Molibden-nitrür İnce Film Kaplamaların Üretimi Ve Karakterizasyon

Abstract

Geçiş metalleri nitrürlerinin ince-film kaplamaları dikkat çekici özelliklere ( yüksek sertlik, kimyasal kararlılık, taban malzemeye iyi yapışma, yabancı atomların yayınmasına karşı direnç v.b ) sahiptirler. Bu tezin konusu olan molibden nitrürlerin bugün için ticari üretimi sözkonusu değildir, ancak aşınmaya dayanıklı sert kaplama olarak kullanım potansiyeli mevcuttur. Mo-N kaplamalar üzerine yapılmış araştırmalar sert kaplama özelliği, süperiletkenlik özelliği, yayınma bariyeri olarak kullanımı ve katalitik özellikleri üzerinedir. Bu tez çalışmasında dört farklı azot kısmi basıncında (3, 6, 9, 11 mtorr) Mo-N kaplamalar üretilmiş ve bunların tüm-karakterizasyonu yapılmıştır. Farklı azot basınçlarının seçilmesinin sebebi, azot içeriğinin kaplama özelliklerine etkisini anlayabilmektir. Kaplama yöntemi olarak ark- FBB ( ark-Fiziksel Buhar Biriktirme ) kullanılmıştır. Kaplamaların karakterizasyonu için sırasıyla x-ışınları incelemesi, kalınlık ölçümü, sertlik ölçümü, yapışma ölçümü, aşınma deneyi, elektrokimyasal deneyler ve bakırla dekorasyon deneyini takiben taramalı elktron mikroskobu incelemesi yapılmıştır. X-ışınları incelemesi için bir düşük açılı x-ışını cihazı, kalınlık ölçümü için krater açma yöntemi ( Calotest ), sertlik ölçümü için bir Vickers mikrosertlik cihazı, yapışma ölçümü için bir çizik cihazı ( scratch tester ), aşınma deneyi için bir disk-üstünde bilya ( ball-on disc ) cihazı kullanılmıştır. Elektrokimyasal deneyler ise 1 N sülfirik asit çözeltisi içinde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen tüm değerler (32.000-39.000 N/mm2 arası değişen sertlik değerleri,7 N ve >90 N civarında Ui-Lk2 değerleri,0,3- 0,4 civarı sürtünme katsayısı değerleri) Mo-N ve diğer kaplamalar için literatürde belirtilen değerlerle karşılaştırılabilecek seviyededir.

Thin-film coatings of transition metal nitrides have interesting properties like high hardness, good adhesion to the substrate, chemical stability etc. and can find increasing application fields such various machinery tools ( cementite-carbide cutting tools, drilling tools, milling tools etc. ), various shaping tools ( Cu injection dyes, plastic injection dyes ), some decorative applications. These thin-film coatings can give some very important properties to the tools such as high hardness, low friction coefficient, oxidation resistance, no effect on tool tolerance so they bring longer lifetimes, longer processing times, lesser cooling liquid. And this means that important economical saves. Apart from fundamental studies on deposition, characterization and properties, most of the researches are related to their use as wear and friction-reducing coatings for tools. The most investigated and commercially being produced element and hard coating is Ti and it's nitride TiN. Except TiN there are three other types of nitride coatings which are (Ti,AI)N, Ti(C,N) and CrN being produced commercially today. Beside these four type of coatings there are many types of coatings can be produced like ZrN, HfN, Sİ3N4, WC-C, M02N, MoN, C-BN, diamond-like coating ( DLC ) and a lot of new coating types are added to the previous ones in everyday. All of these coatings are being produced by using various Chemical Vapour Deposition (CVD) and Physical Vapour Deposition (PVD) techniques. All of CVD and PVD techniques make deposition from gaseous phase. Basically PVD techniques divide into two main groups; sputtering and evaporation. Meanwhile these two techniques have many variations. There are three steps in coating with these techniques which are (a) creation a vapour phase, (b) transport from source to substrate and (c) film growth on substrate, in all of CVD and PVD techniques the article is in a vacuum chamber and coating material such as Ti, Cr or Mo is evaporated