Termoreaktif difüzyon yöntemiyle çeliklerin yüzeyinde Ti-Al-N esaslı kaplamaların oluşturulması ve özelliklerinin incelenmesi

Anahtar kelimeler: İnce film kaplamalar, TiN, TiAlN, aşınma, korozyon, oksidasyon, Termo Reaktif Difüzyon (TRD)Bu çalışmada termo reaktif difüzyon (TRD) yöntemi kullanılarak AISI D2 soğuk iş takım çeliği yüzeyine titanyum alüminyum nitrür (TiAlN) esaslı kaplama tabakasının oluşturulmasına çalışılmıştır. Bu amaçla metalografik olarak hazırlanmış olan numunelere öncelikle 575 oC'de 8 saat süreyle gaz nitrürleme işleminin uygulanmasıyla yüzeyde Fe3N fazından oluşan nitrür tabakası elde edilmiştir. TiAlN tabakasının oluşturulması amacıyla, nitrürlenmiş numunelere Ti ve Al elementlerinin difüze edilmesinde iki farklı teknik denenmiştir. Ti ve Al elementlerinin ayrı kaplama banyolarında difüze edilmesine dayalı olan birinci yöntem kademeli üretim olarak isimlendirilmektedir. İki elementin aynı kaplama banyosunda bulundurularak difüzyonlarının sağlanması ise birlikte çöktürme yöntemidir. Her iki yöntemden elde edilen TiAlN kaplı numunelerde yapılan mikroyapı incelemeleri, mikrosertlik, tabaka kalınlığı ve tabakayı oluşturan fazların tespitini içeren ön çalışmalar neticesinde kaplama tabakasının oluşturulmasına birlikte çöktürme yöntemi ile devam edilmesine karar verilmiştir. Kaplama banyosunda metal element kaynağı olan ferro titanyum ve alüminyum ile birlikte aktivatör olarak amonyum klorür, inert dolgu malzemesi olarak alümina ve oksijen giderici olarak naftalin kullanılmıştır. En iyi özelliklere sahip TiAlN esaslı tabakanın elde edilebilmesi amacıyla kaplama banyosunun optimizasyonuna çalışılmıştır. Bu amaçla banyo bileşimine ağırlıkça %1, %3, %5, %7 ve %10 oranlarında Al ilave edilmiştir. Yapılan incelemeler (Optik mikroyapı, SEM-EDS, XRD, mikrosertlik) sonucunda ağırlıkça %7 Al içeren kaplama banyosunun kullanılmasına karar verilmiştir.Kaplanmamış, nitrürlenmiş, TiN ve TiAlN kaplanmış AISI D2 çelik numunelerin aşınma deneyleri ball-on-disk metoduyla Si3N4 bilyeler kullanılarak 0,1 m/s, 0,3 m/s ve 0,5 m/s hızlarda 2,5N, 5N ve 10N yük altında 200 m mesafede gerçekleştirilmiştir. Aşınma deneyleri sonucunda TiN ve TiAlN kaplı çeliklerin sürtünme katsayılarının ve aşınma hızlarının kaplanmamış ve nitrürlenmiş çeliklere oranla çok düşük seviyelerde olduğu görülmüştür.Korozyon özelliklerinin belirlenmesi amacıyla, kaplanmamış, nitrürlenmiş, TiN ve TiAlN kaplanmış AISI D2 çelik numuneler potansiyostat-galvanostat cihazı ile üç elektrod tekniği kullanılarak, 0,5M NaCl, 0,5M H2SO4 ve 0,5M H3BO3 sulu çözelti ortamlarında korozyona tabi tutulmuşlardır. Çalışmalar sonucunda elde edilen korozyon akımı (IKor), korozyon potansiyeli (EKor) ve polarizasyon direnci (Rp) değerleri TiN ve TiAlN kaplama tabakalarının her ortamda kaplanmamış ve nitrürlenmiş çeliğe oranla çok yüksek korozyon direncine sahip olduğunu göstermiştir.TiAlN kaplı çeliğe ait yüksek sıcaklıklardaki oksidasyon direncinin belirlenmesi amacıyla açık atmosfer elektrik direnç fırınında 600°C, 700°C ve 800°C sıcaklıklarda 25 saat süreyle oksidasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Kaplama tabakası 600°C ve 700°C sıcaklıklarda altık malzemeyi sıcaklığın etkisine karşı korumuştur. Oksidasyon sıcaklığının yükseltilmesinin kaplama tabakasının oksidasyon direncinin düşmesine sebep olduğu görülmüştür.