POLMERLER VE POLMER KOMPOZTLERDE KATI PARTKÜL EROZYONUNUN MEKANZMALARI VE MALZEME PERFORMANSINI ETKLEYEN FAKTÖRLER

Transkript

1 POLMERLER VE POLMER KOMPOZTLERDE KATI PARTKÜL EROZYONUNUN MEKANZMALARI VE MALZEME PERFORMANSINI ETKLEYEN FAKTÖRLER Sinan FDAN 1, Tamer SINMAZÇELK 2,3 1 Kocaeli Üniversitesi Sivil Havacılık Yüksekokulu, Uçak Gövde-Motor Bakım Bölümü, Aslanbey Yerlekesi, zmit, Türkiye sfidan@kou.edu.tr 2 Kocaeli Üniversitesi, Makina Mühendislii Bölümü, Vezirolu Yerlekesi, 41040, zmit 3 TÜBTAK-MAM, Malzeme Enstitüsü, 41470, Gebze, Kocaeli tamersc@kou.edu.tr ÖZET Bu çalımada polimerlerin ve polimer kompozitlerin katı partikül erozyonuna maruz kalmaları durumundaki davranıları gözden geçirilmitir. Katı partikül erozyonu oluum sürecinde ortaya çıkan mekanizmalara deinilmi daha sonra katı partikül erozyonuna etki eden faktörler üç ana balık altında toplanarak (deneysel faktörler, aındırıcı partikül özellikleri, hedef malzeme özellikleri) bu parametrelerinin polimerlere ve polimer kompozitlere etkileri hakkında bilgi verilmitir. Partiküllerin tipi, geometrileri, çarpma hızları, malzemeye çarpma açıları, sertlii, debisi, deneyin yapıldıı ortam sıcaklıı, nem miktarı, polimer malzemelere ilikin olarak ise fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikleri, katkılı olup olmamaları, termoset veya termoplastik olmaları, kristalinite miktarları, morfolojileri, moleküler yönlenme bulunup bulunmadıı gibi faktörlerin etkili olduu literatürde belirtilmitir. Bu durumda belirli bir uygulama alanına ilikin olarak istenen eroziv aınma direncine sahip malzemelerin tespit edilmesi aamasında bu konuda etkin olan parametrelerin fazla olduunun dikkate alınarak servis artlarına en uygun parametrelerin dikkate alınarak malzeme ve operasyon parametrelerinin belirlenmesi gerektii çalımada vurgulanmıtır. Anahtar Kelimeler: Kompozit; partikül erozyonu, polimer SOLID PARTICLE EROSION MECHANISMS IN POLYMERS AND POLYMER COMPOSITES AND EFFECTIVE FACTORS ON MATERIAL PERFORMANCE ABSTRACT The aim of this study is to review the solid particle erosion behaviors of polymers and their composites. After mentioning about the mechanisms occurred during solid particle erosion process, the effecting parameters were listed under three different headlines (experimental factors, erodent particle properties, target material properties) and detailed information about the effects of parameters to polymers and their composites was given. From literature survey it is evident that erodent properties such as type, shape, impact velocity, impact angle, hardness, flux rate, environment temperature, amount of humidity and polymeric materials properties like physical, chemical and mechanical, reinforced or not, thermosetting or thermoplastic, rate of crystallization, morphologies, molecular tendency have got great effects.

2 In this manner, when choosing the right erosion resistant material with remembering a number of influencing parameters; in this work it is emphasized the need of determination right material and operational parameters for appreciate service conditions. Keywords: Composite; polymer; solid particle erosion GR Katı partikül erozyonu, malzemelere katı partiküllerin çarpmasıyla ortaya çıkan bir aınma eklidir. Dier tribolojik süreçlerde olduu gibi katı partikül erozyonu da kompleks bir süreçtir.[1] Tribolojik etkileimde bulunan unsurlar arasındaki termal, kimyasal ve fiziksel reaksiyonlar erozyon ekli ve miktarını yakından etkiler. Erozyon mekanizmalarının temel ilkelerini anlamaya çalıma giriimleri 20. yüzyılın son yarısında balamı ve günümüze kadar devam etmitir. Bütün bu yıllar boyunca bilim adamlarının ilgileri geleneksel malzemelere, özellikle de metallere odaklanmıtır. Partikül erozyonuyla kırk yıllık uraından sonra Finnie 1995 te partikül erozyonunun geçmii ve gelecei ile ilgili bir makale sunmutur [2]. Bu makalede katı partikül erozyonunun etki parametreleri, mekanizmaları, metal ve seramik malzemelerin erozyonu esnasındaki davranı prensipleri gözden geçirilmitir. Aynı yıl Meng tarafından yayımlanan bir baka makalede geçerli aınma modelleri ve bu modelleri temsil eden denklemler hakkında bilgi verilmitir [3]. Günümüzde polimerler ve kompozitleri mükemmel spesifik özelliklerinden dolayı çeitli makina elemanlarında ve mühendislik sistemlerinde yapısal malzemeler olarak yaygın ekilde kullanılmaktadırlar. Metallerle karılatırıldıında bazı avantajlar sunarlar. Yüksek dayanım/aırlık oranı, kolay ilenebilirlik ve ekillendirmede tasarımcıya kolay ekil verme özgürlüü gibi (özellikle termoplastiklerde). Bununla beraber metallerle karılatırıldıında kompozitlerin çok karmaık hasar ve hata mekanizmalarının olması hasar analizlerini karmaık hale getirmektedir. Polimer kompozitlerin uygulama örnekleri olarak kum taıyan boru hatları, petrol rafinerisindeki çamur taıma hatları, helikopter rotor palleri, pompa tahrik kanatçıkları, yüksek hızlı taıtlar ve uçaklar, su türbinleri, uçak motor kanatçıkları, füze bileenleri verilebilir. Bu tür uygulamalarda partikül erozyonu direnci önemli bir özelliktir çünkü bu parçalar sıklıkla aındırıcı partikülle etkileen ortamlarda çalıırlar [4-7]. Son otuz yıldır polimerlerin ve polimer kompozitlerin erozyon davranıları youn ekilde aratırılmaktadır. Deneysel koullarına ve hedef malzeme özelliklerine balı olarak erozyonda deiik eilimler gözlemlenmektedir. Polimerlerin ve polimer kompozitlerin oldukça zayıf erozyon direnci gösterdikleri yaygın olarak bilinmektedir. Polimerlerin aınma dirençleri metallerden 2 ile 3 kat daha azdır. Daha da ötesi sıradan malzemelerde kullanılan modellerin hiçbirisi polimer ve polimer malzemelerin aınma davranılarına güvenilir ekilde adapte edilememektedir [3]. Geçerli tatmin modellerinin olmaması polimerlerin ve polimer kompozitlerin eroziv aınma davranıları hakkında bilgi veren bir bilgi bankasının oluturulmasına olan ihtiyaç oldukça fazladır. Bu konu hakkında yayımlanan makaleler henüz yeterince fazla deildir. Bu çalımada, polimerlerin ve polimer kompozitlerin katı partikül erozyonu mekanizmaları ve bunları etkileyen parametreler ile ilgili literatür özetlenmitir. 1. Katı Partikül Erozyonu Süreci Aındırıcının darbe yüzeyindeki bölgesel enerji younluu erozyon aınması için çok önemli bir etkendir [1,8,9,12]. Dier yandan hedef malzemenin özellikleri de (boyut, yüzey topografyası, sertlik vb.) son derece önemlidir. Bu faktörler dıında, çarpma açısı, çarpma hızı

3 ve partikül debisi kritik etkiye sahiptir. Bir partikülün çarpması, malzeme yüzeyine büyük bir darbe kuvvetinin uygulanması anlamına gelir. Çarpıma boyunca, partikülün kinetik enerjisi çeitli ekillerde harcanır Dik açılı, esnek çarpma Partikülün kinetik enerjisi çarpma sonrası malzeme içerisinde elastik deformasyonlar eklinde biriktirilir ve geri sekme safhasında tekrar partikül kinetik enerjisine dönüür. Partikül erozyonunun gözlemlenmedii bazı kauçuk esaslı malzemeler dik çarpma açılarında buna benzer davranı gösterirler. Partikül erozyonu aınması bu durumda elastomerlerde ancak termal bozulmanın ortaya çıktıı uzun erozyon süreçlerinden sonra ortaya çıkar. Keskin kenarlı partikül darbelerinin sonucunda kesme/yırtılma ve malzeme parçalarının kopması gerçekleir. Yüksek dayanımlı sert malzemelere, düük darbe enerjili (düük hızlı ve/veya küçük kütleli aındırıcı) partiküller çarptıında hemen hemen elastik darbe etkisi baskın gelir Dik açılı, plastik çarpma Metal ve seramik esaslı malzemelerde bütün enerjinin plastik deformasyona dönümesi genelde daha nadir rastlanmaktadır. Dier yandan polimer esaslı malzemelerde ise yüksek enerjili partikülün malzeme içerisine penetre etmesi ve bu esnada malzemede plastik deformasyonlara yol açması gözlemlenmektedir. Özellikle polimer esaslı malzemelerde aınma sürecinin ilk safhalarında yüzeye saplanıp kalan partiküllerin aırlıkça malzemenin aırlamasına neden olan bir etki gösterdikleri bilinmektedir Dik açılı, esnek/plastik çarpma En sık rastlanan çarpma türüdür. lk çarpma enerjisinin büyük kısmı iç sürtünmeyle ısı enerjisine çevrilirken enerjinin kalanı plastik deformasyonlara harcanır. Partikülün geri sekme kinetik enerjisi göreceli olarak azalır. Tek bir çarpma genellikle malzemede kırılma ve deformasyona neden olmazken çarpma alanında tekrarlanan darbeler malzemenin aınmasına sebep olur. Malzemenin içerisinde, malzemenin aınmasına yol açan küçük mikro-çatlaklar ortaya çıkabilir. Çarpıan malzemelerin sünekliinin az olması; daha az sayıda gerilme çevrimiyle (zorlanma tekrarı) hatanın ortaya çıkması ve daha fazla miktarda enerjinin kırılmaya (bu yüzden erozyona) sebep olması anlamına gelir Eik, esnek/plastik çarpma Bu çok genel bir tip çarpıma eklidir. Balangıçtaki mikro-kesme ve mikro yarık (mikro sürülme) mekanizmalarından dolayı dik çarpmadan farklıdır. Malzeme dik çarpmadakine benzer ekilde deforme olur fakat ek olarak özellikle keskin kenarlı aındırıcı partiküller tarafından kesilir ve yarılır. Mikro kesilme ve mikro yarılma olayları, hedef yüzeylerin içine nüfuz edebilen partiküllerin sertlii ile ilgilidir Kırılgan malzemelerin yüzeylerinde partiküller tarafından kesilme türü bir deformasyon çok fazla beklenmez. Aındırıcı partikül/malzeme etkileimi ve aradaki enerji transferi sünek malzemelerdekine göre daha küçüktür. Eer çarpıan malzemelerin sürtünme katsayısı yüksekse o zaman malzeme üzerine daha fazla enerji transfer edilir. Orta büyüklükteki açılardan yüksek çarpma açılarına kadar iç gerilmelerin artıının sonucu maksimum erozyon aınması ortaya çıkar. Düük çarpma açılarında aınan elastomerlerde partikül hareket yönüne dik dorultuda yırtık ve çatlak oluumu gözlemlenir. Çarpma yönüne paralel dorultuda uzanan bir dizi oluk, erozyonun balangıç safhasında ortaya çıkar. Çarpan partiküller yüzey üstünde kayar ve her

4 oluun tabanında oluan yorulma çatlaklarının büyümesine sebep olarak olukları deforme eder. Bu yorulma çatlaklarının büyümesi, gerilme zorlanmaları tarafından sürülen erozyon aınması sürecinde bir basamak olarak varsayılabilir [13]. Stachwiak erozyon aınmasının bilinen mekanizmalarını ematik olarak özetlemitir [14]. Bu gösterimin bir kısmı aaıdaki ekil 1 dedir. ekil 1. Katı partikül erozyonunun olası mekanizmaları (a) küçük çarpma açılarında aınma, (b) düük hız, büyük çarpma açısında yüzey yorulması, (c) orta hız, büyük çarpma açısı boyunca gevrek kırılma veya çoklu plastik deformasyon, (d) yüksek çarpma hızlarında yüzey ergimesi, ikincil etkilerle makroskopik erozyon [39] 2. Partikül Erozyonu Mekanizmaları Erozyon boyunca malzeme kopmaları; birbiriyle baıntılı birçok faktöre balıdır. Bu faktörleri üç ana balık altında toplamak mümkündür:

5 Tablo 1. Partikül erozyonuna etki eden faktörler Bütün bu faktörlerin bileimi, aınmanın meydana geldii çevresel artlarında özellikleri ile birleerek karmaık bir yapı oluturur Aındırıcı partiküllerin çarpma açısı Çarpma açısına (a) balı olarak, katı partikül erozyonu iki biçimde incelenebilir [15]: Dik çarpma açılarındaki erozyon ( a 90 o ) Eik çarpma açılarındaki erozyon ( 0 o < a < 90 o ) Partikül erozyonu, düük çarpma açılarında iki cismin sürtünmesine benzer bir mekanizmaya sahiptir çünkü partiküller etkileim süresince malzeme yüzeyi boyunca bir yol izlerler. Yüksek çarpma açılarında ise aınma mekanizması tipik çarpma eklinde katı partikül erozyonu eklindedir. Çarpma açısı ve çarpma sürelerinin deiimi, farklı malzemelerde farklı karakteristiklerde sonuçlanırlar. ekil 2 sünek ve gevrek (kırılgan) malzemelerde erozyon zamanının ve süresinin bir fonksiyonu olarak tipik erozyon diyagramlarını (kütle kaybı) göstermektedir. Polimerlerin ve kompozitlerinin erozyon mekanizmaları polimerlerin ve takviye malzemelerinin sünek ve gevrek olmaları neticesinde deikenlik göstermektedir [4].

6 ekil 2. Sünek/gevrek malzemelerin partikül erozyonu karakteristikleri[22] ekil 2 de tasvir edildii gibi kırılgan malzemelerde maksimum malzeme kaybı yüksek çarpma açılarında ortaya çıkarken, sünek malzemelerde malzeme kaybının en fazla düük çarpma açılarında ortaya çıktıı görülmektedir. Malzeme kaybının çarpma zamanıyla deiimi dikkate alındıında ise sünek davranı gösteren malzemelerde aınma zamanla lineer orantılı hale gelmeden önce hedef malzeme aırlıında artıın olduu bir geliim safhasının (inkübasyon periyodu) varlıı net olarak görülmektedir. Bu periyod aındırıcı partiküllerin sünek hedef malzemeye gömülmesiyle ortaya çıkar. Bu partiküllerin ardıık olarak hedef malzeme yüzeyinden ayrılmasından sonra kararlı erozyon davranıı gözlemlenir [4,5,17,18]. Çarpma enerjisindeki kaybın büyük kısmı hedef malzeme yüzeyini pürüzlendirirken ortaya çıkar [5,19-21]. Hedef malzeme olan polimer veya kompozitinin partikülün çarpması sonrası ortaya çıkan etkileim oldukça karmaık bir alt yapıya sahiptir. Katı partikül tüm enerjisi ile polimer esaslı malzemeye çarptıında enerjisini malzemeyi elastik ve plastik deformasyona uratmaya, sürtünme ile ortaya çıkan ısı oluumu ile de yapıyı moleküler anlamda deforme etmeye harcarlar. Elastomerler sünek karakteristikli malzemelere benzer ekilde en fazla erozyon aınmasını düük çarpma açılarında gösterirler. Fakat bu aınma miktarı sünek termoplastiklere kıyasla çok düüktür. Dik çarpma açılarında malzemedeki erozyon davranıı kararlı bir yapıya ulamayabilir. Elastomer kütlesinde bir azalma olumasa bile bozulma devam edebilir. Malzeme yüzeyinde partikülün çarpması ile yırtılan veya kısmen kopan parça küçük bir kısmının ana malzeme ile balı olması nedeniyle yerinden ayrılmayabilir. Bu aırlık kaybının ölçülmesinde net bir aınma olarak görülmese de gerçekte fonksiyonelliini kaybetmi, deformasyona uramı ve yüzey özelliklerini yitirmi bir malzemedir [21]. Erozyon davranılarındaki farklılıklar; kauçuklar için yırtılma ve yorulma; sünek metaller ve polimerler için kesme ve sürülme; seramikler, camlar ve gevrek polimerler için çatlak oluumu ve gevrek kırılma gibi çeitli malzeme taınması mekanizmaları eklinde ortaya çıkmaktadır [22]. Partiküllerin hareket hızı bileenlerini yatay ve düey bileenler olarak ayırmak mümkündür. Sert partiküller özellikle sünek malzemeleri aındırırken düük çarpma açılarında daha az çarpma, aırlıklı olarak yatay hız bileeni ile malzeme yüzeyini çizme ve kesme mekanizmalarını harekete geçirmektedir. Açı büyüdükçe partikül hızının dikey bileeni

7 artmakta ve daha aırlıkla çarpma etkisine benzer bir etki mekanizması aırlık kazanmaktadır. Bu mekanizmaların etkisi ile sünek malzemelerde çarpma açısının küçük açılardan balayarak giderek artması orta dereceli çarpma açılarında aınmanın maksimuma erimesi gözlenmektedir. Partiküllerin malzeme ile temas etmeleri sonrası kaymaları ve dönmeleri de malzeme ile etkileimde farklı sonuçlar dourmaktadır. Erozyon aınmasındaki kütle kaybı çarpma açısının bir fonksiyonu olarak ölçüldüünde sünek ve kırılgan malzemeler farklı özellikler gösterir [23]. Sünek malzemelerin karakteristik özellii düük çarpma açılarında (15 o 30 o ) maksimum erozyon göstermeleridir. Kırılgan malzemeler maksimum erozyon davranıını normal çarpma açılarında (90 o ) gösterirler. Takviyeli kompozitler, maksimum erozyonun 45 o 60 o arasında ortaya çıktıı yarı-sünek davranı gösterirler [24-26]. Karbon-fiber ve cam-fiber takviyeli epoksilerin her çeit fiber yerleim eklinde maksimum kütle kaybı 60 o çarpma açısında gözlenmitir [22-24]. Takviye edilmemi polimerlerin büyük kısmı sünek özellie sahiptir ve sünek malzemelerin erozyonunda kesme mekanizmalarının baskın olmasından dolayı 30 o civarında en yüksek erozyon oranına sahiptirler [27,28]. 2.2 Aındırıcı partiküllerin hızı Aındırıcı partikül hızı (v) aınma süreci üzerinde çok güçlü bir etkiye sahiptir. Eer hız çok düükse, çarpma anındaki gerilmeler plastik deformasyon oluumu için yetersiz kalır ve aınma yüzey yorulması eklinde devam eder [29]. Hız arttıında, aınan malzeme partikül çarpmasına balı olarak plastik deformasyona urayabilir. Bu sistemde, aınma tekrarlanan plastik deformasyonla oluur. Kırılgan aınma davranıında, aınma alt yüzey kırılması eklinde meydana gelir. Çok yüksek partikül çarpma hızlarında, darbeye maruz kalan yüzeyde ergime ortaya çıkabilir. Ortadan yüksek hızlara doru, aınma oranıyla çarpma hızı arasındaki ilikiyi bir güç kanunu açıklayabilir [29]: (1) burada m aınan numunenin kütlesi, t ilemin devam etme süresini, k deneysel bir sabit, v hız deeridir. Aındırıcı ve hedef malzemenin karakteristik özellikleri n üssünün deerini tanımlar. Kırılgan özellie sahip polimer kompozit malzemeler için n deeri 3-5 arasında deiirken; sünek özellikteki polimerik malzemeler için n deerinin 2-3 arasında deitii belirlenmitir [6,30]. 2.3 Aındırıcı partiküllerin debisi Partikül akı debisi (birim zamanda birim alana çarpan aındırıcı partikül kütlesi) erozyon aınmasını yakından etkileyen parametrelerden biridir. Teorik olarak, bütün aındırıcı partiküllerin hedef malzemeye eit çarpma açısı ve hızda çarptıkları kabul edildiinden aınma miktarı aındırıcı partiküllerin akı debisinden baımsız olmalıdır. Ancak pratikte, ölçülen aınma oranı üzerinde partikül debisinin önemli etkileri vardır [20,29,31,32].

8 Belirli bir akı oranı eik deerine kadar erozyon aınma miktarının akı debisiyle doru orantılı olduu rapor edilmitir. Bu limit deerin gelen ve geri seken aındırıcı partiküller arsındaki giriimin bir sonucu olduuna inanılır [12]. Bu etki, çarpanların önceki partikülleri erozyon sürecinden uzaklatırdıı birinci sırada partikül çarpma modeli ile rasyonalize edilmitir [32]. Bu çarpıma teorisi çok düük deerli akı debi deerlerinde bile önemli role sahip olabilir. Partikül akı oranı sınırı elastomerler için 100 kg/m 2 kadar düük olduu gibi büyük ve hızlı parçalarla metallerde oluan erozyon için kg/m 2 kadar yüksek olabilir. Sınır akı debisi deeri geçildiinde aınma oranı çok az düer [12,20]. Her ne kadar aındırıcı akı debisinin etkisi temelde yukarıda bahsedilen etkileimlere balansada, farklı mekanizmalar da oluabilir ve erozyon aınmasını etkileyebilir. Süreç, her çarpmadan sonra oluan bir geçici reaksiyonlar dizisi olarak deerlendirilebilir. Akı debisi arttıında, ilgili yüzeydeki çarpmalar arası zaman azalır. Bundan dolayı bir sonraki çarpmadan önce bozulma reaksiyonu için daha az zaman kalacaktır ve böylece bozulmanın derecesi ve ona balı olarak da erozyon aınması miktarı düecektir [20]. Yukarıdaki analizlerden; seçilen malzemenin erozyon davranıını etkilememesi için, partikül etkileimi ve çevresel bozulma etkilerini ortadan kaldıracak bir özel debi miktarı seçilmesi gereklidir sonucu çıkarılabilir Sıcaklık Termal ve termomekanik açıdan bakıldıında, termal iletkenlik ve camsı geçi sıcaklıı (T g ) katı partikül erozyonunu kontrol eden faktörlerden iki tanesidir. Hedef malzemeye bir aındırıcı partikülün çarpması sonucu oluan bölgesel deformasyon ve düük termal iletkenlie sahip bir malzemedeki yüksek gerinim oranlarında ba gösteren adyabatik artlar yüksek sıcaklıklar ortaya çıkarabilir. Maksimum sıcaklık, hedef malzeme üzerinde yapılan ie ve malzemenin özgül ısısıyla younluuna balıdır. Yapılan i çarpma boyuncaki maksimum basıncın bir fonksiyonudur ve sırasıyla hedef malzemenin ve aındırıcı partikülün sertliine balıdır. Sıcaklık, çarpma bölgesinden, oluum zamanından daha kısa sürede uzaa akabiliyorsa sıcaklık artıı küçük olur [33,34]. Yüksek sıcaklıklar kısaca malzemeyi yumuatabilir [33,35,36]. Özellikle polimerlerin düük ısı iletme yeteneklerinin olması malzemelerin ısının etkisiyle yumuayıp kolay deforme olur hale gelmesi riskini ortaya çıkarmaktadır. Artan sıcaklıkla polimerlerin mekanik özelliklerinin dümesi bozulma ve malzeme kaybını açıklayacaklardır [33]. Camsı geçi sıcaklıının (T g ), polimerlerin erozyon aınması direncine etkilerine dayanılarak aaıdaki yönelimler gözlemlenmitir: (i) (ii) Oda sıcaklıından (T o ) daha yüksek camsı geçi sıcaklıına (T g ) sahip olan polimerlerin erozyon aınması; oda sıcaklıından (T o ) daha düük camsı geçi sıcaklıına (T g ) sahip olanlardan daha yüksektir [13]. Oda sıcaklıından (T o ) daha düük camsı geçi sıcaklıı (T g ) için, deneysel sıcaklıkla camsı geçi sıcaklıı (T c ) arasındaki fark büyüdükçe aınma oranı azalır [13,19] Aındırıcı partikül Sertlii Erozyon süreci, eik açılarda ve kırılgan erozyon mekanizması baskın olduunda ortaya çıkarsa; artan sertlik, erozyonu arttıran bir etkiye sahip olur. [36].

9 2.6. Aındırıcı partikül ekli Aındırıcı partiküller eer keskin olmayan veya küresele yakın ekle sahipse erozyon plastik deformasyona aırlıklı; eer partiküller keskin kenarlı ise kesme, kırılma ve parçalanmaya daha çok benzer. Keskin olmayan partikül küresel ekle benzeyen bir dairesel yüzeye sahipken keskin partikül aınma süreci için kritik olan küçük yarıçaplı köelerle birbirine balanan düzlemsel alanlardan oluur [12] Aındırıcı partikül boyutu Erozyon miktarının, kritik bir deer üzerinde partikül büyüklüünden baımsız olduu kabul edilir [13,37]. Bu kritik deer m arasında gözlemlenmitir, bununla beraber bu deer etki artlarına ve partikül-hedef etkileimine baımlıdır [13,37]. Bu kritik deere kadar, deneysel sonuçlar aındırıcı büyüklüü arttıkça erozyon miktarının arttıını rapor etmilerdir Aındırıcı partikül kütlesi Aındırıcı partikül kütlesi dier etki parametreleri göz önüne alındıında daha az etkiye sahiptir. Kütle, seçilen aındırıcı malzemeye ait karakteristik bir özelliktir Hedef malzeme özellikleri Malzemenin karakteristik özelliklerinin erozyon aınmasının üzerinde çok önemli etkileri vardır ve yaygın olarak incelenmitir. Polimer kompozitler erozyon aınmasının ortaya çıktıı yerlerde genellikle yapısal bileenler olarak kullanılırlar. Farklı tipteki kompozit malzemelerin farklı erozyon aınması davranılarının kaynaı bir tarafta takviye elemanının miktarı, tipi, yerleimi ve özellikleri iken dier tarafta matris elemanın tipi ve özellikleri ile beraber fiber/dolgu maddelerine yapıma özellikleridir. Kompozitlerin erozyon aınmasıyla ilgili çalımaları partikül takviyeli sistemlerden çok fiber takviyeli polimerler (FTP) üzerinde yapılmıtır. Fiber takviyeli polimerlerdeki erozyon oranlarını etkileyen faktörler kısaca unlardır: (a) matrisin termoset veya termoplastik olması (b) fiberlerin kırılganlıı (c) fiberler ve matris arasındaki arayüzey ba kuvveti [6] Fiber takviyeli kompozitlerin erozyon davranıı için aaıdaki sıralama rapor edilmitir [38]: (i) (ii) (iii) reçine zengini bölgelerde erozyon ve lokal malzeme kaybı fiber bölgelerinde fiber kırılmasına balı erozyon fiberler ve bitiiklerindeki matrislerin arayüzey bölgelerinde erozyon Öncelikle matrisin kopup uzaklamasından dolayı, matris malzemelerinin erozyon karakteristikleri kompozitlerin mukavemetine etki eden birinci dereceden önemli faktörlerdir. Sonuç olarak termoset veya termoplastik matrislerin içine kırılgan fiberlerin dahil edilmesi kompozitlerin erozyon direncini azaltır.

10 SONUÇLAR Bu çalımada polimerlerin ve kompozitlerinin katı partikül erozyonu mekanizmalarını açıklamak, bu mekanizmalara etki eden faktörler hakkında bilgi vermek amaçlanmıtır. Katı partikül erozyonunda dier malzemeler için de geçerli olan hemen her parametre polimer ve kompozitlerinin de aınmasında etkili olmaktadır. Bunun yanı sıra polimer esaslı malzemelerin yapısal özelliklerinden kaynaklanan faktörler bu malzemelerin aınma karakteristiklerini de etkilemektedir. Tek fazlı katkısız polimerler ile katkılı kompozitlerin eroziv aınması arasında önemli farklılıklar söz konusudur. Partikül, kısa yada sürekli fiber takviyesinin partikül ile etkileimi ve aınma esnasında aldıı rol oldukça önemli ve belirleyicidir. Genelde takviye edici fazlar polimere kıyasla daha rijit olduklarından aırlık oranları arttıkça erozyon karakteristii gevrek malzeme aınma karakteristii haline dönümektedir. Dier yandan takviye edici fazların erozyon karakteristikleri de son derece önemlidir. Cam gibi oldukça kırılgan olan bir takviye malzemesinin kullanımı erozyon etkisi ile camın kırılarak malzeme içinde 3 cisimli abraziv aınmaya benzer bir etki yaratması sonucunu ortaya çıkarmaktadır. Fiber oryantasyonu da dier önemli bir parametredir. Partikül hareket yönüne göre fiberlerin aldıkları konumun paralel veya dik olması halinde kırılma ve aınma karakteristikleri önemli ölçüde deimektedir. Sonuç olarak partikül erozyonu pek çok parametreye balı olarak deien karmaık bir yapıya sahiptir. Bu nedenle bu aınma davranıının modellenmesi de oldukça karmaık olabilmektedir. Polimer esaslı malzemeler düük mekanik özelliklere sahip, termal iletkenlik katsayılarının düük olması nedeniyle partikül erozyonu esnasında ısınıp yumuayan, çevresel etkiler ve proses parametrelerine balı olarak çok deiken özellikler gösteren malzemelerdir. Bu malzemelere yapıyı modifiye etmek amacıyla eklenen takviye edici malzemeler ile yapı 2 veya çok fazlı malzeme haline gelmektedir. Çok fazlı malzemelerin eroziv aınması ise malzemeyi karakterize eden fazla sayıdaki parametrelerinde devreye girmesi ile önceden kestirilmesi ve aınma karakteristiklerinin incelenmesi daha karmaıktır. Bu nedenle geni bir malzeme grubunu içeren polimer ve polimer kompozitlerin eroziv aınma karakteristiklerinin incelenmesi son derece popüler ve üzerinde sık çalıılan konulardan biridir. Kaynaklar 1. VDI 3822, Schadensanalyse, Sch aden durch tribologische Beansprucuhungen, in VDI Handbuch Werkstofftechnik, Konstruktion, Betriebstechnik Teil 4 (VDI-Verlag, D usseldorf, 1989) Blatt I. FINNIE, Wear 186/187 (1995) H. C. MENG and K. C. LUDEMA, ibid (1995) T. -H. TSIANG, Journal of Composite Technology and Research 8(4) (1986) G. P. TILLY, Wear 14 (1969) K. V. POOL, C. K. H. DHARAN and I. FINNIE, ibid. 107 (1986) C. E. SMELTZER,M. E. GULDEN andw. A. COMPTON, Journal of Basic Engineering 19 (1970) D. R. ANDREWS, J. Phys.: Appl. Phys. 14 (1981) I. M. HUTCHINGS, J. Phys. D: Appl. Phys. 25 (1992) A A. I. MAREI and P. V. IZVOZCHIKOV, in Abrasion of Rubber (MacLaren, London, 1967) p J. G. A. BITTER, Wear 6 (1963) J. C. ARNOLD and I. M. HUTCHINGS, J. Mater. Sci. 248 (1989) K. FRIEDRICH, J. Mater. Sci. 21(3) (1986) J. K. LANCASTER, Wear 141 (1990) 159.

11 15. H. CZICHOS and K. -H. HABIG, in Tribologie-Handbuch: Reibung und Verschleiß, Systemanalyse, Pr uftechnik, Werkstoffe und Konstruktionselement (Friedr. Vieweg & Sohn Verlaggesellschaft GmbH, Wiesbaden, 1992) p G. W. STACHOWIAK and A. W. BATCHELOR, in Engineering Tribology Tribology Series 24 (Elsevier, Amsterdam, 1993) p RAO P. VEERABHADRA and D. H. BUCKLEY, ASLE Transactions 29(3) (1985) J. C. ARNOLD and I. M. HUTCHINGS,Wear 138 (1990) A. BRANDST ADTER, K. C. GORETTA, J. L. ROUTBORT, D. P. GROPPI and K. R. KARASEK, ibid. 147 (1991) K. - J. GROß, Dissertation, Universit at Stuttgart, 1988, p Idem., J. Phys. D: Appl. Phys. 25 (1992) A U.S. Tewari, A.P. Harsha, A.M. Hager, K. Friedrich, Solid particle erosion of carbon fibre and glass fibre epoxy composites, Composites Science and Technology 63 (2003) Finnie I. Some reflections on the past and future of erosion. Wear 1995; : Hager A, Friedrich K, Dzenis YA, Paipetis SA. Study of erosion wear of advanced polymer composites. In: Street K, editor. ICCM-10 Conference Proceedings, Whistler, BC, Canada. Cambridge (UK): Woodhead Publishing; p Zahavi J, Schmitt Jr GF. Solid particle erosion of reinforced composite materials. Wear 1981;71: Miyazaki N, Takeda N. Solid particle erosion of fibre reinforced plastics. Journal of Composite Materials 1993;27: Bitter JGA. A study of erosion phenomenon, part-i. Wear 1963; 13: Bitter JGA. A study of erosion phenomenon, part-ii. Wear 1963; 13: G. W. STACHOWIAK and A. W. BATCHELOR, in Engineering Tribology Tribology Series 24 (Elsevier, Amsterdam, 1993) p M. ROY, B. VISHVANATHAN and G. SUNDARARAJAN, Wear 171 (1994) P. H. SHIPWAY and I. M. HUTCHINGS, Wear 174 (1994) K. ANAND, S. K. HOVIS, H. CONRAD and R. O. SCATTERGOOD, ibid. 118 (1987) R. A. DOYLE and A. BALL, ibid. 151 (1991) S. M. WALLEY and J. E. FIELD, Philosophical Transactions of the Royal Society of London A 321 (1987) B. J. BRISCOE, P. D. EVANS, E. PELILLO and S. K SINHA, Wear 200 (1996) Y. I. OKA, M. MATSUMURA and T. KAWABATA, ibid (1993) M. M. STACK and N. PUNGWIWAT, Materials Science and Technology 15 (1999) J. ZAHAVI and G. F. SCHMITT, Wear 71 (1981) N.M. Barkoula, J.Karger Kocsis, Journal of Materials Science 37 (2002)