Lazer ile AA7075 Aluminyum Alaşımının Yüzeyinin Kaplanması ve İşlenebilirlik Özelliklerinin Araştırılması

Bu çalışmada, mekanokimyasal yöntemle sentezlenmiş ZrB2 nanoparçacıkları 2 kW’lık CO2 lazeri ile AA7075 aluminyum alaşımı yüzeyine kaplanmıştır. Lazer gücünün ve lazer tarama hızının kaplama tabakaları üzerindeki etkilerini belirlemek için 2 farklı deney seti gerçekleştirilmiştir. İlk deney setinde 1000 mm/min tarama hızı sabit tutularak 50, 70 ve 100 W lazer güçlerinde, diğer deney setinde ise 70 W lazer gücü sabit tutularak 300, 500 mm/min tarama hızlarında kaplama deneyleri yapılmıştır. Kaplama tabakasının faz yapıları ve morfolojik özellikleri X-ışınları kırınım difraktometresi, taramalı elektron mikroskobu ve optik mikroskop ile incelenmiştir. Kaplama tabakalarının aşınma dayanımları ve sertlikleri pin-on disk aşınma cihazı ve mikrosertlik cihazı ile belirlenmiştir. Daha sonra kaplanmış numunelerin işlenebilirlik özelliklerini tespit etmek için, numuneler sırasıyla aşındırıcı su jeti, tel erozyon, lazer ve aşındırıcı disk ile kesilerek karakterize edilmiştir. Kaplama işlemi sonrasında anametalin sertliğinin 110 HV’den 190 HV’ye çıktığı tespit edilmiştir. Diğer yöntemlere kıyasla ısı girdisinin minimum olmasından dolayı aşındırıcı su jeti ön plana çıkmasına rağmen, en az tahribat aşındırıcı disk ile kesmede gözlenmiştir. Lazer yöntemiyle kaplanan numuneler için en uygun kesme yönteminin aşındırıcılı disk ile kesme yöntemi olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Lazer kaplama, ZrB2, Aşındırıcı su jeti, Tel erozyon, işlenebilirlik

PDF

___

[1] L. Vagner, Mechaical surface treatments on titanium, aluminum and magnesium alloys, Materials Science and Engineering: A. 263 (1999) 210-216.
[2] K. Liu, Y.J. Li, J. Wang, In-situ reactive fabrication and effect of phosphorus on microstructure evolution of Ni/Ni-Al intermetallic composite coating by laser cladding, Materials and Design. 105 (2016) 171-178.
[3] C. L. Wang, Y. Gao, Z.C. Zeng, Y.K. Fu, Effect of rare-earth on friction and wear properties of laser cladding Ni-based coatings on 6063Al, Journal of Alloys and Compounds. 727 (2017) 278-285.
[4] A. Singh, A. Ramakrishnan, D. Baker, A. Biswas, G.P. Dinda, Laser metal deposition of nickel coated Al 7050 alloy, Journal of Alloys and Compounds. 719 (2017) 151-158.
[5] M. Yıldırım, İ. Şimşek, D. Özyürek, Yaşlandırılmış AA7075 Alaşımında Solüsyona Alma Sıcaklığının Aşınma Performansına Etkisinin İncelenmesi , Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 6 (2018) 233-239
[6] E. Avcu, Bilyalı Dövme Parametrelerinin AA7075 T6 Alüminyum Alaşımının Yüzey Altı Özelliklerine Etkileri, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 6 (2018) 741-752
[7] R. Sun, Y. Lei, Microstructure and hardness of laser clad SiCp–Al composite coatings on Al alloys, Materials Letters, 62 (2008) 3272–3275.
[8] T. P. Schuman, Chapter 20 - Protective Coatings for Aluminum Alloys, Handbook of Environmental Degradation of Materials (Third Edition) 2018, 423-448
[9] P. Mandal, S. C. Mondal, Investigation of Electro-Thermal property for Cu-MWCNT composite coating on anodized 6061 aluminium alloy, Applied Surface Science, 454 (2018) 138-147
[10] G.L. Hou, Y.L. An, X.Q. Zhao, H.D.Zhou, J.M. Chen. Improving interfacial, mechanical and tribological properties of alumina coatings on Al alloy by plasma arc heat-treatment of substrate. Applied Surface Science. 411 (2017) 53-66.
[11] H. Kashani, M. Heydarzadeh Sohi, H. Kaypour, Microstructural and physical properties of titanium nitride coatings produced by CVD process, Materials and Science and Engineering A. 286 (2000) 324-330.
[12] Y. Li, P. Zhang, P. Bai, L. Wu, B. Liu, Z. Zhao, Microstructure and properties of Ti/TiBCN coating on 7075 aluminum alloy by laser cladding. Surface and Coatings Technology, 334 (2018) 142–149.
[13] C. Yiming, G. Guochao, Y. Huijun, C. Chuanzhong, Laser surface alloying on aluminum and its alloys: A review, Optics and Lasers in Engineering, 100 (2018) 23-37
[14] W. X. Quan, Y. Hong, X. Yong, Study on Microstructure and Properties of Laser Cladding Al–Ti–C Coating on Aluminum Alloy Surface, Journal of Nanoelectronics and Optoelectronics, 13 (2018) 1258-1264
[15] E. Toyserkani, laser cladding, Boca Raton: CRC press, (2005) 1-280,
[16] J. D. Majumdar, L. Li, Development of titanium boride (TiB) dispersed titanium (Ti) matrix composite by direct laser cladding. Materials Letters, 64 (2010) 1010-1012.
[17] S. Tomida, K. Nakata, Fe-Al composite layers on aluminium alloy formed by laser surface alloying with iron powder. Surface and Coatings Technology, 174-175 (2003) 559-563.
[18] H.C. Man, S. Zhang, T.M. Yue, F.T. Cheng, Laser surface alloying of NiCrSiB on Al6061 aluminium alloy, surface and Coatings Technology 148 (2001) 136–142
[19] J. Xu, W. Liu, . Kan, M. Zhong, Microstructure and wear properties of laser cladding Ti–Al–Fe–B coatings on AA2024 aluminum alloy, Materials and Design 27 (2006) 405–410
[20] G.Y. Liang, J.Y. Su The microstructure and tribological characteristics of laser-clad Ni–Cr–Al coatings on aluminium alloy, Materials Science and Engineering A. 290 (2000) 207–212
[21] T. Şimşek (2014). Zirkonyum Diborür Nano Kristal Kaplanmiş Farkli Malzemelerin Mekanik Ve İşlenebilirlik Özelliklerinin Araştirilmasi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Ensititüsü, Ankara, 1-205.
[22] B.S. Yilbas, N. Al-Aqeeli, C. Karatas, Laser control melting of alümina surfaces with presence of B4C particles. Journal of Alloys and Compounds, 539 (2012) 12-16.
[23] T. Simsek, M. Baris, A.K. Chattopadhyay, S. Ozcan, A. Akkurt, Surface Treatment of S355JR Carbon Steel SurfacesWith ZrB2 Nanocrystals by CO2Laser, Transactions of the Indian Institute of Metals. 71 (2018) 1885-1896.
[24] T Simsek, M Baris, A. Akkurt, Laser surface treatment of S235JRC carbon steel With Co2B nanocrystals, International Journal of Materials Research. 108 (2017), 486-494
[25] S. Iwatani, Y. Ogata, K. Uenishi, K.F. Kobayashi, A. Tsuboi, Laser cladding of Fe-Cr-C Alloys on A5052 Aluminum Alloy Using Diode Laser, Materials Transactions. 46 (2005) 1341-1347.
[26] J.H. Quyang, S. Nowotny, A. Richter, E. Beyer, Laser cladding of yttria partially stabilized ZrO2 (YPSZ) ceramic coatings on aluminum alloys, Ceramics International. 27 (2001) 15-24.
[27] Y. Fu, A.W. Batchelor Laser alloying of aluminum alloy AA 6061 with NiCr. Part II. The effect of laser alloying on the fretting wear resistance, Surface and Coatings Technology. 102 (1997) 119-126.
[28] B.S. Yılbas, S.S. Akhtar, C. Karatas, Laser carbonitriding of alümina surface, Optics and Lasers in Engineering. 49 (2011) 341-350.
[29] A. Almeida, M. Anjos, R. Vilar, R. Li, M.G.S Ferreira, W.M. Steen, K.G. Watkins, Laser alloying of aluminium alloys with chromium, Surface and Coatings Technology. 70 (1995) 221-229.