PVD ile tin kaplanmış alüminyum ekstrüzyon kalıplarının yüzey özellikleri ve aşınma performanslarının deneysel incelenmesi
Experimental study on wear performance and surface properties of PVD tin coated aluminium extrusion dies
Yazar: HASAN SERT
Danışman: PROF. DR. M. BAKİ KARAMIŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1997
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma dayanımı = Wear resistance ; Kalay = Tin ; Kaplama = Coating ; Yüzey sertleştirme = Surface hardening

Özet:
Plastik şekil vermede kullanılan metalsel kalıpların aşınması endüstride önemli bir problemdir. Bu problemin çözümü için sürdürülen çalışmalar hızla devam etmekte ve adı geçen kalıplardaki aşınma, genellikle ısıl işlem ve kaplama işlemleriyle en aza indirilmeye çalışılmaktadır. Bu tezde, profil şeklindeki metalsel mamullerin üretildiği ekstrüzyon işleminde kullanılan kalıpların aşınma dirençlerinin arttırılması amaçlanmış ve bu amaçla yüzey kaplama uygulanmıştır. Yüzey kaplama işlemi olarak, PVD (Fiziksel Buhar Biriktirme) yöntemiyle, H13 çeliğinden yapılmış, sertleştirilmiş ve nitürlenmiş hem kalıp hem de inceleme numuneleri üzerine TİN (Titanyum Nitrür) kaplanmıştır. İstanbul Titanit firmasında gerçekleştirilen kaplama işlemlerinden sonra numuneler üzerinde metalografik incelemeler yapılmıştır. Metalografik incelemeler ile Nitrürleme sonrası 3-4 um kalınlığında beyaz tabaka (Fe2-3N) ve 45-50 um kalınlığında difüzyon bölgesinin varlığı tesbit edilmiştir. Nitrürlü bölgenin üzerine uygulanan TİN kaplama ile ilgili yapılan EDS, XRD, SEM, XRS ve XRF çalışmaları sonunda kaplamanın Ti esaslı olduğu ve ağırlıklı olarak Tİ3N2...x ve Ti2N fazlamdan oluştuğu tesbit edilmiştir. Kaplama kalınlığı 8 um civarındadır. SEM çalışmalarından elde edilen sonuçlara göre bu kaplamanın yüzeye çok iyi tutunmadığı ve gözenekli olduğu Kaplamak ve kaplamasız kalıpların işletme şartlarında denenmesi suretiyle aşınma performansları belirlenmiştir. Eşit şartlarda kaplamak ve kaplamasız kalıplardan ekstrüze edilen alüminyum profillerin belirli peryodlar içinde çeşitk bölgelerinden kalınlıklarının ve yüzey pürüzlülüklerinin ölçülmesi ve kalınlık artışlarının tesbiti şeklinde yürütülen testler sonucunda kaplamanın aşınmayı geciktirdiği ve dolayısıyla profillerdeki kalınlık artışlarının bu kalıplarda daha yavaş seyrettiği tesbit edilmiştk. Ancak yüzey pürüzlülüğü açısından başlangıçta daha pürüzlü yüzeyler veren kaplamak kalıplar, belirli bir süre sonra, kaplamasız kalıplara göre daha az pürüz oluşturmuştur.

Abstract:
The wear of dies using in metal forming industry is an important problem. Studies for soiition of this problem have been continiued increasingly and the wear of these dies are tried for decreasing to minumum by heat treatments and surface coatings. The purpose of this thesis is to increase the wear resistances of the dies using in extrusion process, in which the products have profile shape are manufactured, and for this purpose surface coating is applied to dies. As the surface coating process, PVD technique is used and (Physcical Vapour Deposition) TiN (Titanuim Nitride) have been coated que on hardened and nitrided dies and samples made from HI 3 steel. After the coating process applied in Titanit company, Istanbul, the metallographic examinations of the samples had been established. It is observed from metallographic examination that white layer (Fe2,3N) of 3-4 urn and nitriding depth of 45-50 um are obtained on the steel. It is determined with the EDS, XRD, SEM, XRS and XRF examinations of TiN coating applied on nitrided layer that coating has Ti base and consists prodeminantly of Tİ3N2 xand Ti2N phases. The thickness of coating is about 8 um. According to SEM examinations, it is observed that the coating does not adhere to the surface strongly and it has some porous. The wear behaviours of the dies coated and uncoated were determined under operating conditions. After certain periods, the thicknesses and surface roughness of the aluminium profiles extruded by coated and uncoated dies at the same conditions were measured on different surfaces. It was determined from thickness measurements that the wear of the dies is delayed by coating and the increasing of profile thickness with coated dies is slower than that of the uncoated dies. However, it was also determined that profiles extruded from coated dies give more rough surface starting of the extrusion than that of uncoated dies. But the surface roughnesses of this profiles are decreased in the period of process.