AIsI H13 çeliğinin korozyon, tribolojik ve tribokorozyon performansının kutu ve elektrokimyasal esaslı borlama yöntemleriyle geliştirilmesi

AISI H13, yüksek sertlik, tokluk ve sertleşebilme özellikleri ile birlikte mükemmel yüksek sıcaklık performansına sahip olması nedeniyle poli(vinil klorür) (PVC) ekstrüzyon ve enjeksiyon kalıp ve takım imalatında kullanılmaktadır. PVC içeren malzemelerin yüksek sıcaklıkta işlenmesiyle ilgili bir dezavantaj, korozyon ve aşınma hızını büyük ölçüde hızlandırabilen, C-Cl bağlarının parçalanmasından kaynaklanan serbest klorür türlerinin göz ardı edilemeyecek konsantrasyonudur. Bununla birlikte, dövme ve döküm gibi çoğu sıcak şekillendirme uygulamalarında tercih edilen H13 çeliğinin oda ve yüksek sıcaklıklarda aşınma ve korozyon direncinin iyileştirilmesi gereklidir. Sıcak şekillendirme uygulamaları sırasında kalıp ve takımlar, genellikle yüksek sıcaklıkta şiddetli statik/çevrimsel yüke maruz kalmaktadır ve bu durum, kalıp ve takım yüzeyinde erozyon, termal yorulma, kalıp ve takımın başlıca bölgelerinde abrasif/adhesif aşınmasına yol açabilir, bu da kalıp ve takımların servis ömrünü büyük ölçüde azaltabilir. Ayrıca, korozyon, sıcaklık ve agresif yağlayıcıların birleşik etkisi nedeniyle kalıplar ve takımlar hasara uğrayabilir. H13 çeliğin zayıf korozyon ve aşınma direnci, tribolojik ve tribokorozyon performansı açıdan geliştirilmesi gerekiyor. Bu sorunu çözmek için kutu ve elektrokimyasal esaslı borlama potansiyel bir çözüm olarak araştırılmıştır. Bu çalışmada, kutu (% 90 B4C ve % 10 KBF4 toz karışımı içerisinde 950 °C'de 6 saat süre) ve elektrokimyasal (% 90 Na2B4O7 ve % 10 Na2CO3 elektrolit içerisinde 950 °C sıcaklıkta 15 dakika 200 mA/cm2 akım yoğunluğunda elektrokimyasal borlama ve 45 dakika bekletme) esaslı borlamanın H13 çeliğinin yüzey sertliğini ve kendi kendini yağlama performansını önemli ölçüde artırabildiğini ve aynı zamanda etkileyici korozyon ve tribokorozyon performansı sergileyebileceğini göstermektedir. Kutu ve elektrokimyasal esaslı borlama yöntemleriyle H13 çeliğin yüzeyinde sırasıyla yaklaşık 59 µm ve 25 µm kalınlığında borlanmış bir tabaka elde edilmiştir. Borlanmış katman esas olarak FeB, Fe2B ve CrB'den oluşmaktadır. Kutu ve elektrokimyasal esaslı borlamadan sonra H13 çeliğin yüzey sertliği sırasıyla yaklaşık 1573 HV0,05 ve 1805 HV0,05'ye ulaşmaktadır. İşlem görmemiş H13 çelik, % 3,5 NaCl çözeltisi altındaki aşınma hızının 25,6 x 10-6 mm3 Nm-1 olduğu görülebilir, bu da kuru ortam koşullara kıyasla % 95 daha düşüktür. Kutu ve elektrokimyasal esaslı borlanmış H13 çelik için % 3,5 NaCl çözeltisi altındaki aşınma hızı sırasıyla 8,38 x 10-6 mm3 Nm-1 ve 1,66 x 10-6 mm3 Nm-1 olup, bu da kuru ortam koşullara kıyasla % 36 ve % 69 daha azdır. İşlem görmemiş H13 çelik ile karşılaştırıldığında, kutu ve elektrokimyasal esaslı borlanmış H13 çeliğin aşınma hızı % 3,5 NaCl çözeltisi koşullarında sırasıyla % 67 ve % 94 oranında azalmaktadır.