Erozif Aşınma Testlerinde Farklı Nozul Tasarımlarının PMMA Üzerinde Aşınma İzi Alanı ve Yüzey Pürüzlülüğüne Etkilerinin İncelenmesi

Year 2021, Volume: 21 Issue: 3, 755 - 763, 30.06.2021

Barış Önen , Ekrem Altuncu , Ali Çınar

https://doi.org/10.35414/akufemubid.837361

Abstract

Katı partikül erozyonu, basınçlı bir hava akımı aracılığıyla taşınan aşındırıcı sert partiküllerin yüksek hızlarda katı malzeme yüzeyine tekrarlı bir şekilde çarparak malzeme yüzeyinde önemli oranda kütle kaybına sebep olan bir aşınma hasar türüdür. Özellikle havacılık endüstrisinde kullanılan birçok mühendislik malzemesi uçağın iniş kalkış ve seyri esnasında bulunduğu hava ortamında uçuşan katı partiküller nedeniyle katı partikül erozif aşınmasına maruz kalmaktadır. Polimetilmetakralat (PMMA) esaslı malzemeler yüksek yüzey dirençleri, UV dirençleri ve dış ortam koşullarına dayanıklılıkları ve saydam özellikleri nedeniyle genel olarak uçak pencerelerinde yoğun olarak kullanılmaktadırlar. Bu çalışmada PMMA malzeme yüzeyinde katı partikül erozyonu nedeni ile oluşan aşınma izi alanına ve yüzey pürüzlülüğüne erozif aşınma testlerinde farklı nozul tasarımlarının etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Deneysel çalışmaların ilk aşamasında farklı geometrilerde nozullar tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu nozullar ile erozif aşınma testleri plaka numuneler üzerinde gerçekleştirilmiş ve nozul tasarımına bağlı olarak yüzeyde oluşan aşınma izinin alanı görüntü işleme yöntemleri ile analiz edilmiştir. Görüntü işleme ile aşınma izleri görsel olarak sunulmuş ve aşınma iz alanları hesaplanmış ve karşılaştırılmıştır. Aşındırılan numuneler üzerinde ortalama alansal pürüzlülük değerleri optik profilometre yardımı ile belirlenmiştir. Genel olarak çalışmanın sonucunda farklı nozul geometrilerinin yüzey pürüzlülük değerlerini ve aşınma iz formunu önemli oranda etkilediği gözlemlenmiştir. Laval tipi ve boğazlı nozullar içerisinde en dar kesitlere sahip olan nozullarda en yüksek oranda ortalama alansal pürüzlülük ölçülmüştür.

Keywords

Katı partikül erozyonu, Nozul geometrisi, Aşınma alanı, Görüntü işleme, Yüzey pürüzlülüğü

Thanks

Bu çalışmada, erozif aşınma testleri Kocaeli Üniversitesi Havacılık ve Uzay Bilimleri Fakültesi Aşınma Laboratuvarında gerçekleştirilmiştir.

Investigation of the Effects of Different Nozzle Geometries at Erosive Wear Tests on the Wear Track Area and Surface Roughness of PMMA

Abstract

Solid particle erosion is a severe wear failure type and it can cause the loss of mass and damage on material surfaces through abrasive hard particles carried by the air flow, which at high speed repetitively impact the surfaces. Especially many engineering materials used in aviation industry are subjected to heavy damage by solid particle erosion during flight, landing on and landing off. Polymethylmetacralate (PMMA) based materials are generally used extensively in aircraft windows due to their high surface resistance, UV resistance, outdoor availability and transparent properties. In this study, it is aimed to investigate the effects of different nozzle geometries on the area of wear and surface roughness caused by solid particle impingement on the PMMA surface. In the experimental studies, first phase of this study, different geometric sized nozzles were designed and manufactured. Erosive wear tests were carried out with the manufactured nozzles on flat samples. The area of the erosion tracks on the surface was analyzed by image processing methods for each nozzle geometry. Wear tracks are analyzed by image analysis methods and the wear track areas are calculated and compared. The average area roughness values of the eroded samples were determined with the help of an optical profilometer. In general, it has been observed that different nozzle geometries significantly affect surface roughness and track areas. The average area roughness was highest in the laval type with narrow throat nozzles.

Keywords

Solid particle erosion, Nozzle geometry, Wear area, Image processing, Surface roughness

References

• Bel T., Arslan C., Baydoğan N., 2019. PMMA / mikroküre / montmorillonite nanokompozit ve PMMA / mikroküre/halloysite nanokompozitin atom transfer radikal polimerizasyon tekniği ile üretilmesi ve mekanik özelliklerinin karşılaştırmalı olarak incelenmesi. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 34 (20), 687-700.
• Foster K.L. and Wool R.P., 1991. Strength of Polystyrene Poly (Methyl Methacrylate) Interfaces. Macromolecules, 24(6), 1397-1403.
• Kline E., Mort G., and LaCompte J., 1988. Improved Productivity from New Blast Nozzle Geometry. Journal of Protective Coatings & Linings, 5(2), 8-12.
• Lupoi R., O'Neill W., 2011. Powder stream characteristics in cold spray nozzles”. Surface & Coatings Technology, 206, 1069–1076.
• Momber A., 2008. Blast Cleaning Technology, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 154-166.
• Önen, B., 2016. Farklı Nozul Geometrilerinin Polimetilmetakrilat (PMMA) Yüzeyinde Katı Partikül Erozyonunun İncelenmesi, Doktora Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, 154.
• Önen B., Yildiran Y., Avcu E., Çınar A., 2015. Investigation of the effects of erosion test parameters on the particle impengement velocity by using cfd analysis. Acta Physica Polonica A, 127, 1225-1229.
• Önen B., Fidan S., Sınmazçelik T., Çınar A., 2017. Nozul içi geometrilerinin partikül erozyonunda hedef malzeme aşınma ve pürüzlülüğüne etkileri. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 32(4), 1051-1061.
• Seavey M., 1985. Abrasive Blasting Above 100 psi. Journal of Protective Coatings & Linings, 2(7), 26-37.
• Settles G. S. and Garg S., 1996. Scientific View of the Productivity of Abrasive Blasting Nozzles. Journal of Thermal Spray Technology, 5( 1), 35-41.
• Strojny, N. R. Moody, J. A. Emerson, W. R. Even Jr and Gerberich W. W., 2000. Interfacial Fracture of Thin Polymer Films on Aluminum. MRS Online Proceedings Library Archive. 629, 5.13.1–5.13.6.
• Sutton G. E., Biblarz O., 2013. Rocket Propulsion Elements. 7, John Wiley & Sons, New Delhi, India, 45-100.
• Turchi A., Bianchi D., Thakre P., Nasuti F., Yang V., 2014. Radiation and Roughness Effects on Nozzle Thermochemical Erosion in Solid Rocket Motors. Journal of Propulsion and Power, 30(2), 314-324.
• Winter R. E., Hutchings I. M., 1974. Solid particle erosion studies using single angular particles. Wear, 29, 181–194.