TiAlN, AlCrN ve TiSiN Kaplanan 11SMn30/11SMn37 yumuşak manyetik çeliklerinin tribolojik özelliklerinin frenleme performansına etkisi

Abstract

Bu çalışma, elektromanyetik fren (EM-F) uygulamalarında kullanılan malzemelerin tribolojik davranışların iyileştirilmesini ve buna yönelik frenleme performansının arttırılarak harcanan elektriksel güç miktarının azaltılmasını içermektedir. Frenin rotasyonel hareketi durdurma ya da yavaşlatma sürecinde; sürtünmeye maruz kalan yüzeyi balata yüzeyi olduğundan balatanın malzemesinin aşınma direncinin fazla olması ve aktarılan tork değerinin fazla olması gerekmektedir. Bu özelliklerin sağlanması için balata teknolojisi son yıllarda büyük bir gelişim göstermiştir. Birçok sürtünme malzemesi de çeşitli yöntemlerle yapılan çalışmalarda, maksimum verime ulaşmak için incelenmeye devam etmektedir . Dolayısıyla bu, sürtünme malzemelerine aşırı talepler getirir. Farklı sıcaklıklarda, yüklerde, ortamlarda ve aşınma aşamalarında sabit bir sürtünmeye ihtiyaçları vardır [1]. Çalışma üç ayrı aşamadan oluşmaktadır: EM-F'in manyetik tasarımı, EM-F'nin aşınma yüzeyinin tribolojik davranışlarını incelenmesi ve frenleme performans testlerinin gerçekleştirilmesi. Bu doğrultuda, sürtünme yüzeyleri belirli kaplama proseslerine sokularak tribolojik davranışları incelenmiştir. Tribolojik davranışlar ile frenleme performansı arasında ilişki kurulmuştur. Bu amaçla ilk önce elektromanyetik fren manyetik ve mekanik olarak tasarlanmıştır. Sürtünen yüzeyin (balata) manyetik tasarım gereği yumuşak manyetik malzeme olması gerektiğinden EN 10087 standardına uygun olarak üretilen 11SMn30/11SMn37 yumuşak manyetik çeliği üzerine, TiAlN, AlCrN ve TiSiN malzemeleri Fiziksel Buhar Biriktirme (FBB) prensibine dayanan Katodik Ark Biriktirme (KAB) yöntemi ile kaplanmıştır. EM-F uygulamalarında ihtiyaç duyulan yüksek sürtünme katsayısı ve yüksek aşınma direnci sistemin zorluğunu oluşturmaktadır. TiAlN, AlCrN ve TiSiN kaplamalar, yüksek hızlarda etkili aşınma davranışı, yüksek termal stabiliteye sahip olması ve yüksek çalışma sıcaklıklarında bile yüksek korozyon direncine sahip olması ve değişken çalışma koşullarında sürtünme katsayısını koruyabilmesi nedeniyle bugünün aşınma ve sürtünme endüstrisinde geniş kullanım alanına sahiptir. Yapılan deneysel çalışmalar EM-F balatasının 3 farklı kaplama malzemesi ile kaplanması sonucunda yüzey özelliklerinin karakterizasyonu, kaplanan balataların yine fren içerisindeki karşıt sürtünme yüzeyine olan (11SMn30/11SMn37) sürtünme davranışının, oda sıcaklığı, normal atmosfer şartlarında ve farklı rotasyonel hızlarda kuru kayma şartları için belirlenmesini ve belirlenen bu tribolojik özelliklerin frenleme performansı ile karşılaştırılmasını içermektedir. Bu deneysel çalışmalar sonucunda yüzey pürüzlülüğün aşınma davranışında önemli bir etkisi olduğu sonucuna varılmıştır.