Nitrür Esaslı Sert Seramik İnce Film Kaplamaların Oksidasyon Davranışları

Abstract

Bu çalışmada, alümina (Al2O3) ve çelik (H13) taban malzemeleri üzerine katodik ark FBB yöntemiyle kaplanmış TiN, Ti-B-N, CrN ve -Mo2N kaplamaların oksidasyon davranışları incelenmiştir. Kaplamaların kalınlık ve sertlik ölçümlerinden sonra kaplamalardaki hataların belirlenmesi için H13 taban malzemeli kaplamalara bakır dekorasyon deneyi yapılmıştır. Al2O3 tabanlı malzemeli kaplamalara termogravimetrik izotermal ve dinamik oksidasyon deneyleri yapılmıştır. Dinamik oksidasyon deneylerinde 10oC/dk ısıtma hızıyla numuneler 1000oC’ye kadar ısıtılmış ve bu esnada meydana gelen reaksiyonlardan dolayı açığa çıkan ısı ve ağırlık değişimi tespit edilmiştir. Bundan sonra oksidasyonun başladığı sıcaklıktan itibaren her numune en az üç sıcaklıkta izotermal olarak tekrar deneye tâbi tutulmuştur. Elde edilen sonuçlara göre oksidasyon kinetiği incelenmiştir. H13 taban malzemeli kaplamalara oksidasyon işlemi ise tüp fırında uygulanmıştır. TG/DTA sonuçlarına göre belirlenen sabit sıcaklıklarda değişen sürelerde oksitlenen numunelerin kırık yüzeylerinden oksidasyonun ilerleyişi incelenmiş ve bu sonuçlarda TG/DTA sonuçlarıyla ilişkilendirilmiştir. Tabanın oksidasyon davranışı üzerine etkilerini incelemek amacıyla yapılan düşük sıcaklıktaki uzun süreli izotermal deneyler, H13 taban malzemeli TiN, Ti-B-N ve CrN kaplamalara 550°C’de 10 saat süreyle uygulanmış ve deneyler sonrasında kaplama yüzeyleri taramalı elektron mikroskobunda incelenmiştir. CrN kaplamaların oksidasyon direncinin en yüksek olduğu, -Mo2N kaplamaların ise çok düşük olduğu tespit edilmiştir. Düşük sıcaklıkta ve uzun süreli oksidasyon deney sonucunda her üç kaplamada da tabana ait demir oksitler tespit edilmiştir. Bu da kaplamadaki hataların ve taban malzemenin kaplamanın oksidasyon özelliğine etkisini ortaya çıkarmıştır.

In this study, oxidation behaviours of TiN, TiBN, CrN and -Mo2N coatings produced by cathodic arc PVD were investigated. Al2O3 and H13 steel were used as substrate materials. Hardness and thickness of coatings were measured and coatings defects through the substrate were determined by copper decoration technique. Isothermal and dynamic oxidation experiments of the coatings on Al2O3 were done by TG/DTA instrument. Samples were heated to 1000°C with the heating rate 10°C/min. during this operation the heat and weight change were measured. After that, from the temperature at which the oxidation has started every sample was examined isothermally by using at least three different temperatures. Oxidation kinetics was investigated according to the results TG/ DTA experiments. Oxidation experiments on the coatings deposited on H13 were done in tube furnace at constant temperatures which have been determined by TG/DTA analysis with different duration times. Oxidation progress was investigated on the cross section of the oxidized coating and these results were combined with TG/DTA experiments results. In order to realize the substrates effect on oxidation behaviour, low temperature (550°C) and long time (10hour) isothermal experiments were done. These experiments were carried out using TiN, Ti-B-N and CrN coatings deposited on H13 substrates. After these experiments coating surfaces were investigated by SEM. For elemental analysis EDS unit was used.. CrN coating was determined as the highest oxidation resistant coating. -Mo2N coatings oxidation resistance is not as good as the other coatings. Iron oxides belong to substrate were detected on all coatings after low temperature long time oxidation experiments. Substrates and coating defects affect on the oxidation behaviours of coating.