Manyetik Alanda Sıçratma Yöntemiyle Üretilen Mo2n/cu Ve Mo2n/sn Nanokompozit Kaplamaların Oksidasyon Davranışları

Abstract

Mo2N/Cu ve Mo2N/Sn nanokompozit kaplamalar sahip oldukları yüksek sertlik, sürtünme ve aşınma dirençleri sayesinde kesici takımlarda hareketli motor parçalarında servis şartlarının iyileştirilmesi amacıyla kullanılmaktadırlar. Bu kaplamalar tribolojik uygulamalarda sürtünme ve aşınmadan dolayı ısınmakta ve oksidan atmosfere maruz kalmaktadırlar. Bu şartlarda kapmalar oksitlenmekte ve oksit filminin özellikleri malzemenin özelliklerini kontrol altına almaktadır. Bu nedenle oksidasyon mekanizmasının tespiti oksidasyon direncinin arttırılması için gereklidir. Bu çalışma kapsamında manyetik alanda sıçratma tekniği kullanılarak Mo2N/Cu ve Mo2N/Sn nanokompozitler alümina taban üzerine farklı bakır ve kalay içeriklerinde kaplanmışlardır. Statik ve dinamik termogravimetrik testler TG-DTA sisteminde uygulanmış, numuneler ayrıca fırında oksitlenmiştir. Taramalı electron mikroskobu oksit tabakasının yüzey ve kırık yüzey incelemesinde kullanılmıştır. İnce film ataçmanlı XRD sistemi ile oluşan fazların yapıları karakterize edilmiştir. Bu çalışma sonucunda Mo-N kaplamalara bakır ve kalay ilavesiyle kaplama yüzeyinde üçlü oksit bileşikleri oluşturularak oksidasyon direncinin ciddi şekilde arttırıldığı tespit edilmiştir. Bunun yanında, hem Mo-N hem de Mo-N-Cu nanokompozit kaplamalarda yüksek sıcaklıklarda, farklı stokiyometrilerde magnéli fazlar oluştuğu gözlemlenmiştir.

Mo2N/Cu and Mo2N/Sn based nanocomposite coatings are recently considered to be used in tribological applications to improve the service conditions of cutting tools and especially sliding engine parts due to their high hardness, wear and corrosion resistance. In tribological applications, these coatings are exposed to oxidative conditions at high temperatures developed during friction. In these conditions, the coatings oxidize and the properties of the oxidized surface start to govern the properties. Therefore it is necessary to investigate the oxidation mechanism of the coatings to improve the oxidation resistance. In this study, Mo2N/Cu and Mo2N/Sn nanocomposite coatings with various copper and tin contents were deposited onto alumina substrates using magnetron sputtering. Static and dynamic thermogravimetric tests were conducted in a TG-DTA instrument. In a chamber furnace samples also were statically oxidized for structural/micro structural investigations. Scanning electron microscopy was used to investigate the surface and cross-sectional morphology of the oxide scales. For the structural investigations, glancing angle X-ray diffractometer was used. It is observed in the present study that addition of copper and tin causes considerable improvement on the oxidation resistance of Mo-N coatings by forming ternary oxide compounds. Additionally, Magnéli phase formations with various stoichiometries were detected in both Mo-N and Mo-N-Cu nanocomposite coatings at high temperatures.