LEE- Metalurji ve Malzeme Mühendisliği-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 30
-
ÖgeSynthesis and characterization of refractory high entropy WNbMoVCrXAlY (X, Y = 0 - 1,0) alloys by mechanical alloying method and vacuum arc melting(Graduate School, 2025-03-24)Yüksek Entropi Alaşımlar (High-Entropy Alloys, YEA'lar), geleneksel alaşım tasarım paradigmalarını sorgulayan ve beş veya daha fazla elementi neredeyse eşit oranlarda bir araya getirerek oluşturulan yenilikçi bir malzeme sınıfını temsil etmektedir. Bu bileşim stratejisi, tek bir ana elementin hakimiyetini ortadan kaldırarak özgün mikro yapılara ve olağanüstü mekanik ile fiziksel özelliklere sahip malzemelerin ortaya çıkmasına olanak sağlamaktadır. Yeh ve arkadaşları tarafından 2004 yılında ilk kez tanıtıldığından bu yana, YEA'lar yüksek konfigürasyonel entropileri sayesinde önemli ilgi görmüştür. Bu yüksek entropi, tek fazlı katı çözeltileri karalı kılmarkan, gevrek ara metalik bileşiklerin oluşumunu engellemektedir. YEA'larin benzersiz özellikleri; yavaş yayınmın, şiddetli kafes bozulması ve "kokteyl etkisi" gibi özelliklerle daha da pekiştirilmiş olup, bu malzemelere yüksek mukavemet, aşınma direnci ve termal kararlılık gibi üstün nitelikler kazandırmaktadır. YEA'larin karalılık, esas olarak Gibbs serbest enerjisini düşüren yüksek konfigürasyonel entropilerine dayanmaktadır. Bu durum, geniş bir sıcaklık aralığında termodinamik kararlılığı mümkün kılar. Yavaş atomik yayınımın özelliği, atom göçünü yavaşlatarak sünme direncini artırmakta ve YEA'lari yüksek sıcaklık uygulamaları için uygun hale getirmektedir. Ayrıca, alaşımı oluşturan elementler arasındaki atom boyutlarındaki farklardan kaynaklanan şiddetli kafes bozulması, katı çözelti sertleşmesi mekanizması yoluyla malzemenin mukavemetini artırmaktadır. Bu özellikler, YEA'lari özellikle zorlu çevre koşullarına dayanıklı alaşımların geliştirilmesi bağlamında malzeme araştırmalarının ön saflarına taşımıştır. Ateşe dayanıklı YEA'lar (Refraktor YEAs, RYEA'lar), yüksek sıcaklık kararlılığı, sertlik ve oksidasyon direnci gibi nitelikleriyle öne çıkar. Bu alaşımların hacim merkezli kübik (HMK) yapıları, mekanik dayanımlarını artırarak onları uzay, nükleer ve savunma sanayi gibi ileri mühendislik uygulamaları için ideal hale getirmektedir. Ancak YEA'larin geniş bileşimsel uzayı, hem yeni üstün malzemelerin keşfi için fırsatlar sunmakta hem de faz kararlılığı ve davranışının öngörülmesi açısından karmaşık bir durum oluşturmaktadır. Bu zorlukları aşmak amacıyla, CALPHAD (Faz Diyagramlarının Hesaplanması) ve yoğunluk fonksiyonel teorisi (Density Functional Theory - DFT) gibi hesaplamalı araçlar yaygın şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Bu yöntemler, deneysel doğrulamalardan önce faz kararlılığı, mekanik özellikler ve termodinamik davranışların öngörülmesini mümkün kılar. Bu çalışmada CALPHAD ile faz diyagramları çizilmiş ve faz oluşumları değerlendirilmiş; DFT ile alaşımların mekanik özellikleri modellenmiştir. X-ışını kırınımı (XRD) desenleri ve taramalı elektron mikroskobu–enerji dağılımlı spektroskopi (SEM-EDS) analizleri gibi deneysel veriler, bu hesaplamalı modellerle entegre edilerek sertlik, akma mukavemeti ve yoğunluk gibi parametrelerin tahmini yapılmıştır. Bu bilgiler, yüksek ergime noktalı elementler için gereken sıcaklıklara ulaşılabilen ve yüksek saflık ile homojenliği sağlayabilen vakum ark ergitme (VAM) yöntemiyle külçe sentezini yönlendirmiştir. VAM, özellikle tungsten gibi yüksek ergime sıcaklığına sahip elementlerin işlenmesi için 3000°C'nin üzerindeki sıcaklıklara ulaşabilme kapasitesi sayesinde, bu çalışmadaki RYEA üretiminde temel yöntem olmuştur. Vakum ortamında yapılan tekrarlı ergitme ve katılaştırma çevrimleri, kirlenmeyi en aza indirerek elementlerin eşit dağılmasını sağlamıştır. Toz hazırlığı için bir diğer kritik teknik olan mekanik alaşımlama (Mechanical Alloying, MA), VAM öncesinde uygulanmıştır. Bu yüksek enerjili bilyalı öğütme süreci, partikül boyutunu inceltmiş ve atomik düzeyde karışmayı teşvik ederek farklı ergime noktalarına sahip elementlerin etkili şekilde harmanlanmasını sağlamıştır. Çalışmanın başlangıcında eşmol oranında oluşturulan WMoNbV baz alaşımı, 2, 4, 6 ve 8 saat sürelerle MA işlemine tabi tutulmuştur. Tozların karakterizasyonu, mikro yapı ve alaşımlama ilerlemelerinde belirgin değişiklikler göstermiştir. Bu tozlar, yeşil kompaktlara preslenerek vakum ark ergitme ile yoğunlaştırılmıştır. Sertlik ve faz kararlılığı gibi özellikler incelenerek en uygun öğütme süresi belirlenmiş ve 6 saatlik MA süresi en verimli zaman olarak tespit edilmiştir. Optimum baz alaşım temel alınarak, kademeli olarak 0.25'ten 1.0'e kadar mol oranlarında krom (Cr) eklenmiş ve WMoNbVCr alaşımları elde edilmiştir. Cr ilavesinin mekanik ve mikroyapısal özellikler üzerindeki etkisi sistematik olarak değerlendirilmiştir. MA süresi bu sistemde de 6 saat olarak en uygun süre olarak belirlenmiştir. Baz WMoNbV alaşımı en düşük mikro sertlik değerini (5.98 ± 0.28 GPa) ve en yüksek hacimsel aşınma kaybını (7.32 × 10⁻³ mm³) göstererek performans karşılaştırmaları için temel referans noktası oluşturmuştur. 0.25 mol Cr eklenmesi, mekanik özelliklerde dikkate değer bir iyileşme sağlamış ve katı çözelti sertleşmesinin bu sistemdeki baskın mekanizma olduğunu desteklemiştir. Cr oranının 0.5'e çıkarılması, Cr içeren varyantlar arasında en yüksek mikro sertlik değerini (7.03 ± 0.24 GPa) sağlamış ve aynı zamanda aşınma kaybını 2.5 × 10⁻³ mm³ seviyesine düşürmüştür. Bu oranın üzerindeki konsantrasyonlarda sertlik artışı sınırlı kalmış olsa da, sürtünme katsayısı dalgalanmalarında belirgin bir azalma gözlemlenmiş, bu da değişken yüklü tribolojik uygulamalarda aşındırıcı aşınmanın azaldığını göstermiştir. Bu iyileşmeler, XRD ve SEM/EDS analizleriyle doğrulanan katı çözelti sertleşmesi ve Laves fazı çökeltilerinin varlığına bağlanmıştır. Deformasyona dirençli (DR) fazların hacim oranı ve dağılımı, tüm alaşımlarda mekanik davranış hakkında önemli bilgiler sağlamıştır. Benzer bir metodoloji, alüminyum (Al) katkısının etkilerini incelemek için de uygulanmıştır. 8 saatlik öğütme, özellikleri sınırlı ölçüde iyileştirmiş olsa da, 6 saatlik öğütme performans-verim dengesi açısından en uygun süre olarak belirlenmiştir. Cr ve Al'nin birlikte etkisini değerlendirmek amacıyla, çeşitli oranlarda bu elementleri içeren alaşımlar sentezlenmiş ve hem karışım hem de mekanik alaşımlama durumlarında karakterize edilmiştir. Kapsamlı aşınma testleri, bu alaşımların kesici takım uygulamalarındaki potansiyelini değerlendirmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Al içeren sistemlerde en yüksek sertlik değeri (6.85 ± 0.24 GPa), 0.5 mol Al eklenmesiyle elde edilmiş, mikroyapı rafinasyonu sağlanmış ve düzenli B2 faz oluşumu teşvik edilmiştir. MA'nin etkisi özellikle Al içeren bileşimlerde daha belirgindir. Eşmol oranlı WMoNbVAl alaşımında 6 saatlik öğütme, karışık duruma göre sertliği %18.6 oranında artırarak 6.8 GPa'dan 7.38 GPa'a yükseltmiş ve tüm Al bazlı örnekler içinde en düşük aşınma hacmini sağlamıştır. Bu durum, Al'in sertleştirici potansiyelinin tam olarak açığa çıkarılması için proses optimizasyonunun önemini doğrulamıştır. Sinergik etkileri araştırmak üzere, Cr–Al çift alaşımlı iki sistem geliştirilmiştir: WMoNbVCr₀.₂₅Al₀.₅ ve WMoNbVCr₀.₅Al₀.₂₅. Bireysel Cr ve Al katkılarının optimize edilmiş performansına dayalı olarak geliştirilen bu alaşımlardan WMoNbVCr₀.₅Al₀.₂₅, tüm kompozisyonlar arasında en yüksek sertliği (7.45 GPa) ve aşınma direncini göstermiştir. Ancak, çift alaşımlarda yapılan mekanik alaşımlama işlemi, yalnızca Cr veya Al içeren sistemlerdeki kadar etkili bir güçlendirme sağlamamıştır. Bu durum, ilave kırılgan ara metalik fazların oluşumuna ve böylece sertleştirme mekanizmalarının zayıflamasına bağlanmıştır. Bununla birlikte, Cr ve Al'nin birlikte kullanılması, karışık durumdaki örneklerde hem kayma aşınma direncini hem de sertliği artırarak alaşım katkılarının eklemeli etkisini göstermiştir. Bu çalışma, yüksek kaliteli RYEA üretiminde mekanik alaşımlama ve vakum ark ergitmenin önemini vurgulamaktadır. MA, homojen başlangıç malzemelerini garanti ederken, VAM yoğun, saf ve homojen mikro yapılı külçelerin üretimini mümkün kılmaktadır. Hesaplamalı modelleme ile deneysel tekniklerin entegrasyonu, alaşım tasarımı ve optimizasyonu için sağlam bir çerçeve sunmuştur. Elde edilen bulgular, çok bileşenli alaşım sistemlerinde faz seçimi, sertleşme mekanizmaları ve aşınma direnci konularındaki anlayışı zenginleştirirken, zorlu çalışma koşulları altında kullanılabilecek yüksek performanslı RYEA'larin tasarımı için uygulanabilir bir yol haritası sağlamaktadır. Bu araştırma, YEA'lar ve onların ateşe dayanıklı türevleri hakkında büyüyen bilgi havuzuna önemli katkılar sunmaktadır. Cr ve Al'nin WMoNbV baz alaşımı üzerindeki etkilerini açıklığa kavuşturarak, yüksek performanslı uygulamalar için gelişmiş malzemelerin tasarımına yönelik değerli bilgiler sağlamaktadır. Ayrıca, sistematik karakterizasyon ve hesaplamalı-deneysel entegrasyonun YEA geliştirmedeki önemini vurgulayarak, bu alanda gelecekteki ilerlemelere zemin hazırlamaktadır. High-Entropy Alloys (HEAs) represent a novel class of materials that challenge traditional alloy design paradigms by mixing five or more elements in nearly equal proportions. This compositional strategy eliminates the dominance of a single principal element, leading to unique microstructures and exceptional mechanical and physical properties. Since their introduction by Yeh et al. in 2004, HEAs have gained significant attention due to their high configurational entropy, which stabilizes single-phase solid solutions and prevents the formation of brittle intermetallic compounds. These characteristics are further enhanced by attributes such as sluggish diffusion, severe lattice distortion, and the cocktail effect, contributing to their remarkable strength, wear resistance, and thermal stability. The stabilization of HEAs is rooted in their high configurational entropy, which reduces Gibbs free energy, making these materials thermodynamically stable over a wide range of temperatures. Sluggish diffusion, another hallmark feature, slows atomic migration, enhancing creep resistance and making HEAs suitable for high-temperature applications. Severe lattice distortion caused by size differences between constituent atoms further strengthens the material through solid solution strengthening. These unique properties have propelled HEAs to the forefront of research, particularly in the development of alloys for extreme environments. Refractory HEAs (RHEAs) exhibit high-temperature stability, hardness, and oxidation resistance. Their body-centered cubic (BCC) structure contributes to their mechanical robustness, making them ideal for aerospace, nuclear, and defense applications. However, the vast compositional space of HEAs presents both opportunities and challenges. While offering the potential for discovering new materials with superior properties, predicting phase stability and behavior within this wide phase space remains complex. To address these challenges, computational tools such as CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams) and density functional theory (DFT) have been increasingly utilized. These methods enable researchers to predict phase stability, mechanical properties, and thermodynamic behaviors prior to experimental validation. For this study, CALPHAD was employed to construct phase diagrams and assess phase formations, while DFT was used to model the mechanical properties of alloys. Experimental data, including X-ray diffraction (XRD) patterns and scanning electron microscopy (SEM-EDS) analyses, were integrated with these computational models to estimate parameters such as hardness, yield strength, and density. These insights guided the experimental synthesis of ingots using vacuum arc melting (VAM), a method chosen for its ability to achieve the high temperatures necessary for melting refractory metals and its capability to ensure homogeneity and purity. VAM was pivotal in the synthesis of RHEAs for this research due to its ability to reach temperatures exceeding 3000°C, crucial for processing high-melting-point elements like tungsten. The repeated melting and solidification cycles in a vacuum environment minimized contamination and ensured uniform element distribution. Mechanical alloying (MA), another critical technique, was employed to prepare powders for VAM. This high-energy ball milling process refines particle size and promotes atomic-level mixing, enabling the effective blending of elements with significantly different melting points. The study began with the synthesis of the equimolar base alloy WMoNbV, which was subjected to mechanical alloying for durations of 2, 4, 6, and 8 hours. Characterization of the mechanically alloyed powders revealed changes in microstructure and alloying progression. These powders were then pressed into green compacts and densified through vacuum arc melting. Properties such as hardness and phase stability were analyzed to identify the optimal milling time, with 6 hours emerging as the most efficient. Building on the optimized base alloy, incremental additions of chromium (Cr) in molar fractions of 0.25 to 1.0 were introduced to create WMoNbVCr alloys. The impact of Cr on mechanical and microstructural properties was systematically evaluated, with further mechanical alloying studies determining 6 hours as the optimal milling time for intermediate Cr-containing compositions. the base WMoNbV alloy showed the lowest microhardness (5.98 ± 0.28 GPa) and the highest wear volume loss (7.32 × 10⁻³ mm³), setting a performance baseline. The addition of 0.25 mol Cr markedly improved mechanical properties, supporting the role of solid solution strengthening as a dominant mechanism in this alloy system. Increasing Cr content further to 0.5 mol resulted in the highest microhardness among the Cr-doped variants (7.03 ± 0.24 GPa), while also reducing wear volume loss to 2.5 × 10⁻³ mm³. Beyond this concentration, although further increases in hardness were limited, a noticeable reduction in coefficient of friction fluctuations was observed, indicating reduced abrasive wear—an important trait for tribological applications under fluctuating load. These improvements were attributed to a combination of solid solution strengthening and the presence of Laves phase precipitates, as confirmed by XRD and SEM/EDS analysis. The volume fraction and distribution of deformation-resistant (DR) phases, such as Laves, provided insights into the mechanical behavior across all studied alloys. A similar methodology was applied to explore the effects of aluminum (Al) additions. While 8 hours of milling slightly improved properties, 6 hours was chosen as the optimal duration due to its balance between performance and efficiency. To investigate the combined effects of Cr and Al, alloys with varying ratios of these elements were synthesized and characterized in as-blended and mechanically alloyed conditions. Comprehensive wear testing was also conducted to evaluate their potential for cutting tool applications. The addition of 0.5 mol Al led to the highest measured hardness among Al-only systems (6.85 ± 0.24 GPa), while also refining microstructure and encouraging ordered B2 phase formation. The impact of MA was especially clear for Al-containing compositions. In equimolar WMoNbVAl, 6-hour milling improved hardness by 18.6% compared to the as-blended condition (from 6.8 GPa to 7.38 GPa), and achieved the lowest wear volume loss of all Al-based samples. This confirmed the importance of process optimization in fully unlocking Al's strengthening potential. To study synergistic effects, two Cr–Al dual-alloyed systems were fabricated: WMoNbVCr₀.₂₅Al₀.₅ and WMoNbVCr₀.₅Al₀.₂₅. These were developed based on the optimized performance of individual Cr and Al additions. WMoNbVCr₀.₅Al₀.₂₅ achieved the highest overall hardness (7.45 GPa) and wear resistance across all compositions studied. However, mechanical alloying in the dual-alloyed systems did not yield the same strengthening effect as in singly-doped Cr or Al alloys. This was attributed to the formation of additional brittle intermetallics, which disrupted strengthening mechanisms and potentially weakened the alloy. Nevertheless, the combination of Cr and Al consistently enhanced the sliding wear resistance and hardness in the as-blended state, illustrating the additive effect of alloying. Interestingly, alloying effects—especially those linked to solid solution strengthening and intermetallic phase formation—were more pronounced in as-blended samples compared to mechanically alloyed ones in some systems. This revealed valuable insights into the early-stage thermodynamic driving forces in these complex alloys and highlighted the importance of initial powder homogeneity and mixing state. The study underscores the significance of mechanical alloying and vacuum arc melting in synthesizing high-quality RHEAs. MA ensures homogeneous starting materials, while VAM enables the production of dense, pure ingots with uniform microstructures. The integration of computational modeling with experimental techniques provided a robust framework for alloy design and optimization. Together, these findings enrich the field's understanding of phase selection, strengthening mechanisms, and wear resistance in multi-principal element systems, while providing a practical framework for designing high-performance RHEAs for advanced structural applications under severe operating conditions. The findings from this research contribute to the growing knowledge base on HEAs and their refractory counterparts, highlighting the influence of alloying elements on mechanical properties and phase stability. By elucidating the roles of Cr and Al in enhancing the WMoNbV base alloy, this work provides valuable insights into the design of advanced materials for high-performance applications. It also emphasizes the importance of systematic characterization and computational-experimental integration in the ongoing development of HEAs, paving the way for future advancements in this evolving field
-
ÖgeSynthesis and characterization of high yield and quality controlled morphology carbon nanotubes with novel transition metal alloys(Graduate School, 2025-03-18)A novel form of carbon, buckminsterfullerene C60 was discovered in 1985 by Kroto, Smalley, and their colleagues. This invention awarded them the Nobel Prize in chemistry in 1997. Pure carbon atoms bond in the shape of hexagons and pentagons to form the soccer-ball-like molecule C60. Besides well-known forms of carbon atoms such as diamond, C60, and graphite, carbon nanotubes (CNTs) were discovered in 1991 by Iijima. First, he found multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) in the carbon soot synthesized by an arc discharge method. Two years later, he observed the single-wall carbon nanotubes (SWCNTs). Since then, nanotubes have attracted the interest of scientists worldwide due to their exceptional physical and chemical characteristics. They have been recognized with higher mechanical, thermal, and electrical properties that have never been seen in a material before. Because of these properties, nanotubes are the ideal material for various applications, including basic science research. Theoretical and experimental studies have shown that CNTs have exceptional mechanical properties, a high aspect ratio (~104), excellent waviness characteristics, high thermal properties (2000-6000 W/m K), good electrical conductivity (106 to 107 S/m), low density (1.3-1.4 g/cm3), excellent hydrogen storage, high corrosion resistance, and unique optical properties. Due to their unique characteristics, CNTs have triggered a big interest among mainstream researchers. They are now considered to be the most promising material used in nano-electronics, energy storage devices, composite materials, the medical field, nano-sensor applications, and so on. Although it has the aforementioned great qualities, the low-quality batch synthesizing of CNTs with smaller diameters and non-selective chirality growth of CNTs remains to restrict the application of CNTs in demanding applications such as electronics, supercapacitors, and sensors. Even though vertically aligned carbon nanotubes (VACNTs) can be grown with transition metals like Fe, Ni, Mo, and Cu, it remains difficult to synthesize fully aligned CNTs with low defect counts, high quality, and homogeneous and controlled chirality specifically for electronic applications. A recent study revealed that bimetallic catalysts offer the potential for size control, quality enhancement, and chirality distribution. Many experimental variables such as carbon source (CO, C2H4, C2H2, CH4, etc.), catalyst particle type (monometallic or bimetallic), the feedstock flux, the support materials (SiO2, Al2O3, etc.) surface treatments (chemical etching, ion bombardment, etc.), reaction time, and temperatures have been suggested as experimental variables for the controlling CNT diameter. The control of the tube diameter, which will directly impact the chiral distribution, is still a hurdle due to the enormous number of variable combinations. In Chapter 3, detailed information about VACNTs synthesized on different catalyst particles was given with the synthesis method and characterization. First, VACNTs were synthesized on pure Fe with standard protocol by catalytic chemical vapor deposition (CCVD). Then, they were characterized by Raman spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray powder diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Brunauer-Emmett-Teller (BET) to identify IG/ID ratio with both single point and mapping, the purity and decomposition, the direction of VACNTs, the surface area of VACNTs, the crystallinity, sp2: sp3 ratio and determination of all elements in the structure. For the growth of VACNTs, different catalyst particles, such as Fe-Ni and Fe-Mo, with varying weight fractions were prepared using the mechanical alloying (MA) method. These catalyst particles were then pressed into bulk form and characterized by X-ray powder diffraction (as detailed in Chapter 3). The prepared catalysts were subsequently coated onto silicon wafers with the desired thickness using the electron beam evaporation method. Following this step, VACNTs were synthesized on the coated Si wafer using catalytic chemical vapor deposition (CCVD) with a standard recipe. For each catalyst particle, the structural characterization of VACNTs was conducted using scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) to determine the alignment of the CNT, innermost and outer diameters, and the number of walls. Furthermore, Raman spectroscopy was employed to analyze CNT chirality, chirality distribution, IG/ID mapping, and defect density. Additionally, thermogravimetric analysis (TGA) was used to assess the purity and decomposition behavior of VACNTs concerning different catalyst particles. Studies have shown that the addition of nickel and molybdenum enhances the quality of VACNTs. Moreover, it has been reported that incorporating nickel and molybdenum into iron alters the chirality of CNTs. Additionally, the water-assisted chemical vapor deposition (WA-CVD) system was established at ITU-ARC (Chapter 3). Extensive experiments were conducted to achieve the maximum length of VACNTs. According to the results, VACNTs synthesized via WA-CVD reached an approximate height of 7.6 mm. These findings hold significant potential for applications in nanocomposite materials and the dry spinning of CNTs. In Chapter 4, FeSi was used as a catalyst for the growth of CNTs. In the CCVD system, CNTs were synthesized directly on FeSi powder. All samples were characterized using Raman spectroscopy, SEM-EDS, and TEM to analyze the IG/ID ratio, chemical composition, presence of CNTs on FeSi particles, tube diameter, and number of walls. This chapter elucidates the growth mechanism of CNTs on FeSi particles based on characterization results. Using different synthesis parameters, CNTs were grown on FeSi powder and characterized by SEM. Raman spectroscopy was employed to compare the full-width at half-maximum (FWHM) values of the G and D peaks. Additionally, the defect distance (Lᴅ) and defect density (nᴅ) were calculated for each sample. The magnetic properties of CNT-doped FeSi samples synthesized with different recipes, as well as FeSi powder, were measured at 10 K and 300 K using a vibrating sample magnetometer (VSM). According to the results, the average magnetic saturation of FeSi powder was measured as 20 emu/g at 10 K. For the FeSi-1000-CNT and FeSi-500-CNT samples, magnetic saturation values at 10 K were 14.8 emu/g and 11.5 emu/g, respectively. At 300 K, the measured average magnetic saturation values were 15.4 emu/g, 12.8 emu/g, and 9 emu/g for FeSi, FeSi-1000-CNT, and FeSi-500-CNT samples, respectively. Raman spectroscopy results indicated that as the CNT content increased, the decomposition of iron within the powder led to a decrease in magnetic saturation. This observation was further supported by SEM-EDS and TEM analyses. In Chapter 5, CNT-reinforced polymer matrix nanocomposites (PNCs) were fabricated using different polymer types and various weight fractions. The dynamic mechanical properties of these PNCs were analyzed based on polymer type, CNT volume fraction, CNT alignment, and temperature effects. The study presents the production of both randomly oriented and aligned CNT-PNCs, examining their dynamic mechanical behavior at different temperatures. The morphological characterizations of these composites are provided and compared to assess the impact of CNT alignment and dispersion on their mechanical performance. This thesis investigates the effects of different catalyst types and concentrations on VACNT properties, a topic not previously explained together in the literature. Additionally, CVD and WACVD systems were established and used for various studies at İTÜ ARC. VACNT production was carried out using different catalysts, and the impact of catalysts on the morphological and chemical properties of VACNTs was reported. Furthermore, CNT-reinforced PNCs were produced using various polymers, and their dynamic mechanical properties were analyzed based on CNT orientation and volume fraction at different temperatures using dynamic mechanical analysis.
-
ÖgeAlFe2B2 MAB fazında krom (Cr) ve vanadyum (V) ikamelerinin malzeme özellikleri üzerindeki etkileri: Deneysel destekli modelleme çalışması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-10-16)Geçiş metallerinin borürleri, yüksek sertlik, kimyasal dayanıklılık ve yüksek ergime sıcaklıkları gibi belirgin özellikleri sayesinde mühendislik ve teknolojik uygulamalarda önemli bir malzeme sınıfı olarak öne çıkmaktadır. MAB (M: geçiş metali, A: genellikle IIIA veya IVA grup elementi, B ise bor) fazları olarak adlandırılan nano ölçekli tabakalı yapıya sahip geçiş metal borürleri, son yıllarda benzersiz özellikleri nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Bu bağlamda, kapsamlı araştırmalara konu olan AlFe2B2 MAB fazı, oda sıcaklığına yakın bir manyetokalorik etki göstermekte olup, manyetik soğutma ve manyetokalorik enerji dönüşümü uygulamaları için potansiyel bir aday olarak değerlendirilmektedir. Manyetokalorik etki, malzemenin dış bir manyetik alan altında iken sıcaklığındaki değişimle ilişkilidir; bu etki, manyetik alan uygulandığında ısınma, kaldırıldığında ise soğuma şeklinde gözlemlenmektedir. AlFe2B2, manyetokalorik etkisi ile ön plana çıkmakla birlikte, bir üçlü geçiş metal borürü olarak yüksek sertlik ve rijitlik gibi üstün mekanik özellikler de sergileme potansiyeline sahiptir. Bu sebeple, AlFe2B2'nin hem manyetokalorik etkisi hem de mekanik özellikleri üzerine hesaplamalı (modelleme) ve deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Ancak, hesaplama ve deneylerin birlikte ele alındığı çalışmaların sayısı fazla değildir. Bu iki yaklaşımın birleşimi, malzemenin davranışını daha kapsamlı bir şekilde anlamak ve uygulama potansiyelini daha doğru bir şekilde değerlendirmek için kritik bir yöntem sunmaktadır. Bu çalışma, hesaplamalı ve deneysel olarak iki kısıma ayrılmaktadır. Hesaplamalı kısımda, AlFe2B2 MAB faz bileşiğindeki Fe elementi, bileşikten belli oranlarda (at%12.5, at%25, at%50) eksiltilmiş ve yerine dördüncü alaşım elementi olarak Cr veya V eklenmiştir. Bu şekilde AlFe2B2 esaslı yeni borürler elde edilmiştir. Borürlerin elektronik yapı (bant yapısı, toplam durum yoğunluğu, kısmi durum yoğunluğu, alfa ve beta durum yoğunluğu, yük yoğunluğu dağılım haritaları ve Mulliken bağ popülasyonu), kimyasal bağlanma ve mekanik özellikleri (elastik sabitler, elastik modüller, teorik Vickers sertliği, Poisson oranı, Cauchy basıncı, Pugh oranı ve elastik anizotropi) yoğunluk fonksiyonel teorisi (Density Functional Theory, DFT) hesaplamalarıyla analiz edilmiştir. Ayrıca, mekanik özellikler kapsamında elastik Debye sıcaklığı da incelenmiştir. Hesaplamalı çalışmalar, Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) formundaki genelleştirilmiş gradyan yaklaşımı (Generalized Gradient Approximation, GGA) ile CASTEP (Cambridge Sequential Total Energy Package) kodu ve pseudopotansiyeller kullanılarak gerçekleştirilmiştir. AlFe2B2, AlFe1.5Cr0.5B2 ve AlFe1.5V0.5B2 borürleri metalik ve iletken özellikler göstermiştir. Ayrıca, AlFe2B2 ve AlFe1.5Cr0.5B2 borürleri manyetik özellik sergilerken, AlFe1.5V0.5B2'de manyetik özellik tespit edilmemiştir. Borürlerin bağlanmasında metalik, iyonik ve kovalent olmak üzere üç temel kimyasal bağın önemli katkılar sağladığı görülmüştür. Özellikle, B-B arasında kuvvetli kovalent bağlar, geçiş metali (Transition Metal, TM)-B arasında iyonik-kovalent bağlar ve TM-TM arasında metalik bağlar, kovalent etkileşimlerle birlikte gözlemlenmiştir. Tüm borürlerde C11 elastik sabitinin C22 ve C33 elastik sabitlerinden büyük olduğu tespit edilmiştir. Bu durum, borürlerin a-ekseni boyunca uygulanan basınca karşı b ve c eksenlerine göre daha yüksek bir dayanım sergileyeceğini göstermektedir. Ayrıca, C11 elastik sabitinin büyüklüğü, tüm kristallerde a-ekseni boyunca kuvvetli B-B bağlarının varlığını ortaya koymaktadır. AlFe(2-x)TMxB2 (x= 0–1; TM= Cr, V) sisteminde, x değerleri 0.25 ve 0.5 olduğunda, vanadyumun, kroma kıyasla rijitlikte (daha yüksek Young modülü ile sonuçlanan) daha büyük bir artışa neden olduğu tespit edilmiştir. Ancak, x=1 olduğunda artan krom miktarına bağlı olarak rijitlikteki artış devam ederken, vanadyumda ters bir eğilim gözlemlenmiştir. Ayrıca, dördüncü alaşım elementinin artan varlığı ile izotropinin arttığı görülmüştür. Dahası, izotropideki artışta kromun vanadyumdan daha etkili olduğu fark edilmiştir. AlFeCrB2'nin en yüksek elastik modüllere (bulk, kayma ve Young modülü), teorik Vickers sertliğine, elastik Debye sıcaklığına ve en düşük elastik anizotropiye sahip olduğu tespit edilmiştir. Deneysel kısım, AlFe2B2 MAB faz bileşiğinin üretim ve karakterizasyonunu kapsamaktadır. AlFe2B2 MAB faz bileşiği kendiliğinden ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi (SHS) ve vakum ark ergitme teknikleri birleştirilerek üretilmiştir. Üretiminin ilk aşamasında, genellikle tercih edilen yöntemlerden farklı, enerji açısından verimli ve hammadde olarak metal oksit tozlarının kullanılmasına imkan sağlayan, dolayısıyla maliyet açısından da etkin bir yöntem olan SHS tekniği kullanılmıştır. SHS tekniği ile AlFe2B2 ve FeB (ferrobor) üretilmiştir. SHS öncesinde kullanılacak hammaddelerin molar oranlarını belirlemek ve adyabatik sıcaklığı tayin edip reaksiyonun kendiliğinden ilerleyip ilerlemeyeceğini öngörmek için FactSageTM 7.1 termokimyasal modelleme yazılımından yararlanılmıştır. SHS ürünündeki AlFe2B2 konsantrasyonunu arttırmak amacıyla, AlFe2B2 fazının oluşumu için gerekli alüminyum (Al) miktarından sırasıyla %50 ve %100 daha fazla Al eklenerek vakum ark ergitme tekniğiyle iki farklı numune elde edilmiştir. Üretilen numuneler, x-ışını floresansı (XRF), x-ışını kırınımı (XRD), optik mikroskop (OM), taramalı elektron mikroskobu (SEM), alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM), enerji dağılımlı x-ışını spektrometresi (EDS) ve nanoindentasyon testi ile karakterize edilmiştir. Üretilen iki numunede de AlFe2B2 oluşumu gerçekleşmiştir. Fazladan eklenen Al miktarındaki artışın, AlFe2B2 fazının oluşumunu desteklediği gözlemlenmiştir. AlFe2B2 fazının mekanik özellikleri, nanoindentasyon testi ile incelenmiştir. Fazladan %100 Al eklenen numunedeki AlFe2B2 fazına ait bölgeden yapılan beş ölçümde, sertlik değerlerinin ortalaması 1248.784 Vickers (12.25 GPa) ve Young modülü ortalaması ise 284.130 GPa olarak bulunmuştur. Bu ölçümlerde, sertlik ve Young modülü değerlerinin, her iki özellik için de ölçüm noktaları arasında oldukça tutarlı olduğu tespit edilmiştir. Bu durum, malzemenin test edilen AlFe2B2 faz bölgesindeki homojenliğini göstermektedir. Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçların, hesaplamalı çalışmalardan elde edilen bulgularla uyum gösterdiği tespit edilmiştir. Simüle edilmiş AlFe2B2 pikleri ile deneysel çalışmalara ait AlFe2B2 pikleri arasında yakın bir uyum görülmüştür. Ayrıca, DFT hesaplamaları ile elde edilen Young modülü ve sertlik değerleri, deneysel bulgularla karşılaştırılmış ve sertlikte %74.7, Young modülünde ise %81.3 oranında bir uyum tespit edilmiştir. Bu yüksek uyum, DFT hesaplamaları ile deneysel sonuçlar arasında dikkat çekici bir paralellik olduğunu göstermekte ve bu malzemenin mekanik özelliklerine yönelik gelecekteki çalışmalar için sağlam bir temel oluşturmaktadır.
-
ÖgeUzun karbon elyaf takviyeli poliamit 6 esaslı kompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-01-29)Uzun ve sürekli elyaf takviyeli termoplastik kompozitler (CFT), yüksek dayanıklılık ve mukavemetleriyle tanınan ileri mühendislik malzemeleridir. Bu kompozit malzemeler, uzun ve sürekli elyafların termoplastik bir matris içinde yerleştirilmesiyle üretilir ve kısa elyaf takviyeli kompozitlere kıyasla üstün mekanik performans sergilerler. Ayrıca üretim süreçlerinin hızlı ve maliyetlerinin düşük olması, geri dönüştürülebilirlik ve kolay işlenebilirlik özellikleri dolayısıyla bu kompozitler otomotiv ve havacılık gibi çeşitli sektörlerde öncelikli olarak kullanılmaktadır. Bu kompozitlerin üretiminde, toz impregnasyonu, termoplastik gövdeye fiber emdirme (FIT©:Fiber impregnèe Thermoplastique) malzemesi, elyaf ipliklerinin birbirleri ile karıştırılması (commingled fiber), çözelti impregnasyonu ve eriyik impregnasyonu gibi çeşitli üretim yöntemleri kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemler içinde eriyik impregnasyon metodu, kimyasal işlem gerektirmediği ve üretim hızının yüksek olması nedeniyle teknik uygulamada en çok tercih edilen yöntemdir. Buna rağmen kullanılan bu ana üretim metoduna alternatif üretim yöntemlerinin araştırılmasına devam edilmektedir. Bu araştırmalar çoğunlukla impregnasyon kalitesini arttırmak için yeni kalıp dizaynına yöneliktir. Kalıp dizaynında kalıp içi pimlerin geometrisi ve konfigürasyonu araştırılan en önemli parametrelerdir. Bu çalışmada uzun karbon elyaf takviyeli poliamit 6 (PA 6) kompozitlerin üretimi amacıyla çeşitli pim konfigürasyonları içeren özel bir impregnasyon kalıbı tasarlanmıştır. 4140 kalite ıslah çeliğinden imal edilen bu ataçman çeşitli pim konfigürasyonarı içeren özel bir impregnasyon kalıbıdır. Kompozit üretim sürecinde kullanılan pim konfigürasyonları; dar silindir, dar-geniş silindir ve dar silindir-konveks pimlerden oluşmaktadır. Bu konfigürasyonlar kullanılarak kompozit peletler üretilmiş ve elde edilen peletlerin mikroyapıları optik mikroskop kullanılarak incelenmiştir. Mikroskop görüntüleri, ImageJ programı ile analiz edilerek impregnasyon alanı belirlenmiştir. Bu alan verileri kullanılarak Gebart denklemi aracılığıyla elyafların geçirgenlikleri hesaplanmıştır. Yapılan analizler sonucunda, dar silindir konfigürasyonunun diğer konfigürasyonlara kıyasla elyaf demetinin geçirgenliğini önemli ölçüde artırdığı gözlemlenmiştir. Spesifik olarak, dar silindir konfigürasyonu, dikey yönde (K⊥) 1,81 x 10⁻¹¹ m² ve yatay yönde (K||) 0,78 x 10⁻¹¹ m² değerleri ile en yüksek geçirgenliği sağlamıştır. Bu bulgular, dar silindir konfigürasyonunun elyaf demetinin impregnasyon sürecine katkıda bulunduğunu ve bu konfigürasyonun kompozit üretiminde daha etkili bir sonuç verdiğini göstermektedir. Bu nedenle, sonraki çalışmalarda da dar silindir konfigürasyonu tercih edilerek kompozit üretimine devam edilmiştir. Tez çalışmasında yukarıda açıklanan deneylere ek olarak üretilen malzemede, PA6 matrisi ile ara yüzeyin bağlanmasını artırmak için uzun karbon elyaflara su bazlı bir yüzey işlemi uygulanmıştır. Bunun için, elektrokimyasal oksidasyon sonrasında karbon elyaf yüzeyine polietilen imin (PEI) ve karboksimetil selüloz (CMC) çapraz (crosslink) bağlama ile kaplanmıştır. Oluşturulan kompozit malzemenin ıslanabilirlik özelliğini iyileştirmek için yapılan PEI-CMC kaplama sayesinde karbon elyaf/su temas açısı 111,69°'den 26,42°'ye düşürülmüştür. Islanabilirlikteki bu belirgin iyileşme, ara yüzey mukavemetinde %164,8 artışa yol açmış ve PEI-CMC kaplaması uygulanan karbon elyaflar (CF) için ara yüzey mukavemeti 26,7 MPa olarak ölçülmüştür. Sonuç olarak, ortalama çekme ve eğme mukavemeti, PEI-CMC kaplamalı CF/PA6 kompoziti için sırasıyla 209,6 MPa ve 378,3 MPa'dan 250,3 MPa ve 422,7 MPa'ya %19,3 ve %11,7 oranında artmıştır. Su bazlı yüzey işlemi uygulanmış ve uygulanmamış numunelerde hasar mekanizmasını ve de üretim kalitesinin tespiti için çekme deneylerinden elde edilen numunelerin kırık yüzey morfolojileri incelenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) metodu ile yapılan bu incelemelerde uygulanan tek adımlı elektrokimyasal oksidasyon sonrası su bazlı kaplama prosedürünün yüksek performanslı uzun fiber takviyeli termoplastik kompozitlerin üretiminde diğerlerine göre daha mukavim yapılar oluşurduğunu göstermiştir. Deneysel çalışmalar çerçevesinde üretilen kompozit malzemelerin üretiminde temel adım olan karbon elyafın üzerine su bazlı PEI-CMC kaplamasının kalitesi FTIR, XPS ile analiz edilmiştir. Bu işlemlerde tezde gerçekleştirilen çapraz kaplamanın başarı ile uygulandığı ispatlanmıştır. Bu tez çalışmasında üretilen kompozit malzemenin ara yüzeylerinin iyileştirilmesi için elektrokimyasal oksidasyon ile beraber elektroforetik biriktirme yöntemi (EPD) de kullanılmıştır. Elektrokimyasal oksidasyon CF'lerin elektroliz yoluyla anodik oksidasyonudur. EPD ise elektroliz yoluyla MWCNT-COOH (karboksil bağlı karbon nanotüpler) anodik olarak CF üzerinde biriktirilmesidir. Karbon elyaflar, oksitlenme ve MWCNT-COOH ile elektroforetik kaplama yöntemleri kullanılarak başarılı bir şekilde modifiye edilmiştir. FTIR ve Raman spektroskopisi analizleri, oksitlenme sürecinin ve MWCNT-COOH kaplamasının etkili bir şekilde gerçekleştirildiğini doğrulamaktadır. Bu modifikasyonlar sonucunda, karbon elyafların yüzeyindeki fonksiyonel grup yoğunluğunda belirgin bir artış gözlemlenmiş ve su ile ıslanma temas açısının 43,6°'ye düştüğü tespit edilmiştir. Mekanik performans açısından, MWCNT-COOH modifiye edilmiş karbon elyafların (CFcnt) arayüzey bağ dayanımı TFB (Transversal Fiber Bundle) dayanımı %203 oranında artarak 30,5 MPa değerine ulaşmıştır. Mekanik Analiz sonuçları, CFcnt'nin çekme dayanımının %36,6 oranında artış göstererek 286,4 MPa değerine yükseldiğini, 3-nokta eğme dayanımının ise %25,8 artış ile 476 MPa'a ulaştığını ortaya koymuştur. Bu sonuçlar, ara yüzey bağı ve yük transferi açısından belirgin iyileşmelerin olduğunu göstermektedir. MWCNT-COOH kaplanmış numunelerin hasar analizini gerçekleştirmek için çekme testi sonrası hasarın meydana geldiği yüzeyin morfolojik incelemesi SEM analizi ile gerçekleştirilmiştir. Bu analiz neticesinde MWCNT-COOH kaplı numunelerin bir önceki aşamalarda üretilen yapılara göre daha mukavim olduğu gözlemlenmiştir. Her iki yöntemde de elde edilen yüksek mukavemetli ara yüzey bağı oluşması, iki temel faktörle açıklanabilir: Birincisi, oksitlenme ve su bazlı polimer veya CNT-COOH kaplaması sonrası oluşan OH ve NH gruplarının PA 6 polimerinin amino grupları ile kurduğu hidrojen bağlarının artması; ikincisi ise PA 6 polimer moleküllerinin kaplama tabakasına nüfuz ederek oluşturduğu mekanik yapışmadır. Bu etkileşimler, PA6/CNT-CF kompozitlerinin dinamik mekanik özelliklerinde önemli bir artışa yol açmıştır. Sonuç olarak, CF'lerin MWCNT-COOH ile fonksiyonelleştirilmesi, arayüzey bağlarının güçlenmesini ve kompozitlerin genel mekanik performansının ciddi şekilde iyileşmesini sağlamıştır. Bu tez çalışmasında uygun kalıp dizaynı ile karbon elyaflı kompozitlerde arayüzey bağlarının değişik yöntemler ile iyileştirilmesi ile daha mukavim ve karbon elyaf esaslı kompozitlerin daha verimli olarak üretilebileceği kanıtlanmıştır.
-
ÖgeEffect of galvanic coupling with TiN, TiAlN, and CrN coatings, and titanium to the corrosion of steels(Graduate School, 2023-10-27)Physical vapor deposition is a surface engineering technique, applied in low-pressure atmospheres. The deposition of the desired film takes place in several consecutive steps. A metal or alloy solid target is vaporized and ionized; and this metallic vapor is deposited onto the substrate, forming a dense, compact, and well-adhered film. Depending on the use of inert or reactive process gases, films with metallic or ceramic character (metals, alloys, mixtures, as well as transition metal oxides, nitrides, carbides, carbonitrides, oxynitrides, etc.) may be produced on metallic, ceramic or polymeric substrates. The technique was first commercialized in the 1970s and is now applied industrially for many applications, such as prolonging the life performance of cutting and drilling tools, and surgical instruments by improving wear and tribo-corrosion resistance, solar collectors and decorative applications by improving optical and visual properties. The transition metal nitrides produced with these methods are very hard and wear-resistant. Furthermore, their corrosion resistance is also high, especially in atmospheric and aqueous environments where structural materials are used frequently. Besides, they're also resistant to a wide range of acidic and alkaline aqueous electrolytes. Accordingly, PVD coatings were promising candidates for their corrosion protective ability, leading to many scientific and industrial studies. However, these investigations haven't yielded the expected protection due to the pores or defects reaching the substrate. Unless the substrate is corrosion-resistant, coatings produced with conventional methods can't fulfill the desired corrosion protection. Among transition metal nitrides, the most commonly used are single-element nitrides such as titanium nitride (TiN) and chromium nitride (CrN) or multi-element nitrides such as titanium aluminum nitride (TiAlN). Current efforts to increase the corrosion protective ability of PVD-coated substrates focus on the deposition of multi-layered coatings, deposition of a corrosion-resistant interlayer, and methods to eliminate porosity in coatings. According to the current state-of-art, the main factor limiting the corrosion protection ability of these coatings is these pores and substrate corrosion within these pores. The cathodic or anodic character of the coating compared to the substrate is expected to accelerate or inhibit the substrate's corrosion, due to the galvanic interactions occurring beneath the pores (similar to the zinc or tin coatings on steel). Noble and electrically conductive transition metal nitrides are generally considered to accelerate substrate corrosion due to the galvanic effects. However, there is a lack of comprehensive research in the literature regarding these acceleration effects on substrate corrosion. Furthermore, in the case of a noble coating on a substrate, the acceleration of the corrosion rate due to the galvanic effect doesn't depend solely on the potential difference between the corrosion potentials but also on the cathodic reaction rate of the cathode material. This thesis aims to investigate the extent of galvanic interaction between the three common transition metal nitride coatings (TiN, CrN, and TiAlN) and different substrates (steel and stainless steel). These three coatings were selected to study the effect of nitride type on these interactions. Moreover, the effect of galvanic interaction between the substrate and metallic interlayer which is used to improve adhesion to the substrate, was also considered by the metallic titanium-steel galvanic couple that is common for titanium-based coatings. The selected coatings were deposited on inert substrates by the cathodic arc PVD method. They were used to determine the inherent anodic and cathodic behaviors of the coatings and the galvanic interactions with the substrates without being affected by an additional substrate effect. TiN and CrN were deposited on alumina substrate at 80 A cathode current with 150 V bias using a Ti and Cr cathode, respectively. TiAlN coatings were deposited using a TiAl (75:25) cathode at 60 A cathode current with 50 V bias. In the first experimental section (Chapter 5.1), the interaction between the nitride-based coating and steel substrate is investigated. For the first two chapters, two different electrolytes were selected to represent the solution properties during corrosion in localized defects: an aerated (fixed oxygen-concentration), neutral and chloride-containing electrolyte, and a deaerated, acidic and chloride-containing electrolyte. The uncoupled electrochemical behavior of the electrodes was determined by OCP measurements and potentiodynamic polarization. EIS measurements at OCP and Mott-Schottky analysis on the coatings were also conducted. Galvanic behavior may be determined by the combination of polarization diagrams or by zero-resistance-ammeter (ZRA) and both techniques were used in this study. Moreover, EIS measurements at a potential corresponding to galvanic couple potential were obtained from the coatings. Results showed that the galvanic interactions with the nitride coatings significantly accelerate the steel substrate's corrosion rate in aerated neutral electrolyte but don't cause a significant contribution in deaerated acidic electrolyte. This may be explained by the cathodic reaction kinetics on the coatings: in acidic solutions where the cathodic reaction is hydrogen ion reduction, the high binding energy between the adsorbed hydrogen to the nitride surface caused slow reactions that were supported by the DFT calculations from the literature. The effect of nitride type and their respective charge carrier concentrations are significant for their performance during galvanic interactions. The acceleration of self-corrosion in the substrate adjacent to the coatings was verified by the immersion of cross-section samples. Accordingly, the low charge carriers in CrN led to slower reaction kinetics and caused less dissolution at the CrN coating-steel interface than the interface of TiN coated-steel or TiAlN coated-steel. In the second experimental section (Chapter 5.2), the interaction between the nitride-based coating and stainless steel substrate is studied. The common corrosion type for stainless steel is pitting corrosion in many of the corrosion testing environments. Therefore, firstly the pitting potential of the stainless steel was determined by the polarization curves. Then, the possibility of the stainless steel's potential being shifted to this pitting potential under the effect of galvanic coupling with nitride coatings is explored. Experiments showed that the couple potentials lie below the pitting potential of the stainless steel in both electrolytes and that galvanic interaction with the nitride coatings would not cause significant damage under the testing environments used in the study. The steady-state galvanic currents are low (in the range of 1±0.5 μA/cm2) for TiN, TiAlN, and CrN coatings. These results highlighted the importance of the substrate's inherent corrosion resistance along with the cathodic reaction kinetics on the coatings. Under these experimental conditions, galvanic coupling with the nitride coatings didn't cause pitting of the stainless steel. In the third experimental section (Chapter 5.3), the interaction between the titanium interlayer and steel substrate is investigated. For this purpose, galvanic corrosion experiments were conducted between the metallic titanium and steel. It was observed that titanium can readily self-activate in acidic electrolytes where pH <2 and act as the anode of the titanium-steel galvanic couple. The degradation of the titanium's native oxide is a function of pH: the activation time at pH 0 is very fast (11 min) whereas it increased to 115 min at pH 0.5 and to 400 min at pH 1. Interestingly, the activation is significantly accelerated under cathodic polarization impressed by galvanic coupling. These were 22 min at pH 0.5, 32 min at pH 1, and 60 min for pH 2 which didn't exhibit reversal at OCP for 10 hours. Consequently, potentiostatic polarization experiments were conducted to study the effect of cathodic potential on the oxide degradation times, causing both chemical and electrochemical dissolution. During galvanic coupling experiments in electrolytes with higher pH, the titanium acted as the cathode of the titanium-steel galvanic couple, but the slow cathodic reactions on the titanium cathode produced very limited currents, thus, the effect on the steel's corrosion was not pronounced. This chapter determined that the behavior of the titanium-steel couple was pH-dependent; the steel substrate may act as the cathode of the galvanic couple; and the titanium's protective oxide degradation was accelerated by the induced cathodic polarization during the galvanic coupling.