Nb ve Ta eklenmiş CrYN esaslı fonksiyonel ince film kaplamaların geliştirilmesi: Yapısal-mekanik ve elektrokimyasal özelliklerin araştırılması
Development of Nb and Ta added CrYN based functional thin film coatings: İnvestigation of structural-mechanical and electrochemical properties
Yazar: BANU YAYLALI
Danışman: PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Yüzey kaplama malzemeleri = Surface coating materials

Özet:
Amaç: Araştırmanın amacı, jet/uçak motorları, yakıt hücreleri, gaz/buhar türbinleri gibi agresif ortamlarda kullanılmak üzere yüksek sıcaklığa, yüksek basınca, aşınmaya, korozyona ve oksidasyona dayanıklı termal bariyer kaplamalara alternatif olabilecek Niyobyum ve Tantal katkılı CrYN ince filmler sentezlemektir.
Yöntem: Bu çalışmada taban malzeme olarak 316L paslanmaz çelik kullanıldı. CrYN:Nb/Ta filmleri sentezlemek için iki adet %99,95 saflıkta CrY hedef (atomik olarak %97 Cr ve %3 Y), %99,95 saflıkta bir adet niyobyum ve bir adet %99,95 saflıkta tantal hedef kullanıldı. Kaplama işlemi, PVD-Manyetik Alanda Sıçratma Sisteminde; dc ve/veya pulsed dc modunda çalışabilen CFUBMS (Kapalı Alan Dengesiz Manyetik Alanda Sıçratma) tekniği kullanılarak gerçekleştirildi.Kaplama işlemi deneylerini tasarlamak için Taguchi L9 ortogonal deney tasarımı kullanılmıştır. Deney dizisinde incelenen biriktirme parametreleri CrY hedef akım (1, 1,5 ve 2A), biriktirme basıncı (0,15, 0,25 ve 0,35 Pa), darbe frekansı (100, 200 ve 350 kHz) ve görev döngüsü (50-70-85 %)'dür. 
Bulgular: Çalışma sonucunda sentezlenen her iki ince filmde (CrYN:Nb/Ta) üstün yapısal (yoğun ve homojen film), mekanik (yüksek sertlik değerleri ve eğilme dayanımında artış) ve elektrokimyasal özellikler (oldukça yüksek korozyon direnci değerleri) sergilemişlerdir. Bunlara ek olarak Tantal katkılı filmlerin niyobyum katkılı filmlerden daha yüksek korozyon direnci gösterdiği bulunmuştur.
Sonuç: Tüm sonuçlar değerlendiğinde CrYN:Nb/Ta filmlerin üstün yapısal, mekanik ve elektro kimyasal özellikler sergilediği gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre ayrı ayrı niyobyum ve tantal eklenerek  sentezlenen krom itriyum nitrür  kaplamaların termal bariyer kaplama olarak kullanım için umut verici adaylar olduğu değerlendirmesi yapılmıştır.
Anahtar Kelimeler:  CrYN:Nb/Ta ince filmler, PVD-CFUBMS, Darbeli-dc, Korozyon, Dört Nokta Eğme.

Abstract:
Purpose: The aim of the research is to synthesise Niobium and Tantalum doped CrYN thin films which can be an alternative to high-temperature, high-pressure, wear, corrosion and oxidation resistant thermal barrier coatings for use in aggressive environments such as jet/aircraft engines, fuel cells, gas/steam turbines.
Method: In this study, 316L stainless steel was used as the substrate. Two 99.95% pure CrY targets (atomic 97% Cr and 3% Y), one 99.95% pure niobium, and one 99.95% pure tantalum target were used to synthesize CrYN: Nb/Ta films. The deposition process was carried out using the CFUBMS ("Closed Field Unbalanced Magnetic Sputtering") technique, which can operate in dc and/or pulsed dc mode in PVD. Taguchi L9 orthogonal experimental design was used to design the deposition process experiments. The deposition parameters studied in the series of experiments are CrY target current (1, 1.5, and 2A), deposition pressure (0.15, 0.25, and 0.35 Pa), pulse frequency (100, 200, and 350 kHz), and duty cycle (50-70-85 %). 
Findings: As a result of the study, both synthesized thin films (CrYN:Nb/Ta) exhibited excellent structural (dense and homogeneous film), mechanical (high hardness values and increase in bending strength) and electrochemical properties (very high corrosion resistance values). In addition, tantalum doped films were found to exhibit higher corrosion resistance than niobium doped films.
Results: When all the results are evaluated, it is observed that CrYN:Nb/Ta films exhibit improved structural, mechanical and electrochemical properties. According to the results obtained, chromium yttrium nitride coatings synthesized by adding niobium and tantalum separately are considered to be promising candidates for use as thermal barrier coatings.
Keywords: CrYN:Nb/Ta thin films, PVD-CFUBMS, Pulsed-dc, Corrosion, Four Point Bending.