Metal ve metal alaşımlarına elektrokimyasal yöntemle bor ve bor bileşiklerinin biriktirilmesi
Electrodeposition of boron and boron compounds onto metal and metal alloys
Yazar: HÜSEYİN ÇELİKKAN
Danışman: PROF.DR. HASAN AYDIN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
METAL VE METAL ALAŞIMLARINA ELEKTROKİMYASAL YÖNTEMLEBOR VE BOR BİLEŞİKLERİNİN BİRİKTİRİLMESİ(Doktora Tezi)Hüseyin ÇELİKKANGAZİ ÜNİVERSİTESİFEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜOcak 2007ÖZETMetal ve metal alaşımları, korozyon direncini artırma, katalitik özellikkazandırma ve mekanik özellikleri iyileştirme gibi çeşitli amaçlarla borve bor bileşikleriyle kaplanır. Bu işleme borlama adı verilir. Kimyasal vefiziksel yöntemlere göre daha az uygulanan elektrokimyasal borlamaişlemi diğer iki metoda göre kaplama bileşiminin ve kristal yapısınınkontrolü yanında basit enstrümantasyon gibi bazı avantajlara sahiptir.Elektrokimyasal borlama işlemleri 900-1200 oC gibi sıcaklıklarda eriyikhaldeki bor tuzlarında gerçekleştirilir. Yüksek sıcaklık metal veyaalaşımın yapısını bozma riskinin yanında sınai açıdan maliyeti artışıproblemlerini de getirmektedir.Tez çalışmasında, Pt elektrot kullanılarak dönüşümlü voltametri,kronoamperometri, kronokulometri, ultramikro disk ve döner diskelektrodu yöntemleriyle dimetilformamid çözücü ortamında BBr3bileşiğinin elektrokimyasal yoldan indirgenme mekanizmasıaydınlatılmıştır. Sonrasında aynı çözelti ortamından Pt, Ti6Al4V alaşımıve St37 alaşımsız yumuşak karbon çeliğine oda sıcaklığındaelektrokimyasal yoldan indirgeme yoluyla bor biriktirilmiştir. Birikmeşekli SEM fotoğraflarıyla araştırılmıştır. Sonrasında Ti6Al4V ve St37üzerine yapılan bor biriktirmeleri çeşitli sıcaklıklarda argon gazıatmosferinde ısıl işleme tabi tutulmuştur. Isıl işlem sonucunda yüzeydemeydana gelen bor bileşiklerinin türü, kristal yapısı ve morfolojisi XRDçekimleri ve SEM fotoğrafları alınarak aydınlatılmıştır.Sonuç olarak, oda sıcaklığında bor biriktirilen malzeme yüzeylerindeliteratürdekinin çok daha altındaki 500 ve 700 oC gibi sıcaklıklarda metalborürlerin meydana geldiği belirlenmiştir. Sıcaklığın, biriktirme yapılanmalzemeye doğru gerçekleşen difüzyonu kontrol ettiği görülmüştür.Ti6Al4V alaşımı için yapılan çalışmalarda ısıl işlem sıcaklığı ile titanyumborürlerinin oluşumu arasındaki ilişki doğrusaldır. St 37 alaşımsızyumuşak karbon çeliği için yapılan çalışmalarda ise demir borürlerinoluşumuna dair bu doğrusal değişim söz konusu değildir. Bu durumtitanyumun, demire göre bora daha yüksek afinite göstermesi sonucunabağlanmıştır.

Abstract:
ELECTRODEPOSITION OF BORON AND BORON COMPOUNDS ONTOMETAL AND METAL ALLOYS(Ph.D. Thesis)Hüseyin ÇELİKKANGAZİ UNIVERSITYINSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGYJanuary 2007ABSTRACTMetal and metal alloys are covered with boron and boron compounds inorder to give them superior corrosion resistance, mechanicalproperties and catalytic features. Although electrochemical boridingmethods are less popular than physical and chemical methods theyhave certain advantages such as better control over the stoichiometryand crystal structure of the coverage and simpler instrumentation.Electrochemical boriding processes are carried out with molten boronsalts at elevated temperatures such as 900-1200 oC. However the use ofelevated temperatures involves high cost and carries the risk ofdistorting the structure of the metal and metal alloy to be borided.In this study the electrochemical reduction mechanism of BBr3 waselucidated by the use of cyclic voltammetry, chronoamperometry,chronocoulometry, ultramicro disc electrodes and rotating discelectrodes with a Pt electrode. Then Pt, Ti6Al4V alloy and St37 nonalloyed soft steel were borided in solution by the use of electrochemicalmethod at room temperature. The structure of the coverage wasinvestigated with SEM micrographs. The borided Ti6Al4V and St37surfaces were subjected to a tempering process under argonatmosphere. The composition, crystal structure and morphology of thefinal boride coverage were examined with XRD and SEM techniques.It was observed that it was possible to form compact metal boridecoverage upon metal surfaces at much lower temperatures than thosereported in literature such as 500 and 700 oC. Temperature was found tocontrol the diffusion process towards the substrate. In boriding studiescarried out on Ti6Al4V the temperature was found to have a linearrelationship with the amount of boride deposited upon the surface.However there was no such relation observed for St37 steel. This wasattributed to the higher affinity of the titanium to boron than iron.