Seramik ve metal esaslı plazma sprey kaplamaların aşınma davranışları

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler: Kaplama, Plazma Sprey, Sürtünme, Aşınma Bu çalışmada, plazma sprey yöntemiyle üretilen seramik ve metal esaslı kaplamaların aşınma davranışlarının tesbiti hedeflenmiştir. Bu amaçla: AISI 1020 ve AISI 304 ana malzemeleri manuel ve robotik plazma sprey yöntemleri kullanılarak METCO firmasının ürettiği WC-Co, Cr203-Si02, MgZr03, A1203, A1203-Tİ02, Cr3C2-NiCr, NiCrAl ve NiAl tozlan ile kaplanmıştır. Elde edilen kaplamaları karekterize etmek amacıyla x-ışınlan difraksiyon analizi, optik ve taramalı elektron mikroskopları (SEM) ile yapılan metalografik inceleme, kaplama kalınlıklarım ölçme, sertlik deneyleri, porozite tayini ve yüzey pürüzlülüğü ölçümleri yapılmıştır. Karekterizyonu yapılmış kaplamalara daha sonra kayma aşınması ve erozyon testleri uygulanmış ve böylece üretilen kaplamaların sürtünme ve aşınma davranışları hakkında bilgi edinilmiştir. Yapılan karekterizasyon çalışmaları sonucunda, x-ışınları difraksiyon analiziyle kaplama işlemi esnasında çoğu kaplama malzemelerinde yüksek plazma sıcaklığı nedeniyle kristalografik dönüşümlerin meydana geldiği tesbit edilmiştir. Metalografik çalışma sonucu kaplama tabakalarının lamelli ve yassı bir yapıya sahip olduğu; oksit, boşluk, ergimemiş partikül ve inklüzyon içerdiği görülmüştür. Sertlik ölçümleri, seramik esaslı kaplamaların metalik kaplamalara ve ana malzemelere göre oldukça yüksek sertlik değerlerine sahip olduğunu göstermiştir. Kaplamaların değişik oranlarda porozite içerdiği yapılan deneylerden anlaşılırken; yüzey pürüzlülük ölçümleri, kaplamaların son bir yüzey bitirme işlemine gereksinim duyacak kadar yüzey pürüzlülüğüne sahip olduklarım göstermiştir. Kaplamalara kayma aşınması ve erozyon deneyleri uygulanarak relativ aşınma hızlan ölçülmüştür. Buna göre, kayma aşınması deneylerinden sırasıyla A1203, MgZr03, Cr203-Si02, WC-Co ve NiAl kaplamalarda aşınma dayanımının düştüğü uygulanan yük ve kayma mesafesine bağlı olarak tespit edilmiştir. Aşınma esnasmda kaplama yüzeylerinde kırılma olayının meydana geldiği, aşınma yüzeylerinin taramalı elektron mikroskobu incelemelerinden anlaşılmıştır. Diğer yandan erozyon deneylerinden elde -edâen sonuçlara göre: artan partikül çarpma açısı A1203, Al203-Ti02 ve Cr3C2-NiCr gibi seramik esaslı kaplamalarda erozyon hızım artırırken; NiCrAl ve NiAl metal esaslı kaplamalarda ise düşürmüştür. Aşındıncı miktarının artmasıyla her iki tip kaplamada da erozyon hızı artmıştır. Aynca aratabaka uygulamasının ve nispeten yüksek kaplama kalınlıklarının, A1203 kaplamada erozyon hızım düşürdüğü belirlenmiştir. XI

WEAR BEHAVIOURS OF PLASMA-SPRAYED CERAMIC AND METALLIC COATINGS Keywords: Coatings, Plasma Spraying, Friction, Wear SUMMARY Surface coatings have become the subject of many research works and patents, since they have found extensive application with considerable economic merits in the national economy. In order to produce surface coatings, there are many types of coating techniques such as physical and chemical vapour deposition, sol-gel and thermal spraying,etc. Plasma spraying is the best known thermal coating method. Plasma spraying technique has been practised for more than 30 years. In plasma spraying, powdered coating material is carried through an inert gas stream into an atmospheric or a low pressure plasma. Any coating thickness is feasible. Plasma generating equipment is available over a wide range from microplasma (1-10 A) to mechanised plasma (100-400 A). Plasma sprayed coatings have a microstructure that is often described as being of lamellar morphology. The structure is formed the repeated deposition of molten and semi-molten particles. The using aim of plasma sprayed coatings for tribological applications is to increase the wear resistance of the surface material and to modify its frictional behaviour. In order for a dense, strong coating to enhance the tribological properties of a substrate, it must remain firmly attached to the substrate and wear must occur within the coating rather than by its detachment from the substrate. In this study, wear and erosion behaviours of WC-Co, MgZr03, Cr203-Si02, A1203, Al^CyTiC^, Cr3C2-NiCr, NiCrAl and NiAl ceramic and metallic coatings on AISI 1020 and AISI 304 steels were investigated for different experimental and coating parameters. The tests given below were firstly performed on coatings for characterizing of different properties: XII