AISI 316L paslanmaz çeliğinin gliserin ve ethanolamin çözeltileri içerisinde elektrolitik plazma yöntemi ile yüzey sertleştirmesi
Surface hardening of AISI 316L stainless steel in solutions containing ethanolamine and glycerin by electrolytic plasma method
Yazar: SEMİH ÖZBEY
Danışman: DOÇ. DR. METİN USTA
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Çalışmada bir çok alandan kullanılan AISI 316L ostenitik paslanmaz çeliğin farklı konsantrasyonlarda ethanolamin ve gliserin içeren sulu çözeltilerle elektrolitik plazma yöntemi ile yüzeyinde sertlik artırmak için karbürizasyon işlemi gerçekleştirildi. Kaplama işlemleri 5, 10 ve 30 dakika sürelerde ethanolamin ve gliserin içeren çözeltilerde 690ºC-850ºC arasında değişen sıcaklıklarda yapılmıştır. Kaplama sonrası ethanolamin içeren çözeltilerde EDS ve RF-GDOES verileri doğrultusunda yüzeyde karbon birikimi sağlandığı görülmüştür. Gliserin içeren çözeltilerde ise X-ışınları analizinde karbürlü fazlar tespit edilmekle beraber EDS ve RF-GDOES verilerinde yüzeyde oldukça yoğun karbon birikimi sağlandığı saptanmıştır. Taramalı Elektron Mikroskop'unda (SEM) her iki farklı çözeltide kaplanan numunelerin yüzeyleri, üç farklı tabakadan meydana geldiği tespit edilmiştir. Kaplama süresi ve sıcaklığı arttıkça oluşan tabaka kalınlığının arttığını görüldü. Kaplanan numunelerin, ethanolamin içeren çözeltilerdeki tabaka kalınlıkları; ağırlıkça %10 ethanolamin içeren çözelti için ~4 -13 ?m, ağırlıkça %20 ethanolamin içeren çözelti için ~7 -22 ?m arasında olduğu tespit edildi. Gliserin içeren çözeltilerdeki kaplama kalınlıkları ağırlıkça %20 gliserin içeren çözelti için ~17-53?m ve ağırlıkça %40 gliserin içeren çözelti için ~5-32 ?m arasında değiştiği görülmüştür. Karbürlenmiş numunelerin yüzeyden itibaren mesafeye bağlı sertlikleri mesafeyle beraber düşmektedir. Farklı konsantrasyonlarda ethanolamin ve gliserin içeren çözeltilerin sertlik değerleri kaplanmamış AISI 316L ostenitik paslanmaz (~210HV) çeliğin sertlik değerinden daha yüksek çıktığı tespit edilmiştir. Dört farklı çözelti içerisinde en yüksek sertlik değerleri ağırlıkça %40 gliserin içeren çözeltide (~760HV) ölçülmüş sırasıyla ağırlıkça %20 gliserin içeren çözelti (~720HV) , ağırlıkça %20 ethanolamin içeren çözelti (~630HV) ve ağırlıkça %10 ethanolamin içeren çözelti (~530HV) takip etmektedir. Sertlik değerleri yüksek olan numunelerin aşınma oranlarının düşük çıktığı görülmüştür. Aşınma oranı en düşük olan numune sertlik değeri en yüksek çıkan %40 gliserin çözeltisinde kaplanılan numunedir. Gliserin içeren çözeltilerin ortalama sürtünme katsayıları kaplanmamış AISI 316L paslanmaz çelikten daha düşük çıktığı görülmüştür. Kaplama sonrası yüzeyinde yoğun bir tabaka meydana gelen ethanolamin çözeltilerinde kaplanan numunelerin yüzey pürüzlülük değerleri artmış olup ortalama sürtünme katsayısı değerlerini artırdığı tespit edilmiştir. İçerdiği FeCr2O4 fazından dolayı en iyi korozyon direnci ağırlıkça %10 ethanolamine çözeltisi içerisinde kaplanılan numunede görülmüştür

Abstract:
In this study, AISI 316L stainless steel was carburized in aqueous solution including water, glycerin or ethanolamine and NH4Cl by electrolytic plasma process to enhance surface hardening. The plasma electrolytic surface carburizing of AISI 316L stainless steel was carried out in glycerin and ethanolamin aqueous solution, treated between 690ºC-850ºC temperatures for 5, 10 and 30 minutes. After electrolytic plasma coating process, the results of Radio Frequency - Glow Dischargeoptical Emission Spectroscopy (RF-GDOES) and Energy Dispersive Spectropy (EDS) demostrated to concentration of carbon atoms at the surface base and the results of .XRD analysis showed to contain carbide phase in surface layer only coated samples in glycerin aqueous solution by electrolytic plasma method. It is found that the layer thickness increases with rising temperature and time. The SEM cross-sectional examinations revealed that the coated surface of samples were formed of three different layers. The average thickness of the carburized layer ranged from ~4 -13 ?m for 10% wt. ethanolamine solution and from ~7 -22 ?m for 20% wt. ethanolamine solution. On the other hands for 20% wt. and 40% wt glycerin solution the average thickness of the carburized layer ranged from ~17-53 ?m and ~5-33 ?m respectively. It was found that both treated samples had much higher hardness value than the untreated samples.The average hardness of the carburized layer on the substrate was ~760HV for 40% wt. glycerin solution which is hardest among all coated samples. The average hardness of the carburized layer on the substrate were ~720HV for 20% wt. glycerin solution, ~630HV for 20% wt. ethanolamin solution and ~530HV for 10% wt. ethanolamin solution while the average hardness of the substrate was measured 210HV .It was observed that the highest hardness of the sample has the low wear rate and good wear resistance. The samples which were coated in %40 wt glycerin containing solution possess the lowest wear rate and the highest wear resistance. Moreover, it was observed that the coefficent friction values of the samples which were coated in glycerin containing aqueous solution were lower than the untreated sample. Due to higher surface roughness values of coated samples in ethanolamine containing solution, possess higher friction coefficient values than the untreated samples The coated samples in %10 ethanolamine containing solution has shown the best corrosion resistance as a result of Fe Cr2O4 phase formed during the quenching process.