Termo-difüzyonel yöntemle çeliklerin yüzeyinde Cr-Al-N esaslı kaplamaların elde edilebilirliğinin araştırılması

Abstract

Demir esaslı malzemeler üzerine krom-Alüminyum-nitrür (Cr-Al-N) kaplamalarüzerine yapılan çalışmalar son yıllarda oldukça hızlanmıştır. Araştırmalar neticesindeelde edilen sonuçların iyi çıkması ve malzeme ömrünü uzatması sebebiyle Cr-Al-Nkaplamalar birçok gelişmiş ülkeler de sanayiye aktarılmıştır. Cr-Al-N kaplamalarfiziksel buhar biriktirme (PVD) ve kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemleriuygulanarak elde edilmektedir. Ancak termoreaktif difüzyon yöntemi uygulanarakCr-Al-N kaplama araştırmaları oldukça sınırlıdır ve bu konuda az sayıda çalışmayapılmıştır.Yapılan bu çalışmada, AISI 1010, AISI D2 çelik malzemelerin yüzeyindetermoreaktif difüzyon yöntemi kullanılarak krom-alüminyum-nitrür (Cr-Al-N)tabakasının elde edilmesinin mümkün olup olmadığı araştırılmıştır. Çalışma ikiaşamalı olup, birinci aşamada, metalografik olarak hazırlanan malzemeler 560 oCsıcaklıkta 8 saat süreyle gaz nitrürleme işlemine tabi tutulmuşlardır. İkinci aşamadaise, nitrürlenmiş yüzeyler 1000 oC sıcaklıkta 2 saatlik sürede ferro-krom, alüminyum,alümina, amonyum klorür ve naftalinden oluşan katı ortamda TRD yöntemiylekromlama işlemine tabi tutulmuşlardır. Ayrıca en iyi kaplamanın hangi çelikteoluşturulduğu belirlenerek kaplama tabakasının karakterizasyonları yapılmıştır. Çelikyüzeyinde oluşturulan Krom-alüminyum-nitrür (Cr-Al-N) tabakalarının geniş birspektrumda özellikleri araştırılmıştır. Bu amaçla optik mikroskop ve taramalıelektron mikroskobu (SEM) ile mikroyapı incelemeleri ve elementel analizler, xışınlarıdifraksiyon analizi ile faz analizleri gerçekleştirilmiştir. Aynı şekildetabakaların mekanik özellikleri, mikrosertlik ölçümleri ve aşınma deneyleri ilebelirlenmiştir. Ayrıca yüzeyde oluşan kaplama tabakaların korozyon davranışlarıbelirlenmiştir.

Studies on Cr-Al-N coating iron-based materials have developed in recent years.According to recent study results Cr-Al-N coating on iron materials uses longer so, Cr-Al-N coating are being used in many develop countries? industries. Cr-Al-N coating isobtained by using Chemical Vapor Deposition (CVD) and Physical Vapor Deposition(PVD) methods, but obtained Cr-Al-N coating by using Thermo-reactive depositionmethod is restricted and a few studies on this are done.On this study, it is examined whether to obtain Cr-Al-N layer by using TRD method onAISI 1010, AISI D2 steel material surfaces. This study includes two steps. First one isnitriding the coated steel because of the formation of nitride base coating on the steelsubstrate. Second one is the chromize of the pre-nitrided steel substrate to formchromium aluminum nitride layer on the pre-nitrided steel substrate. chromize treatmentwas carried out at 1000 °C for 2 hour on the gas nitrided steel at 575 °C for 8h. chromizetreatment was employed in the powder mixture consisting of ferro- cromium, aluminum,alumina and ammonium chloride. Also, coating layer?s characterization was employedby determining best coated steel. Cr-Al-N layers, created on steel surface, features weresearched in a white spectrum. By this aim, optical microscopy, scanning electronmicroscopy (SEM) and phase analysis by using energy dispersive spectroscopy (SEMEDS)and X-ray diffraction (XRD) were carried out. At the same time layers?mechanical features by using micro hardness measures and abrasions experiment weredetermined. Also the corrosion behaviours of coating layer formed on the surface weredetermined.