Plazma elektrolitik oksidasyon (PEO) işlemi uygulanmış alüminyum alaşımlarının yapıştırma bağlantılarında yapısal ve mekanik özelliklerin incelenmesi

Abstract

Havacılık ve uzay araçları, ulaşım araçları, biyomedikal ve spor ekipmanları gibi birçok farklı alanda çeşitli bağlantı elemanları kullanılmaktadır. Son zamanlarda yapıştırıcılar alternatif bağlantı yöntemi olarak öne çıkmakta ve birçok yapıştırma işleminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yapıştırıcıların yaygın olarak kullanılması, farklı bilimsel çalışmaların bu alanda yoğunlaşmasına yol açmıştır. Bu amaçla çalışmamızda, Al2024-T3 alaşımı üzerine plazma elektrolitik oksidasyon (PEO) yöntemiyle farklı parametrelerde büyütülen kaplamaların yapıştırma bağlantılarındaki mekanik özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. İlk aşamada yapıştırma bağlantılarının oluşturulabilmesi için kalıp üretimi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra yüzeylerine ön işlemlerin uygulandığı alüminyum alaşımları üzerinde üç grup olacak şekilde farklı parametrelerde PEO yöntemiyle kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Kaplama işleminden sonra numunelerin yapıştırma bağlantıları (SLJ) oluşturulmuştur. Kaplamasız ve kaplanmış numunelerin, yapısal ve mekanik analizleri XRD, AFM, SEM, EDS, Scratch(Çizik) testleri ile yapılmıştır. Sonra ki aşamada ise yapıştırma bağlantılarına çekme ve üç nokta eğilme mekanik testleri uygulanmış ve oluşan kırılma yüzeyleri ile birlikte sonuçlar incelenmiştir. Kaplamaların yapısal analizleri sonucunda numunelerde α-Al2O3 ve γ-Al2O3 fazlarının oluştuğu görülmüştür ve bu fazların yoğunluklarının kaplama parametrelerinden azda olsa etkilendiği gözlenmiştir. Kaplama neticesinde yüzeyde porlu bir tabakanın elde edildiği ve yüzey pürüzlülüğünün kaplama parametreleriyle değiştiği gözlenmiştir. Kaplama parametrelerinden frekans, voltaj ve elektrolitik çözeltisinin fazların yoğunluklarına ve yüzey pürüzlülüğünde değişimlere sebep olduğu belirlenmiştir. En porlu yüzey alüminat içerikli elektrolitik çözeltisinde ve 650 V şartlarında kaplanmış Grup 2 kaplamalarda görülmüştür. Mekanik testler sonucunda çekme ve eğilme mukavemeti en yüksek kaplamasız SLJ numunelerde, daha sonra sırasıyla kaplanmış SLJ 2, SLJ 3 ve SLJ 1 numunelerinde elde edilmiştir. Al2024-T3 alaşımına uygulanan kaplama işleminin malzemenin yüzey özelliklerini değiştirdiği gözlenmiştir. Kaplama işleminin yapıştırma bağlantıları üzerinde etkisi ise, kaplamasız SLJ numunelerinin, kaplanmış SLJ 1, SLJ 2 ve SLJ 3 numunelerine göre daha iyi mekanik özellik gösterdiği şeklinde tespit edilmiştir. Bu durum kaplama neticesinde yüzeylerin pürüzlü olması ve bu sebeple yüzeyin hidrofilik özelliğinin azalmasından kaynaklanmaktadır. Ayrıca kırılma yüzeyleri incelendiğinde, buna etken olan en önemli sebepler arasında yapıştırıcının kaplama yüzeyiyle uyumlu bir yapı göstermemesi, pürüzlü yüzeyler arasına iyi nüfuz etmemesi (yerleşmemesi) ve yapıştırıcının uygulama sırasında yeterli akıcılığa sahip olmaması şeklinde ifade edilebilir.

Various bonding elements are used in many different areas such as aviation and space vehicles, transportation vehicles, biomedical and sport equipment. Recently, adhesives have come to the forefront as an alternative bonding method and are widely preferred in many bonding processes. Common use of adhesives attracted many others to study on this subject. In this study, it was aimed to investigate the mechanical properties at the bonding joints of coatings that are grown in different parameters on Al2024-T3 alloy by Plasma Electrolytic Oxidation (PEO). At the first stage, mold was produced so that the adhesive connections could be carried out. Then, the coating process was performed by PEO method in different parameters, in three groups, on the materials on which pre-treatment was applied. After the coating process, the adhesive joints (SLJ) of the samples were performed. Structural and mechanical analysis of uncoated and coated samples were performed with XRD, AFM, SEM, EDS and Scratch tests. In the next stage, tensile and three-point bending mechanical tests were applied to the adhesive joints and then appeared fracture surfaces and the results were examined. As a result of the structural analysis of the coatings, it was observed that α-Al2O3 and γ-Al2O3 phases were formed in the samples and the densities of these phases were slightly affected by the coating parameters. As a result of the coating, a porous layer was observed on the surface and the surface roughness changed by depending on the coating parameters. It has been determined that the frequency, voltage and electrolytic solution of the coating parameters cause changes in the densities of the phases and surface roughness. The most porous surface was observed in the electrolytic solution containing aluminate and in Group 2 coatings coated at 650 V conditions. As a result of the mechanical tests the highest tensile and flexural strengths were obtained in the uncoated SLJ samples, that was followed by the coated SLJ 2, SLJ 3 and SLJ 1 samples, respectively.It was observed that the coating process applied to the Al2024-T3 alloy changes the surface properties of the material. The effect of coating on the bounding joints was observed as uncoated SLJ samples had better mechanical properties compare to the coated SLJ 1, SLJ 2 and SLJ 3 samples. This was because of the reduced hydrophilic effect of the rough surfaces which was caused by coating process. Additionally, it could be stated that the most important reasons for this, following the fracture surface examination, are the adhesive did not have a compatible structure with the coating surface, it did not penetrate well between the rough surfaces (not settling), and it did not have sufficient fluidity during application.