Yeni Tip Ni-Cr/hBN fonksiyonel kompozit kaplamaların elektrodepolama yöntemi ile üretilmesi, mekanik ve korozyon özelliklerinin incelenmesi
Production of new type Ni-Cr/hBN functional composite coatings by electrodeposition method and investigation of mechanical and corrosion properties
Yazar: MEHMET DEMİR
Danışman: DOÇ. DR. ERDOĞAN KANCA ; PROF. DR. İSMAİL HAKKİ KARAHAN
İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışma kapsamında, AISI 1040 çelik altlık üzerine elektrodepolama yöntemi dört farklı şekilde uygulanmıştır. Altlık üzerine öncelikle Ni-Cr alaşım kaplama yapılmıştır. pH, sıcaklık, akım yoğunluğu ve karıştırma hızı parametrelerinin üç farklı seviyesi kullanılarak, Taguchi deney tasarım metodunun önerdiği L9 ortagonal dizinine göre üretilmiş ve korozyon hızına göre kıyaslanmıştır. Ayrıca ANOVA kullanılarak, parametrelerin sonuca etki yüzdeleri tespit edilmiştir. İkinci olarak Ni-Cr alaşım kaplamaların karakteristik özelliği olan çatlakların giderilmesi için kaplama banyosu içerisine farklı miktarlarda (0, 0,5, 1, 2 g/l) sakkarin ilavesinin etkisi incelenmiştir. Üretilen kaplamalar karakterize edilmiş, mekanik ve korozyon davranışları irdelenmiştir. Üçüncü olarak Ni-Cr kaplamaların aşınma ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi için kaplamalar hBN takviyesi ile kompozit olarak üretilmiştir. Banyo konsantrasyonlarına farklı miktarlarda (0, 5, 10, 20, 30 g/l) hBN takviye edilerek kaplamalar üretilmiştir. Son olarak; kaplama ile altlık arasındaki geçişlerin iyileştirilmesi amacıyla Ni-Cr/hBN kaplamalar üç farklı banyo kullanılarak fonksiyonel olarak üretilmiştir. 

Dönüşümlü voltametri tekniği kullanılarak üretilen kaplamaların elektrokimyasal davranışlarını, X ışını kırınımı ile kristal yapılarını, taramalı elektron mikroskobu ve enerji dispersiv X-ışını analizi ile yüzey morfolojileri ve içerik analizleri incelenmiş, mikrosertlik, nanosertlik ve yüzey pürüzlülük ölçümleri de ayrıca yapılmıştır. Bunun yanı sıra kaplamaların aşınma dayanımları incelenmiştir. Ayrıca elde edilen kaplamalar % 3,5 tuzlu su (NaCl) çözeltisinde, açık devre potansiyeli, Tafel ekstrapolasyon ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi metotlarıyla korozyon davranışları incelenmiştir. Sonuç olarak; kaplama banyosuna eklenen sakkarin ile Ni-Cr kaplamalardaki çatlaklı yapı oluşumları giderilmiştir. Ayrıca hBN takviyesi ile hem mekanik (sertlik, aşınma) hem de korozyon dayanımlarında iyileştirmeler sağlanmıştır. Fonksiyonel kaplamalar ile sertlik ve korozyon dirençlerindeki artışa ilave olarak kaplama ve altlık arasındaki yapışmalar geliştirilmiştir.

Abstract:
In this thesis, AISI 1040 steel substrate was coated with electrodeposition method in for different ways. Firstly, Ni-Cr alloy coating was applied on the substrate. By referring to three different levels for pH, temperature, current density and stirring speed parameters, the samples were produced in according to the L9 orthogonal sequence suggested by the Taguchi experimental design method and then compared to each other by their corrosion rate. Also, by utilizing ANOVA, the percentages of the parameters affecting the results were determined. Secondly, different amounts of saccharin (0, 0.5, 1, 2 g/l) were added into the coating bath to remove the cracks that are characteristic of Ni-Cr alloy coatings. Thus coating samples were produced, characterized and their mechanical and corrosion behavior were examined. Thirdly, in order to improve the wear and mechanical properties of Ni-Cr coatings, the hBN addition was considered. Coatings were produced by adding different amounts (0, 5, 10, 20, 30 g / l) of hBN to bath concentrations. Finally, Ni-Cr/hBN coatings were produced functionally by using three different baths in order to improve the adhesion between the coating and the substrate.

The electrochemical behavior of the coatings produced using the cyclic voltammetry technique. The investigation of crystal structures were conducted with X-ray diffraction and the surface morphologies and content analysis were conducted with scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray analysis. The microhardness, nano hardness and surface roughness measurements were also concluded. Moreover, the wear resistance of the coatings was examined. Also, the corrosion performances of the coatings obtained were investigated in 3.5% NaCl solution by utilizing open circuit potential, tafel extrapolation and electrochemical impedance spectroscopy methods. Results proved that the cracked structures of Ni-Cr coatings were removed by adding saccharine to the plating bath and improvements in both mechanical and corrosion behavior were achieved with hBN addition. As a final note, the adhesion strength of the coatings were determined to be increased with the functional coating.