Küresel grafitli dökme demirin yüzeyinde oluşturulan titanyum karbür kaplamaların aşınma ve korozyon davranışlarının incelenmesi
Wear and corrosion behavior of titanium carbide coatings grown on the surface of ductile iron
Yazar: BETÜL SOYLU
Danışman: DOÇ. DR. ALİ GÜNEN ; DR. ÖZGÜR KARAKAŞ
İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Dökme demir = Cast iron ; Kaplama = Coating ; Titanyum karbür = Titanium carbide

Özet:
Küresel grafitli dökme demirlerin çeliğe göre daha ekonomik üretilebilmesi ve düşük yoğunluğa sahip olmalarının yanında dökme demirin iyi bilinen yüksek dökülebilirlik, titreşimi sönüleme, yüklenme kapasitesi özelliklere sahip olması bu alaşım grubunu günden güne birçok sektörde çeliklere alternatif olarak kullanılmasını sağlamıştır. Ancak, küresel garfitli dökme demirlerin düşük yüzey sertlikleri ve düşük korozyon dirençleri dolayısıyla birçok tribokorozitif ortamdaki aşınma ve korozyon dirençleri tatmin edici değildir. Bu amaçla, bu çalışmada, küresel grafitli dökme demir (KGDD-80) numunelerin yüzeyinde Termo reaktif difüzyon tekniği (TRD) ile 800 °C, 850 °C ve 900 °C'de 4 saat süre ile titanyum karbür (TiC) kaplama tabakaları oluşturulmuştur. Elde edilen TiC kaplamalar, taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS), X-ışını kırınımı (XRD), yüzey profilometrisi, mikrosertlik, VDI adhezyon testi, aşınma testi ve elektrokimyasal korozyon testi ile karakterize edilmiştir. TRD sıcaklığına bağlı olarak yüzeyde 5-11 µm kalınlığında ve 27.96-32.45 GPa sertlikte sürekli, çatlaksız, pürüzsüz ve altlık ile yüksek adhezyona sahip TiC kaplamalar elde edilmiştir. TiC kaplamaların yüksek kimyasal kararlılığı, yüksek sertliği ve iyi yapışma mukavemeti, işlemsiz kürsel grafitli numunelere kıyasla daha düşük sürtünme katsayısı, yüksek aşınma direnci ve üstün korozyon direnci sağlamışlardır. Kaplanmış numunelerde delaminasyon ve oksidasyon destekli abrasif aşınma görülürken TiC kaplı numunlerde ise oksidasyon destekli adhesiv aşınmaya dönüşmüştür. İşlemsiz kürsel grafitli dökme demir numunlerde galvanik etkiye bağlı seçici korozyon mekanizması baskın iken, TiC kaplanmış numunelerde homojen korozyon ve pitting korozyon mekanizmalarının meydana geldiği tespit edilmiştir. TRD yöntemiyle oluşturulan TiC kaplamaların sağladığı aşınma ve korozyon dirençlerindeki iyileşme, TiC kaplamaların tribo-korozif koşullara maruz kalan kürsel grafitli dökme demirlerin kullanım ömürlerinin artırılmasında iyi bir alternatif olacağını göstermiştir.

Abstract:
The fact that ductile iron can be produced more economically than steel with relatively lower density and the well-known characteristics of cast iron such as high castability, vibration dampening, and load-bearing capability make this alloy group a desirable alternative to steels in numerous applications in the industry. But unfortunately, the low surface hardness and average corrosion resistance of ductile iron restrict its applications, especially in tribo-corrosive applications where wear and corrosion resistance is simultaneously required. The initiation sites for corrosion and wear are the surface, therefore the improvement of surface properties will directly influence the resistance to corrosion and wear. In this study, titanium carbide (TiC) coatings were grown on the surfaces of ductile iron (GGG-80) grade samples by thermo-reactive diffusion (TRD) at temperatures of 800 °C, 850 °C and 900 °C for 4 h. The resulting TiC coatings were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), surface profilometry, microhardness tests, VDI adhesion tests, wear tests, and electrochemical corrosion tests. Depending on the TRD temperature, smooth, continuous, and crack-free TiC coatings with 5–11 µm and 27.96–32.45 GPa average hardness were obtained on the surface. The coating also exhibited good adhesion with the substrate. The high chemical stability, hardness, and good adhesion strength of the TiC coatings also provided low friction high wear resistance, and superior corrosion resistance compared to the untreated ductile iron. While delamination and oxidation-assisted abrasive wear were observed in the untreated sample, only oxidation-assisted adhesive wear was observed in the TiC coated samples. Selective corrosion due to galvanic effects was observed in the untreated sample, whereas a more homogeneous form of corrosion combined with pitting was observed in the TiC coatings. The improvement in the wear and corrosion resistance displayed by the presence of the TiC coatings showed that TiC coatings produced by thermo-reactive diffusion can be used for increasing the service life of ductile irons considered for tribo-corrosion applications.