Soğuk gaz dinamik sprey teknolojisiyle hasarlı alüminyum yüzeylerin onarımının araştırılması

Abstract

Son yıllarda soğuk gaz dinamik püskürtme teknolojisi ile ilgili endüstriyel ve akademik çalışmalarda önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Geleneksel termal sprey teknolojileri ile karşılaştırıldığında çalışma sıcaklıklarının oldukça düşük olması, oksidasyon oluşumunu azaltması, faz dönüşümü olmaması ve daha düşük termal gerilme oluşumu gibi önemli avantajları vardır. Soğuk gaz dinamik sprey teknolojisi kaplama uygulamalarında oldukça fazla kullanılmaktadır. Ayrıca mühendislik malzemelerinin üretimi sırasında veya çalışma şartlarında meydana gelen hasarların, kusurların ve çatlakların onarım uygulamalarında da kullanılmaktadır. Özellikle parça maliyetlerinin çok yüksek olduğu havacılık ve otomotiv gibi sektörlerde onarım uygulamalarının önemi büyüktür. Bu çalışmada özellikle havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılan Al6061 ve Al7075 alaşımlarının hasarlı yüzeylerinin Al-Zn-Al2O3, Ni-Zn-Al2O3, Ni-Al2O3, Zn-Al2O3 ve Al-Al2O3 tozları kullanılarak soğuk gaz dinamik sprey yöntemi ile onarımı araştırılmıştır. Onarılan numunelerin mikroyapı, tribolojik ve mekanik özellikleri incelenmiş ve hasarsız numuneler ile karşılaştırılmıştır. Mikroyapı incelemeleri için optik mikroskop, Alan Emisyonlu Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) ve Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi (EDS) analizleri kullanılmıştır. Numunelerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi için mikrosertlik ölçümleri ve çekme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Numunelere küre-disk aşınma deneyleri yapılarak tribolojik özelikleri belirlenmiştir. Onarılan bölgelerde yoğunluğu yüksek, boşluk ve çatlak içermeyen yapılar elde edilmiştir. Özellikle Ni-Al2O3 tozları kullanılarak onarılan bölgelerde mikrosertlik ve tribolojik özelliklerde önemli artışlar elde edilmiştir. Ni-Al2O3 ile tamir edilen bölgenin mikrosertlik değeri Al6061'den yaklaşık 2 kat ve Al7075'ten yaklaşık 1,3 kat daha yüksektir. Ayrıca Ni-Al2O3 ile tamir edilen bölgelerde aşınma direnci Al6061'e göre yaklaşık 9 kat ve Al7075'e göre yaklaşık 7,1 kat artmıştır. Çekme testleri sonucunda elde edilen akma dayanımı değerleri hasarsız numunelere göre yaklaşık olarak %9-13 azalmıştır.

In recent years, significant progress has been made in industrial and academic studies on cold gas dynamic spray technology. Compared to traditional thermal spray technologies, it has significant advantages such as lower operating temperatures, reduced oxidation formation, no phase transformation and lower thermal stress formation. Cold gas dynamic spray technology is widely used in coating applications. It is also used in repair applications of damages, defects and cracks that occur during the production of engineering materials or in working conditions. Repair applications are of great importance, especially in industries such as aviation and automotive, where part costs are very high. In this study, the repair of damaged surfaces of Al6061 and Al7075 alloys, which are widely used in the aviation industry, by using Al-Zn-Al2O3, Ni-Zn-Al2O3, Ni-Al2O3, Zn-Al2O3 and Al-Al2O3 powders by cold gas dynamic spray method was investigated. The microstructure, tribological and mechanical properties of the repaired samples were examined and compared with the undamaged samples. Optical microscope, Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) and Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) analyzes were used for microstructure investigations. Microhardness measurements and tensile tests were carried out to determine the mechanical properties of the samples. Tribological properties were determined by performing pin-on-disc wear tests on the samples. Structures with high density, no voids and cracks were obtained in the repaired areas. Especially in the repaired areas using Ni-Al2O3 powders, significant increases in microhardness and tribological properties were obtained. The microhardness value of the area repaired with Ni-Al2O3 is approximately 2 times higher than Al6061 and approximately 1.3 times higher than Al7075. In addition, in the areas repaired with Ni-Al2O3, the wear resistance increased approximately 9 times compared to Al6061 and approximately 7.1 times compared to Al7075. The yield strength values obtained as a result of the tensile tests decreased by approximately 9-13% compared to the undamaged samples.