FeB toz boyutunun AISI 4140 çeliğinin borlama paramatrelerine etkisinin araştırılması

Borlama işlemi, termokimyasal kaplamalar arasında yüksek yüzey sertliği, düşük sürtünme katsayısı, yüksek korozyon ve oksidasyon direnci gibi üstün özelliklere sahip olması ve birçok metalik malzemeye uygulanabilmesi sebebiyle ön plana çıkmaktadır. Borlama işlemi için yeni bir borlama tekniği geliştirilmiştir. Kaplama işleminde, bor kaynağı olarak ferrobor alyajı tozu kullanılıp ferrobor ve sodyum silikat karıştırılarak jel haline getirildi. Ferrobor tozu ile sodyum silikat karışımı mekanik alaşımlamada kullanılan hızlı öğütücü (mekanik alaşımlama cihazı) vasıtasıyla öğütüldüler. Borlama karışımı Spex tipi öğütücüde (1200 dev/dak) 1, 2 ve 4 saatlik öğütmelere tabi tutuldu. Öğütülen tozların DTA'sı alaınarak tozların yüzey enerjilerindeki değişim belirlendi. İşlem AISI 4140 çeliğinin yüzeyine tatbik edildi. Borlama parametreleri olarak; sıcaklık 750-950 oC ve süre 2-8 saat aralıklarında seçildi. Borlama işlemi sonrası, demir borür tabakası ile kaplanan numunelerin mikroyapları ve aşınma karakteristikleri incelendi. Mikro yapı çalışmaları esnasında numunelerin optik ve SEM ile mikroyapı görüntüleri alınarak tabaka kalınlıkları ve tabaka morfolijisi tespit edildi. XRD işlemi ile yüzeydeki borürlerin tipleri belirlendi. DTA (diferansiyel termik analiz) ile borür tabakasındaki fazların entalpileri ve bu fazların dönüşüm sıcaklıkları tespit edildi. Mikro sertlik yöntemi ile kaplanmış tabakların sertlikleri belirlendi. Yüzeydeki sertlik dağılımı, kaplama kalınlığı, mikro yapı gibi sonuçlar sıcaklığın, sürenin ve atritörde öğütme süresinin fonksiyonu olarak belirlendi. Kaplama kalınlığı kinetiği incelendi. GODES ile numunelerin yüzeyinden içeriye doğru bor konsantrasyonu değişimi belirlendi. Kaplamada mekanik alaşımlamanın aktivasyon enerjisi üzerindeki etkisi, yüzey enerjisi üzerindeki etkisi ve tabakalaşmada faz dönüşümü üzerindeki etkileri belirlenmeye çalışıldı. Borlamada sodyum silikat dışında Na2SO4, NaF, NH3Cl, Na2B4O7, NaCl gibi bağlayıcılar kullanılarak sodyum silikatlı sonuçlar ile karşılaştırıldı. Aşınma testleri için "pin-on-disc" konfigürasyonu kullanıldı. İşlem kuru ve atmosfere açık ortamda, 0.8 ms-1 hızlarında, 40 ve 60 N yükleri altında gerçekleştirildi. 8 saatlik borlama süresi ve 900-950 oC sıcaklıkta borlanmış numunelerde, aşınma yüzeyde deformasyon oluşumu safhasına kadar oksit oluşumu ile gerçekleşirken, 4-6 saatlik borlama süresi ve 800-850 oC sıcaklık şartlarında borlanmış numunelerde, aşınmış yüzeylerde oksitli aşınma belirlenirken yüzeydeki bor tabakasında aşınma sonrası çatlama oluşmadığı görüldü.