Tez Arşivi

Hakkımızda

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özete göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Anabilim Dalı / Malzeme ve İmalat Bilim Dalı

Akımsız Ni-B-MO kaplamaların abrazif ve korozif özelliklerinin incelenmesi

Investigation on the abrasive and corrosive characteristics of electroless Ni-B-MO platings

Teze Git (tez.yok.gov.tr)

Bu tezin tam metni bu sitede bulunmamaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi tarama bölümünde 335680 tez numarasıyla arayabilirsiniz.

Özet:

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.

Summary:

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