Termo-reaktif difüzyon (trd) yöntemiyle çelik yüzeyinde Cr (C, B, N) esaslı kaplamaların oluşturulması ve özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Çelik malzemeler otomobil, savunma, havacılık, denizcilik, inşaat sektörleri gibi geniş bir yelpazede insanoğlun en önemli yardımcısı olmuşlardır. Kullanım sektörlerine göre çeliklerden beklentiler değişmekle beraber, çeliklerin kullanım şartlarına bağlı olarak birtakım problemlerde ortaya çıkabilmektedir. Ortaya çıkan bu problemler çoğunlukla tekrarlı yükler, kimyasal reaksiyonların etkisi ve mekanik etkileşimlerden kaynaklanmaktadır. Bu akademik çalışmada AISI D2 takım çeliğinden imal edilmiş çelik yüzeylerinde termo reaktif difüzyon yöntemi kullanılarak Cr (C, B, N) esaslı kaplama tabakalarının oluşturulması hedeflenmiştir. Bu tez çalışması iki aşamadan meydana gelip, birinci aşamasında metalografik olarak hazırlanmış malzemelerin nitrürleme işlemleri ve borlama işlemleri yapılmıştır. İkinci aşamada ise, nitrürlenmiş, borlanmış ve işlem görmemiş AISI D2 çeliğinin yüzeyleri, içeriğinde ferro-krom, alümina, nişadır ve naftalinden oluşan kaplama banyosunda termo reaktif difüzyon (TRD) yöntemiyle kaplama işlemine tabi tutulmuşlardır. Kaplama verimliliklerinin ortaya çıkarılması adına karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. AISI D2 çelik malzeme yüzeyinde elde edilen borlama ve nitrürleme ile Cr (C, B, N) esaslı kaplama tabakaların özellikleri geniş bir çerçevede analiz edilmiştir. Elde edilen kaplamaların mikro yapı ve elementel analizleri optik mikroskop, taramalı elektron mikroskobu ve elementel yapı incdlemeleri ile incelenirken fazların tespiti için de x-ışınları difraksiyon (XRD) analizinden yararlanılmıştır. Çelik yüzeylerinde elde edilmiş Cr (C, B, N) esaslı kaplama tabakaların mekanik fonksiyonları mikro vickers sertlik ölçme metodu ile ortaya çıkarılmış ve ayrıca kaplama tabakalarının korozyon davranışları da simule edilmiş vücut sıvısı (SBF) ortamında incelenmiştir.

Steel materials have been the most important helpers of human beings in a wide range of sectors such as automobile, defense, aviation, maritime and construction. Although the expectations from steels vary according to the usage sectors, some problems may arise depending on the usage conditions of the steels. These problems are mostly caused by repetitive loads, the effects of chemical reactions and mechanical interactions. In this academic study, it is aimed to form Cr (C, B, N) based coating layers by using thermo reactive diffusion method on steel surfaces made of AISI D2 tool steel. This thesis study consists of two stages. In the first stage, nitriding processes and boronizing processes of metallographically prepared materials were carried out. In the second stage, nitrided steel surfaces, boronized steel surfaces and samples of AISI D2 steel were subjected to the coating process by thermo reactive diffusion method in the coating bath containing ferro-chromium, alumina, sal ammoniac and naphthalene. Characterization processes have been carried out to reveal coating efficiencies. The properties of Cr (C, B, N) based coating layers by boronizing and nitriding obtained on the surface of AISI D2 steel material have been analyzed in a wide frame. While the microstructure and elemental analysis of the obtained coatings were examined by optical microscope, scanning electron microscope and elemental structure analysis, x-ray diffraction (XRD) assay was used for phase analysis. The mechanical functions of the obtained Cr (C, B, N) based coating layers were revealed by micro-vickers hardness measurement method and also the corrosion behavior of the coating layers was investigated in the simulated body fluid (SBF) environment.