Yüzey Alaşımlama Nedir

Günümüzde materyal araştırmasında önemli bir eğilim, ürünleri daha işlevsel, güçlü ve güvenilir hale getirmektir. Diğer bir kaygı ise maddi kaynakların optimum kullanımı ve bunun çevre üzerindeki etkisidir. Farklı metallerin birleştirilmesini gerektiren endüstriyel uygulamalarda çeşitli durumlar ortaya çıkmaktadır. Kullanılan malzemeler, her malzemenin özel özelliklerini etkin ve ekonomik kullanımı için aynı yapıdaki yere bağlıdır.

Tungsten karbür (WC) içerikli malzeme ilk defa Birinci Dünya Savaşı sırasında Almanya’da K. Schröter tarafından üretilmiştir. Tel çekme kalıplarından sonra, sertliği yüksek ve yüksek aşınma direncine sahip WC malzemelerden daha iyi kesici takımlar ve daha uzun ömürlü makine parçaları üretilmiştir. Metal işleme endüstrisinde tercih edilen WC kompozit malzemesi çeşitli endüstri alanlarda kullanılmaktadır. Yüzeyleri kullanım alanlarında daha uzun ömürlü hale getirmek için bazı kaplama işlemleri uygulanmıştır.

2019 yılında Fayomi ve diğerleri, Cr₃C₂ partikül yüklemesinin milroyapı üzerindeki etkisi düşünülen elektrodülasyon yoluyla üretilen Zn-SİC-Cr₃C₂ nanokompozitin mekanik özellikleri üzerini incelemiştir. Nanokompozit kaplamaların yüzey yapısı, enerji dağıtıcı spektrometre (EDS) ile birleştirip taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak karakterize etmiştir. Üretilen Zn-SİC-Cr₃C₂ nanokompozitin aşındırıcı aşınma davranışı ve sertlik özelliği, CERT UMT-2 çok fonksiyonlu tribolojik test cihazı ve Dura Scan sertlik test cihazı kullanılarak incelemiştir. Korozyon özelliği doğrusal polarizasyon yaklaşımı ile değerlendirmiştir. Kaplamaların iyi bir stabilite sergilediğini ve Cr₃C₂ nanokompozit yüklemenin, mikroyapısal performansı, sertlik özelliğini, aşınma ve kaplamaların korozyon direncini önemli ölçüde geliştirdiğini görmüştür.

Önerilen Makale: Çelik malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için otomat çelikleri nedir sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.

Panagopoulos ve diğerleri, 1993 yılında Alüminyum oksit, Cu alaşımlı altlık malzeme yüzeyine plazma püskürtüp, kaplamanın morfolojisi optik ve taramalı elektron mikroskobu kullanıp incelemişlerdir. Al kaplamanın aşındırıcı aşınma davranışı, pi-on-disk yöntemini kullanarak incelemiştir. Kaplamanın aşınma oranı, aşınma testlerinin başlangıcında yüksek çıkmış ve uygulanan yüke bağlı olup aşınma oranı ile kaplamanın başlangıç yüzey pürüzlülüğü arasında doğrusal bir ilişki gözlemişlerdir.

Tozaltı ark kaynağı, yüksek biriktirme hızı ve yüksek kaynak kalitesi nedeniyle, basınçlı kap, deniz aracı, boru hatları ve açık deniz yapılarının imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte optimum kaynak parametreleri kombinasyonunun seçilmesi, yüksek kaynak kalitesi ve üretkenlik elde edilmesinde kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada başlangıçta doğrudan ve dolaylı girdi parametrelerinin, kaynak gerilimi, tel, besleme hızı, kaynak hızı, levhaya mesafe, akı durumu ve levha kalınlığı üzerindeki doğrudan, dolaylı girdi parametrelerinin etkisini analiz etmek için kesirli faktoring tasarımı kullanılarak tozaltı ark kaynağı deneyleri yapılmıştır. Tozaltı ark kaynağı giriş parametrelerinin cevap değişkenleri üzerindeki etkisi ana ve etkileşim etkileri kullanılarak analiz edilmiş. Lineer regresyon, cevap değişkeni için matematiksel modeller geliştirmek için kullanılmıştır.

Rajesh Purohit ve arkadaşları 2012 yılında yaptıkları çalışmada, Alüminyum ve SiC tozlarının alaşımlanması sırasında tozların yapısında fark edilen değişikliği araştırmışlardır. Yapılan çalışmalarda sertlik, yoğunluk, mukavemeti ve yüzey pürüzlülüğü ölçülmüştür. SiC oranı arttıkça sertliği, yoğunluğu, mukavemeti gibi özelliklerinde artış olduğu görülmüştür.

Ming Song 2009 yılında yaptığı çalışmada SiC ilaveli saf alüminyum kompozitlerin toz metalurjisi yöntemiyle üretildiği ve SiC parçacıklarının hacimsel artışının mekanik özelliklerindeki değişimler incelenmiştir.

Majid ve Sajad yapmış oldukları çalışmada, Alüminyum TIG kaplaması sırasında Ti yüzeyi üzerinde Al/Al₃Ti kompozit kaplamanın yerinde oluşumunu araştırmışlardır. Bu kapsamda, TIG işlemi ile saf Al teli ve saf Ti yüzeyinde biriktirilmiş ve üretilen kaplamalar 823 K’da (550 °C) farklı sürelerde tavlanmıştır. Kaplamalar X ışını kırınımı (XRD) , optik taramalı elektron mikroskobu ile karekterize etmişlerdir. Sonuç olarak, ortalama sertlik değeri yaklaşık 250 HV olan Al/Al₃Ti kompozit kaplamanın, TIG kaplama işlemi sırasında Ti yüzeyinde başarılı bir şekilde oluşabileceğini ve sertlik direncinin arttığını görmüşlerdir.

 

İstenilen değerleri elde etmek için malzeme yüzeyine modifkasyon işlemi uygulanmaktadır. Malzemelerin yüzey özelliklerini değiştirme yöntemleri arasında lazer ile yüzey modifikasyonu gelir. Lazer yüzey mofifikasyonu ile malzeme yüzeyinin içyapısı değiştirilerek istenilen yüzey özellikleri sağlanmış olur.

Dönüşüm sertleşmesi gerçekleşen çeliklerde lazer ile modifikasyon yöntemi uygulanabilmektedir. Lazer ile yüzey modifikasyonunun avantajı fazladır. Yüksek seviye kontrolü ve çok hassas işlem kapasitesi bu yöntemin en önemli avantajlarıdır.

Yöntemde işlenen malzemenin yüzeyine lazer demetinin çarpmasıyla oluşan ısı kullanılır. Oluşan ısı malzeme yüzeyinde işlenecek kısmın östenitlenmesini sağlar. İş parçasının soğuk olan ana gövdesine doğru meydana gelen çok hızlı ısı iletimi nedeniyle tabakalar martenzite dönüşür. Yöntemde kullanılan CO₂ lazerleriyle oluşan kızılötesi ışınlar, yüzey açısından çok çok küçük miktarda soğurulur. Lazer gücünü verimli kullanmak ve soğurabilirliği arttırmak için bazı ön kaplamalar yapılır.

Bu yöntemde yüzeye kaplanacak malzeme daha önceden malzeme üzerine toz yapıştırılarak veya tel besleme yoluyla malzeme yüzeyi tarafından soğrulur. 

Lazer kaplamada iki farklı yöntem uygulanmaktadır. Birinci yöntem lazer demetinin çarpmasıyla eklenen tozların veya telin telin işlem sırasında eklenmesi olan tek kaplama yöntemidir. İkinci yöntemde ana malzeme yüzeyine önceden yapıştırılmış metal tozlarının kaplanması yöntemidir.

Bu kaplama yönteminde toz enjeksiyonu ve tel besleme ile kaplama yöntemleri olarak ikiye ayrılır. Bu iki yöntemde ortak özellik eklenen malzemenin işlem sırasında ergime havuzuna eklenmesidir.

Bu yöntemde malzemenin yüzeyine tozların yapıştırılmasıyla olur. Yapıştırılan tozların yüzeye iyi yapıştırılması gerekir. İyi yapıştırılmayan tozlar lazerin yüzeyi eritmesi esnasında malzeme yüzeyinden ayrılabilirler.
 

TIG kaynak yöntemi; Koruyucu gaz olarak tek, ikili veya çok değişkenli bir karışım gazı kullanan en önemli kaynak yöntemlerinden biridir. Tek gaz esas olarak argon ve helyum gibi inert bir gazdır. Belirli bir miktarda azot ve hidrojen gazı azaltılırken, erimiş metal ve erimiş damlacıkların yüzey gerilimi artar ve arkın entalpi değeri ve gücü artmış olur. Argon ark kaynağında ark stabildir, fakat yayılması kolaydır ve odaklanmamış ısınmaya neden olur. Helyum arkı daha büyük bir nüfuziyet kabiliyetine sahipken ancak düşük stabiliteye sahiptir. Argon TIG’de inert karekterli metal kaynağı için koruyucu gaz olarak kullanılır. Normal ve yüksek sıcaklıktaki diğer elementlerle kimyasal rol oynamaz. TIG kaynak argonunda Al, Cu, Ni, Ti, Zr vb alaşımların hemen hemen tamamı koruyucu gaz olarak kullanılabilir. Al, Cu, Ni, Ti, Zr vb. ve alaşımların hepsinin kaynak etkisi mükemmeldir. TIG kaynak yönteminde tek bir argon gazı kullanılıyorsa arkın düşük gücü olarak nüfuziyeti ve kaynak hızı bu gereklilikleri yerine getiremez. Argon ve Helyum gazı, kaynak nüfuziyetini ve daha yüksek iyonlaşma potansiyeli ve hızını arttırmak için koruyucu gaz olarak kullanılır. Helyumun ısı iletkenliği, ark voltajı ve gücü yüksektir. Ayrıca Helyum arkının enerji ve yoğunluğu daha yüksektir. Daha derin nüfuziyet sağladığı için kaynak daha ince ve yoğundur.
 

Metal İnert Gaz-Metal Aktif Gaz (MIG-MAG) kaynağı, ilave metalin bir tel hattı rulosuna getirildiği, iş etkisi ve bir elektrik arkı ile eritildiği ark kaynağı işlemidir.

Kısa ark modunda kaynak başarılı damlalardan yapılır. İnert bir gaz genellikle argon bazlı gaz (MIG kaynağı) veya aktif gaz, genellikle CO₂ bazlı gaz (MAG kaynağı), elektrik ark kaynağı içim plazma olarak ve yüksek sıcaklıkta metal için koruyucu atmosfer olarak kullanılır, metalin oksiyen ve azot ile bulaşmasını önler. Kaynak jeneratörü eritme, tel kırma ,tel ve iş parçaları arasında kaynak tutma için gerekli elektrik enerjisini sağlar. İki farklı kontrol moduna göre çalışır. Birinci mod; jeneratör tarafından sağlanan voltajın kaynakçı tarafından seçilen bir ayar noktasına ulaşmak için kontrol edildiği ark modudur. İkinci mod ise; akımın önceden tanımlanmış bir yolu takip ettiği kısa devre modudur.

MAG kaynağı, orta ile yüksek kaynaklı metal biriktirme oranları üretebilen genel amaçlı, yarı otomatik bir kaynak işlemidir. MAG kaynağı, tüketilebilir bir elektrot ile bir iş parçası arasında salınan doğru akım arkını kullanır. Ark tüketilebilir tel elektrotunu eritmek için kullanılır ve temelini kaynatır.

Katılaştırıldığında kaynaklı bağlantıyı oluşturan erimiş bir kaynak havuzu oluşturulur. Erime elektrotu ve kaynak bir inert veya aktif (oksitleyici) gaz kalkanı ile atmosferden korunmuştur. MAG kaynağı aktif gazları kullanır.(Argon, O₂, CO₂). MAG kaynak; manuel, mekanize ve otomatik robot uygulamaları için uygundur. Bir elektrik motoru, tüketilebilir bir tel elektrotu kaynak tabancası ve ark içine kontrollü hızda besler. Burada, tel elektrotun ucu, esas olarak kaynak akımı tarafından kontrol edilen bir oranda erir.

Güç kaynağı sabit kaynak voltajını (yay uzunluğu) koruyacak şekilde tasarlanmıştır. Böylece kaynakçı operatör derzinin tamamıyla kaynaşmasını sağlamak için konsantre olabilir. MIG kaynağından farkı koruyucu gaz olarak CO₂ kullanılmasıdır.
 

Tozaltı kaynağı bir ark kaynağı çeşididir, burada ark akımı tamamen gizlenir. Parlama duman ve doğrudan maruz kalmalarını önler. Dolayısıyla tozaltı kaynak işleminde kaynak arkını veya sıvı kaynak havuzunu görmek mümkün değildir. Tozaltı kaynak yöntemi hem çevre dostu hem de operatördür. Değişken kalınlıkta 3 mm’den 100 mm’ye kadar kaynak yapmak mümkündür. Proses basınçlı kapların imalatında, gemi yapımında, boru kaynaklarında ve yapısal uygulamalarda kullanılır.

İyi bir kaynak kalitesi elde etmek ve alın derzinin üstündeki açısal bozulmayı azaltmak ve plakaların daha kalın bölümleri için zor olan dip takviyeleri gereklidir. Bu durumda kalın levhaların birleştirilmesi olağanüstü bir endüstri uygulamasıdır. Çift taraflı tozaltı ark kaynağının sıcaklık dağılımlarını ve açısal bozulmalarını tahmin etmek için 3D sonlu elmanlar modeli geliştirilmiştir.

Toz altı kaynak yönteminde; tel ilerleme hızı, voltaj değeri, kaynak hız ve akımı iyi seçim yapıldığında kaynak görünümü güzel ve kaynak dikişleri hatasız bir kaynak elde edilebilir. Bu yöntemde ark otomatik kaynak yerine sürülen elektrot ile iş parçası arasında oluşur ve kaynak tarafına ilave edilen toz yığını altında kaynak işlemine devam eder. Bu işlemde ark kaynak tozu tarafından örtüldüğünden diğer kaynak çeşitleri gibi kaynak maskesi takmaya gerek yoktur. Toz altı kaynağı derin nüfuziyet sağlar. Tozaltı kaynağı otomatik ve yarı otomatik kullanıldığı gibi gerekli çalışmalarda elle uygulama avantajı vardır. Toz altı kaynak elektrotları yüksek Mn içeren özel çeliklerden üretilmektedir.1 mm ile 10 mm çapında kullanılır.