Mo-n-cu Nanokompozit Kaplamaların Yağlı Ortamda Tribolojik Davranışlarının İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada MoN, MoN-Cu, Mo2N ve Mo2N-Cu nanokompozit kaplama ailesinin yağlı ortamda özellikle sınır yağlama koşullarında sürtünme ve aşınma özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu nanokompozit kaplama ailesi iyi mekanik ve tribolojik özellikleri ile umut vaat etmektedir. Tez çalışmaları sırasında öncelikle; farklı Cu içeriklerinin tribolojik özelliklere etkisi incelemek amacıyla katodik ark ve magnetron sıçratma hibrit kaplama sisteminde iki grup kaplama yapılmıştır. Bu kaplamalar ile kaplanan pinler, kaplanmamış küresel dökme demirden yapılmış disk numunelere karşı oda koşullarında, sınır yağlama koşulları altında, katkılı ve katkısız mineral yağlar ve yine katkılı ve katkısız sentetik yağlar ile disk üzeri pin deneylerinde kullanılmıştır. Ayrıca aynı koşullar altında her elemanı da kaplı deneyler yapılmıştır. En iyi sonuçları sağlayan yaklaşık atomik %8 bakır içerikli MoN-Cu ve Mo2N-Cu kaplamalar gerçek piston segmanlarına uygulanmış ve bu segmanlar, gerçek motor gömlekleri ile beraber gömlek üstü segman deneylerinde kullanılmıştır. Farklı yük ve hızlar altında çalıştırılan sistem ile gerçek motor şartlarına yakın deneyler yapılmıştır. Yapılan test sonuçlarında bakır içeriğinin belli sınırlar dahilinde artmasıyla sürtünme ve aşınma özelliklerinin iyileştiği gözlemlenmiştir. Mo2N-Cu (%8 at. Cu) kaplamanın sınır yağlama koşullarında her iki deney sisteminde de en iyi sonuçları sağladığı gözlemlenmiştir. Katkılı yağlarda bulunan ZDDP içeriğinin aşınmayı azalttığı fakat sürtünmeyi arttırdığı her iki deney sisteminde de gözlemlenmiştir.

The aim of this study was to investigate friction and wear properties of MoN, MoN-Cu,Mo2N and Mo2N-Cu nanocomposite coatings family under boundary lubrication conditions. This coating family is promising with their good mechanical and tribological properties. During test stages, two series of coatings were produced using cathodic arc and magnetron sputtering hybrid system with varying amounts of Cu to observe the effect of Cu content on the tribological properties. In the first series of tests laboratory scale pin on disc system was used. Mo-Cu-N coated pins were tested against uncoated compact graphite iron (CGI) flats under boundary lubrication conditions using commercial base mineral, formulated mineral, base PAO and formulated PAO oils. Same tests were also conducted for coated pins and coated flats. Best performing coating namely 8% copper containing Mo2N-Cu and MoN-Cu were used in ring-on-liner bench tests with actual engine liners. Same oils that were used in pin on disc tests were chosen as lubricant. This system worked under various loads and speeds to simulate actual working engine conditions. Both coatings gave promising results in the bench testing system showing the positive role of copper on the tribological behavior. The effect of oil chemistry and additives was discussed based on the results. However, the positive role of ZDDP (basic additive in formulated oil) on wear was observed in all tests, presence of ZDDP in the lubricant affected the coefficient of friction adversely, as observed in the previous studies.