Gaz nitrürlemede yıkama kimyasallarının yüzey nitrürleme özelliklerine etkisinin incelenmesi

Dizel motorların mevcut özelliklerini geliştirmek, egzos emisyonunu, yanma gürültüsünü ve yakıt tasarrufunu sağlayabilmek için yakıt enjeksiyon teknolojisi yakıtın yanmasını ve buharlaştırmasını geliştirmeli ve bu sistemler yüksek basınca dayanıklı olmalıdır. Daha verimli yanma için geliştirilmekte olan yeni nesil enjeksiyon sistemlerinin yüksek basınç dayanımına sahip olmaları gerekmektedir. Gaz nitrürleme, enjektörün yüksek basınca ve yorulmaya karşı dayanımı açısından performansını geliştirmede önemli bir yere sahiptir. Bunun yanında korozyon direncinin artmasını da sağlayabilmektedir [1]. Gaz nitrürleme öncesi yıkama prosesi önemli bir yere sahiptir. Parça yüzeyinde kalan yağ ve kimyasal kalıntıları nitrürleme sonrası bölgesel nitrür almayan bölgeler yaratmaktadır. Literatürde yıkama kimyasallarının nitrürlemeye etkilerinin araştırıldığı çalışmalar mevcuttur. Surtec firmasının yaptığı çalışmalarda iki ticari yıkama kimyasalının etkisi araştırılmış, gaz nitrürleme üzerinde farklı etkiler yarattığı gözlemlenmiştir. Bu parçaların bileşik tabaka kalınlıkları, difüzyon tabakası kalınlıkları ve sertlik değerleri ölçülmüştür. Surtec 042 isimli yıkama kimyasalının bileşik tabaka kalınlığını arttırdığı, yüzeyi daha iyi temizlediği dolayısıyla aktive ettiği, Surtec 101 kimyasalının ise bileşik tabakası kalınlığını azalttığı gözlemlenmiştir. Bu çalışma kapsamında ise söz konusu kimyasallardan Surtec 042'nin yanında RBTR'de Bosch'ta kullanılan diğer yüzey temizleme kimyasalları da kullanılmıştır ve gaz nitrürleme öncesi kullanılan yıkama kimyasallarının nitrürlemeye olabilecek etkileri incelenmiştir. Alınan sonuçlar ile fabrika için bir veri tabanı oluşturulması amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında ayrıca, nitrürleme süresinin etkisi de incelenmiştir. Farklı kimyasallarla yıkanan numunelere 1 saat, 3 saat ve 5 saat boyunca gaz nitrürleme uygulanarak hem sürenin hem de kimyasalların etkisi gözlemlenmeye çalışılmıştır. Çalışma kapsamında, yeni nesil enjektörlerde kullanılması planlanan 50CrMo4 malzemesi seçilmiştir. Gerçek enjektör gövdeleri hem ekonomik kazanç sağlamak hem de analiz zorluğu nedeniyle tercih edilmemiştir. Gaz nitrürleme işlemi tüm numunelerde 520 oC sıcaklıkta yapılmış olup KN=2 nitrürleme potansiyelinde tamamlanmıştır. Nitrürleme sonrası tüm numunelerin sertlik, difüzyon ve bileşik tabaka kalınlık ölçümleri yapılmıştır. Böylelikle farklı yıkama kimyasalı etkisinin gözlemlenmesi amaçlanmıştır. Yıkama kimyasallarının nitrürleme işlemine bir etkisinin olup olmadığını incelemek amacıyla yapılan denemelerde yıkama parametreleri sabit tutulup (65 oC, 10 dakika) sadece farklı temizleme kimyasalları ile yıkamalar yapılmıştır. Nitrürleme sonrası parçaların mikro sertlik cihazı ile sertlik ölçümleri yapılmış, optik mikroskop ile difüzyon tabakası kalınlığı ve bileşik tabaka kalınlığı ölçülmüştür. Bunların yanında, nitrürlenmiş yapıda hangi fazların oluştuğu XRD ile belirlenmiş , nitrürlenmiş parçanın mikroyapısına SEM ile bakılmıştır. Nitrürleme sonrası yüzeyde bulunan elementlerin bileşiminikompozisyonunu tayin edebilmek için SEM-EDS analizi yapılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda, yıkama kimyasallarının difüzyon tabaka kalınlıklarının ve sertlik değerlerinin birbirine yakın olduğu görülmüştür. Bunun yanında, sadece Surtec 042 kimyasalının bileşik tabaka kalınlığı diğer temizleme kimyasallarına göre daha iyi sonuç vermiş olup; Gardoclean T5441 yıkama kimyasalının ise tam tersi etkiye sahip olduğu görülmüştür. Bu farklılık yüzeyin daha aktif ya da pasif temizlendiği olarak yorumlanabilir. Yıkama kimyasalının yanında, artan nitrürleme süresi ile beraber numunelerin sertlik değerlerinde ve bileşik tabakası ile difüzyon tabaka kalınlıklarında doğru orantılı bir değişme olduğu tespit edilmiştir. Buradan da, her ne kadar Surtec 042 en kalın bileşik tabakası kalınlıklarını verse de, birbirlerinden çok farklı olmayan sonuçlar dolayısıyla Gardoclean T5441 yıkama kimyasalı hariç diğer tüm kimyasalların nitrürlemeye negatif bir etkisinin olmadığı söylenebilir.