Kutu sementasyonu tekniği ile kaplanan krom nitrür kaplamalara çeşitli alaşım elementlerinin etkisi

Abstract

Makine parçalarının ömürleri ve takımların kullanım süreleri aşınma ve korozyon nedenleri ile sınırlıdır. Bu nedenle aşınma ve korozyonun önlenebilmesi, her geçen gün ekonomik anlamda daha büyük önem kazanmaktadır. Bu sorunları ortadan kaldırmak ve takım ömürlerini uzatmak için yeni nesil takım çelikleri üretilmektedir. Takımlarda kullanılan malzemeleri daha pahalı olan yenileri ile değiştirmek yerine, yalnızca yüzeylerinin aşınma, korozyon vb. özelliklerini geliştirmek ise soruna ekonomik ve pratik bir yaklaşımdır. Bu sebeple sert seramik film kaplamalar son yıllarda büyük bir gelişim göstermiştir. Sert seramik film kaplamalar değişik yöntemler kullanılarak yapılabilmektedir. Bu yöntemlerin en önemlileri kimyasal buhar biriktirme (CVD) ve fiziksel buhar biriktirme (PVD) yöntemleridir. Bu yöntemlerde tesis kurma ve çalıştırma ileri teknoloji gerektirmekte olduğunda oldukça pahalı sistemlerdir. Bu nedenle daha ekonomik fakat aynı sonuçların sağlandığı yöntemler arayışı sonrasında termoreaktif difüzyon (TRD) yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntemle yüksek teknolojiye gerek duyulmadan aynı özellikteki kaplamaları gerçekleştirmek mümkün olmuştur. Bu çalışmada ise TRD yöntemi kullanılarak CrN+Me (Nb, Ti, V) 3?lü bileşikler kaplanmaya çalışılmış ve kaplama sonrasında yapılan mekanik ve metalografik deneyler sonuncunda kaplamanın özellikleri incelenmiştir. Bu çalışmanın amacı; AISI D2 çeliklerinin yüzeyinde, krom nitrüre Nb, Ti ve V alaşımlarının ilavesi ile kaplama tabakası oluşturarak özelliklerini incelemektir. Çalışma iki aşamalı olup; birinci aşamada, metalografik olarak hazırlanan malzemeler 500-550 °C sıcaklık aralıklarında nitrürleme işlemine tabi tutulmuşlardır. İkinci aşamada ise, nitrürlenmiş yüzeyler 1000 sıcaklıkta 2 saat sürede ferro alaşım(Nb, Ti, V), alümina, amonyum klorür ve naftalinden oluşan katı ortamda termoreaktif difüzyon yöntemiyle titanyumlama, vanadyumlama ve niyobyumlama işlemine tabi tutulmuşlardır. Nitrürleme ve titanyumlama, vanaydumlama ve niyoblumlama işlemleri sonrasında oluşan titanyumkromnitrür, vanadyumkromnitrür, niyobyumkromnitrür tabakalarının yüzey morfolojileri ve faz analizleri, optik, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve x-ışınları difraksiyon analizi yardımıyla yapılmıştır. Aynı şekilde kaplama tabakalarının sertlikleri Vickers indentasyon tekniği ile belirlenmiştir. Sonuç olarak; çeliklerin yüzeylerinde 3?lü bileşik kaplama tabakaları elde edilmiştir.

Service life of the machine parts and tools are limited by wear and corrosion in the service conditions. For this reasons, the protection of these materials in the corrosive environment and wear conditions is of major importance, especially for economic reasons. To solve there problems and having more service life, new tool steels with high alloying elements are produced and yet. Instead of changing the tools with new and expensive materials, it is economical to directly solve the problems, that is, changing the surface characteristics of the used materials for improving the corrosion resistance and wear resistance. For these reasons, hard coating technologies have had a great importance in the tool industry. Hard ceramic films can be produced by different coating techniques. Chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD) techniques have the most important techniques. In this process, coating systems are expensive and know-how is needed for the coating parameters. Because of these, thermo-reactive deposition technique has a major importance due to advantages like; no expensive equipment, no restriction on the dimensions of the coated materials, etc. In this study, CrN+Me (Nb, Ti, V) ternary compound coatings by thermo reactive deposition technique has been studied. The main goal of this study is to produce chrome nitride+metal(Nb, Ti, V) ternary compound coatings on the surface of AISI D2 steels and investigate mechanical and structural properties of these coating layers. This study includes two steps. First one is nitriding the coated steel because of the formation of nitride base coating on the steel substrate. Second one is the titanising of the pre-nitrided steel substrate to form titanium nitride layer on the pre-nitrided steel substrate. Titanising, vanadising, niobising treatment was carried out at 1000° for 2 hour on the nitrided steel at 575 °C for 2h. Titanising, vanadising, niobising treatment was employed in the powder mixture consisting of ferro-alloys (titanium, vanadium, niobium) alumina and ammonium chloride. Surface characteristics and phase analysis of titaniumchorome nitride, vanadiumchorome nitride, niobiumchorome nitride coated steels were carried out by optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS) and X-ray diffraction (XRD) analysis. The hardness of the coatings layers are measured by micro-vickers indenter. As a result, ternary compound coatings ) Cr-Nb- N, Cr-Ti- N, Cr-V-N, on the steel substrates was carried out by means of thermo reactive deposition technique.