Alüminyum extrüzyon kalıpları için nitrür seramik kaplamaların üretimi ve karekterizasyonu
Production and characterization of nitride ceramic coatings for aluminum extrusion dies
- Tez No: 973519
- Danışmanlar: PROF. DR. KADRİ VEFA EZİRMİK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Bu çalışmada, yüksek sıcaklık ve mekanik yükler altında çalışan alüminyum ekstrüzyon kalıplarında kullanılan H13 sıcak iş takım çeliğinin yüzey özelliklerini iyileştirmek, kalıpların aşınma ve korozyona karşı direncini artırmak ve kalıp ömrünü uzatmak amaçlanmıştır. Yöntem: H13 taban malzemeler üzerine RF-PVD sistemi kullanılarak Al katkılı geçiş metal nitrür kaplamalar (Al-MoN, Al-NbN, Al-TaN, Al-ZrN) uygulanmıştır. Kristal yapı analizleri XRD ile, kesit ve kimyasal analizler SEM-EDS ile gerçekleştirilmiştir. Tribolojik testler pin-on-disk düzeneğinde, 6013 serisi alüminyum karşıt malzeme kullanılarak yapılmış; aşınma profili, yüzey pürüzlülüğü, sertlik ve sürtünme davranışı detaylı biçimde incelenmiştir. Korozyon testleri ise %3,5 NaCl çözeltisi içinde potensiyodinamik yöntemle gerçekleştirilmiştir. Bulgular: En yüksek sertlik Al-MoN kaplamalarda (22.43 GPa) elde edilmiş, bu yönüyle mekanik dayanım açısından öne çıkmıştır. Ancak yüksek yüzey pürüzlülüğü ve oksijen içeriği nedeniyle genel performansı sınırlı kalmıştır. Al-TaN kaplamalar, düşük yüzey pürüzlülüğü (Ra: 1.183 µm), yüksek sertlik (21.98 GPa) ve dengeli kimyasal bileşimi ile en üstün genel performansı sergilemiştir. Al-ZrN kaplamalar yüksek korozyon direnci ile dikkat çekmiş, ancak mekanik ve tribolojik açıdan sınırlı kalmıştır. Al-NbN kaplamalar mikroaşınma kontrolü sağlayan lokal sert bölgeler oluşturmuştur. Sürtünme katsayısı verileri, Al-TaN kaplamanın stabil kayma rejimi ve homojen tribofilm oluşumu sağladığını göstermiştir. Sonuç: Tüm test parametreleri birlikte değerlendirildiğinde, Al-TaN kaplamalar H13 çeliği için en uygun kaplama alternatifi olarak belirlenmiştir. Bu kaplama, yüksek sertlik, düşük yüzey pürüzlülüğü, dengeli kimyasal bileşim ve iyi korozyon direnci ile endüstriyel uygulamalarda uzun ömürlü ve güvenilir bir yüzey koruması sağlayabilir. Elde edilen bulgular, kaplama teknolojileri ve tribolojik sistem optimizasyonu açısından literatüre katkı sunmakta, farklı kaplamaların endüstriyel uygulama potansiyelini teknik veriyle desteklemektedir.
Özet (Çeviri)
Purpose: This study aims to enhance the surface properties of H13 hot-work tool steel—commonly used in aluminum extrusion dies operating under high temperature and mechanical loads—to improve wear and corrosion resistance and extend die service life. Method: Al-doped transition metal nitride coatings (Al-MoN, Al-NbN, Al-TaN, Al-ZrN) were deposited on H13 substrates using an RF-PVD system. Crystal structure analyses were performed via XRD, while cross-sectional and chemical characterizations were conducted using SEM-EDS. Tribological tests were carried out on a pin-on-disk apparatus with 6013-series aluminum as the counter material; wear profile, surface roughness, hardness, and friction behavior were examined in detail. Corrosion tests were performed in a 3.5% NaCl solution using the potentiodynamic polarization method. Findings: The highest hardness was achieved in the Al-MoN coatings (22.43 GPa), which demonstrates their superior mechanical strength from a comprehensive mechanical performance perspective. However, due to its high surface roughness and oxygen content, its overall performance was constrained. Al-TaN coatings exhibited the best overall performance, characterized by low surface roughness (Ra: 1.183 μm), high hardness (21.98 GPa), and a balanced chemical composition. Al-ZrN coatings demonstrated excellent corrosion resistance but showed limited mechanical and tribological properties. Al-NbN coatings formed localized hard regions that contributed to micro-wear control. Friction coefficient data indicated that Al-TaN coatings facilitated a stable sliding regime and promoted homogeneous tribofilm formation. Results: Considering all test parameters collectively, Al-TaN coatings were identified as the most suitable alternative for H13 steel. With their high hardness, low surface roughness, balanced chemical composition, and good corrosion resistance, these coatings can provide durable and reliable surface protection for industrial applications. The findings contribute to the literature on coating technologies and tribological system optimization, offering technical data to support the industrial potential of different coatings.
Benzer Tezler
- PVD ile tin kaplanmış alüminyum ekstrüzyon kalıplarının yüzey özellikleri ve aşınma performanslarının deneysel incelenmesi
Experimental study on wear performance and surface properties of PVD tin coated aluminium extrusion dies
HASAN SERT
Doktora
Türkçe
1997
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. BAKİ KARAMIŞ
- Alüminyumun ekstrüzyonunda kullanılan sıcak iş takım çeliğinin bor-nitrür ile kaplanması
Boron – nitride coating of hot work tool steel used in aluminum extrusion
YAŞAR AKÇA
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KARAASLAN
- Investigation of the microstructural and mechanical properties of zk60/15% silicon carbide and 0.2 - 0.5% nano aluminum nitride reinforced composites
Zk60/%15 silisyum karbür ve %0.2 - 0.5 nano alüminyum nitrür takviyeli kompozitlerin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin araştırılması
ABDULMUAEN M M SAGER
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL ESEN
- Polimer kompozit esaslı Li-ion batarya paketlerinin geliştirilmesi ve özelliklerinin araştırılması
Improvement of polymer composite based Li-ion battery packs and investigation of their properties
GÖRKEM YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Polimer Bilim ve TeknolojisiBursa Teknik ÜniversitesiLif ve Polimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERAL AKKOYUN
- Development of H-BN and CNT reinforced polymer composites for electronic warfare receivers and transmitters: Examination of thermal performance
Elektronik harp almaç ve göndermeç kasaları için H-BN ve CNT takviyeli polimer kompozit malzeme geliştirilmesi: Isıl performansın incelenmesi
GÜRCAN CENGİZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ