Wc-Co sertmetallerin korozyon dayancının katodik ark plazma işlemi ile geliştirilmesi
Enhancement of corrosion resistance of Wc-Co hardmetals via cathodic arc plasma treatment
Yazar: ŞEREF SİNAN AKKAYA
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Metalik yüzey = Metallic surface

Özet:
Katodik ark fiziksel buhar biriktirme sisteminde WC-Co kompozit malzemelerinin yüzeyine uygulanan düşük enerjili iyon bombardımanının yayınmayı hızlandırıcı etkilerinden yararlanılarak, işlemin, malzeme yüzey bileşiminde, morfolojisinde ve korozyon dayancında meydana getirdiği değişikliklerin araştırılması amaçlanmıştır. Bir katodik ark kaynağı kullanılarak elde edilen metal iyonları, düşük (150V) ve yüksek (1000V) bias gerilimleri altında hızlandırılmış, numune yüzeyine kaplama-bombardıman döngüleri uygulanmıştır. Deneylerde Cr metali, katodik ark plazma kaynağı olarak kullanılmıştır. Yüzey işlemleri, bias geriliminin düşük ve yüksek değerler arasında farklı aralıklarla değiştirilmesi şeklinde gerçekleştirilmiştir.
Taramalı elektron mikroskobu (SEM) incelemeleri ve X ışınları kırınımı (XRD) ölçümlerinden yararlanılmıştır. Yüzey işlemleri sırasında yapılan ölçümler numune sıcaklığının, bias geriliminin değiştirilmesi ile hassas bir şekilde kontrol edilebildiğini göstermiştir. 
XRD ve SEM analizleri, işlemler sonucunda yüzeye yakın bölgelerde tane büyümesi gerçekleştiğini, yüzey pürüzlülüğünün arttığını göstermiştir. Cr iyonları ile 1000°C üzerinde yapılan yüzey işlemleri sonucunda, yüzeye yakın bölgelerde eta "η" faz oluşumu, XRD analizleri ile doğrulanmıştır. İşlem sırasındaki ısınma-soğuma rejimi ile bias gerilimi değişim hızlarının, oluşan η faz miktarı üzerinde etkili olduğu görülmüştür. İşlemler sırasında bağlayıcı yapısına Cr metalinin yayındığı, GDOES, EDS ve AES yöntemleriyle belirlenmiştir.
Yüzey işlemi uygulanan numuneler, korozyon davranışlarının gözlenmesi amacıyla 24 saat boyunca 1gr/l çinko içeren %5'lik H3PO4 çözeltisinde 50°C'de bekletilmiştir. Yüzey işlemi görmeksizin korozyon deneyine tabi tutulan numunelerin yüzeylerinde korozyon oluşumu gözlenmiştir. Yüzey işlemi uygulandıktan sonra korozif ortama maruz kalan numunelerde, korozyon oluşumunun azaldığı belirlenmiştir. Daldırma deneylerine ek olarak işlem görmüş ve görmemiş numuneler potansiyodinamik testlere tabi tutulmuş, Cr plazması ile işlem görmüş numunelerin korozyon direncinde artış gözlenmiştir.

Abstract:
Ion bombardment in a cathodic arc physical vapor deposition system was applied on WC-Co hardmetal surfaces aiming to benefit from diffusion acceleration effects created and investigate the role of this effect on the surface composition, morphology and corrosion resistance of the materials. Metal ions obtained via cathodic arc evaporation were accelerated under low (150V) and high (1000V) bias voltages in order to apply coating-bombardment cycles to sample surfaces. Cr target was implemented as cathodic arc plasma sources. Surface treatment was done in the form of low and high bias cycles by changing the durations of the potential applications.
SEM observations and XRD were used. Sample temperature could be controlled precisely by adjusting the bias voltage. 
Grain growth at near surface regions and increase in surface roughness were observed after the treatments through SEM and XRD analyses. XRD analysis showed η phase formation in the near surface regions of samples treated with Cr ions over 1000°C. The amount of formed η phase was observed to depend on heating-cooling regime and the rate at which bias voltages vary.
In order to observe corrosion behavior, surface treated samples were immersed in a solution of 5% H3PO4 containing 1gr per liter zinc for 24 hours at 50°C. Corrosion behavior of untreated and treated samples was investigated with SEM observations conducted on sample surfaces after corrosion testing. Cathodic arc plasma treated samples showed better resistance to corrosion in this environment. For the samples treated with aluminum cathodic arc plasma, corrosion is totally prevented.