Tez No |
İndirme |
Tez Künye |
Durumu |
335680
|
|
Akımsız Ni-B-MO kaplamaların abrazif ve korozif özelliklerinin incelenmesi / Investigation on the abrasive and corrosive characteristics of electroless Ni-B-MO platings
Yazar:İHSAN GÖKHAN SERİN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ALİ GÖKŞENLİ
Yer Bilgisi: İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme ve İmalat Bilim Dalı
Konu:Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin:
|
Onaylandı
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
0 s.
|
|
Makine mühendisliği alanındaki hasar doğurucu faktörlerin en önemlileri aşınma, yorulma ve
korozyondur. Makine parçalarının hasar görüp işlev görememesine sebebiyet veren bu
faktörlerle mücadele etmek için yüzey mühendisliği başlığı altında bir dizi iyileştirme
işlemine gidilir. Yüzey mühendisliği, mühendislik bileşenlerinin yüzeylerinin işlevlerini
iyileştirmek ve servis ömürlerini artırmak amacıyla gerçekleştirilen çok disiplinli bir
faaliyettir. Yüzey mühendisliği başlığı altındaki lazer ile eritme, bilya ile sertleştirme,
karbürleme, nitrürleme, akımsız kaplama ve kimyasal buhar biriktirme gibi işlemlerle
malzemelerin korozyon dayanımları, aşınma dirençleri, yorulma dayanımları, tokluk
dayanımları, elektronik ve elektriksel özellikleri artarken, sürtünme enerjisi kayıpları azalır.
Yüzey mühendisliğinin malzemeye bir yüzey tabakası veya kaplama ekleyen yöntemlerinden
biri olan akımsız nikel kaplamalar parçanın şekil ve boyutlarından etkilenmeksizin her yerde
eşit kalınlıkta kaplama oluşturulabilmesi, istenilen kalınlıkların kontrol edilebilmesi, kaplama
sertliğinin ilave metal ile değiştirilebilmesi, düşük işçilik maliyeti, farklı mühendislik
malzemelerine uygulanabilmesi, otokatalitik reaksiyon oluşumu gibi özellikleri ile öne çıkan
bir yüzey sertleştirme yöntemidir. Akımsız nikel kaplamalar, otomotivden havacılığa,
elektrik-elektronikten müzik enstrümanlarına geniş bir alanda yüksek korozyon dayanımı ve
yüksek aşınma dayanımı sağlamak amacıyla tercih edilmektedir.
Akımsız nikel kaplamalar; nikel kaynağı, indirgeyici, dengeleyici, kompleks oluşturucu ve
enerji kaynağının mevcudiyetindeki banyolara kaplanacak malzemenin yerleştirilmesi ile
gerçekleştirilir. Akımsız nikel kaplamaların nikel-bor, nikel-fosfor ve dubleks kaplama
şeklinde çeşitleri mevcuttur. Kaplama banyosuna tungsten, bakır ve molibden gibi ilave
metallerin ilavesi ile akımsız kaplamaların çeşitleri artırılabilir.
Bu çalışma kapsamında gelişmekte olan akımsız nikel kaplama yönteminde St 37 çeliği altlık
malzemesinin üzerine Nikel-Bor-Molibden kaplamalar yapılmış ve bu kaplamaların
özellikleri incelenmiştir. Farklı sıcaklıklarda tavlanmış olan numuneler ile sıcaklığın
kaplamanın korozif ve aşınma özelliklerini nasıl değiştirdiği gözlemlenmiştir. Ergime
sıcaklığı ve dayanımı oldukça yüksek olan bir element olan molibdenin Nikel-Bor
kaplamaların özelliklerini olumlu ya da olumsuz nasıl değiştirdiği gözlemlenmeye
çalışılmıştır. Molibdenin daha önce nikel-bor kaplamalarda alaşım elementi olarak
kullanıldığı bir çalışma bulunmadığı için elde edilen veriler oldukça önemlidir.
Bu tez çalışması toplamda sekiz bölümden oluşmaktadır. Her bölüm kısaca özetlenecek
olursa;
Birinci bölümde, çalışmanın amacı, kapsamı, gerçekleştirilecek deneyler ve elde edilmesi
beklenen sonuçlar hakkında kısaca bilgiler verilmiştir.
İkinci bölümde, yüzey sertleştirme işlemleri hakkında bilgi verilmiştir. Literatürdeki işlemler
yüzeyin metalürjisini değiştiren yöntemler, yüzeyin kimyasını değiştiren yöntemler ve bir
yüzey tabakası veya kaplama ekleyen yöntemler olarak sınıflandırılmış ve her kategorideki
yüzey sertleştirme işlemine örnekler verilmiştir. Yüzey metalürjisini değiştiren yöntemlerden
indüksiyon ve lazer sertleştirmesi, yüzey kimyasını değiştiren yöntemlerden karbürleme
borürleme, nitrürleme, karbonitrürleme gibi yöntemler, bir yüzey tabakası veya kaplama
ekleyen yöntemlerden de akımsız kaplama, giydirme ve püskürtme uygulamaları uygulama
sıcaklıkları, süreleri ve altlık malzemeleri ile tüm proses detaylarıyla birlikte açıklanmıştır.
Üçüncü bölümde, akımsız nikel kaplamanın; kaplanacak malzemenin boyutlarından
etkilenmeksizin her yerde eşit kalınlıkta kaplama yapabilmesi, istenilen kaplama
kalınlıklarının kontrol edilebilmesi, ucuz işçilik maliyeti, farklı malzeme çeşitlerine
uygulanabilirliği, aşınma ve korozyon dayanımlarında sağladığı artış gibi avantajlarından
bahsedilmiştir. Ayrıca kaplamalarda kullanılan kimyasalların maliyeti, yavaş kaplama hızları
ve kaplamaların düşük kaynak kabiliyeti gibi akımsız nikel kaplamanın sınırları açıklanmıştır.
Ek olarak kaplama banyosunda nikel kaynağı, indirgeyici, dengeleyici, kompleks oluşturucu
olarak kullanılabilecek malzemeler belirtilmiş ve çalışma kapsamında bu malzemelerden
hangilerinin kullanıldığı açıklanmıştır. Bu bölümde son olarak kaplamaya etki eden faktörler
olan sıcaklık, ph değeri, kaplanacak toplam alan, kaplanacak malzeme cinsi, kaplama yüzeyi,
kaplama banyosunun yaşı gibi faktörler açıklanmış ve akımsız nikel kaplamanın hangi
alanlarda kullanıldığından bahsedilmiştir.
Dördüncü bölümde, akımsız nikel borun faz diyagramı hakkında bilgi verilmiş, kaplamanın
fiziksel özellikleri ve mekanik özelliklerine değinilip uygulama alanlarına örnekler
verilmiştir.
Beşinci bölümde, akımsız nikel-bor kaplamaya molibdenin eklenmesi ile ne gibi
değişikliklerin bekleneceği ve çalışmanın referans değer olarak hangi kaplamalar ile
karşılaştırılacağı hakkında bilgi verilmiştir.
Altıncı bölümde, kaplama işlemi ve kaplama sonrası gerçekleştirilen deneyler hakkında bilgi
verilmiştir. Bu bölümde öncelikle deney numuneleri olan St 37 çeliğinden imal edilmiş yarım
Charpy ve yarım polarizasyon numuneleri tanıtılmıştır. Banyo öncesi bu numuneler
yüzeyindeki yağ, kir ve pas gibi katışıkları uzaklaştırmak için gerçekleştirilen etil alkol ile
temizleme, trikloretilen çözeltisine daldırma, hidroklorik asit çözeltisinde dağlama
basamakları ayrı ayrı anlatılmıştır. Daha sonra banyo kurulumu ve banyoya eklenen çözeltiler
hakkında detaylı bilgi verilmiştir. Nikel banyosu, indirgeme çözeltisi ve dengeleyici
çözeltinin oluşturulmasında hangi kimyasallardan hangi sırada ve ne kadar kullanılması
gerektiği hakkında detaylı bilgi verilmiştir. Bu bölümün son kısmında çalışma kapsamında
gerçekleştirilen deneyler olan; kaplama kalınlığı ölçümü, kaplama sertliği ölçümü, ball on
disk mekanizmalı aşınma cihazında sürtünme katsayısı tayini, profilometre yardımı aşınma
izinin özelliklerinin tayini, taramalı elektron mikroskobu ile kaplama yüzeyi görüntülenmesi,
x ışınları difraktometresi ile amorf yapıdan tanecikli iç yapıya geçişin başladığı sıcaklığın
tayini, hidroklorik asit ve sülfirik asit çözeltilerine batırılmış numunelerle korozyon dayanımı
tespitinde kullanılan daldırma deneylerinin hangi model cihazlarla ve yöntemlerle nasıl
gerçekleştirildiği hakkında bilgi verilmiştir.
Yedinci bölümde, altıncı bölümde açıklanmış olan deneylerden elde edilen sonuçlar
paylaşılmıştır. Ölçülen sertlik değerleri tablo halinde, aşınma testi sonuçları sürtünme
kuvvetini veren grafikler halinde, taramalı mikroskop sonuçları çeşitli büyütmelerdeki yüzey
fotoğrafları şeklinde, daldırma deneyi sonuçları ise günlük yapılan kütle kaybı ölçümlerinin
grafiğe dönüşmüş şekliyle sunulmuştur.
Sekizinci ve son bölümde çalışma kapsamında gerçekleştirilen deneyler sonucu elde edilen
veriler değerlendirilmiş ve molibdenin nikel-bor kaplamaların özelliklerine etkisi ve farklı
kaplama sıcaklığının nikel-bor-molibden kaplamalarının aşınma ve korozyon özelliklerini xix
nasıl değiştirdiği yorumlanmıştır. Çalışma sonucunda çok sert bir metal olmasına rağmen
molibdenin nikel-bor ve nikel-bor-tungsten kaplamara göre sertlik ve aşınma dayanımını
düşürdüğü gözlemlenmiştir. Molibdenli numunelerde meydana gelen aşınma mekanizmasının
adhezif olduğu kanaatine varılmıştır. Molibdenli kaplamaların korozyon dayanımında bir
miktar iyileşme gözlemlenmiş ancak bu iyileşmenin nikel-bor seviyesinde olmadığı
görülmüştür. En yüksek korozyon dayanımının 550 C de tavlanmış numunelerde elde edildiği
gözlemlenmiştir.
|
|
Abrasion, corrosion and fatigue are the most important factors that causing damage in the
mechanical engineering. There are some methods under the title of surface engineering in
order to strive the factors like mechanical parts suffering damage and halting functions.
Surface engineering is an extensive field of mechanical engineeing which can increase the
service life and regenerate surface condition of engineering materials. Procedures like shot
peeling, carburizing, nitriding, boriding, electroless plating and chemical vapour
decomposition under the head of surface engineering are used to enhance corrosion resistance,
abrasion resistance, fatigue strength, tuoghness strength, electrical characteristic and reduce
loss of frictional energy.
Electroless nickel plating which is a method in suface engineering to add a new layer or
coating to a material is a prominent way to surface hardening without chancing the spahe and
dimensions of component, creating a uniform coating, having a good control on the thickness
of coatings, chancing the hardness of coating by additional metals, having low labor cost,
being able to apply on vastly different materials and reacting auto catalytic. Electroless nickel
plating is prefered on wide range of use in both automative, aeronautics, electronic and
musical instruments in order to obtain high corrosion resistance and wear resistance.
This kind of coatings are implemented by housing the material that will be coated in a bath
which consist of the source of nickel, reduction solution, stabilizer solution and complex
former. Electroless nickel coating has types like Nickel-Boron, Nickel-Phosphorus and double
coating. Electroless nickel coating can be diversified by adding Tungten, Copper and
Molybdenum to the plating bath.
In this work, St 37 steel has been coated with Nickel-Boron-Molybdenum by using electroless
nickel plating technic and these coated materials have been observed. By applying different
heat treatments to the samples, variance of corrosive and wear properties of materials have
been observed. The impact of Molybdenum, is an element which has considerably high
melting point and toughness, has been observed if there is a positive or negative influence on
Nickel-Boron plating. The datas that have been acquired are substantially important because
of the fact that there has not been another study on Nickel-Boron plating using alloy element
as Molybdenum.
This thesis consists of eight chapters. In summarize;
In the first chapter, the purpose of the work, the experiments that will be performed and the
expected datas after experiments have been covered.
In the second chapter, there are informations about the process of surface hardening.
Treatments have been categorized as procedures that change the metallurgic properties of
surface, procedures that change the chemical proreties of surface and procedures that add a
surface layer or coating. The instances for every category have been given. Induction and xxii
laser peening which are procedures that change the metallurgic properties of surface,
carburizing, nitriding, boriding, carbonitriding which are procedures that change chemical
properties of surface and electroless plating, gladding, spraying which are procedures that add
a surface layer or coating are explained with heat, duration and supporting materials.
In the third chapter, having a uniform coating without being affected by the dimensions of
samples, low labor cost, applicability on different materials, increment of wear resistance and
corrosion resistance which are advantage of Nickel plating can be found in this chapter.
Furthermore the boundaries of Nickel plating like costs of chemicals that have been used in
platings, slow coating speed and low resource capability have been explained. Additively the
materials that can be used for Nickel source of bath, reduction solution, stabilizer solution,
complex former are explained. In this chapter lastly the factors that effect coating such as
heat, ph value, coating area, type of material, plating surface, the age of plating bath have
been explained and in which areas electroless nickel plating is used have been mentioned.
In the fourth chapter, informations about phase diagram of electroless Nickel-Boron plating
can be found. The physical and mechanical properties of coating have been mentioned and the
instances about application fields have been given.
In the fifth chapter, what kind of alterations can be expected after adding Molybdenum to the
Nickel-Boron plating and which platings will be used for reference have been mentioned.
In the sixth chapter, the plating process and after the process experiments have been
explained. In this chapter first of all half Charpy, made of St 37 steel, and half polarization
samples have been introduced. Cleaning with ethyl alcohol, immerging trichloroethylene
solution, etching in hydrochloric acid in order to get rid of dirt, rust and oil on the samples
before the bath have been explained seperately. Thereafter setup of coating bath and the
solutions that will be added to the bath have been detailed. Informations about which
chemical has been added in which order, in what amount during the preperation of reduction
solution and stabilizer solution have been given.
Lastly in this chapter, what kind of devices have been used and what kind of method have
been used in experiments such as measurement of coating thickness, measurement of coating
hardness, determining friction factor by using ball on disk wear machine, determining
specifications of abrasion mark by porfilometre, scaning the coating surface with scanning
electron microscopy, determining the heat at transition from amorphous to granular structure
by using xray diffraction, determining corrosion resistance of the samples that are immerged
into hydrochloric acid and sulphuric acid.
In the seventh chapter, results of the experiments that have been mentioned in the previous
chapter. Results have been delivered in various forms; measurement of hardness values in
tables, results of abrasion tests in graphs that give friction force, results of scanning electron
microscopy as photographs in various scales, results of preece tests as graphs by the lost of
mass measured daily.
In the eighth and the last chapter, the datas which are result of performed experiments have
been evaluated. The impact of Molybdenum on Nickel-Boron platings and how corrosion and
abrasion characteristics of Nickel-Boron-Molybdenum paltings have been changed in various
coating heatings have been interpreted. As a result of work, it has been observed that
Molybdenum decreases the wear and hardness resistance in proportion to Nickel-Boron and xxiii
Nickel-Boron-Tungsten platings, even though Molybdenum is relatively hard metal. It has
been reached to conclusion that occured abrasion mechanism is adhesive. Somewhat
improvement has been observed on corrosion resistance of Molybdenum platings, on the
other hand that improvement is not as much as Nickel-Boron platings. The highest corrosion
resistance has been observed on the samples that have been annealed at 550 C |