H13 sıcak iş takım çeliğine nitrasyon işleminin ardından tialn film kaplamasının aşınma davranışı ve morfolojik özelliklere etkisinin incelenmesi

Metal kalıplar, basınçlı döküm, yüksek sıcaklıkta dövme, ekstrüzyon ve enjeksiyon gibi plastik şekil verme yöntemlerinde aşınma, termal yorulma, oksidasyon ve korozyon gibi olumsuz etkilere maruz kalmaktadır. Bu sorunlar, malzeme kaybı, artan enerji tüketimi ve ekonomik kayıplara neden olmaktadır. Günümüzde krom (Cr), molibden (Mo) ve vanadyum (V) içeren sıcak iş takım çelikleri, yüksek mukavemet, sertlik ve tokluk özellikleri sayesinde yaygın olarak tercih edilmektedir. Bu çeliklerin mekanik ve tribolojik performansını artırmak ve servis ömrünü uzatmak amacıyla nitrürleme, sementasyon, karbonitrasyon ve fiziksel buhar biriktirme (PVD)/kimyasal buhar biriktirme (CVD) kaplama gibi yüzey mühendisliği yöntemleri yaygın şekilde uygulanmaktadır. Bu kapsamda gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda, vakum sertleştirme sonrasında üç farklı nitrürleme süresi (6, 15 ve 65 saat) uygulanmış; numunelerin yüzey sertliği, pürüzlülüğü ve mikroyapısal özellikleri ayrıntılı olarak değerlendirilmiştir. Nitrürleme işlemlerinin ardından fiziksel buhar biriktirme yöntemiyle TiAlN kaplama yapılmıştır. Sertlik testleri sonucunda, TiAlN kaplama sonrası yüzey sertliğinin 2800 HV seviyelerine ulaştığı belirlenmiştir. Özellikle 15 saat nitrürleme uygulanan numunede yaklaşık 270 µm difüzyon derinliği elde edilmiş, kaplama bütünlüğü korunmuş ve optimum performans sağlanmıştır. Elde edilen bulgular, GN2 numunesinin (15 saat nitrürleme) düşük yüzey bozulması, yüksek aderans, homojen kaplama yapısı ve kimyasal stabilitesi ile en dengeli performansı sunduğunu göstermektedir. Buna karşılık, uzun süreli nitrürleme (65 saat) kaplamanın morfolojik ve kimyasal stabilitesini olumsuz etkilemiş, SEM ve EDS analizlerinde çatlaklar ve elementel dengesizlikler tespit edilmiştir. Aşınma testlerinde GN1 numunesi, en düşük aşınma oranı (0,019×10⁻³ mm³/N·m) ve hacim kaybı (0,0253 mm³) ile tribolojik açıdan en yüksek performansı sergilemiştir. Ancak kaplama homojenliği ve uzun dönem endüstriyel uygulanabilirlik dikkate alındığında, GN2 numunesi daha dengeli bir çözüm olarak öne çıkmaktadır. Sonuç olarak, vakum sertleştirme, 15 saat nitrürleme ve TiAlN kaplama işlemlerinin ardışık olarak uygulanması, AISI H13 sıcak iş takım çeliği için optimum işlem parametresi olarak önerilmektedir. Bu kombinasyon, sertlik, kaplama sürekliliği, kimyasal stabilite ve tribolojik dayanım arasında ideal bir denge sağlayarak sıcak iş takım çeliklerinin servis ömrünün uzatılmasına katkı sunmaktadır.