Al-Mg and Al-Mg-Zn alaşımlarının iki farklı elektrolit içerisinde mikro ark oksidasyon yöntemi ile kaplanması

Abstract

Bu çalışmada, alaşım elementi olarak çinkonun Al-Mg alaşımlarının yüzeyinde MAO ile sentezlenen seramik bazlı kaplamalara etkisi araştırılmıştır. Öncelikle kontrollü atmosferde indüksiyon yöntemi ile ergitilip bakır kalıba dökülerek Al, Al-Mg (atomik % 2 Mg) ve Al-2Mg-Zn (atomik % 3, 6, 9, 12, 15 Zn) alaşımları hazırlanmıştır. Karakterizasyonları yapıldıktan sonra bu altlıklar silikatlı ve alüminatlı iki farklı elektrolit içersinde sabit voltaj ve akımda 20 dakika süreyle MAO yöntemi ile kaplanmıştır. Kaplanan numuneler X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılım spektrometresi (EDS), girdap akım test cihazı, mikrosertlik cihazı ve yüzey pürüzlülüğü test cihazı kullanılarak karakterize edilmiştir. Her iki elektrolit içerisinde sentezlenen kaplamaların faz bileşimleri birbirine benzerdir. Saf alüminyum ve Al-2Mg yüzeyinde oluşturulan kaplama Al ile -alümina ve -alümina'dan oluşmaktadır. % 6 Zn'ya kadar Zn içeren Al-Mg-Zn alaşımları yüzeyinde oluşturulan kaplamalar Al ile -alümina fazından oluşmakta, % 9 Zn ve üzerinde Zn içeren Al-Mg-Zn alaşımlarında ise ZnO fazı da bulunmaktadır. Ayrıca alüminatlı elektrolit içerisinde kaplanan Al-2Mg-15Zn numunesinin yüzeyinde ZnAlO fazı da oluşmuştur. Silikatlı elektrolit içerisinde 90-110 µm, alüminatlı elektrolit içerisinde ise 18-38 µm kalınlıkta kaplamalar elde edilmiştir. Altlıktaki alaşım elementi içeriğinin değişimi ile kaplama kalınlıklarında önemli bir değişiklik meydana gelmemiştir. Silikatlı elektrolit içerisinde oluşan kaplamlar süngerimsi, gözenekli, alüminatlı elektrolit içerisinde oluşan kaplamalar ise krater yapısına benzer ve homojen dağılmış dairesel gözeneklerden oluşan yüzey morfolojisine sahiptir. Tüm numunelerin yüzey pürüzlülüğü değerleri, MAO ile kaplama sonrası kaplama öncesine göre daha yüksektir. Yüzey pürüzlülüğündeki artış silikatlı elektrolit ile kaplanan numunelerde çok daha belirgindir. En yüksek kaplama sertlik değeri (2098 HV) silikatlı elektrolit içerisinde kaplanan saf aluminyum yüzeyinde elde edilmiştir. Alaşımların yüzeyinde alüminatlı elektrolit içerisinde oluşturulan kaplamaların sertliği silikatlı elektrolit içerisinde oluşturulanlardan daha yüksektir.

In this study, the effect of zinc as an alloying element on the ceramic-based coatings synthesized by MAO on the surface of Al-Mg alloys was investigated. First, Al, Al-Mg (atomic 2% Mg) and Al-2Mg-Zn (atomic 3, 6, 9, 12, 15 % Zn) alloys were prepared by induction melting in a controlled atmosphere and casting into copper mold. After their characterization, these substrates were coated by MAO method in silicate and aluminate electrolytes at constant voltage and current for 20 minutes. The coated samples were characterized using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), energy dispersion spectrometer (EDS), eddy current tester, microhardness tester and profilometer. The phase contents of the coatings synthetized in both electrolytes are similar. The coating formed on the surface of pure aluminum and Al-2Mg consists of Al and -alumina and -alumina. Al-Mg-Zn alloys containing up to 6 % Zn are composed of Al and -alumina phases while Al-Mg-Zn alloys with 9 % and more Zn contains also ZnO phase. ZnAlO phase was also evident on the surface of Al-2Mg-15Zn sample coated in aluminate solution. The coating thicknesses obtained were 90-110 µm and 18-38 in sodium silicate solution and aluminate solution respectively. There was no significant change in coating thicknesses with the change of alloy element content in the substrates. Sponge-like, porous coating morphology formed in silicate electrolyte while crater like with homogeneously distributed circular pores coating morphology formed in aluminate electrolyte. Surface roughness values of all coated samples are higher than those of substrates before MAO. The increase in surface roughness was much more pronounced for the samples coated in silicate electrolyte. The highest coating hardness value (2098 HV) was obtained on the surface of pure aluminum coated in silicate solution. The hardness values of the coatings formed in the aluminate solution are higher than those of formed in the silicate solution.