Alaşım (mo-cu), Katot Kullanarak (mo-n-cu) Nanokompozit Kaplamaların Ark Fiziksel Buhar Biriktirme Yöntemi İle Üretimi Ve Karakterizasyonu

Abstract

Nanokompozit kaplamalar geliştirilmiş mekanik özelliklere sahip olmaları ve kimyasal olarak inert bir yapı sergilemeleri dolayısıyla sürtünme ve aşınma direncini azaltmaktadırlar. Mo-N-Cu kaplamalar özellikle yağlı ortamda üstün aşınma ve sürtünme özellikleri sergilemektedir. Bu çalışmada, alaşım katot kullanarak katodik ark fiziksel buhar biriktirme yöntemi ile Mo-N-Cu kaplamalar üretilmiştir. İki farklı yöntemle üretilen kaplamalar, XRD yöntemi kullanılarak yapısal olarak tanımlanmıştır. Numunelerin üzerinde kaplama kalınlık, sertlik ölçümleri yapılmış, yapışma özellikleri belirlenmiş ve kırık yüzey ve kesit incelemeleri yapılmıştır. Kaplamaların aşınma özellikleri disk üzerine pim yöntemi kullanılarak yağlı ortamda incelenmiştir. Kaplamaların, yüksek hız çeliği pimler kullanılarak, 20 N yük altında ve 2cm/s hızla formüle edilmiş yağda yapılan aşınma deneyleri sonucunda tüm kaplamaların oldukça düşük sürtünme katsayıları (0.03-0.06) verdiği belirlenmiştir. Tüm kaplamalarda ve karşıt yüzeylerde aşınma izlerine rastlanmamıştır. Kaplamaların kırık yüzeyleri incelendiğinde ark yöntemi ile üretilen kaplmaların tamamen eş eksenli yapıya dönüştüğü ve kolonsal yapının ortadan kalktığı, manyetik alanda sıçratma ile üretilen kaplamalarda ise kolonsal yapının hala varlığını sürdürdüğü gözlenmiştir. Kaplamaları yapışma özellikleri hem Rockwell C hem de çizik yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Sonuçlar her iki tür kaplamanın da yüzeye yapışma özelliklerinin iyi olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak her iki kaplama yöntemi kullanılarak yapılan kaplamaların benzer aşınma davranışı gösterdikleri belirlenmiştir. Buna göre daha hızlı kaplama olanağı sağlayan katodik ark yöntemi kullanılarak bu kaplamaların istenilen özelliklerde üretilebileciği ortaya konulmuştur.

Hardness of materials can be defined as resistance to deformation of materials. Upper hardness limit of materials are related to their crystal structure rigidity. PVD coating techniques are widely used for the production of hard coatings. In this investigation high speed steel discs (HSS) are used as substrates. Only cathode current was used as a parameter during the deposition. The XRD investigation are made in thin film mode of the diffractometer with angle of incidence 2º by using CuKα radiation. Hardness measurements were conducted by using an ultramichardness tester with depth sensing properties. Their chemical composition are analyzed with SEM equipped with EDS. Fracture cross sections of the samples are prepared by breaking them after cooling in liquid nitrogen and investigated with SEM. Adhesion properties of the coatings are measured by using both Rc and scratch tests. Tribological properties of the coating are determined by using pin on disc technique. The results of this study has shown that it is possible to use alloyed Mo-Cu cathodes for the production of Mo-N-Cu nanocomposites. These coatings are harder and denser than the magnetron sputtered ones. The tribological properties of the coating under boundary lubrication conditions used in this study did not show any appreciable difference when compared to the ones prepared by magnetron sputtering. As a result this study clearly revealed that MoCu alloy cathodes can be used for the prodcution of Mo-N-Cu coatings as an alternative to MS.