Mil kaplama kalınlığının otomotiv turboşarjının dinamik davranışlarına etkisi

Turboşarj, otomotiv motorlarına takılan, atmosferik basınçtaki havayı alıp, daha yüksek bir basınca sıkıştırıp, giriş valfleri aracılığıyla basınçlı havayı motora vererek performansı ve verimliliği artırmak için kullanılan sistemdir. Çoğu durumda kaymalı yataklarla desteklenen bir mille birbirine bağlanan türbin ve kompresör pervanesinden oluşur. Mil, turboşarj sisteminin en önemli bileşenlerinden biridir ve yüksek hızda çalışır. Mil titreşimleri doğal bir olgudur ve çevredeki yapıya doğru hareket ederek turboşarj sisteminin kararlılığını ve güvenilirliğini etkiler. Sistemin titreşimini etkileyen parametreler arasında uygun mil malzemesi özelliğinin seçimi kritik bir parametredir. Bu çalışma, AISI 4140 alaşımlı çelikten imal edilen mil için her biri sırasıyla 2, 4 ve 6 µm kalınlığa sahip Alüminyum Krom Nitrür (AlCrN), Titanyum Nitrür (TiN) ve Alüminyum Titanyum Nitrür (AlTiN) dahil olmak üzere farklı türdeki kaplama malzemeleri kullanılarak mil titreşiminin azaltılmasının mümkün olup olmadığını araştırmaya odaklanmaktadır. Kaplamalı ve kaplamasız turboşarj milinin rezonans frekansları, sönümleme ve mod şekilleri gibi doğal titreşim özellikleri, turboşarj milinin önceden tanımlanmış bir matematiksel modeli kullanılarak verilerin eğriye uydurulmasıyla ilgili olan Frekans Tepki Fonksiyonu ölçümleri yoluyla Deneysel Modal Analiz yapılarak elde edildi. Sonuçlar Sonlu Elemanlar Yöntemi ile sayısal olarak doğrulandı. Genel sonuçlardan, AlCrN, TiN, AlTiN kaplama kalınlıklarının rezonans frekansları üzerinde küçük bir etkiye sahip olduğu, ancak iyi bir sönümleme etkisi olduğu gözlemlendi. Turboşarj milinin rezonans frekanslarındaki rezonans tepkisi, özellikle sırasıyla 6 ve 4 µm kalınlığa sahip AlCrN ve AlTiN kaplama ile önemli ölçüde bastırıldığı gözlemlendi. Ayrıca AISI 4140 mil malzemesi özelliklerinde 70 adet numune hazırlanarak 2, 4 ve 6 µm kalınlığa sahip AlCrN, TiN ve AlTiN kaplamaların mekanik ve tribolojik özellikleri incelendi. Kaplama yüzeyi, numune kesitinden kaplama kalınlığı ve aşınmış yüzeyler taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile analiz edildi. X-Işını difraksiyonu ile PVD kaplamaların faz yapıları analizi edildi ve kaplamaların kristal boyutu ve kafes bozulması hesaplandı. Kaplamalara mikro sertlik testleri yapıldı. Tribolojik ölçümler için yağlı ve yağsız ortamlarda pi-on-disk testleri yapıldı. Test sonuçlarına göre; kaplamaların aşınma oranı ve sürtünme katsayısında azalmaya neden olduğu görüldü. Yağlı ortamda 2 µm, yağsız ortamda 4 µm kalınlığa sahip sırasıyla TiN ve AlCrN kaplamaların en düşük sürtünme katsayısına sahip olduğu görüldü. Maksimum sertliğe ve güçlendirme içeriğine sahip 6 µm kalınlığındaki TİN kaplamanın en düşük aşınma iz genişliği gösterdiği görüldü.