Titanyum Ve Alaşımlarının Termal Oksidasyon Özelliklerine Tin Kaplamanın Etkilerinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, yüksek sıcaklık termal oksidasyonun TiN kaplı olan ve olmayan Cp-Ti (Grade 2) ve Ti-6Al-4V (Grade 23) alaşımının yüzey özelliklerine etkisi incelenmiştir. Termal oksidasyon işlemleri fırın ortamında farklı sıcaklıklarda ve 48 saatlik sürelerde yapılmıştır. Oksidasyon işlemleri öncesi ve sonrası hem yüzeyden hem de kesitten karakterizasyon çalışmaları yapılarak TiN kaplı olan numunelerle kaplı olmayan orijinal numuneler sertlik, oksit tabakası özellikleri, oksidasyon kinetikleri, yüzey özellikleri ve oluşan oksit tabakası kalınlıkları ve oksijen difüzyon bölgesi derinlikleri açısından karşılaştırılmıştır. Oksit tabakası ve oksijen difüzyon bölgesinin sertliği, yüzey ve kesit özellikleri, yüzey pürüzlülüğü, çizik direnci ve yüzey hasar davranışları optik mikroskop incelemeleri, X-ışınları difraksiyonu analizleri, sertlik, Rockwell C ve çizik testleri uygulanarak değerlendirilmiştir. Oksidasyon sonucunda tüm numunelerde TiO2 ile oksijen difüzyon bölgesinin birleşiminden oluşan yüzey tabakası oluşmuştur. TiN kaplama kaplı numunelerde oksidasyonu bir miktar azaltıcı etki göstermiştir ve termal oksidasyonun ilk aşamalarında ortadan kalkmıştır. Kesitten ve yüzeyden yapılan sertlik ölçümlerinde TiN kaplı numunelerin yüzeyinde oluşan oksit tabakalarının TiN kaplı olmayan numunelere göre daha yüksek sertliklere sahip olduğu görülmüştür. Oksijen difüzyon bölgelerinde ise TiN kaplı numuneler TiN kaplı olmayan numunelere göre daha düşük sertlik göstermiştir. Sonuçları literatürdeki çalışmalarla karşılaştırdığımızda, mühendislik açısından yeter yakınsaklığı sağladığı gözlenmiştir.

In this study, the effect of high temperature thermal oxidation on surface properties of uncoated and TiN coated CP (Grade 2) titanium and Ti-6Al-4V (Grade 23) alloy was investigated. Thermal oxidation was carried out at different temperatures for durations up to 48 hours in furnace atmosphere. Before and after oxidation processes the hardness, oxide layer adherence, oxidation kinetics, surface properties, oxide layer and oxygen diffusion zone thicknesses of uncoated and TiN coated CP titanium and Ti-6Al-4V alloy was compared by both surface and cross section characterizations. The hardness, surface and cross section properties, the surface roughness, the scratch resistance to the deformation and damage behaviours of oxide layer and oxygen diffusion zone have been evaluated using, optical microscopic investigations, X-ray diffraction analysis, indentation, scratch and Rockwell C tests. TiN coating provide little protection against oxidation in coated samples and it was rapidly removed during the first stage of thermal oxidation. Oxidation has introduced hard surface layers composed of TiO2 and oxygen diffusion zone beneath it in all samples. It was founded that surface and cross section hardness of oxide layer of TiN coated samples were increased more than compared with uncoated samples, however in oxygen diffusion zones the hardness of TiN coated samples were decreased compared with uncoated samples by thermal oxidation. The comparison of the results with the examples given in the literature was in a good agreement.