TiNi/MAX kompakt kaplamaların üretilmesi, yapısal, mekanik, tribolojik ve kendi kendini onarma özelliklerinin araştırılması
Production of TiNi/MAX compact coatings, investigation of their structural, mechanical, tribological and self-healing properties
Yazar: SEMİH DURAN
Danışman: DOÇ. DR. HİKMET ÇİÇEK
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı TiNi/MAX filmlerin bal peteği desenine sahip formlarda ve çok katmanlı yapılarda bir araya getirilerek yeni nesil kompakt koruyucu kaplamaların üretilmesidir. Bu çalışma kapsamında magnetron sıçratma yöntemi kullanılarak Ti2AlN MAX fazı filmleri üretilmiştir ve üzerine plazma aşındırma yöntemiyle bal peteği deseni kazandırılmıştır. Daha sonra petek iç kısımları TiNi filmler ile doldurularak tek katmanda ikili kaplama sistemi geliştirilmiştir. Bunun yanında Ti2AlN ve TiNi filmlerden oluşan çok katmanlı filmler de üretilmiştir. Üretilen bu filmlerin yapısal, mekanik, tribolojik, adezyon, yorulma ve kendi kendini iyileştirebilme özellikleri araştırılmıştır. Çok katmanlı filmlerde katman sayısının artışına bağlı olarak mekanik ve tribolojik özelliklerin arttığı görülmüştür. Bal peteği desenli filmler ise özellikle yüksek sıcaklık koşullarında üstün tribolojik performans sergilemiştir. Çok katmanlı filmlerde artan katman sayısı katmanlar arasındaki toplam ara yüzey gerilimini arttırdığından dolayı adezyon özelliklerini olumsuz yönde etkilemiştir. Bal peteği desenli filmlerde, R1-M2 filminin taban malzeme ile daha iyi bir arayüz oluşturduğu tespit edilmiştir. Filmlerin kendi kendini iyileştirebilmesi için en uygun sıcaklık değeri 800°C olarak belirlenmiştir. Çok katmanlı filmlerde katman kalınlıkları azaldıkça TiNi-MAX sistemi daha iyi bir uyum ortaya koymuş ve filmlerin iyileşme performansı artmıştır. Özellikle bal peteği desenine sahip R1-M2 filminin hasarlı bölgelerinde ısıl işlem sonrasında iyi derecede iyileşmeler görülmüş ve O, Ti ve Al elementlerinin tespit edilmesi, Ti2AlN filminin kendi kendini iyileştirebilme yeteneğine sahip olduğunu açıkça göstermiştir.

Abstract:
The aim of this study is to produce new generation compact protective coatings by combining TiNi/MAX films in honeycomb patterns and multilayer structures. Within the scope of this study, Ti2AlN MAX phase films were produced using the magnetron sputtering method and honeycomb patterns were etched on these films using plasma etching. Subsequently, the honeycomb interiors were filled with TiNi films to develop a dual coating system in a single layer. Additionally, multilayer films consisting of Ti2AlN and TiNi films were also produced. The structural, mechanical, tribological, adhesion, fatigue, and self-healing properties of these films were investigated. It was observed that the mechanical and tribological properties improved with the increase in the number of layers in multilayer films. The honeycomb patterned films, on the other hand, exhibited superior tribological performance, especially under high temperature conditions. In multilayer films, the increased number of layers negatively affected the adhesion properties due to the increased total interfacial stress between the layers. In honeycomb patterned films, it was determined that the R1-M2 film formed a better interface with the substrate material. The optimal temperature for the self-healing of the films was determined to be 800°C. As the layer thicknesses decreased in multilayer films, the TiNi-MAX system showed better compatibility and the healing performance of the films improved. Particularly, significant improvements were observed in the damaged areas of the R1-M2 film with a honeycomb pattern after heat treatment, and the detection of O, Ti, and Al elements clearly indicated that the Ti2AlN film possesses self-healing capabilities.