Co3O4 katkılı zirkonya (8YSZ) seramiklerin tribolojik özelliklerinin incelenmesi / The investigation on tribological properties of Co3O4-doped zirconia (8YSZ) ceramics

Abstract

Bu çalışmada, % 8 mol yitria ile kararlı hale getirilmiş kübik zirkonyanın (8YSZ) mikroyapısına, aşınma ve yüzey özelliklerine Co3O4 ilavesinin etkileri araştırıldı. 8YSZ ve ağırlıkça %1-15 oranlarında Co3O4 tozları, kolloidal işlemle alaşımlanarak numuneler üretildi. Katkısız ve Co3O4 katkılı 8YSZ numuneler 1500 oC'de 1 saat süre ile sinterlendi. Sinterleme sonrası numuneler 1500 oC'de 10 ve 50 saat süre ile tavlandı. Mikroyapı sonuçları, Co3O4'in 8YSZ içerisinde sınırlı oranda çözünebildiğini ve çözünemeyen Co3O4'in ise ikincil faz olarak tane sınırlarında çökeldiğini gösterdi. Ayrıca 8YSZ'ye Co3O4 ilavesi, tane boyutunda bir artış meydana getirdi. Aşınma deneyleri, kuru sürtünme kayma ve oda sıcaklığı şartlarında, Co3O4 katkılı 8YSZ numunelere karşı Al2O3 seramik aşındırıcı bilye kullanılarak yapıldı. Ağırlıkça %15 Co3O4 ilavesinin, 8YSZ'nin aşınma hacmini 0,30'dan 0,11 mm3'e azalttığı, sürtünme katsayısını ise 0,76'dan 0,74'e düşürdüğü tespit edildi. Co3O4 ilaveli 8YSZ numunelerde aşınma miktarının katkısız 8YSZ'ye göre daha az olmasının nedeni; Co3O4'in sürtünme yüzeylerinde ince bir yağlayıcı film tabakası oluşturmasıdır. Aşınma karakterizasyonu sonuçlarına göre; kuru kayma sürtünmesi şartlarında, Co3O4 katkılı 8YSZ numunelerin, Al2O3 seramik aşındırıcı bilye karşısında abrasiv aşınma mekanizması ile aşındığı gözlemlendi. Aşınma izleri, katkısız ve Co3O4 katkılı 8YSZ numunelerde aşınmanın, tanelerde mikro çatlakların oluşması ve bu çatlakların ilerlemesiyle malzeme yüzeyindeki tanelerden kopmalar şeklinde gerçekleştiğini gösterdi. Numunelerin tane boyutundaki artışla beraber aşınma miktarının arttığı bulundu. Ayrıca, Co3O4 ilavesi ile 8YSZ seramiklerin aşınma dirençleri ve yüzey özelliklerinin arttırılabileceği tespit edildi. In this study, the effects of Co3O4 addition on microstructure, wear and surface properties of 8 mol% yttria-stabilized cubic zirconia (8YSZ) were investigated. Specimens were produced by doping 1-15 wt.% Co3O4 to 8YSZ powder using colloidal process. Undoped and Co3O4-doped 8YSZ samples were sintered at 1500 °C for 1 h. After sintering, the samples were annealed at 1500 °C for 10 and 50 h. Microstructure results showed that the Co3O4 could dissolve the limited amount in 8YSZ, and insoluble Co3O4 precipitated as a secondary phase at grain boundaries of 8YSZ. Additionally, the addition of Co3O4 to 8YSZ caused an increase in the grain size. Wear tests were performed by using Al2O3 ceramic abrasive ball against a counterface Co3O4-doped 8YSZ specimens at dry friction sliding and room temperature conditions. It was found that the wear volume of 8YSZ decreased from 0.30 to 0.11 mm3, and also friction coefficient reduced from 0,76 to 0,74 with 15 wt.% Co3O4 addition. The reason is why the wear amount of Co3O4-doped 8YSZ specimens were less than that of undoped 8YSZ, Co3O4 was to create a thin lubricating film layer on the friction surfaces. According to the wear characterization result; it was observed that undoped and Co3O4-doped 8YSZ specimens, against a counterface Al2O3 ceramic ball, wore with abrasive wear mechanism at dry sliding friction conditions. Wear tracks showed that the wear of undoped and Co3O4-doped 8YSZ specimens occured with create the microcracks at the grains, progress these cracks and remove particles from these grains in the material surface. It was found that wear amount increased with increasing in grain size of specimens. Furthermore, it was determined that Co3O4 addition to 8YSZ could strengthen interestingly wear resistance, and surface properties of 8YSZ ceramics.