TiN seramik filmin dinamik yük altında hasarının incelenmesi
Investigation of TiN ceramic film damage under dynamic load
Yazar: AYSEL ATA
Danışman: PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Makina elemanları, çalışma esnasında statik yüklerden ziyade dinamik yüklere maruz kalırlar. Dinamik yüklere maruz kalan makina elemanlarından beklenen özellikler de dolayısıyla önem arzeder. Dolayısı ile çalışma şartlarına bağlı olarak makina elemanlarının; aşınmaya, sürtünmeye, korozyona ve sıcaklığa daha dirençli olmaları istenir. Bundan dolayı son yıllarda yaygın olarak kullanılan fiziksel buhar biriktirme (PVD) ve kimyasal buhar biriktirme (CVD) kaplama teknikleri ile malzemeler kaplanarak istenilen özelliklere ulaşılmaktadır. Malzemelere uygun bir kaplama yapılmasıyla sürtünme ve aşınma davranışında önemli bir düşüş gözlenir. TiN, (TiAl)N, TiC vb. Seramik filmlerle kaplanmış kesici takımların ömürlerinin, kaplanmamış takımların ömürlerinden 2-20 kat daha fazla olduğu çeşitli çalışmalarla gösterilmiştir. Bu amaçla taban olarak seçilen M2 yüksek hız çeliği üzerine PVD kaplama tekniklerinden kapalı alan dengelenmemiş magnetron püskürtme tekniği (CFUBMS) kullanılarak sentezlenen TiN kaplamaların dinamik yükleme şartları altında davranışı, hasar şekli incelenmiştir.Taban malzemesi olarak kullanılan numune 20*30*3 mm ebatlarında hazırlandı. Numune üzerinde 4 şerit ve her şeritte 11 noktada çalışıldı. Vuruş sayıları; 10, 50, 100, 300, 400, 500, 700, 900, 1100, 1300, 1500 şeklinde uygulandı. Daha sonra TiN seramik filmin; yüzey pürüzlülüğü, sertlik ölçümleri ve oluşan izlerin metal mikroskobunda incelenmesi amacıyla karakterizasyon çalışmaları yapıldı. Buehler micromet© 2000 microhardness tester cihazı ile mikro sertlik ölçümleri yapıldı. Nikon marka metal mikroskobu ile oluşan kraterlerdeki kaplama hasarı incelendi. Dinamik yükleme altında oluşan kraterlerin hacimleri ve kaplama yüzey pürüzlülüğüne Mitutoyo Surftest SJ-301 profilometresi ile bakıldı. Mikro sertlik ölçümlerinden; numunede, darbe almamış filmin sertliği ile darbe alan noktaların sertlikleri karşılaştırıldığında numunenin sertliğinde azalma olduğu görülmüştür. Bununla beraber darbe sayısının fazla olduğu noktalar ile az olduğu noktalar arasında deformasyon sertleşmesinden dolayı darbe sayısının fazla olduğu noktalarda sertliğin nispeten biraz daha fazla olduğu gözlenmiştir. Metal mikroskobunda çekilen fotoğraflardan ise; 300 çarpmada temas bölgesinde çatlakların oluştuğu, çarpma sayısı arttırıldığında çatlağın temas bölgesi boyunca ilerlediği, yer yer kırılmaların oluştuğu ve kaplamanın ara ara kalktığı görülmüştür. Bununla beraber çarpma sayısının fazla olduğu noktalarda bu bozunmalara yorulma çatlaklarının da eklendiği gözlenmiştir.

Abstract:
Theparts of machine subject to dynamic loading rather than static loading during operation.Therfore desirable properties from the parts of machine subject to dynamic loading increas. It is wanted that these parts have more wear resistance, corrosion resistance, friction resistance, hardness, fatigue strength, high temperature resistance. So, desirable properties have been achieved by coating materials with in recent years commonly are used physical vapour deposition (PVD) and chemical vapour deposition (CVD) techniques. İf materials are deposited suitable coatings, in the behaviour of friction and wear are obtained a considerable decreas. Various studies have showed the life of cutting tools that are coated with hard ceramic films (TİN, (TiAl) N, TiC...) are 2 - 20 times much from the life of uncoated cutting tools. In this study, M2 high speed steel was chosen as substrate and TiN hard coating deposited on M2 high speed steel by unbalance magnetron sputtering technique. In this way obtained TiN coating investigated how it deformed under cyclic loading. TiN ceramic sample prepared having the dimensions of 20*30*3 mm. On sample, four line and on each lines in eleven point were studied. The number of impacts were chosen to be 10, 50, 100, 300, 400, 500, 700, 900, 1100, 1300, and 1500. Then for surface roughness, hardness measurements, and evaluation of impact craters in an optical microskopy of coating were done chracterisation studies. A Buehler micromet® 2000 microhardness tester was used to perform the Vickers hardness tests. A Nikkon optical microscope was used to investigate coating failure in the impact craters. The impact craters volume and coating surface roughness were assesed using a Mitutoyo Surftest SJ - 301 profılmeter. From microhardness measurements, in the hardness of points subject to cyclic loading have been obtained decrease as compared with the hardness of undeformed film. However because of deformation hardening. Hardness in points that the number of impacts inerease have been observed relatively more as compared with hardness in points that the number of impacts decrease. Photographs obtained from the optical microscope, the formation and progression of a perimeter crack was visible at the edge of the contact zone after 300 impacts. As the number of impacts were inereased, a thin crack was observed around the edge of the contact zone. Nevertheless it was showed that small delaminations and spalls occur with inereased the number of impacts. However in addition to that failures, fatigue crack growth was observed in points that the number of impacts increase.