Dökme demirle NiCrBSi alaşımlı kaplamaların katı hal bağlanmasının incelenmesi

Abstract

Sanayileşmiş ülkelerde aşınma sebebi ile GSMH' nin % 7' sine eşdeğer bir harcamanın yapıldığı tahmin edilmektedir. Aşınma ve erozyon ile ilgili terminolojinin verildiği ASTM G40'da aşınma, temas eden yüzeylerde mekanik etkilerle malzeme kaybı olarak tanımlanır. İstenmeden meydana gelen bu olay, çeşitli makine ve teçhizatın kullanımı sırasında kırılma kadar tehlikeli bir problem olmasa bile çok büyük ekonomik kayıplara sebep olmaktadır. Aşınma sorunlarının yaşandığı tesislerin yetkilileri aşınmanın maliyetini 5 grupta toplamaktadırlar: a) Aşınan ve kullanılamaz duruma gelen parçanın ve yenisinin maliyeti b) Aşınma yüzünden tesisteki proses parametrelerinin değiştirilememesinin getirdiği maliyet. Örnek : Kağıt fabrikalarında aşınma yüzünden silindirlerin dönme hızının ve dolayısıyla üretimin artırılamaması gibi. c) Bakım ve onarım amacıyla tesisin durdurulması sebebiyle oluşan üretim kaybı. d) Aşınmanın önceden tahmin edilememesi yüzünden kazaların sebep olduğu kayıplar. e) Yukarıdaki sorunların daha az yaşandığı rakip firmalarla rekabet edememenin getirdiği maliyet. Teknolojik açıdan ileri ülkelerin oluşturduğu ekonomik topluluklar ile ülkemizdeki firmalar için yukarıda sıralanan maliyetler hayati önem taşımaktadır. Ne var ki ülkemizde aşınma konusunda yeterli sayıda ve nitelikte firma olmamasına rağmen Türkiye Teknoloji Geliştirme Vakfı (TTGV) ve Marmara Araştırma Merkezi' nin özel sektöre sağladığı desteklerle son yıllarda olumlu gelişmeler yaşanmaktadır. Aşınmaya dayanıklı malzemeler genelde pahalı oldukları için parçanın sadece yüzeyini aşınmaya dayanıklı malzeme ile kaplamak daha ekonomik olmaktadır. Genel olarak; -Malzeme maliyeti -Söz konusu parçanın boyutsal toleransları -Tribolojik özellikler söz konusu olduğunda aşınmaya dayanıklı kaplamalar en rasyonel çözüm olarak karşımıza çıkmaktadır. Isısal spreyleme (püskürtme) yönteminde toz veya tel halindeki kaplama maddesi, bir sprey tabancasında yanıcı, yakıcı ve taşıyıcı gazların eşliğinde püskürtülerek iş parçasının üzerinde kaplama oluşturulur. Bu yöntemle büyük boyuttaki parçaların hatta yerinde kaplanması mümkün olabilmektedir. Böylece Türkiye'de yaygın bulunan tekstil, çimento, seramik, cam, otomotiv ve metal/ imalat sektörlerindeki tesislere yönelik uygulamalarda ısısal spreyleme yöntemleri önem kazanmaktadır [ 1 ]. Aslında değişime uğramış bir Nikel-Krom olan bir matrix içindeki çok sert kromboru yayma yöntemini Cole ve Edmonds'un geliştirmiş olduğu 1930'lu yıllarda Self-fluxing alaşımları bulunmuştur. Ni,Cr,Bor,Silis ve Demir alaşımları ilk kez gaz kaynağı ile yapılan yığıntılamada kullanılan döküm çubukları olarak üretilmiştir. Gaz kaynağı ile yapılan yığıntılama işlemi ergitmeye ihtiyaç duyulmaksızın çelik üzerinde yapılabiliyordu. Yıllar boyunca numuneler üzerine püskürtülen metalleri ergitmek için pek çok girişimde bulunulmuştur. Ancak toz partikül yüzeylerinde oluşan oksitlenmeden dolayı her seferinde tanecikler birleşip kaynamamışlardır. Bu kaynaşmadaki malzemelerin self-fluxing özelliklerinin bu güçlüğü aşabileceği düşünülmüş ve kanıtlanmıştır. Her ne kadar daha sonraları atomizasyon yöntemi kullanılmaya başlamış ve günümüzde bu yöntem üretimin temel yöntemi haline gelmişse de alaşımların çok sert olmasından dolayı bu alaşımları toz haline getirmek sadece bilyeli dolaplarda kırma yöntemiyle mümkündür. İlk başlarda sadece tel beslemeli püskürtme cihazı kullanılıyordu ve yüzey işlemlerinde kullanılan alaşımları birleştiren teller plastik şekil verme yöntemiyle üretildi. 1940'ların sonunda alaşımları toz olarak püskürten cihaz üretildi ve bu cihaz günümüze kadar geliştirilerek kullanıldı. Toz yumuşaması için yeterince ısıtılması gerekir. Böylece kum püskürtülerek pürüzlendirilmiş bir yüzeye ergitme sıcaklığına ulaşıncaya kadar fiziksel kuvvetlerle temas halinde kalması için toz yeterli derecede tutunacaktır. Daha sonra püskürtülen kaplama metalurjik olarak bağlanacaktır. Son zamanlarda bu alaşımların bazıları özlü tel olarak üretilmiştir ve bunlar pürüzsüz yüzeylere bile ark püskürtmeyle uygulanabilmektedir. Bu işlemle partiküller gazla ısıtılan tozlardan daha fazla yapışma mukavemetine sahip olmaktadırlar. Bu alaşım temelde bir Nikel-Krom alaşımı olan bir matrix içinde muhtemelen Bor ve Silis bileşimleri ve dağılmış karbür içeren bir yapıya sahiptir. Geniş bir ergime sıcaklık aralığına sahiptir. Eğer bu alaşım sıvı ve katı faz sıcaklıkları arasındaki bir bölgeye kadar ısıtılırsa, oluşan yapı Ni / Cr / Si / B ötektiğindeki Nikel-Krom katı çözeltilerinin belirli oranda sıvı faz içerdiği görülür. Nikel-Krom fazı ve çökeltileri ergitilebilir kılan yeterince gevrek, yapışkanlık sağlayan karbürlü ve bor bileşimleri oluşur. Yarı ergiyik alaşım sıcak durumda şekil verilebilecek kadar katıdır, tıpkı lehimli bağlantılarda olduğu gibi. Katı durumda genelde 970 °C civarında bir sıcaklıktadır; karışıma bağlı olarak sıvılar 1050 -1200 °C sıcaklık bölgesinde değişim gösterirler; Ergime ısısı ise 1030-1150 °C sıcaklıkları arasında bir dağılım gösterir. Matrix yüksek bir oksitlenme direncine sahiptir. Ergime ısısında bile alaşım açık renk ve parlaklığını muhafaza eder ve böylece ergime kolaylıkla gözlenebilir. Ergime işleminin elle yapılmasında ergitmenin gözlenebilmesi, ergimenin kontrolü açısından önemlidir. Ayrıca ergime prometreyle gözlenebilmesi ergimenin hangi sıcaklık aralıklarında gerçekleştiğini takip etmek açısından önemlidir. Püskürtme ve ergitme esnasında tozun ısıtılması katı partikül üzerinde çok ince ve koruyucu oksit filmleri oluşturur ve bu filmler ısı transferini engellerler. Ancak ergimede Bor'un Silisyum tarafından desteklenen ergime özelliklerini yüzeydeki oksitleri giderir ve böylece tamamen yoğun ergimiş yığıntı elde edilir. Kaplanacak yüzeyinde oksitsiz ve temiz olduğundan dolayı yığıntının kaplanacak yüzeye bağlanması gerçekleşir. Eğer kaplanacak yüzey büyük oranda krom içeriyorsa yığıntılanan alaşımı temizleyemeyeceği oranda oksitlenme oluşur. Püskürtme ve ergitmenin aynı anda yapıldığı ergitme kaynağı işleminde bu söz konusu değildir. Ancak kaplama yapılan bölgenin ilerisindeki kısımların ısıtılması bu bölgeyi oksitlendirecektir. Şayet bu bölge % 8'den fazla krom içeriyorsa koruyucu bir dekapan kullanılmalıdır [1].