Plazma elektrolitik oksidasyon yöntemiyle 7075 alüminyum alaşımının bor içerikli elektrolit çözeltisi içerisinde kaplanması

Abstract

7075 alüminyum alaşımlarının ana alaşım elementi çinko olup %5 ile %6 arasında değişen çinko oranına sahiptir. yüksek mukavemet/ağırlık oranı sayesinde otomotiv ve havacılık gibi sektörlerde tercih edilmektedir. Bu çalışmada 7075 alüminyum alaşımı üzerine plazma elektrolitik oksidasyon işlemi kullanılarak bor içerikli elektrolit çözeltisi içerisinde kaplanması ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada sodyum silikat (Na2SiO3.5H2O) ve potasyum hidroksit (KOH) içeren ana çözelti içerisine farklı oranlarda sodyum tetraborat (Na2(B4O5(OH)4)•8H2O) ilave edilerek iki farklı elektrolit çözeltisi hazırlanmış, 0.702 A/cm2 sabit akım yoğunluğunda 5, 10, 15, 20 ve 25 dakikalık sürelerde kaplamalar başarıyla üretilmiştir. Değişen sodyum tetraborat miktarının ve kaplama sürelerinin; kaplama kalınlığı, kaplama faz kompozisyonu, yüzey pürüzlülüğü, mikro yapı, elementel kompozisyon, aşınma direnci ve sertlik gibi malzeme özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre kaplama yapısında alüminyum borat (Al4B2O9), mullit (3Al2O3.2SiO2), gama alümina (?-Al2O3) ve alfa alümina (?-Al2O3) fazlarının oluştuğu belirlenmiştir. İki farklı elektrolit çözeltisinde ve farklı sürelerde gerçekleştirilen kaplamalar sonucunda elde edilen ortalama kaplama kalınlığı ve ortalama yüzey pürüzlülüğü değerlerinin artan sodyum tetraborat oranı ve kaplama süresiyle birlikte arttığı tespit edilmiştir. Bununla birlikte tüm numunelerde gözenekli morfoloji gözlemlenmiştir. 40 g/L sodyum tetraborat içeren elektrolit çözeltisinde 20 dakikalık kaplama süresinde üretilen kaplamada altlık metale göre 15 kat daha yüksek aşınma direnci elde edilmiştir. Sertlik değerleri tüm deney parametrelerinde ortak olarak altlık metale göre artış belirlenmiştir. Elde edilen veriler ışığında plazma elektrolitik oksidasyon yöntemi kullanılarak bor içerikli elektrolit çözeltisi içerisinde üretilen kaplamaların 7075 alüminyum metalinin kullanım alanını genişletebileceği düşünülmüş ve bu kullanım alanlarındaki servis ömrünü uzatabileceğine dair olumlu sonuçlar elde edilmiştir.The main alloying element of 7075 aluminum alloys is zinc, with a zinc content ranging from 5% to 6%. 7075 alloys, are preferred in sectors such as automotive and aerospace due to their high strength- to-weight ratio. In this study, it was aimed to coat 7075 aluminum alloy in boron-containing electrolyte solution using plasma electrolytic oxidation process and to improve its mechanical properties. In the study, two different electrolyte solutions were prepared by adding different ratios of sodium tetraborate (Na2(B4O5(OH)4) •8H2O) into the main solution containing sodium silicate (Na2SiO3.5H2O) and potassium hydroxide (KOH), and coatings were successfully produced at a constant current density of 0.702 A/cm2 for 5, 10, 15, 20 and 25 minutes. The effects of varying sodium tetraborate amount and coating times on material properties such as coating thickness, coating phase composition, surface roughness, microstructure, elemental composition, wear resistance and hardness were investigated. According to the results obtained, it was determined that aluminum borate (Al4B2O9), mullite (3Al2O3.2SiO2), gamma alumina (?-Al2O3) and alpha alumina (?-Al2O3) phases were formed in the coating structure. It was determined that the average coating thickness and average surface roughness values obtained as a result of coatings performed in two different electrolyte solutions and for different times increased with increasing sodium tetraborate ratio and coating time. In the electrolyte solution containing 40 g/L sodium tetraborate, 15 times higher wear resistance was obtained in the coating produced in 20 minutes coating time compared to the base metal. Hardness values were determined to increase in common in all experimental parameters compared to the base metal. In the light of the data obtained, it is thought that coatings produced in boron- containing electrolyte solution using plasma electrolytic oxidation method can expand the usage area of 7075 aluminum metal and positive results have been obtained that can extend the service life in these usage areas.