyali vakum yardımıyla oksi-asetilen alev içersine beslenir. Ergiyen partiküller altlık yüzeyine taşıyıcı gaz yardımıyla taşınır (Sert, 2007).
Alev püskürtme tekniğinde gerekli ısı yanıcı gazlar ile elde edilerek malzeme ergitilir. Yanıcı gaz olarak asetilen, propan veya hidrojen yakıcı oksijen ile kullanılır. Gaz karışımları sayesinde ergiyen püskürtme taneciklerinin hızları 30-150 m/sn arasındadır. Eğer kaplama malzemesi toz biçiminde ise aleve enjekte edilir ve burada ısıtılır. Sıcak gaz çıkışı ile iş parçası yüzeyine gönderilir. Tel veya çubuk biçimindeki kaplama malzemesi kullanıldığında ise alev içinde bir erime ucu oluşturulur ve buraya basınçlı hava püskürtülerek, partiküller iş parçasına doğru yönlendirilir (Sert, 2007).
26
Parçacıkların alevin merkez kısmı içinden veya dışından yol alarak kaplanacak yüzeye gelmesi durumunda yüzeyde uniform yapı oluşmaz. Dış kısımdan giden tanecikler, alevin merkezinden giden taneciklere göre daha yavaş hareket ederler ve sıcaklıkları daha düşüktür. Bu sebeple kaplamanın yapı ve gözeneklilik özelliklerinin uniform olması için kaplanacak yüzeyin ya da tabancanın hareket ettirilmesi gerekir (Sert, 2007).
Alev ile püskürtme yöntemi kullanılarak 25-30 Mpa bağlantı mukavemeti, % 10-15 boşluklu ve % 15’e kadar oksit bileşenli kaplamalar elde edilebilir. 3000°C’deki alev sıcaklığıyla tanecikler 2000°C’nin üstüne çıkartılabilir ve yaklaşık 100 m/sn hızla altlık üzerine gönderilebilir. Metalik teller rahatlıkla püskürtülürken seramik tellerde püskürtülebilir (Sert, 2007). Elde edilen metal kaplamadaki boşluk oranı püskürtme işleminden sonra yüzeye uygulanan ısıtma ile azaltılabilir. Ancak ısıtma sırasında esas malzemenin yüzey sıcaklığına dikkat etmek gerekir.
3.1.2. Elektrik Ark Püskürtme
Elektrik ark püskürtme yönteminde iki elektrot arasında bir ark meydana getirilir ve 4000 °C’nin üzerinde sıcaklıklara ulaşılmaktadır. Bu şekilde eriyen malzeme basınçlı hava yardımıyla ana malzeme üzerine gönderilir. Bu yöntem ile özellikle büyük ebatlı malzemeler üzerine kalın kaplamaların yüksek hızlarda biriktirilmesi sağlanır. Kaplama tertibatında kontrol ekipmanı, tel kaynağı, kompresör ve elektrik ark tabancası yer almaktadır (Sert, 2007).
Şekil 2.9. Elektrik ark sprey (URL-2, 2012).
Sabit akım güç kaynağı arkta açık devre 18-35 volt direk akım (150-800 A) sağlar. Elektrik ark püskürtme yönteminde kullanılan ark tabancasının püskürtme mesafesi
