Development of high fracture toughness hard coatings

Talaşlı imalatta kullanılan kesici uçların metal işleme performanslarını artırmak, ürün kalitesini yükseltmek ve üretim maliyetlerini ve sürelerini düşürmek açısından büyük önem taşır. Bu amaçla kesici uçların üzerine sert kaplama uygulaması endüstride sıklıkla kullanılır. Bu kaplamalar hem aşınma dayanımını artırarak kesici uçların ömrünü uzatır hem de daha yüksek hızda ve kuru işlemeye olanak tanır. Mevcut sert kaplamaların önemli bir dezavantajı kırılgan olmaları ve buna bağlı performans sorunlarıdır. Bu tez çalışması, bu sorunun üstesinden gelebilmek için, AlTiN ve AlCrN gibi geleneksel kaplamalara alaşım eklemeleri yapılması fikrini deneysel olarak araştırmıştır. Literatürdeki yoğunluk fonksiyonel teori (YFT) hesaplamaları ışığında bu amaca yönelik en uygun elementler olarak W ve Mo denenmiştir. Kaplama işlemi için laboratuvar ölçeğindeki çalışmalara uygun olan magnetron saçtırma (MS) ve endüstriyel ölçekteki uygulamalara yönelik katodik ark buharlaştırma (KAB) yöntemleri uygulanmıştır. Üretilen kaplamaların karakterizasyonu X-ışınları kırınımı ve taramalı elektron mikroskobu gibi yöntemlerle gerçekleştirilmiş, sertlik ve kırılma tokluğu değerleri ise nanosertlik ölçümleri ile tespit edilmiştir. Ayrıca mikrokiriş eğme yöntemini baz alan yeni nesil mikrokırılma ölçümleri de gerçekleştirilerek kırılma davranışı ile alakalı daha detaylı bilgiler elde edilmiştir. Son olarak delme deneyleri ve aşınma deneyleri aracılığıyla kaplamaların gerçek çalışma koşullarındaki performansı incelenmiştir. Özellikle W alaşım eklemeleri ile 10 katı aşan kırılma tokluğu artışı ve buna bağlı olarak ilgili kesici takımlarda önemli oranda ömür artışı sağladığı ortaya konmuştur. Dolayısıyla tez kapsamında gerçekleştirilen refrakter element eklemelerinin, yeni nesil yüksek performanslı kaplamaların geliştirilmesi için etkili bir yaklaşım olduğu kanıtlanmıştır. Gelecekteki endüstriyel ölçekteki kaplama parametrelerin optimizasyonu çalışmaları aracılığıyla, bu yeni nesil kaplamaların yaygın olarak kullanılması mümkün hale gelecektir.