Darbeli yüklemenin TiN esaslı kaplamaların aşınma davranışına etkisi
Effect of impact loading on wear behavior of TiN-based coatings
Yazar: MUSTAFA YEŞİLYURT
Danışman: PROF. DR. TEVFİK KÜÇÜKÖMEROĞLU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Sürtünme aşınması = Abrasive wear ; Takım aşınması = Tool wear ; Takım kaplama = Tool coating ; Yüzey aşınması = Surface wear ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Bu çalışma esas olarak darbeli yüklerin malzeme yüzeylerine tribolojik amaçlarla uygulanan TiN (Titanyum-Nitrür) esaslı sert ince kaplamaların aşınma davranışına etkilerini incelemektedir. Bu sayede TiN esaslı kaplamalarla endüstride darbeli yüklere maruz makine elemanlarının aşınma dayanımlarının geliştirilmesi ve böylece ilgili endüstriyel kuruluşların karşılaştığı aşınma kaynaklı olumsuzlukların giderilerek üretim süreçlerinin iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu doğrultuda öncelikli olarak triboloji biliminin temel ilkeleri üzerinde durulmaktadır. Bu bilgiler ışığında darbeli yüklerin etkili olduğu endüstriyel uygulamalardaki makine elemanlarının aşınma davranışları ve bu etki altında meydana gelen aşınma mekanizmaları incelenmektedir. Çalışmanın amacına yönelik olarak yüksek güç yoğunluklu kapalı dengesiz manyetik alanda PVD sıçratma tekniği kullanılarak yüzeyleri TiAlZrN kaplanan 9 farklı DIN 1.2344 çelik numunenin yapısal incelemeleri ve deneysel çalışmaları yapılmıştır. Numunelerin kaplama işleminde 'bias gerilimi', 'zirkonyum hedef malzeme akımı' ve 'çalışma basıncı' değişken kaplama parametreleri olarak belirlenmiştir. Değişken kaplama parametrelerinin kaplamaların karakteristik özelliklerine ve dolayısıyla aşınma dayanımına etkisi ANOVA analiz yöntemi ile tespit edilmiştir. Aşınma deneyleri darbeli yüklerin etkili olduğu çalışma koşullarını temsil eden darbeli-kayma aşınma test düzeneğinde gerçekleştirilmiştir. Numunelerin yapısal özellikleri mikrosertlik, nanosertlik, adezyon dayanımı, tane boyutu, kaplama kalınlıkları, XRD ve EDS analizleri ile değerlendirilmiştir. Yapısal incelemeler,  aşınma deneylerinden elde edilen bulgular ve SEM görüntülerinde gözlemlenen aşınma mekanizmaları değerlendirilerek numunelerin darbeli-kayma aşınma dayanımını iyileştirecek değişken parametrelerin belirlenmesi hedeflenmiştir.

Abstract:
This study mainly examines the effects of impact-sliding loading on the wear behavior of TiN-based (Titanium-Nitride) hard thin coatings applied to material surfaces for tribological purposes. By means of TiN-based coatings, it is aimed to improve the wear resistance of mechanical parts that expose to impact loads and thus to improve the production process by eliminating the wear-related problems in the relevant industry. Therefore, the research of the basic principles of tribology science is initially included. Thereafter, the wear behavior of mechanical parts under the influence of impact loads in the industrial applications and the wear mechanisms that occur under this effect are examined in accordance with the literature. For the purpose of the study, structural investigations and experimental studies of the coatings were carried out on 9 different DIN 1.2344 steel specimens coated with TiAlZrN deposited using high-power impulse closed unbalanced magnetron sputtering PVD technique. 'Bias voltage', 'zirconium target current' and 'working pressure' were determined as variable parameters in the deposition process of the specimens. The effect of variable parameters on the microstructural characteristic features of the coatings and therefore on the wear resistance was determined by ANOVA analysis method. New design innovative tribology tester which represents forging conditions is used for impact-sliding wear tests of forging die specimens. The structural properties of the specimens were evaluated by microhardness, nanohardness, adhesion strength, grain size, coating thickness, XRD and EDS analysis. By evaluating the findings, the wear test results and mechanisms observed on SEM images of the wear scars, it is aimed to determine the variable parameters that improve impact-sliding wear resistance of the specimens.