Niobyum karbür kaplamaların özellikleri

Abstract

ÖZET Anahtar kelimeler: Niobyum, Difüzyon, Yüzey Kaplama Karbürler insanlığı çok uzun yıllardan beri kullandığı son derece sert, aşınma ve korozyon dirençleri son derece yüksek olan kimyasal olarak kararlı bileşiklerdir. Özellikle talaşlı imalat sanayinin ve aşındırıcıların en önemlileri karbür esaslı malzemelerdir. Günümüzde hala bu alanda en fazla kullanılan malzemeleri karbürler oluşturmaktadır. Teknolojik gelişmelere bağlı olarak özellikle son geçtiğimiz 30 yıl içerisinde çeliklerin yüzeyine CVD ve PVD gibi teknikler kullanılarak yapılan karbür ve nitrür kaplamalar (TiC, TİN, WC, VC, VN, vs.) popülaritesini artırmış ve çok geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Son yıllarda Japonyada ilk kez bulunan ve dünyada hızla yayılan Termo-Reaktif Difuzyon tekniği ile karbür ve nitrür kaplamalar dünyada hızla yaygınlaşmaktadır. Bu tekniğin gelişmiş cihazlara ihtiyaç göstermemesi kolayca uygulanması, CVD ve PVD tekniklerinde elde edilen kaplama kalınlıklarının (< 1 5 um) rahatlıkla elde edilmesi ve matris ile kaplama arasındaki bağ yapısının difüzyona dayalı ve son derece sağlam olması bu kaplama tekniğinin ön plana çıkmasına neden olmuştur. Bu çalışmada ülkemizde üzerine fazla düşülmemiş ve yeterince araştırma yapılmamış olan Niobyum Karbür kaplamaların çelikler üzerine Termo-reaktif Difuzyon tekniği kullanılarak kaplanması amaçlanmıştır. Ayrıca niobyum karbür kaplamaların optik, SEM ve x-ışınlan teknikleri kullanılarak kaplama yapılan hakkında detaylı çalışmalar hedeflenmiştir. Alumina, amonyum klorür, naftalin ve ferro-niobyumdan oluşan bir ortamda 800°C, 900°C ve 1000°C sıcaklıklarda L 2, 3 ve 4 saat sürelerde niobyum karbür kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Kaplama tabakalarında yapılan incelemelerde kaplama tabakasının NbC ve Nb2C fazlarından oluştuğu, Nb2C'nin dış kısımda, NbC fazının kaplamanın matrise yakın kısımlarda oluştuğu görülmüştür. Kaplama tabakasının zaman ve sıcaklığın artışına bağlı olarak arttığı, zaman ve sıcaklığa bağlı olarak 3.42±0.52 ile U.78±2.29 arasında değiştiği görülmüştür. Oluşan karbür tabakası malzemenin her tarafında homojen dağılım gösteren şeker pembesi renkte ve son derece dekoratif görünümlü olarak elde edilmiştir. Elde edilen kaplama tabakasının sertliği zaman ve sıcaklığa bağlı olarak değişmeyip ortalama değer olarak 1 7 1 9±89 HV 0.025 kg/mm2 olarak ölçülmüştür. VIII

NIOBIUM CARBIDE COATINGS AND THEIR PROPERTIES SUMMARY Key words: Neobyum, Difusion, surface coating In recent years, three kinds of thin hard coating processes have been put into practical application in the worldwide industries. These are : CVD, PVD and thermo-reactive diffusion techniques(TRD). Unlike CVD and PVD, TRD process can be considered to be a kind of heat treatment technologies, from a standpoint of the mechanism of carbide formation and equipment and coating procedure etc. The process has been developed by Toyota Central Research and Developments Lab., Inc. in 1970 and put into practical application in Japanese industries in 1 971. Carbide coatings are formed by the chemical combination of carbon atoms in the substrate and carbide forming elements (CFE) in the treating reagent, as a result of small free energy for carbide formation. Growing up of carbide coatings is mentioned by the continuous supply of carbon atoms to the surface of coatings from the substrate. That is the reason, the process has been named as Thermo- Reactive Diffusion Process. The aim of the study, the investigate that of the characterization of niobium carbide coatings formed on AISI 1 040 steel by the techniques of thermo-reactive diffusion process. Niobium carbide coatings on steel substrates were performed in the powder mixture consisting of ferro-thanium, NH4CI, Aİ2O3 and naphthalene. Treatment was done at the temperature 800°C, 900°C and 1000°C for 1, 2, 3 and 4 h. Then, samples were quenched in air and cleaned in the solution of acetone ultrasonically. Samples were investigated by the techniques of optical microscope and optical micrometer attached to it, X-ray diffraction analysis and SEM. In addition that, the hardness measurements was performed via LEITZ Vickers indenter on the load of 25 gr. Niobium carbide coatings formed on steel substrate consist of two kinds of carbide phases, which are Nb2C phase's outer part of coating and NbC near the matrix. The depths of niobium carbide coatings are changing according to coating time and temperature. The carbide layer thickness are changing between 3.42±0.52 to 1 1.78±2.29 um and the hardness of carbide layers is 1719±89 HV 0.025 kg/mm2. Thermo-reactive coating of niobium carbide on the steel substrate is colored light pink color. Carbide layer is homogeneous and equal on all over of the samples.