CrYN: Nb kaplamanın AISI 4140 alaşımlı çelik üzerine sentezlenmesi: Mekanik ve tribolojik özelliklerinin araştırılması
Synthesis of CrYN: Nb coating on AISI 4140 alloy steel: Investigation of its mechanical and tribological roperties
- Tez No: 821334
- Danışmanlar: PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 70
Özet
Amaç: Enerji verimliliği, özellikle havacılık ve otomotiv sektörlerinde olmak üzere endüstri için önemi gün geçtikçe artmaktadır. Özellikle sürtünme ve aşınmadan doğan enerji kayıplarını önlemek için, bu alanlarda kullanılan bazı özel parçaların mekanik ve tribolojik özelliklerinin iyileştirilmesi esastır. Literatürde, bu özel parçaların yapısal, mekanik ve tribolojik özelliklerini artırmak için yüzeylerine çeşitli geçiş metali esaslı nitrür kaplamalar uygulanmaktadır. Bu uygulanan nitrür kaplamalar içerisinde CrN, yüksek sertlik, aşınma direnci, kimyasal ve termal kararlılık gibi üstün özellikleri nedeniyle tercih edilmektedir. CrN kaplama yapısına reaktif bir element olan Y ilavesi, yüksek sıcaklık uygulamalarında oksidasyon direnci ve termal kararlılık özelliklerini geliştirebileceğini göstermiştir. Kaplama yapısına Nb ilavesi sürtünme ve aşınma dirençlerini artırabileceği düşünülmektedir. Bu çalışmada, endüstride yaygın bir şekilde kullanılan AISI 4140 alaşımlı çelik üzerine CrYN:Nb kompozit yapıda kaplama oluşturulması ile yapısal, mekanik ve tribolojik özelliklerin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Yöntem: Bu çalışmada yapılan deneyde değişken parametreler Taguchi L4 ortogonal diziler kullanılarak oluşturulmuş ve Nb katkılı CrY ince filmlerin 4140 alaşımlı çeliği üzerine sentezi için Fiziksel Buhar biriktirme yöntemlerinden biri olan kapalı alan dengesiz manyetik alanda sıçratma (CFUBMS) tekniği kullanılmıştır. Sentezlenen CrYN:Nb ince filmlerin yapısal, mekanik ve tribolojik özellikleri ANOVA analizi yapılarak incelenmiştir. Bulgular: Taguchi L4 deney tasarımı kullanılarak farklı proses parametrelerinde CrYN:Nb filmler; darbeli-doğru akım (pulsed-dc) kapalı alan dengesiz manyetik alanda sıçratma yöntemi ile kaplanmıştır. En yüksek kaplama kalınlığı 1,391 µm ile R2 kaplama koşullarında elde edilmiştir. En yüksek sertlik değeri 21,16 GPa ile R1 kaplama koşullarında, en düşük sertlik değeri 12,43 GPa ile R4 kaplama koşullarında elde edilmiştir. En yüksek kritik yük değeri 60 N ile R4 kaplama koşullarında, en düşük kritik yük değeri ise 27 N ile R1 kaplama koşullarında elde edilmiştir. Aşınma deney sonuçlarına göre AISI 4140 taban malzemesinin sürtünme katsayısı 0,35 olarak ölçülmüştür. Taban malzeme üzerine biriktirilen CrYN:Nb ince filmlerin R1, R2, R3 ve R4 kaplama koşullarında sürtünme katsayısı (CoF) değerleri sırasıyla 0,33, 0,41, 0,4 ve 0,55 olarak ölçülmüştür. Sonuç: Bu çalışmada gerçekleştirilen CrYN:Nb ince filmlerin yapısal, mekanik ve tribolojik özellikleri endüstriyel uygulamalarda agresif ortam koşullarında çalışan makine parçaları için umut verici bir kaplama olduğu ortaya konulmuştur.
Özet (Çeviri)
Purpose: Energy efficiency is increasing in importance for the industry, especially in the aerospace and automotive sectors. It is essential to improve the mechanical and tribological properties of some special parts used in these areas, especially to prevent energy losses due to friction and wear. In the literature, various transition metal-based nitride coatings are applied to the surfaces of these special parts to increase their structural, mechanical and tribological properties. Among these applied nitride coatings, CrN is preferred due to its superior properties such as high hardness, wear resistance, chemical and thermal stability. The addition of Y, a reactive element, to the CrN coating structure has shown that it can improve oxidation resistance and thermal stability properties in high temperature applications. It is thought that the addition of Nb to the coating structure can increase the friction and wear resistance. In this study, it is aimed to improve the structural, mechanical and tribological properties by forming a CrYN:Nb composite coating on AISI 4140 alloy steel, which is widely used in the industry. Method: In the experiment performed in this study, variable parameters were created using Taguchi L4 orthogonal arrays and closed field unbalanced magnetic field sputtering (CFUBMS) technique, which is one of the Physical Vapor deposition methods, was used for the synthesis of Nb-doped CrY thin films on 4140 alloy steel. Structural, mechanical and tribological properties of synthesized CrYN:Nb thin films were investigated by ANOVA analysis. Findings: CrYN:Nb films in different process parameters using Taguchi L4 experimental design; Pulsed-direct current (pulsed-dc) closed area is covered with unbalanced magnetic field by sputtering method. The highest coating thickness was obtained with 1,391 µm under R2 coating conditions. The highest hardness value was obtained with 21.16 GPa under R1 coating conditions, and the lowest hardness value was obtained with 12.43 GPa under R4 coating conditions. The highest critical load value was obtained under R4 coating conditions with 60 N, and the lowest critical load value was obtained with 27 N under R1 coating conditions. According to the wear test results, the friction coefficient of the AISI 4140 sole material was measured as 0.35. The coefficient of friction (CoF) values of the CrYN:Nb thin films deposited on the base material were measured as 0,33, 0.41, 0.4 and 0.55 under R1, R2, R3 and R4 coating conditions, respectively. Results: The structural, mechanical and tribological properties of CrYN:Nb thin films realized in this study have been demonstrated to be a promising coating for machine parts operating in aggressive ambient conditions in industrial applications.
Benzer Tezler
- Nb ve Ta eklenmiş CrYN esaslı fonksiyonel ince film kaplamaların geliştirilmesi: Yapısal-mekanik ve elektrokimyasal özelliklerin araştırılması
Development of Nb and Ta added CrYN based functional thin film coatings: İnvestigation of structural-mechanical and electrochemical properties
BANU YAYLALI
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
- Nb ve V eklenmiş CrYN esaslı fonksiyonel kaplamaların geliştirilmesi: Yapısal ve yüksek sıcaklığın fonksiyonu olarak tribolojik özelliklerin araştırılması
Development of Nb and V added CrYN based functional coatings: Investigation of structural and tribological properties as a function of high temperature
GÖKHAN GÜLTEN
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
- Inconel üzerine kaplanmış Cryaln ve CrYN kaplamaların yüksek sıcaklık oksidasyon direncinin araştırılması
Investigation of high temperature oxidation resistance of Cryaln and CrYN coatings covered on inconel
FATİH SERT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
- AZ91 alaşımı yüzeyine MAO/HiPIMS-PVD yöntemleriyle büyütülen dubleks kaplamanın yapısal karakterizasyonunun incelenmesi
Investigation of the structural characterization of duplex coati̇ng: grown on AZ91 alloy by MAO/HiPIMS-PVD methods
EMİNE BOYNUEĞRİ KAPLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiGümüşhane ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EBRU EMİNE ŞÜKÜROĞLU