Effects of Aluminum Oxide Reinforced Aluminum/Zinc Cold Spray Coatings on the Morphology and Wear Resistance of Aluminum Alloys

Yıl 2025, Cilt: 28 Sayı: 6, 1637 - 1644, 04.12.2025

Rüveyda Şenel , Rüştü Alper Taştekin , Canser Gül , Nilay Çömez , Hülya Durmuş

https://doi.org/10.2339/politeknik.1650778

Cited By: 1

https://izlik.org/JA63MU47KF

Öz

Aluminum alloys, due to their low densities, have a wide range of applications, from automotive components to kitchen utensils, pipes to packaging materials. Despite their widespread use, their wear resistance is inadequate in some applications, necessitating heat treatments, alloying, and coating applications to enhance their durability. In this study, to improve the wear resistance of aluminum alloys, cold spray coatings were applied using commercial K-20-11 and K-00-11 powders. The surface roughness, thickness, and wear behavior of the coatings were investigated. The use of zinc-containing powders enabled a higher accumulation of hard particles, which helped reduce wear losses in the coatings. Al-Zn and Al2O3 composite powders produced denser and more homogeneous coatings, while powders containing only Zn and Al2O3 resulted in thinner coatings. Microscopy and EDS analyses confirmed the homogeneous distribution of the coatings, and Al2O3 hard particles contributed to the mechanical properties. Micro-Vickers hardness tests revealed that samples coated with high-hard-particle-content K0 powders exhibited higher hardness values. Additionally, the low melting point of zinc facilitated the embedding of hard particles, allowing for the production of harder coatings.

Anahtar Kelimeler

Aluminum Alloy , Wear , Coating , Cold spray

Proje Numarası

Tübitak 2209-A Proje no: 1919B012105747

Alüminyum Alaşımlarına Uygulanan Alüminyum Oksit Takviyeli Alüminyum/Çinko Soğuk Sprey Kaplamaların Morfoloji ve Aşınma Dayanımına Etkisi

https://izlik.org/JA63MU47KF

Öz

Alüminyum alaşımları, düşük yoğunlukları nedeniyle otomotiv bileşenlerinden mutfak gereçlerine, borulardan ambalaj malzemelerine kadar geniş bir uygulama alanına sahiptir. Yaygın kullanımına rağmen, bazı uygulamalarda aşınma dirençleri yetersiz olup, bu direncin artırılması için ısıl işlemler, alaşımlandırma ve kaplama uygulamaları gereklidir. Bu çalışmada, alüminyum alaşımlarının aşınma direncini artırmak amacıyla, ticari K-20-11 ve K-00-11 tozları ile soğuk sprey kaplamalar uygulanmıştır. Kaplamaların yüzey pürüzlülüğü, kalınlığı ve aşınma davranışları incelenmiştir. Çinko içeren tozların kullanılması, daha yüksek oranda sert partikül birikmesini sağlamış ve bu durum kaplamaların aşınma kayıplarını azaltmıştır. Al-Zn ve Al2O3 bileşik tozları daha yoğun ve homojen kaplamalar oluştururken, yalnızca Zn ve Al2O3 içeren tozların daha ince kaplamalar elde ettiği belirlenmiştir. Mikroskopi ve EDS analizleri, kaplamaların homojen dağılımını doğrulamış ve Al2O3 sert partiküllerinin mekanik özelliklere katkı sağladığını göstermiştir. Mikro-Vickers sertlik testleri, yüksek sert partikül içeriğine sahip K0 tozları ile kaplanan numunelerin daha yüksek sertlik değerlerine ulaştığını ortaya koymuştur. Ayrıca, çinkonun düşük ergime noktası, sert partiküllerin gömülmesini kolaylaştırarak daha sert kaplamalar elde edilmesini sağlamıştır.

Anahtar Kelimeler

Alüminyum Alaşımı , Aşınma , Kaplama , Soğuk Sprey.

Destekleyen Kurum

Tübitak

Proje Numarası

Tübitak 2209-A Proje no: 1919B012105747

Teşekkür

Bu çalışma, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından 2209-A proje kategorisi kapsamında finansal olarak desteklenmiştir (Proje no: 1919B012105747). Yazarlar, Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Destek Programı kapsamında sağlanan destek için teşekkür eder.

Kaynakça

• [1] Çakanyıldırım Ç. and Gürü M., “Alüminyum üretim teknolojilerindeki gelişmeler, çevreye etkisi ve uygulama alanları”, Politeknik Dergisi, 24(2): 585–592, (2021).
• [2] Akıncıoğlu, G. “Effect of anodic oxidation on tribological behavior of 2017A alloy”, Journal of Polytechnic, 27(3), 957–965, (2024).
• [3] Varol Özkavak H. and Şahin, Ş., “Yüksek Hızlı Oksi-Yakıt (HVOF) Yöntemiyle Kaplanmış Çelik ve Alüminyum Alaşımlarının Aşınma Özelliklerinin Taguchi Metoduyla Optimizasyonu”, Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(2): 931–942, (2020).
• [4] Durmuş, H., Türkmen, M. and Çalıgülü, U. “Wear resistances of X6Cr17 ferritic stainless-steel surfaces coated with Al₂O₃ powders using thermal spray method”, DUJE (Dicle University Journal of Engineering), 11(3), 1167–1173, (2020).
• [5] Tekin, E., Uyum, S., Karahan, B., Tekin, K.C. and Malayoğlu, U. “Soğuk püskürtme teknolojisi ve uygulamaları”. Mühendis ve Makine, 62, 702, 106–150, (2021).
• [6] Lua F., Maa K., Lia C., Yasirb M., Luoa X. and Lia C. “Enhanced corrosion resistance of cold-sprayed and shot-peened aluminum coatings on LA43M magnesium alloy”, Surface and Coatings Technology, 394, 125865, (2020).
• [7] Şüküroğlu E.E. “AZ91 Mg alaşımı üzerine soğuk sprey kaplama yöntemi ile Al kaplamaların büyütülmesi”, Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 28(3), 1118-1126, (2023).
• [8] Yıldız U.T., Varol T., Purcek G. and Akcay S.B., “A review on the surface treatments used to create wear and corrosion resistant steel surfaces”, Politeknik Dergisi, 27(1): 227-236, (2024).
• [9] Raoelison R.N., Verdy C. and Liao H. “Cold gas dynamic spray additive manufacturing today: Deposit possibilities, technological solutions and viable applications”, Materials & Design, 133, 266-287, (2017).
• [10] Yin S., Cavaliere P., Aldwell B., Jenkins R., Liao H., Li W. and Lupoi R. “Cold spray additive manufacturing and repair: Fundamentals and applications”, Additive Manufacturing, 21, 628-650, (2018).
• [11] Assadi H., Gärtner F., Stoltenhoff T. and Kreye H. “Bonding mechanism in cold gas spraying”, Acta Materialia, 51(15), 4379–4394, (2003).
• [12] Winnicki M., Kozerski S., Malachowska C.F., Pawlowski L. and Rutkowska-Gorcyza M. “Optimization of ceramic content in nickel–alumina composite coatings obtained by low pressure cold spraying”, Surface and Coatings Technology, 405, Article 126732, (2021).
• [13] Daniel J., Duliškovič J., Skála O., Liška K., Buršíková V., Fořt T., and Houdková Š. “Influence of thickness and surface roughness on impact wear and impact lifetime of HVOF-sprayed coatings”, Surf. Coat. Technol., 488, 131058, (2024).
• [14] Schmidt T., Assadi H., Gärtner F., Richter H., Stoltenhoff T., Kreye H., and Klassen T. “From Particle Acceleration to Impact and Bonding in Cold Spraying”, Journal of Thermal Spray Technology, 18(5-6), 794-808, (2009).
• [15] Gül S., Durmuş H., Gül C. and Çömez N. “Improving the wear resistance of the magnesium alloy WE43 by cold sprayed Ni–Al₂O₃ and Ni–Zn–Al₂O₃ coatings”, Mater. Test., 65(7), 1105-1118, (2023).
• [16] Yu M., Li W.Y., Wang F.F., Suo X.K. and Liao H.L. “Effect of particle and substrate preheating on particle deformation behavior in cold spraying”, Surface and Coatings Technology, 220, 174-178, (2013).
• [17] Gül C., Albayrak S., Çömez N. and Durmuş H., “WE43 Magnezyum Alaşımının Soğuk Sprey Kaplama Yöntemi ile Al/Zn/ Al2O3 ve Zn/Al2O3 Kaplanması ve Aşınma Davranışlarının İncelenmesi”, Politeknik Dergisi, 25(4): 1791-1798, (2022).
• [18] Özmen Y. and Jahanmir S. “Ultra low-friction characteristics of nanostructured surfaces on silicon nitride in aqueous medium”, Pamukkale Univ. Muh. Bilim. Derg., 21(8), 337-343, (2015).