Erozif aşınma testlerinde farklı nozul tasarımlarının PMMA üzerinde aşınma izi alanı ve yüzey pürüzlülüğüne etkilerinin incelenmesi

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.

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.