Peo yöntemi ile AA2014 alaşımı üzerine h-BN/Al2o3 nanokompozit kaplamaların büyütülmesi; yapısal ve tribolojik özelliklerinin karakterizasyonu

Abstract

Alüminyum (Al) ve alaşımları, yüksek dayanım-ağırlık oranı, iyi döküm özelliği ve düşük termal genleşme özelliklerinden dolayı otomotiv ve havacılık sektöründe önemli bir yere sahiptir. Al ve alaşımları üzerinde doğal olarak oluşan pasif oksit tabakası onları aşınma ve korozyona karşı korumasına rağmen bu karakteristik özellikleri agresif çevrelerde çokta yeterli olmamaktadır. Birçok yüzey iyileştirme işlemleriyle Al ve alaşımlarının aşınma özellikleri arttırılarak uygulama alanları genişletilmektedir. Bu işlemler arasında plazma elektrolitik oksidasyon (PEO) yöntemi kullanılarak büyütülen Al2O3 kaplamalar Al ve alaşımlarının aşınma ve korozyon özellikleri üzerinde önemli katkılar sağlamaktadır. Bununla birlikte sert seramik Al2O3 tabakasının yüksek abrazif aşınma davranışından dolayı aşınma oranındaki hızlı artış bu kaplamalar için ciddi bir dezavantaj oluşturmaktadır. Bu çalışmada, AA2014 alaşımının tribolojik özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla, PEO yöntemi kullanılarak katı yağlayıcı özelliğe sahip h-BN nanopartiküller içeren bir elektrolit içerisinde Al2O3/h-BN nanokompozit kaplamalar büyütüldü. Kaplamalar parametrelerinin farklı seviyelerinde TaguchiL9(34) deney tasarımı yöntemine göre büyütüldü. Al2O3/h-BN nanokompozit kaplamaların kalınlıkları girdap akımlarıyla, yapısal özellikleri XRD, SEM-EDS, atmosfer şartlarındaki tribolojik özellikleri pin-on-disk aşınma testi ile tespit edildi. Sonuçlar PEO yönteminde kullanılan gerilim, görev döngüsü, frekans parametrelerinin ve nanopartikül miktarının sürtünme katsayısı ve aşınma oranı üzerinde bağıl etkiye sahip olduğunu gösterdi. Doğrulama deneyleri sonrası en düşük sürtünme katsayısı 0.23 ile 420/-100V, 1000 Hz, %20 görev döngüsü ve 8 g/L nanopartikül miktarında, en düşük aşınma oranı ise 7.79x10-5 mm3/Nm ile 420/-100V, 1000 Hz, %10 görev döngüsü ve 12 g/L nanopartikül miktarında büyütülen kaplamalardan elde edildi.Anahtar kelimeler: AA2014, PEO, h-BN, Katı yağlayıcı, Aşınma, Sürtünme katsayısı

Aluminium and its alloys have an important role in automotive and aerospace industries, because of their high strength to weight ratio, good castability and low thermal expansion coefficient. Despite passive oxide layer that forms naturally on Al and its alloys preserve their relatively shorter against wear and corrosion, the properties of this characteristic is hardly inadequate in aggressive environment. Many surface treatment techniques enhance the wear properties of Al and its alloys and their application areas can be extended. Among these techniques, the Al2O3 coatings deposited by using Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) process provides significant contribution on the wear and corrosion properties of the Al and its alloys. However, it is a serious disadvantage for this coatings due to the high abrasive wear behaviour and increasing rapidly in the rate of wear of Al2O3 layer.In this study, Al2O3/h-BN nanocomposite coatings were deposited by using PEO process in an electrolyte containing h-BN nanoparticles that have solid lubricating properties with the aim of improving the tribological properties of the AA2012 alloy. The coatings were deposited at different levels of the parameters according to the Taguchi L9(34) experimental design method. Thicknesses and structural properties of Al2O3/h-BN nanocomposite coatings were determined by eddy currents, XRD, SEM-EDS respectively, tribological properties in atmospheric conditions were determined by pin-on-disc wear test. The results showed that the voltage, duty cycle, frequency parameters used in the PEO process and the amount of nanoparticles were provided regarding the relative effect of friction coefficient and wear rate. It was determined that the lowest friction of coefficient and wear rate were 0.23 and 7.79x10-5 mm3/Nm for coatings deposited at 420/-100V, 1000 Hz, %20 duty cycle and 8 g/L of nanoparticles and at 420/-100V, 1000 Hz, %10 duty cycle and 12 g/L of nanoparticles, respectively.Keywords: AA2014, PEO, h-BN, Solid lubricant, Wear, Friction coefficient