Azot difüzyonunu önlemeye yönelik 50CrMo4 çeliğinin akımsız nikel fosfor (NiP) kaplanması

Isıl işlem proseslerinden biri olan nitrasyon endüstriyel alanda en yaygın olarak kullanılan bir yüzey sertleştirme yöntemidir. Nitrasyon sırasında sıcaklığı yaklaşık olarak 540 ºC kadar yükseltip azot gazı kullanılarak metal yüzeyine azotun difüze olmasıyla gerçekleşir. Ne kadar tercih edilen bir yöntem olsa da kontrollü olarak yapılması önerilmektedir. Eğer kontrollü nitrasyon yapılmazsa, kullanımda metal yüzeyinde pullanma yada çatlaklar meydana gelmektedir. Kontrollü nitrasyon istenmeyen fazların oluşmasını engellemekte, oluşan diğer fazların kontrolünü sağlamakta ve metalin istenilen mekanik özelliklerini geliştirmektedir. Nitrasyon sırasında iki farklı tabaka oluşmaktadır ve metalin çekirdek yapısı değişmemektedir. Bu tabakalardan yüzeye en yakın olan beyaz tabaka olarak adlandırılıp malzemenin sertliğini, korozyon ve aşınma direncini arttırmaktadır. İkinci tabaka, beyaz tabakanın altındadır ve difüzyon tabaka olarak adlandırılır. Yorulma direncinde iyileşme sağlamaktadır. Kullanım alanına göre hangi özelliğin arttırılması isteniyorsa kontrollü nitrasyonla o tabakanın kalınlığı, fazları ayarlanılmaktadır. Ancak bazen kontrollü nitrasyonun dışında metalin geometrik şeklinden dolayı istenmeyen fazlar oluşur ve kullanımda çatlaklar meydana gelmektedir. Bölgesel çatlakları önlemek için kaplama yapılmaktadır. Nitrasyon özelliklerine en yakın, ekonomik ve hızlı olmasından dolayı akımsız nikel fosfor kaplama tercih edilmiştir. Bu çalışmanın amacı, nitrasyonu engelleyebilecek kaplama kalınlığını belirlemek ve bu kaplamanın malzeme yüzeyinde etkilerini incelemektir. Öncelikle nitrasyonu önleyebilecek kaplama kalınlığı belirlenilmiştir. 50CrMo4 temperlenmiş çeliğe farklı sürelerde toz nikel ve fosfor bazlı kaplama yapılarak nitrasyon uygulanmıştır. Nitrasyondan sonra optik mikroskopta tabaka görüntülerine bakılıp, sertlikleri ölçülerek nitrasyon öncesi ve sonrası değerler karşılaştırılmıştır. Kaplama kalınlığının 3-5 μm arasında belirlenilmiştir. İkinci önemli adım ise kaplama banyosunun parametreleridir. Kaplama banyosunun, kaplama kalınlığını elde edebilecek en verimli olduğu süre, Elnico 571'in kimyasal miktarı, pH ve sıcaklık değerleri üzerinde deneyler yapılmıştır. En iyi çalışma koşulları 10 dakika süre ile 80 ml/L Elnico 571 nikel ve fosfor bazlı kimyasal, 4-6 pH değerinde ve 82-102ºC'de sıcaklık olarak görülmüştür. Kaplama yapıldıktan sonra farklı ortam konsantrasyonlarında kaplamasız ve kaplamalı numunelere nitrasyon uygulanılmıştır. Tüm bu numunelerin optik mikroskopta tabaka kalınlıklarına bakılmış, taramalı electron mikroskobunda EDX analizleri ve elemental haritanlanması yapılmıştır. Kaplamalı numunelere azot difüze olmamıştır. Sonuç olarak denilebilir ki azot difüzyonu engellenildiği için nitrasyon ısıl işlem görevi görmüştür. Bunu daha iyi anlamak için nitrasyon ve nitrasyon ile aynı sürede yapılan ısıl işlemin sertlik değerleri karşılaştırılmıştır. Sertlik ölçümleri hem farklı yüklerde yüzeyden hem de yanal yüzeylerden yapılmıştır. Sertlik sonuçlarına göre ısıl işlemle ile nitrasyonun bir farkı olmadığı görülmüştür. Karakterizasyon işlemlerine XRD ile devam ederek kaplamalı numuneler arasında ısıl işlemin etkisi kontrol edilmiştir. Bu analiz sonucunda kristal Ni ve çökelen Ni3P fazları ortaya çıkmıştır. Bu çökelen fazlar yapılan çizik ve korozyon testinde iyileşme göstermiştir.