Elektrokimyasal borlama işlemi ile AISI 316L paslanmaz çelik kaplamaların yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi

Yüksek hızlı oksijen-yakıt (HVOF) tekniği ile elde edilen ostenitik paslanmaz çelik kaplamalar, kimyasal tesisler, mekanik makineler ve makine parçaları gibi çeşitli ortamlarda normal çeliği korozyondan koruma yöntemi olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. AISI 316L ostenitik paslanmaz çelik kaplamalarının sertliği, AISI 316L çelik levhalarının sertliğinden biraz daha yüksektir. HVOF 316L kaplama yaklaşık olarak 289±36 HV0,1 sertliğe sahiptir, ancak AISI 316L çelik levhalar yaklaşık 240±5 HV0,1 sertliğindedir. Bununla birlikte, HVOF 316L kaplamalar, yaklaşık 600 HV'nin üzerinde sertlik değerlerine sahip olan püskürtülmüş seramik veya sermet kaplamalar kadar yüksek sertliğe sahip değildir. Aşırı sürtünme koşullarında HVOF 316L kaplamalar aşınmaya karşı etkili değildir. Makine ve kalıp parçalarının yüzeyine onarıcı kaplamalar olarak krom kaplama ve seramik kaplamalara alternatif olarak, daha dayanıklı termal püskürtülmüş 316L kaplamalarının geliştirilmesi, uygulama alanlarını önemli ölçüde genişletecektir. Bu çalışmanın amacı, HVOF 316L kaplamalarının yüzey özelliklerini iyileştirmek için termal difüzyon esaslı borlama yöntemini uygulayarak kalın tek fazlı Fe2B tabakası ve iç kısımda Fe2B ve dış kısımda FeB olmak üzere çift fazlı borür yapılarının oluşturulması ve ardından örneklerin kuru kaymalı aşınma ve tribokorozyon davranışlarının incelenmesidir. İşlem görmemiş ve borlanmış HVOF 316L kaplamaların yapısal karakterizasyonu, optik mikroskop ve yüzey sertliği ölçümleri kullanılarak gerçekleştirildi. Kuru kayma aşınma ve tribokorozyon deneylerine tabi tutulan kaplamaların aşınma yüzeyleri, aşınma mekanizmalarının belirlenmesi amacıyla optik mikroskop altında incelendi. Ayrıca, 2 boyutlu bir profilometre kullanılarak aşınma kaybı ölçüldü. Mikroyapı ve yüzey sertliği analizi sonuçlarına dayanarak, 15 dk elektrokimyasal borlama (EB) ve 45 dk bekleme koşulu sonucunda yüzey sertliği 1419±378 HV0,1 olan4 μm'luk tek tabakalı Fe2B kalınlığı üretilmiş ve 0,23 µm/dk.'lık bir büyüme oranı elde edilmiştir. Ancak, 950 °C'de 30 dk ve 60 dk EB ve 45 dk bekletme süresi ile yüzeyde sırasıyla yaklaşık 23 µm ve 30 µm kalınlığında 1839±436 HV0,1 ve 2085±356 HV0,1 yüzey sertliğine sahip iki katmanlı (FeB+Fe2B) bir borürlü yapı oluşturulmuştur. Kuru ortam aşınma koşullarında HVOF püskürtülmüş 316L paslanmaz çelik kaplamanın yapısında bulunan ergimiş partikül ile sert oksit tabakaların üst üste istiflenmesi ve poroziteden dolayı daha yüksek aşınma hızı (96,12×10-5 mm3/Nm) ve daha yüksek sürtünme katsayısı değerleri (~1,0-1,5) belirlenmiştir. HVOF 316L paslanmaz çeliğe uygulanan elektrokimyasal borlama işlemi sayesinde EB süresine bağlı olarak kuru ortam aşınma hızları 75-200 kat arasında azalmaktadır. Açık devre şartlarında (OCP) gerçekleştirilen tribokorozyon deneylerinde elektrokimyasal borlanmış kaplamaların yüzey temas açısı arttıkça sürtünme katsayısı ve aşınma hızı artmaktadır.