Seramik- metal soğuk birleştirmeler ve performanslarının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, yüksek oranda aşınma ve deformasyona neden olan gerilmelere maruz metalik malzemelerin, yüksek aşınma dayanımı ve/veya deformasyon direncine sahip seramiklerle makro düzeyde kaplanması suretiyle kullanım ömürlerinin arttırılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda, ön testlerde metal olarak orta karbonlu çelik ve ileri teknoloji seramiğini simüle edecek şekilde kolay temin edilebilen yapı mozaiği (betebe) kullanılmıştır. Yapıştırma optimizasyonu yapıldıktan sonra ise teknoloji seramiklerinden silisyum nitrür (Si3N4) altıgen şekilli olarak tasarlanarak üretilmiş ve metal üst yüzeyine soğuk birleştirme teknikleri kullanılarak yüksek tutunma kabiliyetine sahip olacak şekilde montaj edilmiştir. Kovalent yapısı ile yüksek mukavemet sağlayan Si3N4`ün düşük sıcaklıklarda ötektik oluşturan Al2O3, SiO2 ve MgO oksit sinter katkısı ile karıştırılmış ve tek yönlü olarak preslendikten sonra sıvı faz sinterlemesi yapılmıştır. Seramiklerin metal üst yüzeyine birleştirme işlemi olarak oda sıcaklığında değişik bağlayıcıların kullanıldığı yapıştırma teknikleri uygulanmıştır. Çeşitli parametrelerin yapışma mukavemetine etkileri incelenmiştir. Bu amaca yönelik olarak bağlantıların mukavemetleri hazırlanan bir düzenekle bilgisayar kontrollü Dartec çekme cihazı ile üç nokta eğme testleri yapılarak ölçülmüştür. En iyi yapışma dayanımı gösteren numuneler 150 grid`lik SiC zımpara kâğıdı ile parlatma işlemi yapılmış yüzeylerde Pattex Rapid Universal sıvı yapıştırıcı kullanılarak ve dikey yüzey morfolojisinde oda sıcaklığında gerçekleşen bağlantılarda elde edilmiştir. Bu değerden farklı yüzey pürüzlülüğü değerleri daha zayıf bağlantı dayanımı göstermiştir.

The aim of this work was to produce a layer of ceramic on to the metal surface like macro-coatings with using thick ceramic plates in order to increase the life of the metal?s parts. Low carbon steel was used for substrate material. The macro-coatings were firstly carried out using building ceramics (betebe) for the optimising of the adhesive joints before using silicon nitride (Si3N4) plates. The ceramic plates were produced in the form of a thick hexagonal shape and laid down on top of the relatively thicker metal sheet like a honeycomb structure. Adherence was achieved with the cold resin type adhesives. Bonding behaviour of the joints and their strength were measured using three point bending tests. Series of tests were carried out in order to optimise the joints performance. The factors affecting the adherence of the parts, like a type of the adhesive used, surface topography and geometrical features of the bond surfaces were studied. After optimising the type of the adhesive, the other most important factors were the surface topography and roughness, both of which played important roles on the strength of the joints.