Nano elmas takviyeli akımsız nikel-nor kaplamalar

Abstract

Günümüzde endüstriyel uygulamalarda en yaygın olarak kullanılan katalitik kaplama işlemi, "Akımsız Nikel" kaplamadır. Bunun en önemli sebebi, akımsız nikel kaplamalarda ve prosesisin kendisinde bulunan benzersiz üstün özelliklerdir. Birçok metal, uygun koşullar sağlandığında akımsız olarak kaplanabilir. Ancak akımsız nikel kaplama, çok yüksek sertlik, mükemmel aşınma ve korozyon direnci, düşük işçilik giderleri ve kolay uygulama özelliklerinden dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır. Akımsız nikel kaplamalarda en çok kullanılan indirgeyici madde sodyum hipofosfittir. Sodyum hipofosfitin ile hazırlanan banyolarda nikel-fosfor (Ni-P) bileşimi içeren kaplamalar elde edilir. Fakat yakın zamanda sodyumborohidrür ile akımsız nikeli indirgemek dikkat çekmeye başlamıştır çünkü diğer indirgen maddelerle kıyaslandığında borohidrür iyonu en güçlü indirgendir ve borohidrürün indirgediği akımsız nikel kaplamaların sertlik ve aşınma direnci daha yüksektir. Bu çalışmada ticari uygulaması pek yaygın olmayan, sodyum borohidrürün indirgeyici olarak kullanıldığı akımsız nikel-bor (Ni-B) kaplama çözeltisi kullanılmıştır ve bundan sonraki aşamada çözünmeyen nano boyutta parçacıklar çözeltiye eklenerek ve kaplamayla birlikte birikmesi sağlanarak, akımsız kompozit kaplama oluşturulmuştur. Kompozit kaplama meydana getirmek için 5 nm boyutunda ultra saçınımlı nanoelmas (UDD) toz kullanılmıştır. Nanoelmasın geniş yüzey alanından dolayı banyoya eklenmesi banyo kararlılığını önemli ölçüde etkilemiştir. Kararlı çözeltiler oluşturmak ve nano boyuttaki elmas tozlarının kaplama yapısında homojen olarak dağılmasını sağlamak için uygun yüzey aktif madde bulunmaya çalışılmıştır. Bu amaçla anyonik, katyonik ve noniyonik özellikteki farklı yüzey aktif maddelerle nano boyuttaki elmas tozları suda karıştırılarak süspansiyonlar hazırlanmıştır. Yoğun karıştırma işlemleri ile hazırlanan bu karışımların belirli bir süre kararlılığını koruması ve kaplama çözeltisine eklendiğinde, akımsız Ni-B kaplamanın yapısında topaklanmadan dağılmasına dikkat edilmiştir. Akımsız Ni-B kaplamanın sahip olduğu yüksek sertlik ve yüksek aşınma direnci gibi özelliklerinde iyileşme sağlanması amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında beş farklı yüzey aktif madde (YAM) kullanılmıştır. Değişik YAM ve nanoelmas konsantrasyonları ile hazırlanan çözeltilerde St37 çelik numuneler kaplanmıştır. Kaplanan numunelerin, kaplama kalınlıkları ölçülerek kaplama hızları belirlenmiştir. Üç farklı YAM madde ile hazırlanan çözeltide başaralı kaplamalar elde edilmiştir ve çalışmalara bu bu numunelerle devam edilmiştir. Kaplanan numunelerin, ısıl işlem öncesi ve sonrası MicroVickers sertlik ölçüm cihazı ile mikrosertlikleri ölçülmüştür. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile kaplamaların mikro yapıları incelenmiştir ve elmas tozlarının kaplama yapısındaki dağılımlarına bakılmıştır. Kaplamaların sürtünme ve aşınma davranışlarına etkisini incelemek ve karşılaştırmak için Oscillating Tribotester cihazı kullanılarak, plaka üzerinde top (ball on plate) düzeneğinde aşınma deneyleri yapılmıştır. Aşınma deneyleri sonunda kaplamaların yüzeylerinde oluşan aşınma izlerinin boyutları, Perthen S&P marka yüzey profilometresi kullanılarak incelenmiştir. Bu profillerden kaplamaların yüzeylerinde oluşan aşınma iz alanları hesaplanmıştır. Ayrıca kaplamaların Al2O3 top üzerindeki sürtünme katsayıları belirlenmiş, yüzeylerin yağlayıcılık özellikleri karşılaştırılmıştır. Farklı yüzey aktif maddelerle hazırlanan akımsız Ni-B kompozit kaplamaların, kaplama hızları 1,8 ? 8,6 ?m/saat arasında değişmiştir. Kompozit kaplamalar arasında en yüksek kaplama hızı noniyonik yüzey aktif maddelerle hazırlanan kaplama çözeltileri ile elde edilmiştir.