TiCrN ve AlTiCrN kaplamaların nanokompozit AlTiSiN taban kaplama üzerindeki tribolojik performanslarının araştırılması
Investigation of tribological performance of TiCrN and AlTiCrN coatings on nanocomposite AlTiSiN base coating
Yazar: MURAT ER
Danışman: DOÇ. DR. DOĞUŞ ÖZKAN
Milli Savunma Üniversitesi / Atatürk Stratejik Araştırmalar ve Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Endüstriyel makine ve aletlerde, hareketli parçalar aşınma ve sürtünme problemleriyle karşılaşırlar. Bu durum, kullanım ömürlerini kısaltabilir ve verimlerini azaltabilir. Yüksek sıcaklıkta çalışan endüstriyel makinelerde, aşınma ve sürtünme süreçleri daha yoğun bir şekilde gerçekleşir. Yüzeyler arasındaki temas ve sürtünme, malzeme yüzeylerinin aşınmasına ve deformasyonuna neden olur. Bu da bileşenlerin ömrünü kısaltır ve çalışma verimliliklerini düşürür. Makine parçalarının kullanım ömürlerinin uzatılması için sürtünmeyi azaltıcı bazı yüzey kaplama işlemleri yapılmaktadır.
Bu tez çalışmasında sürtünmeyi azaltarak malzemenin kullanım ömrünü uzatmak amacıyla endüstride yaygın kullanıma sahip H13 çeliği üzerine katodik ark fiziksel buhar biriktirme yöntemi ile nanokompozit AlTiSiN taban kaplama üzerine TiCrN ve AlTiCrN kaplamalar uygulanmıştır. Aşınma ve sürtünme özelliklerini değerlendirmek amacıyla kaplamalara kuru ve sınır yağlama şartlarında tribometre testleri yapılmıştır. Testler kuru ortamda 10 ve 20N kuvvet altında yağlı ortam şartlarında ise 25 ve 50N yük uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Bu testlerin sonucunda aşınma izleri optik mikroskop kullanılarak incelenmiş, aşınma hacimleri ise optik profilometre kullanılarak hesaplanmış ve yüzeydeki morfolojik değişimler, atomik kuvvet (AKM) mikroskobuyla incelenmiştir. Yüzeyler arasındaki yüksek temas basınçları ve ısı etkisiyle birlikte yağ ve kaplama arasındaki etkileşim sonucu oluşan tribofilm ve tribokimyasal yapılar, taramalı elektron mikroskobu/enerji dağılımlı X-ışını spektrometresi (SEM/EDX) kullanılarak analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında kaplamalara ait aşınma mekanizmaların farklı olduğu bu yüzden farklı aşınma değerlerine sahip olduğu görülmüştür. TiCrN kaplamanın daha düşük sürtünme katsayısı ve aşınma oranına sahip olduğu değerlendirilmiştir.

Abstract:
In industrial machinery and tools, moving parts encounter wear and friction problems. This can shorten their service life and reduce their efficiency. In industrial machines operating at high temperatures, wear and friction processes occur more intensively. Contact and friction between surfaces cause wear and deformation of the material surfaces. This shortens the life of the components and reduces their work efficiency. Some surface coating processes are performed to extend the service life of machine parts by reducing friction. In this thesis study, in order to extend the service life of the material by reducing friction, TiCrN and AlTiCrN coatings were applied on the nancomposite AlTiSiN base coating deposited on widely used H13 steel in the industry by cathodic arc physical vapor deposition method. Tribometer tests were performed on the coatings under dry and boundary lubrication conditions to evaluate their wear and friction properties. The tests were carried out under 10 and 20N force in the dry environment and 25 and 50N load in the lubricated environment. As a result of these tests, the wear tracks were examined using an optical microscope, the wear volumes were calculated using an optical profilometer, and the morphological changes on the surface were examined with an atomic force (AFM) microscope. The tribochemical structures and tribofilms formed as a result of the interaction between the high contact pressures and heat between the surfaces and the lubricant and the coating were analyzed using a scanning electron microscope/energy dispersive X-ray spectrometer (SEM/EDX). Comparing the results obtained, it was seen that the wear mechanisms of the coatings were different, so they had different wear values. TiCrN coating was evaluated to have a lower coefficient of friction and wear rate.