CoCrCuFeNi yüksek entropili alaşımının kutu borlama ile yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of surface properties of CoCrCuFeNi high-entropy alloy via pack boriding
- Tez No: 1022198
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÖKHAN POLAT, DOÇ. DR. SAADET GÜLER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yüksek entropili alaşımlar (YEA'lar), beş ya da daha fazla esas elementin eşit ya da eşite yakın atomik oranlarda bir araya getirilmesiyle oluşturulan yeni nesil bir malzeme grubudur. Bu alaşım sınıfı yüksek karışım entropisi, kafes distorsiyonu, yavaş difüzyon ve kokteyl etkisi olarak adlandırılan dört temel mekanizma sayesinde üstün mekanik, termal ve kimyasal özellikler sergilemektedir. Bu alaşım sınıfında yer alan CoCrCuFeNi sistemi ise, görece yumuşak YMK kristal yapısının matrisi nedeniyle aşınmaya maruz kaldığı uygulamalarda kullanımı sınırlı kalmaktadır. Bu tez çalışmasında, indüksiyon ergitme yöntemi ile üretilen (CoCrCuFe)100-x-Nix (x = 0, 20, 35% atomik) YEA'lara 850°C, 950°C ve 1050°C sıcaklıklarında 2, 4 ve 6 saat Ekabor2 tozu kullanılarak kutu borlama işlemi uygulanmıştır. Ni içeriği ile borlama parametrelerinin borür tabakası oluşumu, mikrosertlik, aşınma direnci ve difüzyon kinetiği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Analizler sonucunda, borlanmamış tüm YEA'ların mikroyapısında yalnızca YMK kristal yapısının bulunduğu belirlenmiştir. Borlama sonrasında sıcaklığa bağlı faz dönüşümleri gözlemlenmiştir. 850°C'de metastabil Fe23B6 ve Ni4B3 fazları oluşurken 950°C'de kararlı Fe2B ve Ni2B borürlerine, 1050°C'de ise Cr-B fazlarına dönüşüm tespit edilmiştir. Kaplama kalınlığının sıcaklık ve süreyle orantılı biçimde arttığı, en yüksek kaplama sertliğinin ise 1050°C'de 6 saat borlanmış numunede 934 ± 22 HV olarak gerçekleştiği belirlenmiştir. Kinetik incelemeler, tabaka büyümesinin tamamen difüzyon kontrollü bir mekanizma izlediğini ve bor aktivasyon enerjisinin 197,07 kJ/mol olduğunu ortaya koymuştur. Sıcaklığın tabaka kalınlığı üzerinde birincil belirleyici parametre olduğu istatistiksel olarak kanıtlanmıştır. Aşınma testlerinde en düşük aşınma oranı, 20Ni ve 850°C'de 2 saat borlanmış numunede 2,922 x 10-5 g/Nm olarak elde edilmiştir. Bu değer borlanmamış numuneye kıyasla yaklaşık 350 kat aşınma artışını göstermektedir. Ni miktarının (% atomik) %35'e yükseltilmesinin borür tabakası-matris arayüzünde artık gerilmeleri artırarak aşınma direncini olumsuz etkilediği gözlemlenmiştir. SEM ve EDS analizleri, baskın aşınma mekanizmasının sıcaklık artışıyla mikro-abrazyon ve delaminasyondan adhezif aşınmaya doğru evrildiğini ortaya koymuştur. CoCrCuFeNi YEA sistemi için optimum borlama koşullarının 20Ni ve 850°C-2 saat kombinasyonu olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
High entropy alloys (HEAs) are a new generation of materials formed by combining five or more principal elements in equal or near-equal atomic ratios. This alloy class exhibits superior mechanical, thermal, and chemical properties through four fundamental mechanisms known as high mixing entropy, lattice distortion, sluggish diffusion, and the cocktail effect. The CoCrCuFeNi system within this alloy class, however, has limited applicability in wear-intensive environments due to its relatively soft FCC matrix. In this study, box boriding was applied to (CoCrCuFe)100-x-Niₓ (x = 0, 20, 35 % atomically) HEAs produced by induction melting, using Ekabor2 powder at temperatures of 850°C, 950°C, and 1050°C for durations of 2, 4, and 6 hours. The effects of Ni content and boriding parameters on boride layer formation, microhardness, wear resistance, and diffusion kinetics were investigated. Analysis revealed that the microstructure of all as-cast HEAs consisted solely of the FCC crystal structure. Temperature-dependent phase transformations were observed following boriding. At 850°C, metastable Fe23B6 and Ni4B3 phases formed, which transformed into stable Fe2B and Ni2B borides at 950°C and into Cr-B phases at 1050°C. Coating thickness increased proportionally with both temperature and duration, while the highest coating hardness was recorded as 934 ± 22 HV in the specimen borided at 1050°C for 6 hours. Kinetic analysis confirmed that layer growth followed a purely diffusion-controlled mechanism, with a boron activation energy of 197,07 kJ/mol. Temperature was statistically demonstrated to be the primary governing parameter over layer thickness. In wear testing, the lowest wear rate was obtained as 2,922 x 10-5 g/Nm in the specimen with 20Ni borided at 850°C for 2 hours, representing an approximately 350-fold improvement in wear resistance compared to the unborided specimen. Increasing the Ni content to 35 at% was found to adversely affect wear resistance by elevating residual stresses at the boride layer-matrix interface. SEM and EDS analyses revealed that the dominant wear mechanism evolved from micro-abrasion and delamination toward adhesive wear with increasing temperature. The optimum boriding conditions for the CoCrCuFeNi HEA system were concluded to be the combination of 20Ni content with 850°C for 2 hours.
Benzer Tezler
- Farklı miktarlarda Ti içeren yüksek entropili CoCrFeNiTi alaşımının borlanması
Boronization of high entropy CoCrFeNiTi alloy containing different amounts of Ti
BEYTULLAH KURNALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YÜCEL GENÇER
- Hibrit takviyeli nanokristal cocrfeni yüksek entropili alaşımlarda tavlama parametrelerinin mikroyapısal gelişim ve sertlik üzerindeki etkisi
Effect of annealing parameters on the microstructural evolution and hardness of hybrid – reinforced nanocrystalline cocrfeni high entropy alloys
ESMA TAŞDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Metalurji MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN KOTAN
- Processing and characterization of cocufeni based high entropy alloys
Cocufeni esaslı yüksek entropili alaşımların üretimi ve karakterizasyonu
BURAK KÜÇÜKELYAS
Doktora
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
PROF. DR. DENİZ UZUNSOY
- Nano-kristal yapılı yüksek entropi alaşımlarının termal kararlılığının ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi
Improvement of the thermal stability and mechanical properties of nano-crystalline structured high entropy alloys
MUSTAFA TEKİN
Doktora
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN KOTAN
- Production and characterization of al-CoCrFeNi-M (M=Mo, Cu, Mn) high entropy alloys by combustion synthesis method
Al-CoCrFeNi-M (M=Mo, Cu, Mn) yüksek entropili alaşımlarının yanma sentezi yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu
FARUK KAYA
Doktora
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT BORA DERİN