Tan,zrn Ve Tan/zrn Çok Katlı İnce Film Kaplamaların Aşınma Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, TaN, ZrN ve TaN / ZrN çok katlı (4 ve 8 katlı) ince film kaplamalar Fiziksel Buhar Biriktirme (FBB) yöntemleriyle kaplanmış ve tanımlanmıştır. Ayrıca bu kaplamaların tribolojik deneyler aracılığı ile aşınma ve sürtünme özellikleri belirlenmiş diğer taraftan aşınmaya bağlı elektriksel direnç değişimlerinin tespit edilmiştir. Bu amaca yönelik saf Ta ve Zr - %15Ti hedef malzemeler kullanılarak fiziksel buhar biriktirme teknikleri yardımıyla TaN, ZrN ve TaN / ZrN çok katlı kaplamalar (ilk kez) üretilmiş, yapısal, mekanik özellikleri tanımlanmıştır. Bu kaplamaların aşınma özellikleri düşük yüklerde (1N ve 2N) kuru ve yağlı ortamda karşılıklı aşınma deneyi kullanılarak belirlenmiş, aşınmaya bağlı elektriksel direnç değişimleri ise aşınma cihazı üzerine dahil edilen elektriksel direnç-devre sistemi yardımıyla tanımlanmıştır. Karşılıklı aşınma deneyleri oda sıcaklığında gerçekleştirilmiş ve kullanılan aşındırıcı toplara (Al2O3 ve çelik 400C) bağlı olarak sürtünme katsayıları ve aşınma karakteristikleri ile oluşması muhtemel tribofilm kimyası arasında ilişkiler kurulmaya çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlar saf TaN’ ün oda sıcaklığında iyi derecede aşınma ve sürtünme davranışı sergilerken temas yüzeyinde sıcaklığın artışı ile hızlanan oksidasyon ve bu oksitlerin aşındırıcı nitelikte olması nedeni ile sürtünme katsayısının yükseldiğini göstermektedir. Çok katlı kaplamalarda elektriksel direnç değişimlerine bakıldığında, Katmanlardaki TaN ve ZrN kaplamaların tek başlarına gösterdikleri elektriksel direnç değerlerine bağlı olarak TaN / ZrN 4 katlı kaplamadaki direnç değişiminin periyodik olarak gözlendiği tespit edilmiştir. TaN ince film kuru ortamda katı yağlayıcılık özelliği göstermekte ve elektriksel olarak dirençli bir yapıya sahiptir. Bu özellikleri sayesinde TaN’ün kaymalı sürtünme sistemlerinde ve çok katlı kaplamalarda aşınmaya bağlı direnç değişimleri sayesinde katmanların belirlenmesi konusunda uygun bir ince film türü olduğu düşünülmektedir.In this study TaN, ZrN and TaN / ZrN multilayer (4 and 8 layers) thin film coatings were producted by Physical Vapour Deposition techniques and they also were determined. However wear and friction properties of these coatings were investigated by tribological measurements. Electrical resistance changing depends on wearing also were determined. According to this aim, TaN, ZrN and TaN / ZrN multilayer (first time) thin film coatings were produced by reactive Physical Vapour Deposition techniques from pure Ta and Zr-Ti with %15 Ti alloy. Their structure and mechanical properties were also investigated. Wear properties of these coatings were determined by reciprocating tests with low load (1N and 2N) and in dry / lubricated conditions and their electrical resistance changings were fixed by electrical circuit with reference resistance system which is integrated on tribometer. Reciprocating wear tests were carried at room temperature and some relationships were tried to define between coefficients of friction with wear characteristics and possible tribofilm chemistry depending on used balls (Alumina and Stainless steel 440C). However, some comments were tried to make about changes occurring in electrical resistance depends on layers and some periodic changes were tried to see on changings according to number of layers. These results showed that TaN with single layer show excellent wear and friction properties at room temperature. However, coefficient of friction increased catastrophyically with increasing temperature on contact surface because of faster oxidation and hard characteristics of metal oxides. Apart from this, observed that occurring oxides in inert erosive condition (Al2O3 ball) shows the solid lubrication propertie and clearly determine that they reduce the wear. When the electrical resistance changes were investigated, observed that the neatest periodic resistance changing was appeared on TaN / ZrN 4 layered multilayer thin film coatings. Electrical resistance changing was determine clearly depends on reference resistance of TaN and ZrN coatings. TaN shows the property of solid lubricant and it also has electrical resistivity. Because of these properties, TaN is suitable thin film for sliding wear applications and it also suitable for defining number layers by electrical resistivity changing depends on wear