TiN sert kaplamaların altlıklarıyla galvanik etkileşimlerinin incelenmesi

Abstract

Fiziksel buhar biriktirme (FBB) yöntemiyle üretilen sert nitrür kaplamalar 1980'lerin başından beri hem akademik hem de endüstriyel çalışmalara konu olmuştur. Farklı altlıklar üzerine geçiş metallerinin nitrürleri, karbürleri ve karbonitrürleri kaplanabilmektedir. Bunlar yüksek aşınma ve korozyon dirençleri sayesinde altlık malzemelerin kullanım ömürlerini belirgin şekilde uzatmaktadır. Bu yüzden metalik altlık seramik kaplama sistemleri kesici ve delici takım uçlarında tercih edilmektedirler. Bu iki özelliğinin yanı sıra, düşük sürtünme katsayısı nedeniyle tribo-korozyon uygulamaları için de kullanılmaları gündemdedir. Özel olarak bir işleme tabi tutulmayan FBB nitrür kaplamalar, altlık üzerinde kolonsal taneler şeklinde büyürler. Bu tanelerin arasındaki boşluklar tribo-korozyon uygulamaları için istenmemektedir. Bahsedilen boşlukların giderilmesi amacıyla önerilenler arasında çok katmanlı kaplamalar, korozyona dirençli arayüzeyler, amorf ya da nanokompozit kaplamalar vardır. Sert nitrür kaplamaların korozyon davranışını inceleyen birçok araştırmacı olmasına rağmen sadece kaplama ve altlık malzeme arasındaki etkileşimleri inceleyen çalışmalar oldukça sınırlıdır. Bu etkileşimler kaplamanın hata bölgelerinden kaynaklanmaktadır. Hata bölgesi olarak bahsedilen, tüm kaplamalarda bulunan delikler, boşluklar ve çatlaklardır. Bunun yanı sıra servis ömrü boyunca oluşabilecek çizikler de göz önünde bulundurulmalıdır. Bu bölgelerde elektrolit, altlığa kadar sızarak buralarda etkileşime girmektedir. Her iki malzemenin elektrokimyasal potansiyelleri arasındaki fark, oluşan galvanik korozyon hücresi için itici gücü oluşturmaktadır. Oluşan hücrede, çok büyük bir katotla eşleşen çok küçük bir anot vardır. Böylece korozyon hızının arttığı düşünülmektedir. Bu çalışmada, TiN kaplamalarla altlık olarak kullanılan düşük karbonlu çelik malzemeler arasındaki etkileşim incelenmiştir. Değişen ortam pH'ına bağlı olarak çeliklerin elektrokimyasal korozyon davranışı belirlenmiştir. İnert altlık üzerine katodik ark fiziksel buhar biriktirme yöntemiyle TiN kaplanmıştır. Ardından kaplamaların elektrokimyasal korozyon davranışları tanımlanmıştır. Bunun için kurulan polarizasyon hücrelerinde açık devre potansiyelleri, korozyon akımları ve potansiyelleri ile anodik ya da katodik polarizasyon eğrileri kaydedilmiştir. Daha sonra, altlık-kaplama ikililerinden oluşan galvanik hücreler kurulmuş ve değişen ortam pH'larına göre bu iki elektrot arasındaki potansiyel fark ile aradan geçen akım kaydedilmiştir. Kurulan bu düzenekle, kaplama-altlık arayüzeyinde oluşabilecek korozyon hasarları hakkında fikir yürütme imkanı doğmuştur.