Fiziksel Buhar Biriktirme (pvd) Yöntemiyle Yapılan Alüminyum Krom Nitrür (alcrn) İnce Film Kaplamaların Üretimi Ve Karakterizasyonu

Abstract

AlCrN kaplamalar, yüksek sertliğe, mükemmel oksidasyon direncine ve iyi tribolojik özelliklere sahip ince sert seramik kaplamalardır. AlCrN’ün polisajlı yüzeyinin oda sıcaklığında ve yağlamasız ortamda alümina (Al2O3) bilyaya karşı sahip olduğu görece düşük (0,40) sürtünme katsayısı, talaşlı ve talaşsız imalat proseslerinde kullanılan kesici takım veya kalıp parçalarının AlCrN kaplanması halinde normal olarak takım veya kalıbın adhezif (sıvamalı) aşınma dayanımını arttırmakta, yığıntı köşe oluşumunu ve takım veya kalıp yüzeyinde sarma ve sıvanma sonucu yüzey kaybı oluşumunu önemli oranda azaltmaktadır. Böylelikle, özellikle adhezif aşınmanın baskın olduğu işlemlerde AlCrN kaplamalar aşınma dayanımını yüksek oranda arttırma özelliğine sahiptir. Bu çalışmada, AlCrN kaplamaların kullanılan reaktif gaz (azot) basıncına bağlı optimizasyonu yapılmıştır. Deneysel çalışmaların ilk aşamasında fiziksel buhar biriktirme yöntemlerinden biri olan katodik ark ile buharlaştırma tekniği kullanılarak 5, 10, 15, 20 ve 25 mtorr basınçlarda AlCrN kaplamalar üretilmiştir. İkinci aşamada ise üretilen kaplamaların çeşitli deney yöntemleri ile yüzey pürüzlülüğü, kaplama kalınlığı, kaplama sertliği, kaplama yapışma karakteristiği ve kaplama kompozisyonu gibi özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, azot basıncının artmasıyla birlikte; kaplamaların yüzey pürüzlülük değerlerinde ve kalınlıklarında azalış, tane boyutu ve azot içeriklerinde ise artış olduğu görülmüştür. Sertlik ile azot basıncı arasında doğrusal bir ilişkinin olmadığı saptanmıştır. Kaplamaların taban malzemeye yapışma kalitelerine bakıldığında ise HF2 (kabul edilebilir) yapışma karakteristiğine uygun olduğu görülmüştür. Sonuç olarak, karakterizasyon işlemlerinde elde edilen bulgular biraraya getirildiğinde AlCrN kaplamaların üretiminde kullanılması gereken en uygun azot basıncının 25 mtorr olduğu tespit edilmiştir.

AlCrN provides high hardness, superior oxidation resistance and good tribological behavior. The relatively low friction coefficient of the polished surface of AlCrN coating at room temperature and non-lubricated conditions against alumina (Al2O3) enhances adhesive wear resistance of AlCrN coated tools and considerably reduces the built-up edge formation and the material loss during machining and forming processes respectively. Therefore AlCrN coating has a significant effect to improve the wear resistance of the tools especially used in adhesive wear conditions. In the experimental studies, AlCrN coating is optimized due to reactive gas (nitrogen) pressure. The basic properties such as surface roughness, thickness, hardness, adhesion and chemical composition of AlCrN films deposited in various nitrogen pressures (5, 10, 15, 20 and 25 mtorr) are determined and compared. The investigations revealed that thickness and surface roughness decrease, grain size and nitrogen content increase respectively and hardness values are not affected linearly with increasing nitrogen pressure and all coatings have acceptable adhesion strength. As a result, the coating produced under 25 mtorr nitrogen pressure exhibited the best properties.