Development of high fracture toughness hard coatings
Yüksek kırılma tokluğuna sahip sert kaplamaların geliştirilmesi
- Tez No: 688204
- Danışmanlar: DOÇ. SEZER ÖZERİNÇ, PROF. MUHAMMET KÜRŞAT KAZMANLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 146
Özet
Talaşlı imalatta kullanılan kesici uçların metal işleme performanslarını artırmak, ürün kalitesini yükseltmek ve üretim maliyetlerini ve sürelerini düşürmek açısından büyük önem taşır. Bu amaçla kesici uçların üzerine sert kaplama uygulaması endüstride sıklıkla kullanılır. Bu kaplamalar hem aşınma dayanımını artırarak kesici uçların ömrünü uzatır hem de daha yüksek hızda ve kuru işlemeye olanak tanır. Mevcut sert kaplamaların önemli bir dezavantajı kırılgan olmaları ve buna bağlı performans sorunlarıdır. Bu tez çalışması, bu sorunun üstesinden gelebilmek için, AlTiN ve AlCrN gibi geleneksel kaplamalara alaşım eklemeleri yapılması fikrini deneysel olarak araştırmıştır. Literatürdeki yoğunluk fonksiyonel teori (YFT) hesaplamaları ışığında bu amaca yönelik en uygun elementler olarak W ve Mo denenmiştir. Kaplama işlemi için laboratuvar ölçeğindeki çalışmalara uygun olan magnetron saçtırma (MS) ve endüstriyel ölçekteki uygulamalara yönelik katodik ark buharlaştırma (KAB) yöntemleri uygulanmıştır. Üretilen kaplamaların karakterizasyonu X-ışınları kırınımı ve taramalı elektron mikroskobu gibi yöntemlerle gerçekleştirilmiş, sertlik ve kırılma tokluğu değerleri ise nanosertlik ölçümleri ile tespit edilmiştir. Ayrıca mikrokiriş eğme yöntemini baz alan yeni nesil mikrokırılma ölçümleri de gerçekleştirilerek kırılma davranışı ile alakalı daha detaylı bilgiler elde edilmiştir. Son olarak delme deneyleri ve aşınma deneyleri aracılığıyla kaplamaların gerçek çalışma koşullarındaki performansı incelenmiştir. Özellikle W alaşım eklemeleri ile 10 katı aşan kırılma tokluğu artışı ve buna bağlı olarak ilgili kesici takımlarda önemli oranda ömür artışı sağladığı ortaya konmuştur. Dolayısıyla tez kapsamında gerçekleştirilen refrakter element eklemelerinin, yeni nesil yüksek performanslı kaplamaların geliştirilmesi için etkili bir yaklaşım olduğu kanıtlanmıştır. Gelecekteki endüstriyel ölçekteki kaplama parametrelerin optimizasyonu çalışmaları aracılığıyla, bu yeni nesil kaplamaların yaygın olarak kullanılması mümkün hale gelecektir.
Özet (Çeviri)
Improving the machining performance of cutting tools is critical for increasing product quality and decreasing production cost and time. For this purpose, hard coatings on cutting tools are widely utilized in the industry. These hard coatings increase the lifetime of cutting tools by improving their wear resistance and allow higher cutting speeds. One of the primary drawbacks of these hard coatings is their brittle nature, which occasionally results in premature failure. This thesis investigated a solution to this problem through the development of new generation hard coatings. For this purpose, W and Mo alloying additions were made to conventional coating compositions such as AlTiN and AlCrN, based on the predictions of density functional theory calculations (DFT). The thesis study considered two different coating methods: magnetron sputtering (MS), suitable for lab-scale studies, and cathodic arc evaporation (CAE), suitable for industrial purposes. X-ray Diffraction, Scanning Electron Microscopy, and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy characterized the coatings and nanoindentation measurements provided the hardness and fracture toughness values. In addition, new generation fracture toughness measurements based on microcantilever bending tests were employed for more accurate quantification of the fracture behavior. Lastly, selected coatings were subjected to drilling and ball-on disc tests to clarify their performance in actual working conditions. The results show that especially W additions provide at least an order of magnitude increase in fracture toughness combined with dramatic increases in tool lifetime. Therefore, the thesis results demonstrated an effective route to the development of new high-performance coatings for wear resistance applications. Future studies on optimizing the process parameters for cathodic arc evaporation will enable the wider utilization of the developed coatings in industry.
Benzer Tezler
- Elektrokimyasal yöntem ile yüksek hız kesici takım çeliğinin borlanması
Electrochemical boronizing of high speed cutting tool steel
ALİ GEZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CANAN GAMZE GÜLERYÜZ PARASIZ
- Development of nano particle reinforced abrasion resistant glass-ceramics
Nano partikül takviyeli aşınma direnci yüksek cam-seramiklerin geliştirilmesi
NURULLAH ÇÖPOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BUĞRA ÇİÇEK
- Alaşım (MoCu), katot kullanarak (Mo-N-Cu) nanokompozit kaplamaların ark fiziksel buhar biriktirme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Mo-N-Cu, nanocomposite coatings deposited by arc pvd using (Mo-Cu) alloy cathode
MORTAZA MOHAMMADIMOGHANJOUGHI
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÜRGEN
- Ark PVD yöntemiyle tin kaplanmış kesici takımların karakterizasyonu ve performanslarının incelenmesi
Başlık çevirisi yok
M.CENK TÜRKÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. E. SABRİ KAYALI
- Küresel grafitli dökme demirlerin borlanması ve özellikleri
The boriding of some ductile irons and their properties
UĞUR ŞEN
Doktora
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FEVZİ YILMAZ