CFUBMS yöntemi ile kaplanmiş TiTaBN filmlerin yapisal, mekanik ve tribolojik özelliklerinin araştirilmasi
The ınvestıgatıon of structural, mechanıcal and trıbologıcal propertıes of Ti-Ta-B-N coatıngs deposıted by CFUBMS system
Yazar: ÖZLEM BARAN
Danışman: PROF. DR. BRAHAM PRAKASH ; PROF. DR. İHSAN EFEOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Aşınma = Wear ; Korozyon = Corrosion ; Tantal = Tantalum

Özet:
Titanyum bor nitrür (TiBN) kaplamalar çeşitli endüstriyel uygulamalarda sıradışı sertlik ve aşınma direnci, yüksek ergime noktası, tokluk, iyi korozyon, kimyasal kararlılık ve yüksek sıcaklıklarda iyi termodinamik kararlılık gibi mükemmel özelliklere sahiptirler. TiBN kaplamaların mekanik ve tribolojik özelliklerini, kaplamalardaki azot ve bor oranlarının kontrolü ile değiştirmek mümkündür. Bu çalışmada Taguchi L9(34) deney tasarımı kullanılmış ve TiBN filmlere Ta ilave edilerek elde edilen TiTaBN filmlerin yapısal, mekanik, tribolojik, korozyon ve tribokorozyon özellikleri araştırılmıştır. TiTaBN filmler, darbeli-doğru akım kapalı alan dengesiz manyetik sıçratma yöntemi (CFUBMS) kullanılarak D2 ve cam taban malzemeler üzerine kaplanmıştır. Kaplamaların morfoloji ve yapıları SEM, XRD, EDS ve XPS kullanılarak analiz edilmiştir. TiTaBN filmlerin, mekanik ve adezyon özellikleri sırasıyla mikrosertlik test cihazı ve çizik test cihazı ile belirlenmiştir. Kaplamların sürtünme ve aşınma özellikleri farklı test atmosferlerinde (kuru azot, nemli hava, saf su ve yağ) pin-on-disk kullanılarak analiz edilmiştir. Ayıraca, filmlerin yüksek sıcaklıktaki aşınma özellikleri yüksek sıcaklık tribo-test cihazı ile belirlenmiştir. İşlemsiz D2 taban malzemelerin ve TiTaBN filmlerin korozyon ve tribokorozyon özellikleri sırasıyla potansiyostat ve bilgisayar kontrollü potansiyostat-pin-on-disk sistemi kullanılarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, R8 kaplama parametrelerinde kaplanan TiTaBN filmler yoğun ve kolonsal bir yapı sergilemiştir. TiN, TaN, TiB2 ve BN fazlarına sahip bu ultrasert (52.55GPa) filmler farklı test atmosferlerinde mükemmel aşınma direnci göstermiştir. Farklı kaplama parametrelerinin kullanılması TiTaBN filmlerin adezyon, yüksek sıcaklık aşınma ve korozyon direncini ve tribokorozyon özelliklerini iyileştirmiştir.

Abstract:
Titanium boron nitride (TiBN) coatings have excellent properties such as extreme hardness, high melting point, high toughness, good corrosion, chemical inertness and good thermodynamic stability at high temperatures for various industrial applications. It is possible to change the mechanical and tribological properties of TiBN coatings by controlling the boron and nitrogen content of the coatings. In this study, Taguchi L9 (34) design method were used and structural, mechanical, tribological, corrosion and tribocorrosion properties of sputtered TiTaBN coatings obtained with Ta incorporation into TiBN were investigated. TiTaBN films were deposited on D2 steel and glass substrates by pulsed-dc closed field unbalanced magnetron sputtering (CFUBMS). Morphology and structure of coatings were analyzed by SEM, EDS, XRD, and XPS. Mechanical and adhesion properties of TiTaBN coatings were determined with microhardness tester and a scratch tester, respectively. The friction and wear properties of the coatings were analyzed at different test athmospheres (humid air, distillated water, dry nitrogen and synthetic oil) by using pin-on-disc. Also, the high temperature wear properties of films were determined by using a high-temperature tribotester. The corrosion and tribocorrosion properties of untreated D2 substrates and TiTaBN films were determined by potentiostat and pin-on-disc tribometer- computer-controlled potentiostat system, respectively. As a result, TiTaBN films coated at the R8 coating parameters exhibited dense and a columnar structure. These ultra hard (52.55GPa) films having TiN, TaN, TiB2 and BN phases demonstrated excellent wear resistance at the different test athmospheres. Using of the different coating parameters improved adhesion, high temperature wear and corrosion resistance and tribocorrosion properties of TiTaBN films.