Search

Titanyum bor nitrür (TiBN) kaplamalar çeşitli endüstriyel uygulamalarda sıradışı sertlik ve aşınma direnci, yüksek ergime noktası, tokluk, iyi korozyon, kimyasal kararlılık ve yüksek sıcaklıklarda iyi termodinamik kararlılık gibi mükemmel özelliklere sahiptirler. TiBN kaplamaların mekanik ve tribolojik özelliklerini, kaplamalardaki azot ve bor oranlarının kontrolü ile değiştirmek mümkündür. Bu çalışmada Taguchi L9(34) deney tasarımı kullanılmış ve TiBN filmlere Ta ilave edilerek elde edilen TiTaBN filmlerin yapısal, mekanik, tribolojik, korozyon ve tribokorozyon özellikleri araştırılmıştır. TiTaBN filmler, darbeli-doğru akım kapalı alan dengesiz manyetik sıçratma yöntemi (CFUBMS) kullanılarak D2 ve cam taban malzemeler üzerine kaplanmıştır. Kaplamaların morfoloji ve yapıları SEM, XRD, EDS ve XPS kullanılarak analiz edilmiştir. TiTaBN filmlerin, mekanik ve adezyon özellikleri sırasıyla mikrosertlik test cihazı ve çizik test cihazı ile belirlenmiştir. Kaplamların sürtünme ve aşınma özellikleri farklı test atmosferlerinde (kuru azot, nemli hava, saf su ve yağ) pin-on-disk kullanılarak analiz edilmiştir. Ayıraca, filmlerin yüksek sıcaklıktaki aşınma özellikleri yüksek sıcaklık tribo-test cihazı ile belirlenmiştir. İşlemsiz D2 taban malzemelerin ve TiTaBN filmlerin korozyon ve tribokorozyon özellikleri sırasıyla potansiyostat ve bilgisayar kontrollü potansiyostat-pin-on-disk sistemi kullanılarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, R8 kaplama parametrelerinde kaplanan TiTaBN filmler yoğun ve kolonsal bir yapı sergilemiştir. TiN, TaN, TiB2 ve BN fazlarına sahip bu ultrasert (52.55GPa) filmler farklı test atmosferlerinde mükemmel aşınma direnci göstermiştir. Farklı kaplama parametrelerinin kullanılması TiTaBN filmlerin adezyon, yüksek sıcaklık aşınma ve korozyon direncini ve tribokorozyon özelliklerini iyileştirmiştir. Titanium boron nitride (TiBN) coatings have excellent properties such as extreme hardness, high melting point, high toughness, good corrosion, chemical inertness and good thermodynamic stability at high temperatures for various industrial applications. It is possible to change the mechanical and tribological properties of TiBN coatings by controlling the boron and nitrogen content of the coatings. In this study, Taguchi L9 (34) design method were used and structural, mechanical, tribological, corrosion and tribocorrosion properties of sputtered TiTaBN coatings obtained with Ta incorporation into TiBN were investigated. TiTaBN films were deposited on D2 steel and glass substrates by pulsed-dc closed field unbalanced magnetron sputtering (CFUBMS). Morphology and structure of coatings were analyzed by SEM, EDS, XRD, and XPS. Mechanical and adhesion properties of TiTaBN coatings were determined with microhardness tester and a scratch tester, respectively. The friction and wear properties of the coatings were analyzed at different test athmospheres (humid air, distillated water, dry nitrogen and synthetic oil) by using pin-on-disc. Also, the high temperature wear properties of films were determined by using a high-temperature tribotester. The corrosion and tribocorrosion properties of untreated D2 substrates and TiTaBN films were determined by potentiostat and pin-on-disc tribometer- computer-controlled potentiostat system, respectively. As a result, TiTaBN films coated at the R8 coating parameters exhibited dense and a columnar structure. These ultra hard (52.55GPa) films having TiN, TaN, TiB2 and BN phases demonstrated excellent wear resistance at the different test athmospheres. Using of the different coating parameters improved adhesion, high temperature wear and corrosion resistance and tribocorrosion properties of TiTaBN films. 180

ÖZET Doktora Tezi M0S2-Tİ KOMPOZİT İNCE FİLMİN FARKLI ÇELİK TÜRLERİ ÜZERİNE PVD İLE KAPLANMASI: MEKANİK- TRİBOLOJİK- YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN KARAKTERİZASYONU Ersin ARSLAN Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. İhsan EFEOĞLU M0S2 yağlayıcı filminin tribolojik özelliklerinin iyileştirilmesi amacıyla; M0S2-Tİ katı yağlayıcı kompozit filmler, AISI D2, M2, 4140, 52100, 440C, 304 çelikleri ve silisyum levha üzerine CFUBMS tekniği ile büyütüldü. Filmin yapısal-mekanik ve tribolojik özelliklerini etkileyen kaplama parametreleri (çalışma basıncı, taban malzeme gerilimi, magnetron akımı) belirlendi ve Taguchi Lg(34) deney tasarımı yöntemine göre parametrelerin farklı seviyelerinde 9 farklı büyütme gerçekleştirildi. M0S2-Tİ kompozit filmlerin yapısal özellikleri XRD, SEM-EPMA, atmosfer ve kuru azot ortamındaki tribolojik özellikleri Pin-on-disc aşınma testi ve mekanik özellikleri Vickers mikrosertlik cihazı ile tespit edildi. M0S2-Tİ kompozit filmlerin kimyasal kompozisyonunun püskürtme parametrelerinin farklı seviyeleri ile önemli derecede etkilendiği görüldü. M0S2-Tİ filmlerin mikroy apışının ne amorf nede kristalin, yani yan-amorf olduğu ve MoS2'yi karakterize eden (002) ve (100) düzlemlerinin kısmen oluştuğu gözlendi. Yapısal değişimler Ti miktarı ve kaplama parametrelerinin farklı seviyeleri ile ilişkilendirildi. Ti miktarındaki artış ile sürtünme katsayısının kısmen arttığı, buna karşılık aşınma oranının düştüğü tespit edildi. Ti miktarına bağlı olarak M0S2 katı yağlayıcı filmlerin neme karşı hassasiyetinin azaldığı, kuru azot ortamında da film dayanımının arttığı belirlendi. Ayrıca Taguchi L9(34) deney tasarımı yöntemine göre M0S2-Tİ kompozit filmlerin optimum kaplama parametreleri belirlendi. 2003, 153 sayfa Anahtar kelimeler : Katı yağlayıcı, M0S2-Tİ, CFUBMS, Sürtünme, Aşınma ABSTRACT Ph. D. Thesis DEPOSITION ON DIFFERENT STEEL TYPES OF MoS2-Ti COMPOSITE THIN FILM: CHARACTERIZATION OF MECHANICAL-TRIBOLOGICAL-STRUCTURE PROPERTIES Ersin ARSLAN Atatürk University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mechanical Engineering Supervisor: Prof. Dr. İhsan EFEO?LU M0S2-Tİ solid lubricant composite films were deposited on AISI M2, D2, 4140, 52100, 440C, 304 and silicon wafer by CFUBMS coating technique to improve tribological properties of M0S2 lubricant film. The deposition parameters (working pressure, substrate voltage, target current) that affect the structural-mechanical and tribological properties were determined, and nine different depositions were performed at the various levels of the parameters according to the method of Taguchi Lg(34) experimental design. The structural properties of M0S2-Tİ composite films were examined by XRD, SEM-EPMA, tribological properties in the environment of atmosphere and nitrogen were determined by Pin-on-disc wearing tester; and the mechanical properties were determined by Vickers microhardness. It was seen that the chemical compositions of M0S2-Tİ composite films were affected significantly at the different levels of sputtering parameters. The microstructure of M0S2-Tİ composite films was neither amorphous nor crystalline, but quasi-amorphous. It was observed partly the formation of (002) and (100) planes that characterizes M0S2. The structural changes were related to the different levels of deposition parameters and Ti amount. The friction coefficient increased relatively by the increase of the Ti amount while wear rate was decreasing. Depending upon the change of Ti amount, it was determined that sensitivity against humidity of M0S2 solid lubricant film decreased and the film durability also increased in the environment of dry-nitrogen. In addition, the optimum deposition parameters of M0S2-Tİ composite films were determined according to the method of Taguchi Lg(34) experimental design. 2003, 153 pages Keywords: Solid lubricant, MoS2-Ti, CFUBMS, Friction, Wear ii 153