Crn Kaplama Üretiminde Pulse Bias Etkisi

thumbnail.default.placeholder
Tarih
Yazarlar
Göz, Onur
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Özet
İnce sert seramik kaplamalar, üstün fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerinden dolayı teknolojik olarak bir çok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzemeler içerisinde nitrürler ve karbürler, kaplandıkları altlık malzemelerine iyi yapışma özelliği göstermeleri, aşınma ve korozyon özelliklerinin son derece iyi olmasından dolayı en çok kullanılan kaplamalardır. İnce sert seramik kaplamaların ticari olarak yaygın ve başarılı bir şekilde üretilmesine olanak sağlayan tekniklerden biri de Fiziksel Buhar Biriktirme (FBB) tekniğidir. Özellikle FBB tekniği ile üretilen sert nitrür kaplamalar, gelişmiş yüzey özellikleri göstermeleri, takım ömrünü ve verimini artırdıklarından dolayı kesme, delme ve işleme uygulamalarında çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Günümüz endüstriyel uygulamalarında en yaygın kullanım alanına sahip sert nitrür kaplama olarak TiN kaplama gözükmesine rağmen temas yükü, temas geometrisi, kayma hızı ve nem gibi etkenlerden dolayı aşınma davranışlarının çok değişkenlik göstermesinden dolayı, belirli tribolojik uygulamalarda CrN, ZrN, TiCN, TiAlN, TiCrN ve HfN gibi alternatif nitrür kaplamalara ihtiyaç duyulmuştur. Bu kaplamaların herbiri kimyasal ve fiziksel özelliklerine bağlı olarak farklı uygulama alanları bulmaktadır. Yüksek sertlik ve oksidasyon direncine sahip TiAlN kaplamalar demir esaslı malzemelerin yüksk hızlı kesme işlemlerinde gittikçe artan bir şekilde kullanım bulmaktadır. CrN kaplamalar düşük iç gerilmeleri nedeniyle metal şekilllendirme işlemlerinde oldukça uygundurlar. Yüksek termal iletkenliğe ve tokluğa sahip TiCN kaplamalar ise darbeli kesme işlemlerine daha uygun kaplamalardır. Birbiri üzerinde kayan metal çiftlerinde, performans sadece malzemelerin fiziksel özelliklerine değil ayı zamanda kimyasal uyumlarına da bağlıdır. Ti-Al ve Ti-Cu uyumlu metal çiftleri değillerdir. Bu nedenle, tribolojik uygulamalarda TiN kaplamaların alüminyum alaşımlarına karşı kullanımı kısıtlıdır. Bunun tersine Cr ve Zr demir dışı metallerde uyumludur ve bu nedenle, CrN ve ZrNkaplamalann bu metallerle tribolojik uygulamalarda kullanımının iyi sonuç vermektedir. Pulse plazalann özellikleri ile ilgili değişik araştırmalar yapılmış ancak ark FBB yöntemi ile üretilen filmlere taban malzemeye uygulanan pulse bias voltajı modlannın CrN kaplamalar üzerine etkileri ile ilgili sistematik bir araştırma yapılmamıştır. Bu çalışmanın amacı; azot kısmi basıncı ve değişik bias voltaj modlannın (DC Bias, Unipolar Pulse Bias ve Asimetrik Bipolar Pulse Bias), Mikroyapıya etkisi S Morfoloji.S Yönlenme S Tane Boyutu S Hata Yoğunluğu Mikroyapıdaki bu değişikliklerin de; xi > Sertlik > Adhezyon'a etkisini görmektir. Bunlara ek olarak belirtilen proses parametrelerinin, kalınlık ve yüzey pürüzlülüğü üzerine etkisi de incelenmiştir. Tüm numunelerin karakterizaslan için şu işlemler uygulanmıştır.. Kaplamanın faz yapısının ve yönlenmelerin tayini için X ışınlan (XRD) incelemesi,. Kaplamanın mikroyapı, yoğunluğu ve büyüme morfolojisi tayinini için SEM incelemesi,. Bilyalı aşındırma yöntemi (Calotest) ile kalınlık tayini,. Kaplamaların sertliğini tespit etmek amacı ile dinamik ultra mikrosertlik deneyleri,. Yüzey pürüzlülüğü belirlemek amacı ile profilometrik incelemeler,. Kaplamanın taban malzeme yapışma özelliklerini incelemek amacı ile çizik testi (scratch test) ve Rockwell C testi. Kaplamanın içerdiği hata yoğunluğunu incelemek için 4 Nokta Prob Testi yapılmıştır. Yapılan karakterizasyon çalışmaları sonrası aşağıda belirtilen sonuçlara ulaşılmıştır.. Pulse voltaj modlarmda iyonların daha yüksek enerjiye sahiptir.. Pulse voltaj modlannda üretilen kaplamalar daha az hata içermektedir.. Pulse modlarda özellikle yüksek voltaj değerlerinde biriktirme hızının daha büyük olduğu saptanmıştır.. Pulse modlarda üretilen kaplamalar daha iyi adhezyon değerlerine sahiptir.. Pulse modlarda DC moda oranla daha düşük sıcaklıkta kaplama benzer mikroyapıya sahip filmlar üretilebilmektedir. xii
Thin ceramic hard coatings are of interest in a number of technological fields because of their physical, chemical and mechanical properties. Among these materials, nitride and carbide coatings are most frequently used because of their high bonding strength to the substrate and their excellent resistance to wear, erosion and corrosion. Öne of the commercially used and successfully applied thin ceramic coating technique is Physical Vapor Deposition (PVD). Especially, hard nitride coatings deposited by means of PVD technique are extensively used in many types of cutting operations, where they enhance tool life, improve surface finish and increase productivity. Accompanied with that development, a large number of studies have been done so far on tribological properties of thin nitride coatings. in current industrial applications, TiN coatings are widely used. Since the wear of TiN coatings change dramatically with adjustment of parameters such as contact load, sliding speed, contact geometry and humidity, for certain specific applications alternative coatings such as CrN, ZrN, TiCN, TiAlN, TiCrN and HfN are developed. Each of these nitride coatings find different application areas depending o their chemical and physical properties. TiAlN coatings with their higher hardness and oxidation resistance are finding increasing use high speed machining of ferrous materials. CrN coatings with their low internal stress are more suitable for forming operations. TiCN are more suitable for interrupted cutting operations with their high termel and conductivity and toughness. The performans of nıaterial pairs in sliding contact depends on only on their physical properties but also their chemical compability. Ti-Al and Ti-Cu are not compatible. Hence, tribological uses of the TiN coatings against Al and Cu alloys are restricted. On the contrary, Cr and Zr are compatible with those non-ferrous metals and thus, CrN and ZrN coatings are expected to perform berter İn tribological applicationc concerning these pairs. There are many research on properties of pulse plasma but there is no systematic research on the effect pulse bias voltage to CrN coatings that has been applied to substrate. The purpose of this research is to investigate the effect of nitrogen partial pressure and different bias voltage type to microstrucure; S Morphology S Texture.S Grain size S Defect density The effect of changes in microsture to mechanical properties like, > Hardness > Adhesion in addition, the effect of process parameters on coating thickness and roughness. The characterization methods used in ali samples are;. X-Ray diffraction (XRD) used for phase and texture investigation,. SEM used for coating microstructure, density and morphology investigation,, xiii . Calotest used for coating thickness investigation,. Dynamic Mirohardness test used for coating hardness investigation,. Profilometer used for surface roughness investigation,. Scratch test and Rockwell C test used for adhesion of coating to substrate investigation,. 4 Point Probe Test used for defect density investigation, Main result are listed below;. The ion energy at pulse voltage applications is higher.. Coating produced with pulse voltage have lower defect density.. The deposition rate is higher at pulse voltage applications.. The adhesion values are bether in pulse voltage applications.. It is possible to produce coatings having same microstructure at lower temperature than DC voltage application at pulse voltage applications. xiv
Açıklama
Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2005
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2005
Anahtar kelimeler
PVD, Kaplama, CrN, Pulse Voltaj, PVD, Coating, CrN, Pulse Voltage
Alıntı